Robottechnologie: natuurkundigen onthullen geheimen van automatisch stoppen!

Robottechnologie: natuurkundigen onthullen geheimen van automatisch stoppen!

Natuurkundigen van de Heinrich Heine Universiteit Düsseldorf (HHU) en de Universiteit van La Sapienza in Rome hebben ontdekt hoe actieve robots kunnen worden gestopt door botsingen door hun kinetische energie te verliezen door statische wrijving. Deze technologie zou brede toepassingen kunnen hebben, vooral in de robotica, waar efficiëntie en energieverbruik belangrijke kwesties zijn. De resultaten van dit onderzoek zijn gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Nature Communications en laten zien dat statische wrijving, wanneer deze tussen robots optreedt, zeer effectief is om ze tot stilstand te brengen.

De sleutel tot dit onderzoek ligt in het fenomeen statische wrijving, dat ervoor zorgt dat twee vaste stoffen in rust blijven totdat een kritische hellingshoek wordt overschreden. Bij de experimenten werd gebruik gemaakt van 3D-geprinte mini-robots, aangedreven door een trilplaat. Deze robots vertoonden fascinerend stop-and-go-gedrag en vormden clusters waar ze ‘koud’ waren als de bezettingsdichtheid hoog was en de drijvende kracht laag.

Wrijving als motor en rem

Zoals uit het onderzoek blijkt, verwachten de wetenschappers dat de complexiteit van wrijvingsgedrag dynamische clusters kan creëren die zowel koude als warme gebieden bevatten. Dit is een evenwicht dat normaal gesproken niet wordt bereikt en het verklaart de concurrentie tussen activiteit en coulomb-wrijving. Eerste auteur van de studie Dr. Alexander Antonov heeft een belangrijke bijdrage geleverd aan het opnieuw creëren van dit fysieke mechanisme door middel van modelsimulaties. Prof. Caprini benadrukt dat het systeem uiterst autonoom werkt en zichzelf afkoelt door schokken, zonder dat er externe tussenkomst nodig is.

Deze inzichten in wrijving bieden ook veelbelovende perspectieven voor toekomstige toepassingen. Prof. Löwen ziet mogelijkheden om het collectieve gedrag van robots en bulkmaterialen automatisch te controleren. Het gebruik van statische wrijving om energie te besparen kan in de toekomst belangrijk zijn voor verschillende technologieën, waaronder voertuigbanden.

Inzicht in toepassingen en mechanismen

De invloed van wrijving op technische systemen wordt vaak onderschat. De dynamiek in de machinebouw laat zien dat niet-lineariteiten in structuur en contact cruciaal zijn, vooral in toepassingen zoals voertuigaandrijvingen waar wrijving een rol speelt. Verschillende onderzoeksprojecten op dit gebied, zoals onderzoek naar stabiliteit en bifurcatie onder invloed van wrijving, hebben bijgedragen aan het aanscherpen van het inzicht in wrijvingsgedrag. Deze bevindingen zijn niet alleen relevant voor mechanische systemen, maar ook voor celbiologische vragen.

Een andere overweging is het gebruik van smeermiddelen, die vaak worden gebruikt om slijtage te verminderen en de warmteoverdracht te verbeteren. Deze voegen echter extra complexiteit toe aan de bestaande wrijvingsmechanismen. Onderzoek naar vloeistofreductie heeft tot doel ecologisch duurzame oplossingen te bevorderen, wat een belangrijke stap in de goede richting zou kunnen zijn.

Gezien de diverse implicaties en wiskundige analogie die bestaat tussen wrijving en andere dynamische problemen in de techniek, is het duidelijk dat een dieper begrip van wrijving en de effecten ervan van groot belang is voor de toekomst. Innovatieve onderzoeksbenaderingen zullen helpen technologieën verder te ontwikkelen en nieuwe oplossingen te vinden.

De originele publicatie is getiteld “Self-sustained wrijvingskoeling in actieve materie” door Antonov et al. (2025) is te vinden in Nature Communications: hier.

Voor gedetailleerde informatie over de wiskundige modellen en hun toepassingen in onderzoek, evenals actuele publicaties op het gebied van wrijving, verwijzen wij naar het werk van Universiteit van Kassel en verdere bevindingen van de Technische Universiteit van Braunschweig.