新的摩擦定律让机器人具备更精细的触觉

　　从工厂的装配线到医药领域，机器人设备已经被广泛应用于各处。尽管如此，工程师们依旧很难计算机器人在抓取物体时产生的摩擦，对于在潮湿的环境中发生的抓取行为尤其如此。现在，研究人员发现了一种新的物理定律，可用于解释并分析这种摩擦，这将进一步推动机器人技术在各领域的发展。
　　美国北卡罗莱纳州立大学化学与生物分子工程学助理教授，及这项研究论文的通讯作者Lilian Hsiao说：“这项工作为开发更可靠，功能更强大的触摸和机器人设备打开了大门，这些设备将应用于遥控外科手术和制造业等领域中。”
　　最关键的问题是所谓的弹性流体动力润滑（elastohydrodynamic lubrication，EHL）摩擦，这个摩擦主要发生在两个固体表面间存在一层薄薄的流体，并相互接触时。当你将两个指尖相互摩擦，由于两指尖的皮肤上自然存在一层薄薄的油脂，这时的摩擦就是EHL。此外，当机械爪举起涂有油的物体时，或是外科手术装置在人体内部工作时，这种摩擦都会发生。
　　这种摩擦之所以重要的一个原因是，它可以帮助我们稳稳地抓住东西不会掉下来。
　　Hsiao说：“对人类来说，理解这种摩擦是个很直观的过程，我们清洗沾满肥皂泡的盘子时就能感受得到。但是在开发控制机器人抓握能力所需的材料时，要理解分析EHL摩擦是极其困难的。”
　　想要开发能控制EHL摩擦的材料，工程师们需要一个能够广泛应用于各种模式、材料和动态操作情况下的框架。而这正是研究者们所发现的。
　　Hsiao说：“只要物体的表面存在纹理，该定律就可以用来解释EHL摩擦，并且可以应用于许多不同的软系统中。”
　　这里所说的表面纹理可以是任意的，不管是手指尖上的略微凸起，或是机器人工具表面上的凹槽。
　　这项新的物理原理是由Hsiao和她的研究生Yunhu Peng共同提出的，Peng也是论文的第一作者。他们用了四个方程来分析这一物理过程中所有的力，并以此来理解EHL摩擦。论文中，研究团队在人的手指、仿生机器人指尖，以及用来测量摩擦力的摩擦流变仪这三个系统中证明了该定律。
　　Hsiao说：“研究结果对于有精密控制要求的机械手非常有用，这可以使它们更可靠地应用于制造业。在遥控外科领域中这一发现也有显著的作用，比如让外科医师可以远程控制机器人设备来执行外科手术。我们认为这是在人造系统中理解触摸和控制触摸的一个非常重大的进步。” （顾晨月）