Robotteknologi: Fysikere afslører hemmeligheder bag automatisk stop!

Robotteknologi: Fysikere afslører hemmeligheder bag automatisk stop!

Fysikere ved Heinrich Heine Universitetet i Düsseldorf (HHU) og Universitetet i La Sapienza i Rom har opdaget, hvordan aktive robotter kan stoppes ved påvirkninger ved at miste deres kinetiske energi gennem statisk friktion. Denne teknologi kan have vidtspændende anvendelser, især inden for robotteknologi, hvor effektivitet og energiforbrug er nøglespørgsmål. Resultaterne af denne undersøgelse blev offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Nature Communications og viser, at statisk friktion, når den opstår mellem robotter, er meget effektiv til at bringe dem i stå.

Nøglen til denne forskning ligger i fænomenet statisk friktion, som sikrer, at to faste stoffer forbliver i ro, indtil en kritisk hældningsvinkel overskrides. Eksperimenterne brugte 3D-printede minirobotter drevet af en vibrerende plade. Disse robotter udviste fascinerende stop-and-go-adfærd og dannede klynger, hvor de var "kolde", når belægningstætheden var høj og drivkraften lav.

Friktion som motor og bremse

Som forskningen viser, forventer forskerne, at kompleksiteten af ​​friktionsadfærd kan skabe dynamiske klynger, der indeholder både kolde og varme områder. Dette er en balance, der normalt ikke opnås, og det forklarer konkurrencen mellem aktivitet og coulomb-friktion. Første forfatter til undersøgelsen Dr. Alexander Antonov ydede et væsentligt bidrag til at genskabe denne fysiske mekanisme gennem modelsimuleringer. Prof. Caprini understreger, at systemet arbejder ekstremt autonomt, og afkøler sig selv gennem stød uden behov for ekstern indgriben.

Denne indsigt i friktion tilbyder også lovende perspektiver for fremtidige applikationer. Prof. Löwen ser muligheder for automatisk at kontrollere robotters og bulkmaterialers kollektive adfærd. Brug af statisk friktion til at spare energi kan være vigtigt for forskellige teknologier i fremtiden, herunder køretøjsdæk.

Indsigt i applikationer og mekanismer

Friktionens indflydelse på tekniske systemer er ofte undervurderet. Dynamik i maskinteknik viser, at ulineariteter i struktur og kontakt er afgørende, især i applikationer som køretøjsdrev, hvor friktion spiller en rolle. Forskellige forskningsprojekter på dette område, såsom studier af stabilitet og bifurkation under påvirkning af friktion, har bidraget til at skærpe forståelsen af ​​friktionsadfærd. Disse resultater er relevante ikke kun for mekaniske systemer, men også for cellebiologiske spørgsmål.

En anden overvejelse er brugen af ​​smøremidler, som ofte bruges til at reducere slid og forbedre varmeoverførslen. Disse tilføjer dog yderligere kompleksitet til de eksisterende friktionsmekanismer. Forskning i væskereduktion har til formål at fremme miljømæssigt bæredygtige løsninger, som kan repræsentere et væsentligt skridt i den rigtige retning.

I betragtning af de forskellige implikationer og matematiske analogier, der eksisterer mellem friktion og andre dynamiske problemer i ingeniørvidenskab, er det klart, at en dybere forståelse af friktion og dens virkninger er af stor betydning for fremtiden. Innovative tilgange til forskning vil bidrage til at videreudvikle teknologier og finde nye løsninger.

Den originale publikation har titlen "Self-sustained frictional cooling in active matter" af Antonov et al. (2025) kan findes i Nature Communications: her.

For detaljerede oplysninger om de matematiske modeller og deres anvendelser i forskningen, samt aktuelle publikationer inden for friktionsområdet, henviser vi til arbejdet fra Kassel Universitet og yderligere resultater af Tekniske Universitet i Braunschweig.