Robotų technologija: fizikai atskleidžia automatinio stabdymo paslaptis!

Robotų technologija: fizikai atskleidžia automatinio stabdymo paslaptis!

Diuseldorfo Heinricho Heine universiteto (HHU) ir Romos La Sapienza universiteto fizikai atrado, kaip aktyvius robotus galima sustabdyti smūgiais, prarandant jų kinetinę energiją dėl statinės trinties. Ši technologija gali būti plačiai pritaikyta, ypač robotikoje, kur efektyvumas ir energijos suvartojimas yra pagrindiniai klausimai. Šio tyrimo rezultatai buvo paskelbti prestižiniame žurnale „Nature Communications“ ir rodo, kad statinė trintis, kai atsiranda tarp robotų, labai veiksmingai sustabdo juos.

Šio tyrimo raktas slypi statinės trinties reiškinyje, kuris užtikrina, kad dvi kietosios medžiagos išliktų ramybėje, kol bus viršytas kritinis pasvirimo kampas. Eksperimentuose buvo naudojami 3D spausdinti mini robotai, maitinami vibruojančios plokštės. Šie robotai pasižymėjo žaviu „stop-and-go“ elgesiu, sudarydami grupes, kuriose jiems buvo „šalta“, kai užimtumo tankis buvo didelis ir varomoji jėga buvo maža.

Trintis kaip variklis ir stabdys

Kaip rodo tyrimai, mokslininkai tikisi, kad trinties elgsenos sudėtingumas gali sukurti dinamines grupes, kuriose yra ir šaltų, ir karštų sričių. Tai pusiausvyra, kurios paprastai nepasiekiama, ir tai paaiškina konkurenciją tarp aktyvumo ir kulono trinties. Pirmasis tyrimo autorius dr. Aleksandras Antonovas daug prisidėjo prie šio fizinio mechanizmo atkūrimo modeliavimo būdu. Prof. Caprini pabrėžia, kad sistema veikia itin autonomiškai, vėsindama save per smūgius be išorinio įsikišimo.

Šios įžvalgos apie trintį taip pat suteikia daug žadančių ateities programų perspektyvų. Prof. Löwen mato galimybes automatiškai kontroliuoti kolektyvinį robotų ir birių medžiagų elgesį. Statinės trinties naudojimas energijos taupymui ateityje gali būti svarbus įvairioms technologijoms, įskaitant transporto priemonių padangas.

Įžvalgos apie programas ir mechanizmus

Trinties įtaka techninėms sistemoms dažnai neįvertinama. Mechaninės inžinerijos dinamika rodo, kad netiesiškumas struktūroje ir kontaktuose yra labai svarbus, ypač tokiose srityse kaip transporto priemonių pavaros, kur trintis vaidina svarbų vaidmenį. Įvairūs šios srities mokslinių tyrimų projektai, tokie kaip stabilumo ir bifurkacijos trinties įtakoje tyrimai, prisidėjo prie trinties elgesio supratimo. Šie atradimai yra svarbūs ne tik mechaninėms sistemoms, bet ir ląstelių biologiniams klausimams.

Kitas aspektas yra tepalų naudojimas, kurie dažnai naudojami siekiant sumažinti susidėvėjimą ir pagerinti šilumos perdavimą. Tačiau tai dar labiau apsunkina esamus trinties mechanizmus. Skysčių mažinimo moksliniais tyrimais siekiama skatinti aplinką tausojančius sprendimus, kurie galėtų būti svarbus žingsnis teisinga kryptimi.

Atsižvelgiant į įvairias pasekmes ir matematinę analogiją tarp trinties ir kitų dinaminių inžinerijos problemų, akivaizdu, kad gilesnis trinties ir jos poveikio supratimas yra labai svarbus ateičiai. Inovatyvus požiūris į mokslinius tyrimus padės toliau plėtoti technologijas ir rasti naujų sprendimų.

Originalus leidinys pavadintas „Savalaikis trinties aušinimas aktyvioje medžiagoje“, autorius Antonovas ir kt. (2025) galima rasti Nature Communications: čia.

Išsamios informacijos apie matematinius modelius ir jų taikymą tyrimuose bei naujausias publikacijas trinties srityje ieškome Kaselio universitetas ir tolesnes išvadas Braunšveigo technikos universitetas.