قام باحثون في فرنسا بتطوير تقنية جديدة لضبط قوى الاحتكاك عند الواجهات بين المواد المختلفة. جوليان شيبرت استخدم وزملاؤه في جامعة ليون أسطحًا بسيطة وسهلة التعديل لإنشاء معاملات احتكاك محددة عند السطح البيني بين عينات الزجاج والمطاط الصناعي.

من شاشات اللمس إلى الأيدي الآلية، تعد الاتصالات الاحتكاكية مكونًا أساسيًا في العديد من الأجهزة الحديثة. لتحسين أدائهم، يحتاج المصممون إلى فرض رقابة صارمة على قوى الاحتكاك في واجهات المواد. ومع ذلك، على الرغم من قرون من البحث الدقيق، ما زلنا لا نملك طريقة موثوقة للتنبؤ بمعامل الاحتكاك عبر أي واجهة معينة.

تكمن الصعوبة الرئيسية في فهم الاحتكاك في التنوع الهائل للأنسجة الموجودة على الأسطح. يمكن أن يمتد حجم المعالم السطحية إلى عدة مستويات: من المقياس الذري إلى المقياس المليمتري. نظرًا لأن كل هذه الميزات يمكن أن تؤثر على الاحتكاك بين سطحين، فغالبًا ما يكون من الصعب للغاية حساب معاملات الاحتكاك من المبادئ الأولى.

يوجد حاليًا تقنيتان رئيسيتان لتحسين الاحتكاك بين الأسطح. تتمثل إحدى الطرق في اختيار زوج من المواد التي تتعرض للقدر الصحيح من الاحتكاك. ومع ذلك، غالبًا ما لا تتمتع هذه المواد بالخصائص الأخرى - الحرارية والكهربائية وما إلى ذلك - المطلوبة لتطبيق معين.

سوء الفهم

يوضح شيبرت: "التقنية الثانية هي إنشاء أنسجة دقيقة اصطناعية على الأسطح". "ولكن نظرًا لأن العلاقة بين الملمس والاحتكاك لا تزال غير مفهومة جيدًا، فعادةً ما يتم تحديد القوام المناسب فقط بعد حملات تجريبية طويلة ومكلفة."

في دراستهم، قام فريق شيبرت بتحسين النهج النسيجي الدقيق باستخدام أسطح فوقية بسيطة للغاية تشتمل على مصفوفات مربعة من الأغطية الكروية. يمكن إعطاء كل غطاء ارتفاعًا محددًا بالنسبة للأغطية الأخرى (انظر الشكل).

يوضح شيبرت: "في هذه الظروف، يمكن صياغة الاستجابة [الاحتكاكية] للواجهة بدقة، ويمكن تحديد قائمة الارتفاعات التي توفر سلوك الاحتكاك المستهدف قبل تصنيع الأسطح فعليًا". وبهذه الطريقة، تمكن الفريق من هندسة أنسجة مختلفة لتحقيق المستوى المطلوب من الاحتكاك بين الوجه في المحاولة الأولى.

اختبر الباحثون نهجهم من خلال إعداد الأسطح الفوقية على عينات بحجم سنتيمتر واحد من المطاط الصناعي الشبيه بالمطاط. يتميز كل سطح بشبكة مكونة من 64 غطاءًا كرويًا مصنوعًا من المطاط الصناعي. يتم تحديد الارتفاع الذي تبرز عنده كل قبعة من السطح بشكل فردي، مما يسمح للفريق بإنشاء مجموعة من الأسطح المختلفة.

يتم قياس الاحتكاك عن طريق وضع قطعة مسطحة من الزجاج أعلى السطح المعدني والدفع لأسفل أثناء سحب الزجاج على طول السطح المعدني. ومن خلال ضبط بنية الأسطح الخارقة بطريقة منهجية، يمكن إنشاء معاملات احتكاك محددة في الواجهة.

معاملي احتكاك مختلفين

نجح هذا النهج دون الحاجة إلى حسابات مبدئية لقوى الاحتكاك، ودون تغيير أي خصائص للمواد نفسها. ويضيف شيبرت: "وأكثر من ذلك، قمنا بإعداد جهات اتصال تتميز بمعاملي احتكاك مختلفين، يعتمدان على مستوى الضغط المطبق على الواجهة - وهو سلوك نادر جدًا بطبيعته".

باستخدام هذا النهج السريع والميسور التكلفة، تمكن فريق شيبرت من إعادة إنتاج مجموعة متنوعة من قوانين الاحتكاك المعروفة في تجاربهم: بما في ذلك القوانين الخطية، حيث يظل معامل الاحتكاك ثابتًا مع زيادة قوى القص عبر الواجهة؛ وقوانين غير خطية أكثر تعقيدًا، حيث يختلف هذا المعامل باختلاف قوة القص.

وبينما يقومون بتحسين تقنيتهم ​​بشكل أكبر، يتصور الباحثون مجموعة واسعة من التطبيقات لنهجهم في الأسطح المعدنية القابلة للتعديل. يقول شيبرت: "إن إنشاء واجهات اتصال تتوافق مع سلوك احتكاك محدد هو الكأس المقدسة في علم الاحتكاك".

"توفر استراتيجية التصميم لدينا أدوات جديدة لإعداد مثل هذه الواجهات الاحتكاكية. ومن الممكن أن يفتح هذا فرصًا في مختلف المجالات الصعبة، بدءًا من الرياضة وحتى الروبوتات الناعمة. إذا تم تجهيزها بأجهزة استشعار ومشغلات، فإن واجهاتنا الوصفية تحمل وعدًا بواجهات اتصال ذكية مع ضبط الاحتكاك في الوقت الفعلي.

تم وصف البحث في علوم.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/simple-metasurfaces-offer-control-over-friction-at-material-interfaces/