人工智能：新的摩擦定律，讓機(jī)器人具備更精細(xì)的觸覺(jué)


圖片來(lái)源：Lilian Hsiao
從工廠的裝配線到醫(yī)藥領(lǐng)域，機(jī)器人設(shè)備已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各處。盡管如此，工程師們依舊很難計(jì)算機(jī)器人在抓取物體時(shí)產(chǎn)生的摩擦，對(duì)于在潮濕的環(huán)境中發(fā)生的抓取行為尤其如此?，F(xiàn)在，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種新的物理定律，可用于解釋并分析這種摩擦，這將進(jìn)一步推動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在各領(lǐng)域的發(fā)展。
美國(guó)北卡羅萊納州立大學(xué)（North Carolina State University）化學(xué)與生物分子工程學(xué)助理教授，及這項(xiàng)研究論文的通訊作者Lilian Hsiao說(shuō)：“這項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)更可靠，功能更強(qiáng)大的觸摸和機(jī)器人設(shè)備打開(kāi)了大門，這些設(shè)備將應(yīng)用于遙控外科手術(shù)和制造業(yè)等領(lǐng)域中。”
最關(guān)鍵的問(wèn)題是所謂的彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑（elastohydrodynamic lubrication，EHL）摩擦，這個(gè)摩擦主要發(fā)生在兩個(gè)固體表面間存在一層薄薄的流體，并相互接觸時(shí)。當(dāng)你將兩個(gè)指尖相互摩擦，由于兩指尖的皮膚上自然存在一層薄薄的油脂，這時(shí)的摩擦就是EHL。此外，當(dāng)機(jī)械爪舉起涂有油的物體時(shí)，或是外科手術(shù)裝置在人體內(nèi)部工作時(shí)，這種摩擦都會(huì)發(fā)生。


圖片來(lái)源：pixabay
這種摩擦之所以重要的一個(gè)原因是，它可以幫助我們穩(wěn)穩(wěn)地抓住東西不會(huì)掉下來(lái)。
Hsiao說(shuō)：“對(duì)人類來(lái)說(shuō)，理解這種摩擦是個(gè)很直觀的過(guò)程，我們清洗沾滿肥皂泡的盤(pán)子時(shí)就能感受得到。但是在開(kāi)發(fā)控制機(jī)器人抓握能力所需的材料時(shí)，要理解分析EHL摩擦是極其困難的?！?br> 想要開(kāi)發(fā)能控制EHL摩擦的材料，工程師們需要一個(gè)能夠廣泛應(yīng)用于各種模式、材料和動(dòng)態(tài)操作情況下的框架。而這正是研究者們所發(fā)現(xiàn)的。


圖片來(lái)源：pixabay
Hsiao說(shuō)：“只要物體的表面存在紋理，該定律就可以用來(lái)解釋EHL摩擦，并且可以應(yīng)用于許多不同的軟系統(tǒng)中?！?br> 這里所說(shuō)的表面紋理可以是任意的，不管是手指尖上的略微凸起，或是機(jī)器人工具表面上的凹槽。
這項(xiàng)新的物理原理是由Hsiao和她的研究生Yunhu Peng共同提出的，Peng也是論文的第一作者。他們用了四個(gè)方程來(lái)分析這一物理過(guò)程中所有的力，并以此來(lái)理解EHL摩擦。論文中，研究團(tuán)隊(duì)在人的手指、仿生機(jī)器人指尖，以及用來(lái)測(cè)量摩擦力的摩擦流變儀這三個(gè)系統(tǒng)中證明了該定律。
Hsiao說(shuō)：“研究結(jié)果對(duì)于有精密控制要求的機(jī)械手非常有用，這可以使它們更可靠地應(yīng)用于制造業(yè)。在遙控外科領(lǐng)域中這一發(fā)現(xiàn)也有顯著的作用，比如讓外科醫(yī)師可以遠(yuǎn)程控制機(jī)器人設(shè)備來(lái)執(zhí)行外科手術(shù)。我們認(rèn)為這是在人造系統(tǒng)中理解觸摸和控制觸摸的一個(gè)非常重大的進(jìn)步?！?br> 翻譯：顧晨月
審校：魏瀟
引進(jìn)來(lái)源：NORTH CAROLINA STATE UNIVERSITY


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥(niǎo)知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥(niǎo)相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情
?