Bien que les appareils robotiques soient utilisés dans tout, des chaînes de montage à la médecine, les ingénieurs ont du mal à expliquer la friction qui se produit lorsque ces robots saisissent des objets, en particulier dans des environnements humides. Les chercheurs ont maintenant découvert une nouvelle loi de la physique qui explique ce type de frottement, qui devrait faire progresser un large éventail de technologies robotiques.

"Notre travail ici ouvre la porte à la création de dispositifs haptiques et robotiques plus fiables et fonctionnels dans des applications telles que la téléchirurgie et la fabrication, " dit Lilian Hsiao, professeur adjoint de génie chimique et biomoléculaire à la North Carolina State University et auteur correspondant d'un article sur le travail.

Le problème est quelque chose appelé friction de lubrification élastohydrodynamique (EHL), qui est le frottement qui se produit lorsque deux surfaces solides entrent en contact avec une fine couche de fluide entre elles. Cela inclurait la friction qui se produit lorsque vous frottez vos doigts ensemble, le fluide étant la fine couche d'huile naturelle sur votre peau. Mais cela pourrait aussi s'appliquer à une griffe robotique soulevant un objet qui a été enduit d'huile, ou à un dispositif chirurgical utilisé à l'intérieur du corps humain.

L'une des raisons pour lesquelles la friction est importante est qu'elle nous aide à tenir les choses sans les laisser tomber.

« Comprendre la friction est intuitif pour les humains, même lorsque nous manipulons des plats savonneux, " dit Hsiao. "Mais il est extrêmement difficile de tenir compte de la friction EHL lors du développement de matériaux qui contrôlent les capacités de préhension des robots."

Pour développer des matériaux qui aident à contrôler le frottement EHL, les ingénieurs auraient besoin d'un cadre qui puisse être appliqué uniformément à une grande variété de modèles, matériaux et conditions de fonctionnement dynamiques. Et c'est exactement ce que les chercheurs ont découvert.

"Cette loi peut être utilisée pour tenir compte du frottement EHL, et peut être appliqué à de nombreux systèmes mous différents, tant que les surfaces des objets sont modelées, " dit Hsiao.

Dans ce contexte, les motifs de surface peuvent être n'importe quoi, des surfaces légèrement surélevées sur le bout de nos doigts aux rainures dans la surface d'un outil robotique.

Le nouveau principe physique, développé conjointement par Hsiao et son étudiant diplômé Yunhu Peng, utilise quatre équations pour tenir compte de toutes les forces physiques en jeu dans la compréhension du frottement EHL. Dans le journal, l'équipe de recherche a démontré la loi dans trois systèmes :les doigts humains; un bout de doigt robotique bio-inspiré; et un outil appelé tribo-rhéomètre, qui sert à mesurer les forces de frottement. Peng est le premier auteur de l'article.

"Ces résultats sont très utiles dans les mains robotiques qui ont des contrôles plus nuancés pour gérer de manière fiable les processus de fabrication, " dit Hsiao. " Et il a des applications évidentes dans le domaine de la téléchirurgie, dans lequel les chirurgiens contrôlent à distance des appareils robotiques pour effectuer des interventions chirurgicales. Nous considérons cela comme une avancée fondamentale pour comprendre le toucher et pour contrôler le toucher dans les systèmes synthétiques."

Le papier, "Frottement élastohydrodynamique de doigts robotiques et humains sur des substrats mous à micromotifs, " est publié dans Matériaux naturels .