Robotická technologie: Fyzici odhalují tajemství automatického zastavení!

Robotická technologie: Fyzici odhalují tajemství automatického zastavení!

Fyzici z Heinrich Heine University Düsseldorf (HHU) a University of La Sapienza v Římě zjistili, jak lze aktivní roboty zastavit nárazy tím, že ztratí svou kinetickou energii prostřednictvím statického tření. Tato technologie by mohla mít široké uplatnění, zejména v robotice, kde jsou klíčovými problémy účinnost a spotřeba energie. Výsledky této studie byly publikovány v prestižním časopise Nature Communications a ukazují, že statické tření, když k němu dochází mezi roboty, je velmi účinné při jejich zastavení.

Klíč k tomuto výzkumu spočívá ve fenoménu statického tření, který zajišťuje, že dvě pevná tělesa zůstanou v klidu, dokud není překročen kritický úhel sklonu. Experimenty využívaly 3D tištěné miniroboty poháněné vibrační deskou. Tito roboti vykazovali fascinující chování stop-and-go, tvořili shluky tam, kde byli „studení“, když byla hustota obsazení vysoká a hnací síla nízká.

Tření jako motor a brzda

Jak výzkum ukazuje, vědci očekávají, že složitost třecího chování může vytvořit dynamické shluky, které obsahují jak studené, tak horké oblasti. To je rovnováha, která se běžně nedosahuje a vysvětluje to konkurenci mezi aktivitou a coulombovým třením. První autor studie Dr. Alexander Antonov významně přispěl k obnovení tohoto fyzikálního mechanismu prostřednictvím modelových simulací. Prof. Caprini zdůrazňuje, že systém funguje extrémně autonomně, ochlazuje se nárazy bez nutnosti vnějšího zásahu.

Tyto poznatky o tření také nabízejí slibné perspektivy pro budoucí aplikace. Prof. Löwen vidí příležitosti k automatickému řízení kolektivního chování robotů a sypkých materiálů. Využití statického tření pro úsporu energie by mohlo být v budoucnu důležité pro různé technologie, včetně pneumatik vozidel.

Přehled aplikací a mechanismů

Vliv tření na technické systémy je často podceňován. Dynamika ve strojírenství ukazuje, že nelinearity ve struktuře a kontaktu jsou zásadní, zejména v aplikacích, jako jsou pohony vozidel, kde hraje roli tření. Různé výzkumné projekty v této oblasti, jako jsou studie stability a bifurkace pod vlivem tření, přispěly k lepšímu pochopení třecího chování. Tyto poznatky jsou relevantní nejen pro mechanické systémy, ale také pro buněčné biologické otázky.

Další úvahou je použití maziv, která se často používají ke snížení opotřebení a zlepšení přenosu tepla. Tyto však zvyšují složitost stávajících třecích mechanismů. Výzkum v oblasti redukce tekutin má za cíl podporovat ekologicky udržitelná řešení, která by mohla představovat významný krok správným směrem.

Vezmeme-li v úvahu různé implikace a matematické analogie, které existují mezi třením a jinými dynamickými problémy ve strojírenství, je jasné, že hlubší pochopení tření a jeho účinků je pro budoucnost velmi důležité. Inovativní přístupy k výzkumu pomohou dále rozvíjet technologie a nacházet nová řešení.

Původní publikace se jmenuje „Self-sustained frikční chlazení v aktivní hmotě“ od Antonova a kol. (2025) lze nalézt v Nature Communications: zde.

Podrobné informace o matematických modelech a jejich aplikacích ve výzkumu, stejně jako aktuální publikace v oblasti tření, odkazujeme na práce Univerzita v Kasselu a další zjištění Technická univerzita v Braunschweigu.