Robotteknologi: Fysikere avslører hemmelighetene ved automatisk stopp!

Robotteknologi: Fysikere avslører hemmelighetene ved automatisk stopp!

Fysikere ved Heinrich Heine-universitetet i Düsseldorf (HHU) og universitetet i La Sapienza i Roma har oppdaget hvordan aktive roboter kan stoppes av påvirkninger ved å miste sin kinetiske energi gjennom statisk friksjon. Denne teknologien kan ha omfattende bruksområder, spesielt innen robotikk, hvor effektivitet og energiforbruk er nøkkelspørsmål. Resultatene av denne studien ble publisert i det prestisjetunge tidsskriftet Nature Communications og viser at statisk friksjon, når den oppstår mellom roboter, er svært effektiv for å få dem til å stoppe.

Nøkkelen til denne forskningen ligger i fenomenet statisk friksjon, som sikrer at to faste stoffer forblir i ro til en kritisk helningsvinkel overskrides. Eksperimentene brukte 3D-printede miniroboter drevet av en vibrerende plate. Disse robotene viste fascinerende stop-and-go-adferd, og dannet klynger der de var "kalde" når beleggstettheten var høy og drivkraften var lav.

Friksjon som motor og brems

Som forskningen viser, forventer forskerne at kompleksiteten i friksjonsatferd kan skape dynamiske klynger som inneholder både kalde og varme områder. Dette er en balanse som vanligvis ikke oppnås, og den forklarer konkurransen mellom aktivitet og coulomb-friksjon. Første forfatter av studien Dr. Alexander Antonov ga et betydelig bidrag til å gjenskape denne fysiske mekanismen gjennom modellsimuleringer. Prof. Caprini understreker at systemet fungerer ekstremt autonomt, og kjøler seg ned gjennom støt uten behov for ekstern intervensjon.

Denne innsikten i friksjon tilbyr også lovende perspektiver for fremtidige bruksområder. Prof. Löwen ser muligheter for automatisk å kontrollere den kollektive oppførselen til roboter og bulkmaterialer. Å bruke statisk friksjon for å spare energi kan være viktig for ulike teknologier i fremtiden, inkludert kjøretøydekk.

Innsikt i applikasjoner og mekanismer

Påvirkningen av friksjon på tekniske systemer er ofte undervurdert. Dynamikk i maskinteknikk viser at ikke-lineariteter i struktur og kontakt er avgjørende, spesielt i applikasjoner som kjøretøysdrift hvor friksjon spiller en rolle. Ulike forskningsprosjekter på dette området, som studier av stabilitet og bifurkasjon under påvirkning av friksjon, har bidratt til å skjerpe forståelsen av friksjonsatferd. Disse funnene er relevante ikke bare for mekaniske systemer, men også for cellebiologiske spørsmål.

En annen vurdering er bruken av smøremidler, som ofte brukes for å redusere slitasje og forbedre varmeoverføringen. Disse gir imidlertid ytterligere kompleksitet til de eksisterende friksjonsmekanismene. Forskning på væskereduksjon har som mål å fremme miljømessig bærekraftige løsninger, som kan representere et betydelig skritt i riktig retning.

Tatt i betraktning de ulike implikasjonene og den matematiske analogien som eksisterer mellom friksjon og andre dynamiske problemer i ingeniørfag, er det klart at en dypere forståelse av friksjon og dens effekter er av stor betydning for fremtiden. Innovative tilnærminger til forskning vil bidra til å videreutvikle teknologier og finne nye løsninger.

Den originale publikasjonen har tittelen "Self-sustained frictional cooling in active matter" av Antonov et al. (2025) finnes i Nature Communications: her.

For detaljert informasjon om de matematiske modellene og deres anvendelser i forskning, samt aktuelle publikasjoner innen friksjonsfeltet, viser vi til arbeidet til Kassel universitet og ytterligere funn av Tekniske universitetet i Braunschweig.