Роботна технология: Физиците разкриват тайните на автоматичното спиране!

Роботна технология: Физиците разкриват тайните на автоматичното спиране!

Физиците от университета "Хайнрих Хайне" в Дюселдорф (HHU) и университета "Ла Сапиенца" в Рим откриха как активните роботи могат да бъдат спрени от удари, като загубят кинетичната си енергия чрез статично триене. Тази технология може да има широкообхватни приложения, особено в роботиката, където ефективността и консумацията на енергия са ключови проблеми. Резултатите от това проучване са публикувани в престижното списание Nature Communications и показват, че статичното триене, когато се появи между роботи, е много ефективно за спирането им.

Ключът към това изследване се крие във феномена на статичното триене, което гарантира, че две твърди тела остават в покой, докато не бъде превишен критичен ъгъл на наклон. Експериментите са използвали 3D отпечатани мини-роботи, задвижвани от вибрираща плоча. Тези роботи показаха очарователно поведение на спиране и тръгване, образувайки клъстери, където бяха „студени“, когато гъстотата на заетостта беше висока и движещата сила беше ниска.

Триенето като двигател и спирачка

Както показва изследването, учените очакват, че сложността на поведението на триене може да създаде динамични клъстери, които съдържат както студени, така и горещи зони. Това е баланс, който обикновено не се постига и обяснява конкуренцията между активността и кулоновото триене. Първият автор на изследването д-р Александър Антонов има значителен принос за пресъздаването на този физически механизъм чрез моделни симулации. Проф. Каприни подчертава, че системата работи изключително автономно, като се самоохлажда чрез шокове без нужда от външна намеса.

Тези прозрения за триенето също предлагат обещаващи перспективи за бъдещи приложения. Проф. Löwen вижда възможности за автоматично управление на колективното поведение на роботи и насипни материали. Използването на статично триене за пестене на енергия може да бъде важно за различни технологии в бъдеще, включително гуми за превозни средства.

Прозрения за приложения и механизми

Влиянието на триенето върху техническите системи често се подценява. Динамиката в машиностроенето показва, че нелинейностите в структурата и контакта са от решаващо значение, особено в приложения като задвижване на превозни средства, където триенето играе роля. Различни изследователски проекти в тази област, като изследвания на стабилност и бифуркация под въздействието на триене, допринесоха за изострянето на разбирането на поведението на триене. Тези открития са от значение не само за механичните системи, но и за клетъчните биологични въпроси.

Друго съображение е използването на смазочни материали, които често се използват за намаляване на износването и подобряване на преноса на топлина. Те обаче добавят допълнителна сложност към съществуващите фрикционни механизми. Изследванията за намаляване на течностите имат за цел да насърчат екологично устойчиви решения, което може да представлява значителна стъпка в правилната посока.

Имайки предвид разнообразните последици и математическата аналогия, която съществува между триенето и други динамични проблеми в инженерството, е ясно, че по-задълбоченото разбиране на триенето и неговите ефекти е от голямо значение за бъдещето. Иновативните подходи към научните изследвания ще помогнат за по-нататъшното развитие на технологиите и намирането на нови решения.

Оригиналната публикация е озаглавена „Самоподдържащо се фрикционно охлаждане в активна материя“ от Антонов и др. (2025) може да се намери в Nature Communications: тук

За подробна информация относно математическите модели и техните приложения в изследванията, както и актуални публикации в областта на триенето, се позоваваме на работата на Каселски университет и допълнителни констатации на Технически университет в Брауншвайг.