Mano sosteniendo una botella de agua derramándose bajo el cielo azul.

Los investigadores de la Universidad del Estado de Carolina del Norte crearon una nueva ley que explica la fricción que se genera al agarrar objetos húmedos. Los hallazgos, publicados en un artículo en la revista Nature, y podrían ayudar a mejorar el diseño de manos robóticas y ampliar su aplicación para el agarre efectivo en condiciones húmedas como en una cirugía.

La humedad puede dificultar el agarre

Las manos son probablemente uno de los mejores desarrollos que ha logrado la naturaleza. En parte, es gracias a ellas que los humanos han logrado escribir y dejar huella de su paso en la tierra en diferentes materiales, fabricar herramientas e incluso expresar afecto a sus similares. En definitiva, el agarre que estas nos ayudan a establecer ha sido fundamental para nuestra supervivencia.

Poco pensamos en ello, pero sí, las manos y lo que hacemos con ellas tienen mucha relevancia. Tanta que hasta hemos intentado (y logrado) replicarla para llegar a aquellos lugares, o “tocar” cosas que nuestra propia biología nos impide, o simplemente por automatizar los procesos. Como ejemplo, los robots y las manos robóticas.

Pero resulta que algo tan habitual como la humedad puede complicar mucho el proceso, cambiando totalmente la dinámica de fricción al agarrar los objetos. Los científicos se han interesado en comprenderlo y un trabajo reciente parece haberlos acercado a dicha meta.

Fricción de lubricación elastohidrodinámica, lo que ocurre cuando agarramos objetos húmedos

En su artículo postulan lo que denominan la fricción de lubricación elastohidrodinámica, una nueva ley que parece explicar con mucha precisión el proceso de agarre de objetos húmedos. Esta es la fricción que se genera cuando dos superficies sólidas entran en contacto con una capa delgada de fluido que yace entre ellas.

El equipo llegó a dicha ley usando cuatro ecuaciones que involucraban todas las fuerzas físicas que intervienen en el proceso de fricción al agarrar objetos húmedos. Demostraron a través de tres sistemas, incluidos los dedos humanos, nuestra principal referencia; también, en un dedo robótico inspirado en nuestra anatomía y en una herramienta llamada triborreómetro, que mide las fuerzas de fricción.

Mano humana señalando con un dedo índice a una mano robótica que hace la misma seña.

Y aunque su nombre nos parezca lejano y complejo, en realidad está mucho más cerca y visible de lo que pensábamos. La experimentamos al frotar las yemas de los dedos, pues entre ellas circulan las capas naturales de aceite que recubren nuestra piel.

Pero con un nombre tan complejo, quizás habría que mencionar ejemplos un poco más sofisticados. Los investigadores dicen que esta misma fricción es la que podría ocurrir cuando una garra robótica levanta un objeto cubierto de aceite, o un dispositivo quirúrgico que se topa con la humedad dentro del cuerpo humano, por ejemplo, durante una cirugía.

La fricción nos ayuda a sujetar los objetos con firmeza, aún si están húmedos

La fricción es uno de los fenómenos más importantes que vivimos a diario porque nos ayuda a sujetar las cosas sin que se caigan. Por lo que esta nueva ley puede ayudar a mejorar los desarrollos robóticos enfocados en el agarre de objetos, y en especial, aquellos procesos que involucran humedad.

“Comprender la fricción es intuitivo para los humanos, incluso cuando manipulamos platos con jabón”, dice Lilian Hsiao, profesora asistente de ingeniería química y biomolecular en la Universidad Estatal de Carolina del Norte. “Pero es extremadamente difícil tener en cuenta la fricción de lubricación elastohidrodinámica cuando se desarrollan materiales que controlan las capacidades de agarre en los robots”.

Ahora los ingenieros podrán allanar el camino hacia el desarrollo de materiales que ayudan a controlar esta fricción, aplicables a una amplia variedad de condiciones operativas dinámicas.

Referencia:

Elastohydrodynamic friction of robotic and human fingers on soft micropatterned substrates. https://www.nature.com/articles/s41563-021-00990-9

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