Tehnologija robota: Fizičari otkrivaju tajne automatskog zaustavljanja!

Tehnologija robota: Fizičari otkrivaju tajne automatskog zaustavljanja!

Fizičari sa Sveučilišta Heinrich Heine u Düsseldorfu (HHU) i Sveučilišta La Sapienza u Rimu otkrili su kako se aktivni roboti mogu zaustaviti udarcima tako što gube svoju kinetičku energiju kroz statičko trenje. Ova bi tehnologija mogla imati široku primjenu, posebice u robotici, gdje su učinkovitost i potrošnja energije ključni problemi. Rezultati ove studije objavljeni su u prestižnom časopisu Nature Communications i pokazuju da je statičko trenje, kada se dogodi između robota, vrlo učinkovito u njihovom zaustavljanju.

Ključ ovog istraživanja leži u fenomenu statičkog trenja, koji osigurava mirovanje dvaju krutih tijela dok se ne prijeđe kritični kut nagiba. U eksperimentima su korišteni 3D printani mini-roboti koje je pokretala vibrirajuća ploča. Ovi su roboti pokazali fascinantno ponašanje pri zaustavljanju i kretanju, formirajući skupine tamo gdje su bili "hladni" kada je gustoća popunjenosti bila velika, a pogonska snaga mala.

Trenje kao motor i kočnica

Kako istraživanje pokazuje, znanstvenici očekuju da složenost ponašanja trenja može stvoriti dinamičke klastere koji sadrže i hladna i vruća područja. To je ravnoteža koja se inače ne postiže i ona objašnjava kompeticiju između aktivnosti i kulonskog trenja. Prvi autor studije dr. Alexander Antonov dao je značajan doprinos ponovnom stvaranju ovog fizičkog mehanizma putem simulacija modela. Prof. Caprini naglašava da sustav radi izuzetno autonomno, hladi se šokovima bez potrebe za vanjskom intervencijom.

Ovi uvidi u trenje također nude obećavajuće perspektive za buduće primjene. Prof. Löwen vidi mogućnosti za automatsku kontrolu kolektivnog ponašanja robota i rasutih materijala. Korištenje statičkog trenja za uštedu energije moglo bi biti važno za razne tehnologije u budućnosti, uključujući gume za vozila.

Uvid u aplikacije i mehanizme

Utjecaj trenja na tehničke sustave često se podcjenjuje. Dinamika u strojarstvu pokazuje da su nelinearnosti u strukturi i kontaktu ključne, posebno u primjenama kao što su pogoni vozila gdje trenje igra važnu ulogu. Razni istraživački projekti u ovom području, kao što su studije stabilnosti i bifurkacije pod utjecajem trenja, pridonijeli su izoštravanju razumijevanja ponašanja trenja. Ova su otkrića relevantna ne samo za mehaničke sustave, već i za stanična biološka pitanja.

Drugo razmatranje je korištenje maziva, koja se često koriste za smanjenje trošenja i poboljšanje prijenosa topline. Međutim, oni dodaju dodatnu složenost postojećim mehanizmima trenja. Istraživanje smanjenja količine tekućine ima za cilj promicanje ekološki održivih rješenja, što bi moglo predstavljati značajan korak u pravom smjeru.

Uzimajući u obzir različite implikacije i matematičku analogiju koja postoji između trenja i drugih dinamičkih problema u inženjerstvu, jasno je da je dublje razumijevanje trenja i njegovih učinaka od velike važnosti za budućnost. Inovativni pristupi istraživanju pomoći će u daljnjem razvoju tehnologija i pronalaženju novih rješenja.

Izvorna publikacija je naslovljena “Self-sustained frikciono hlađenje u aktivnoj materiji” Antonova et al. (2025) može se pronaći u Nature Communications: ovdje.

Za detaljne informacije o matematičkim modelima i njihovoj primjeni u istraživanju, kao i aktualnim publikacijama iz područja trenja, referiramo se na rad dr. Sveučilište u Kasselu i daljnji nalazi od Tehničko sveučilište u Braunschweigu.