Robotitehnoloogia: füüsikud paljastavad automaatse peatumise saladused!

Robotitehnoloogia: füüsikud paljastavad automaatse peatumise saladused!

Düsseldorfi Heinrich Heine ülikooli (HHU) ja Rooma La Sapienza ülikooli füüsikud on avastanud, kuidas aktiivseid roboteid saab löögi tõttu peatada, kaotades staatilise hõõrdumise tõttu oma kineetilise energia. Sellel tehnoloogial võib olla laiaulatuslikke rakendusi, eriti robootikas, kus tõhusus ja energiatarbimine on võtmeküsimused. Selle uuringu tulemused avaldati mainekas ajakirjas Nature Communications ja need näitavad, et staatiline hõõrdumine, kui see tekib robotite vahel, on väga tõhus nende seiskumisel.

Selle uurimistöö võti peitub staatilise hõõrdumise nähtuses, mis tagab kahe tahke aine püsimise kuni kriitilise kaldenurga ületamiseni. Katsetes kasutati 3D-prinditud miniroboteid, mida toidab vibreeriv plaat. Nendel robotitel oli põnev peatus-ja-minek-käitumine, moodustades klastreid, kus neil oli "külm", kui hõivatus oli kõrge ja liikumapanev jõud oli madal.

Hõõrdumine kui mootor ja pidur

Nagu uuringud näitavad, loodavad teadlased, et hõõrdekäitumise keerukus võib luua dünaamilisi klastreid, mis sisaldavad nii külma kui ka kuuma ala. See on tasakaal, mida tavaliselt ei saavutata, ja see selgitab konkurentsi aktiivsuse ja kuloni hõõrdumise vahel. Uuringu esimene autor dr Aleksandr Antonov andis mudelisimulatsioonide abil olulise panuse selle füüsilise mehhanismi taasloomisse. Prof Caprini rõhutab, et süsteem töötab äärmiselt autonoomselt, jahutades end läbi löökide, ilma et oleks vaja välist sekkumist.

Need arusaamad hõõrdumisest pakuvad ka paljulubavaid perspektiive tulevaste rakenduste jaoks. Prof Löwen näeb võimalusi robotite ja puistematerjalide kollektiivse käitumise automaatseks juhtimiseks. Staatilise hõõrdumise kasutamine energia säästmiseks võib tulevikus olla oluline erinevate tehnoloogiate, sealhulgas sõidukite rehvide jaoks.

Ülevaade rakendustest ja mehhanismidest

Tihti alahinnatakse hõõrdumise mõju tehnosüsteemidele. Masinaehituse dünaamika näitab, et struktuuri ja kontakti mittelineaarsus on ülioluline, eriti sellistes rakendustes nagu sõidukite ajamid, kus hõõrdumine mängib rolli. Erinevad selle valdkonna uurimisprojektid, nagu stabiilsuse ja hõõrdumise mõjul bifurkatsiooni uuringud, on aidanud kaasa hõõrdekäitumise mõistmise teravdamisele. Need leiud on olulised mitte ainult mehaaniliste süsteemide, vaid ka raku bioloogiliste küsimuste jaoks.

Teine kaalutlus on määrdeainete kasutamine, mida sageli kasutatakse kulumise vähendamiseks ja soojusülekande parandamiseks. Kuid need lisavad olemasolevatele hõõrdemehhanismidele täiendavat keerukust. Vedeliku vähendamise uuringute eesmärk on edendada keskkonnasäästlikke lahendusi, mis võiksid olla märkimisväärne samm õiges suunas.

Arvestades erinevaid tagajärgi ja matemaatilist analoogiat, mis hõõrdumise ja muude dünaamiliste inseneriprobleemide vahel eksisteerib, on selge, et hõõrdumise ja selle mõju sügavam mõistmine on tuleviku jaoks väga oluline. Uuenduslikud lähenemised uurimistööle aitavad tehnoloogiaid edasi arendada ja uusi lahendusi leida.

Algse väljaande pealkiri on Antonov jt. (2025) leiate Nature Communications'ist: siin.

Üksikasjaliku teabe saamiseks matemaatiliste mudelite ja nende rakenduste kohta teadustöös, samuti jooksvaid publikatsioone hõõrdumise valdkonnas viitame Kasseli ülikool ja edasised leiud Braunschweigi tehnikaülikool.