Robotu tehnoloģija: fiziķi atklāj automātiskās apstāšanās noslēpumus!

Robotu tehnoloģija: fiziķi atklāj automātiskās apstāšanās noslēpumus!

Fiziķi no Diseldorfas Heinriha Heines universitātes (HHU) un La Sapienza universitātes Romā ir atklājuši, kā aktīvos robotus var apturēt trieciena rezultātā, zaudējot to kinētisko enerģiju statiskās berzes dēļ. Šai tehnoloģijai varētu būt plašs pielietojums, jo īpaši robotikā, kur efektivitāte un enerģijas patēriņš ir galvenie jautājumi. Šī pētījuma rezultāti tika publicēti prestižajā žurnālā Nature Communications un liecina, ka statiskā berze, kad tā rodas starp robotiem, ļoti efektīvi aptur tos.

Šī pētījuma atslēga slēpjas statiskās berzes fenomenā, kas nodrošina, ka divas cietas vielas paliek miera stāvoklī, līdz tiek pārsniegts kritiskais slīpuma leņķis. Eksperimentos tika izmantoti 3D drukāti mini roboti, kurus darbina vibrējoša plāksne. Šie roboti demonstrēja aizraujošu stop-and-go uzvedību, veidojot kopas, kur tiem bija “auksti”, kad bija liels noslogojums un mazs dzinējspēks.

Berze kā motors un bremze

Kā liecina pētījumi, zinātnieki sagaida, ka berzes uzvedības sarežģītība var radīt dinamiskas kopas, kas satur gan aukstas, gan karstas zonas. Tas ir līdzsvars, kas parasti netiek sasniegts, un tas izskaidro konkurenci starp aktivitāti un kulona berzi. Pirmais pētījuma autors Dr. Aleksandrs Antonovs sniedza nozīmīgu ieguldījumu šī fiziskā mehānisma atjaunošanā, izmantojot modeļu simulācijas. Profesors Kaprini uzsver, ka sistēma darbojas ārkārtīgi autonomi, atdziestot ar triecieniem bez ārējas iejaukšanās.

Šie ieskati par berzi piedāvā arī daudzsološas perspektīvas turpmākiem lietojumiem. Prof. Lēvens saskata iespējas automātiski kontrolēt robotu un beztaras materiālu kolektīvo uzvedību. Statiskās berzes izmantošana enerģijas taupīšanai nākotnē varētu būt svarīga dažādām tehnoloģijām, tostarp transportlīdzekļu riepām.

Ieskats lietojumprogrammās un mehānismos

Berzes ietekme uz tehniskajām sistēmām bieži tiek novērtēta par zemu. Mašīnbūves dinamika liecina, ka struktūras un kontakta nelinearitāte ir ļoti svarīga, jo īpaši tādos lietojumos kā transportlīdzekļu piedziņas, kur berzei ir nozīme. Dažādi pētniecības projekti šajā jomā, piemēram, stabilitātes un bifurkācijas pētījumi berzes ietekmē, ir veicinājuši izpratni par berzes uzvedību. Šie atklājumi attiecas ne tikai uz mehāniskajām sistēmām, bet arī uz šūnu bioloģiskajiem jautājumiem.

Vēl viens apsvērums ir smērvielu izmantošana, ko bieži izmanto, lai samazinātu nodilumu un uzlabotu siltuma pārnesi. Tomēr tie rada papildu sarežģītību esošajiem berzes mehānismiem. Šķidruma samazināšanas izpētes mērķis ir veicināt ekoloģiski ilgtspējīgus risinājumus, kas varētu būt nozīmīgs solis pareizajā virzienā.

Ņemot vērā dažādās sekas un matemātisko analoģiju, kas pastāv starp berzi un citām dinamiskām problēmām inženierzinātnēs, ir skaidrs, ka dziļāka izpratne par berzi un tās ietekmi ir ļoti svarīga nākotnē. Inovatīvas pieejas pētniecībā palīdzēs turpināt attīstīt tehnoloģijas un rast jaunus risinājumus.

Sākotnējās publikācijas nosaukums ir Antonovs et al. (2025) var atrast Nature Communications: šeit.

Lai iegūtu detalizētu informāciju par matemātiskajiem modeļiem un to pielietojumu pētniecībā, kā arī jaunākajām publikācijām berzes jomā, mēs atsaucamies uz darbu Kaseles universitāte un turpmākie atklājumi Braunšveigas Tehniskā universitāte.