Metasurface sederhana menawarkan kontrol atas gesekan pada antarmuka material – Physics World

Sebuah teknik baru untuk menyempurnakan gaya gesekan pada antarmuka antara material yang berbeda telah dikembangkan oleh para peneliti di Perancis. Julien Scheibert dan rekannya di Universitas Lyon menggunakan metasurface yang sederhana dan mudah disesuaikan untuk menciptakan koefisien gesekan tertentu pada antarmuka antara sampel kaca dan elastomer.

Dari layar sentuh hingga tangan robot, kontak gesekan adalah komponen kunci dari banyak perangkat modern. Untuk mengoptimalkan kinerjanya, perancang perlu membangun kontrol yang ketat terhadap gaya gesekan pada antarmuka material. Namun, meskipun telah dilakukan penyelidikan yang cermat selama berabad-abad, kami masih belum memiliki metode yang dapat diandalkan untuk memprediksi koefisien gesekan pada antarmuka tertentu.

Kesulitan utama dalam memahami gesekan adalah banyaknya keragaman tekstur yang ditemukan pada permukaan. Ukuran fitur permukaan dapat berkisar beberapa kali lipat: dari skala atom hingga milimeter. Karena semua fitur ini dapat mempengaruhi gesekan antara dua permukaan, seringkali sangat sulit menghitung koefisien gesekan berdasarkan prinsip pertama.

Saat ini, ada dua teknik utama untuk mengoptimalkan gesekan antar permukaan. Salah satu caranya adalah dengan memilih sepasang material yang mengalami jumlah gesekan yang tepat. Namun, sering kali bahan-bahan ini tidak memiliki sifat lain – termal, listrik, dll. – yang diperlukan untuk aplikasi tertentu.

Pemahaman yang buruk

“Teknik kedua adalah membuat mikrotekstur buatan pada permukaan,” jelas Scheibert. “Tetapi karena hubungan antara tekstur dan gesekan masih kurang dipahami, tekstur yang cocok biasanya baru dapat diidentifikasi setelah kampanye eksperimental yang panjang dan mahal.”

Dalam studi mereka, tim Scheibert memperbaiki pendekatan mikrotekstur dengan menggunakan metasurface yang sangat sederhana yang terdiri dari susunan persegi tutup bola. Setiap tutup dapat diberi ketinggian tertentu dibandingkan dengan tutup lainnya (lihat gambar).

“Dalam kondisi ini, respons [gesekan] dari antarmuka dapat dimodelkan secara akurat, dan daftar ketinggian yang memberikan perilaku gesekan yang ditargetkan dapat ditentukan sebelum benar-benar membuat permukaan tersebut,” jelas Scheibert. Dengan cara ini, tim dapat merekayasa tekstur yang berbeda untuk mencapai tingkat gesekan antarmuka yang diinginkan pada percobaan pertama.

Para peneliti menguji pendekatan mereka dengan menyiapkan permukaan meta pada sampel elastomer mirip karet berukuran sentimeter. Setiap permukaan menampilkan kisi 64 tutup bola yang terbuat dari elastomer. Ketinggian setiap tutup yang menonjol dari permukaan diatur secara individual, memungkinkan tim untuk membuat berbagai metasurface yang berbeda.

Gesekan diukur dengan meletakkan sepotong kaca datar di atas metasurface dan menekan ke bawah sambil menyeret kaca sepanjang metasurface. Dengan menyesuaikan struktur metasurfaces secara sistematis, koefisien gesekan tertentu dapat dibuat pada antarmuka.

Dua koefisien gesekan yang berbeda

Pendekatan ini berhasil tanpa memerlukan perhitungan gaya gesekan prinsip pertama, dan tanpa mengubah sifat material itu sendiri. “Terlebih lagi, kami telah menyiapkan kontak yang menampilkan dua koefisien gesekan berbeda, yang bergantung pada tingkat kompresi yang diterapkan pada antarmuka – sebuah perilaku yang sangat jarang terjadi,” tambah Scheibert.

Gesekan melakukan pengangkatan berat pada tali dan benang

Dengan pendekatan yang cepat dan terjangkau ini, tim Scheibert mampu mereproduksi berbagai hukum gesekan yang diketahui dalam eksperimen mereka: termasuk hukum linier, di mana koefisien gesekan tetap konstan seiring dengan meningkatnya gaya geser pada antarmuka; dan hukum nonlinier yang lebih kompleks, yang koefisiennya bervariasi terhadap gaya geser.

Ketika mereka meningkatkan teknik mereka lebih lanjut, para peneliti membayangkan beragam aplikasi untuk pendekatan metasurface yang dapat disesuaikan. “Membuat antarmuka kontak yang cocok dengan perilaku gesekan tertentu adalah hal yang paling penting dalam tribologi,” kata Scheibert.

“Strategi desain kami menyediakan alat baru untuk mempersiapkan antarmuka friksional tersebut. Hal ini berpotensi membuka peluang di berbagai bidang yang menantang, mulai dari olahraga hingga robotika lunak. Jika dilengkapi lebih lanjut dengan sensor dan aktuator, antarmuka meta kami bahkan menjanjikan antarmuka kontak pintar dengan penyesuaian gesekan secara real-time.”

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Ilmu.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/simple-metasurfaces-offer-control-over-friction-at-material-interfaces/