Robotická technológia: Fyzici odhaľujú tajomstvá automatického zastavenia!

Robotická technológia: Fyzici odhaľujú tajomstvá automatického zastavenia!

Fyzici na Univerzite Heinricha Heineho v Düsseldorfe (HHU) a na Univerzite La Sapienza v Ríme zistili, ako môžu byť aktívne roboty zastavené nárazmi stratou kinetickej energie statickým trením. Táto technológia by mohla mať široké uplatnenie, najmä v robotike, kde sú kľúčovými problémami efektívnosť a spotreba energie. Výsledky tejto štúdie boli publikované v prestížnom časopise Nature Communications a ukazujú, že keď medzi robotmi nastane statické trenie, je veľmi účinné pri ich zastavení.

Kľúč k tomuto výskumu spočíva vo fenoméne statického trenia, ktorý zaisťuje, že dve pevné látky zostanú v pokoji, kým sa neprekročí kritický uhol sklonu. Experimenty využívali 3D tlačených minirobotov poháňaných vibračnou doskou. Tieto roboty vykazovali fascinujúce správanie sa stop-and-go, vytvárali zhluky tam, kde boli „studené“, keď bola hustota obsadenia vysoká a hnacia sila nízka.

Trenie ako motor a brzda

Ako ukazuje výskum, vedci očakávajú, že zložitosť trecieho správania môže vytvoriť dynamické zhluky, ktoré obsahujú studené aj horúce oblasti. Toto je rovnováha, ktorá sa bežne nedosahuje a vysvetľuje to súťaž medzi aktivitou a coulombovým trením. Prvý autor štúdie Dr. Alexander Antonov významne prispel k obnoveniu tohto fyzikálneho mechanizmu prostredníctvom modelových simulácií. Prof. Caprini zdôrazňuje, že systém funguje mimoriadne autonómne, pričom sa sám ochladzuje nárazmi bez potreby vonkajšieho zásahu.

Tieto pohľady na trenie tiež ponúkajú sľubné perspektívy pre budúce aplikácie. Profesor Löwen vidí príležitosti na automatické riadenie kolektívneho správania robotov a sypkých materiálov. Využívanie statického trenia na úsporu energie by mohlo byť v budúcnosti dôležité pre rôzne technológie vrátane pneumatík vozidiel.

Prehľady aplikácií a mechanizmov

Vplyv trenia na technické systémy sa často podceňuje. Dynamika v strojárstve ukazuje, že nelinearity v štruktúre a kontakte sú rozhodujúce, najmä v aplikáciách, ako sú pohony vozidiel, kde zohráva úlohu trenie. Rôzne výskumné projekty v tejto oblasti, ako napríklad štúdie stability a bifurkácie pod vplyvom trenia, prispeli k lepšiemu pochopeniu trecieho správania. Tieto zistenia sú relevantné nielen pre mechanické systémy, ale aj pre bunkové biologické otázky.

Ďalšou úvahou je použitie mazív, ktoré sa často používajú na zníženie opotrebovania a zlepšenie prenosu tepla. Tieto však pridávajú dodatočnú zložitosť k existujúcim trecím mechanizmom. Výskum v oblasti redukcie tekutín sa zameriava na podporu environmentálne udržateľných riešení, ktoré by mohli predstavovať významný krok správnym smerom.

Vzhľadom na rôznorodé dôsledky a matematickú analógiu, ktorá existuje medzi trením a inými dynamickými problémami v inžinierstve, je jasné, že hlbšie pochopenie trenia a jeho účinkov má veľký význam pre budúcnosť. Inovatívne prístupy k výskumu pomôžu ďalej rozvíjať technológie a nachádzať nové riešenia.

Pôvodná publikácia má názov „Samostatné trenie v aktívnej hmote“ od Antonova a kol. (2025) možno nájsť v Nature Communications: tu.

Pre podrobné informácie o matematických modeloch a ich aplikáciách vo výskume, ako aj o aktuálnych publikáciách v oblasti trenia odkazujeme na prácu Univerzita v Kasseli a ďalšie zistenia o Technická univerzita v Braunschweigu.