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Ciencia

De qué se trata la nueva «Ley de fricción»

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.

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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.

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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.

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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”.

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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

Ciencia

La súper computadora que le tenía miedo a la oscuridad y prefería las luces encendidas

Se trata de la primera computadora electrónica con hardware aritmética de punto flotante. Por razones desconocidas, la máquina fallaba cuando el operador de turno se iba de la sala de operación.

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La computadora OMIBAC (Ordinal Memory Inspecting Computer Binary Automátic) fue construida por la División de sistemas de aviación y artillería de la General Electric Company en Schenectady Nueva York, en 1948.

La OMIBAC (Ordinal Memory Inspecting Computer Binary Automátic) era más rápida que una IBM 650 cuando realizaba cálculos de coma flotante y funcionaba a una velocidad de 84 instrucciones/seg. Sus 3300 tubos de vacío termoiónicos consumían 12 kW de potencia y requirieron 1.4 m3·s −1 de refrigeración por aire.

El circuito de coma flotante de 24 bits de la máquina utilizaba una estructura de bits especial para representar un subconjunto de los números reales usando un significado de 17 bits escalado por un exponente entero firmado de 7 bits.

Siendo un prototipo de computadora digital binaria almacenado de tres direcciones que adopta una arquitectura de Harvard modificada, tenía instrucciones de 34 bits y datos de 24 bits almacenados en dos tambores magnéticos separados que giran a 4300 y 5400 rpm con 36 y 26 pistas respectivamente. 750 instrucciones podrían almacenarse en el primer tambor mientras que el tambor de datos podía almacenar 640 números de coma flotante.

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Las aplicaciones incluían estudios de balística y de rutas de vuelo. Las necesidades de personal fueron 1 operador, 1 personal de mantenimiento, 2 matemáticos y 4 aprendices. Logró 52 horas de operación libres de errores por semana con 8 horas/semana de mantenimiento y reparación, y nunca operó sola en la oscuridad, ¿por qué? Al parecer prefería las luces encendidas.

La explicación

OMIBAC integró un módulo enchufable flip-flop de 1 bit que utiliza un solo tubo de vacío de oscilador de triodo dual de 9 pines en miniatura GE 12AT7 y componentes electrónicos asociados.

Una característica misteriosa de la máquina era que funcionaba mejor durante la noche cuando un operador del turno noche estaba presente, pero siempre fallaba cuando no había ningún operador de turno.

Eventualmente se descubrió que la máquina OMIBAC efectivamente le tenía miedo a la oscuridad y prefería las luces encendidas.

La explicación técnica fue que la máquina utilizaba circuitos flip-flop de Jordan Eckles que tenían tubos con pequeñas luces de neón en los circuitos que sobresalían en el panel frontal y eran sensibles a la iluminación ambiental. El potencial de ionización cambió un poco de 90 V con luz ambiental sobre ellos.

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Entonces, en la oscuridad, el potencial de ionización era un valor, y cuando se encendían las luces, la ionización era otro valor.

En última instancia, en las máquinas del futuro, pusieron una pequeña cantidad de radio en el exterior de esas pequeñas bombillas de neón para que el potencial de ionización siempre se mantuviera donde se suponía que debía estar.-

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