Ин таҳқиқот меомӯзад, ки чангаки хушкчасп бо истифода аз полидиметилсилоксан, ё кӯтоҳ PDMS, ҳадафҳои каҷсатҳи дар ҳаракатбударо дар кадом суръатҳо ва кунҷҳои наздикшавӣ гирифта метавонад. Ҳадафҳои нимсилиндрии PLA, ки рӯйи болишти ҳавоӣ ҳаракат дода мешуданд, ба чангаки симметрие бархӯронда шуданд, ки бо часпакҳои дорои ду таносуби гуногуни омехтаи PDMS муҷаҳҳаз буд. Дар таҷрибаҳо радиуси ҳадаф, суръати бархӯрд, кунҷи наздикшавӣ ва таносуби омехтаи PDMS тағйир дода шуданд. Система вобаста ба шароит аз суръатҳои наздик ба сифр то ҳудуди тақрибан 0,4–0,7 m/s ҳадафро бомуваффақият гирифт. Гирифтани бомуваффақият дар кунҷҳои наздикшавии 0°, 15° ва 30° мушоҳида шуд, аммо дар кунҷи 45° дар ҳамаи суръатҳои таҷрибавӣ ноком гардид.

Натиҷаи асосии таҳқиқот ин аст, ки часпиши хушки динамикӣ танҳо бо энергияи сатҳии маводи часпак муайян намешавад. Энергияи кинетикии ҳадаф, ҷузъҳои нормалӣ ва тангенсиалии импулс, сахтии PDMS, масоҳати воқеии тамос, каҷии ҳадаф ва қобилияти механизми чангак барои фурӯ бурдани энергия ҳамзамон таъсир мерасонанд. Гарчанде суръати бархӯрд то сатҳи муайян метавонад пешборкунӣ ва часпиши динамикиро зиёд кунад, дар суръати аз ҳад баланд энергияи бозҷаҳиши ҳадаф аз энергияе, ки система метавонад фурӯ барад, зиёд мешавад. Дар кунҷҳои калони наздикшавӣ бошад, бинобар импулси тангенсиалӣ, лағжиши тамос ва боргузории асимметрӣ ҳадди часпиш убур карда мешавад.

Аз нигоҳи Туркия, ин таҳқиқот барои самтҳое чун роботҳои кайҳонӣ, системаҳои хидматрасонии моҳвораӣ, таҳқиқоти гирифтани партовҳои мадорӣ, чангаки роботикаи нарм ва нигоҳ доштани ҷузъҳои ҳассос бе гузоштани из аҳаммияти методӣ дорад. Бо вуҷуди ин, таҷрибаҳо дар муҳити воқеии кайҳонӣ гузаронида нашудаанд. Барои истифодаи система дар Туркия ё дар ягон татбиқи дигар, онро бояд дар шароити вакуум, микрогравитатсия, даврҳои ҳароратӣ, оксигени атомӣ, радиатсия, ифлосшавии сатҳ, гардиши ҳадаф ва пиршавии дарозмуддати PDMS алоҳида санҷида ва тасдиқ кард.

Таҳқиқот ба кадом савол ҷавоб меҷӯяд?

Саволи асосии таҳқиқот чунин аст: оё часпакҳои хушкчаспи бар PDMS асосёфта метавонанд ҳадафи номуназзам ва дар ҳаракатбударо дар лаҳзаи бархӯрд боэътимод гиранд; агар тавонанд, ҳудудҳои қобили истифода барои суръат, кунҷи наздикшавӣ, каҷии ҳадаф ва таносуби омехтаи PDMS кадомҳоянд?

Қисми муҳими таҳқиқоти қаблии часпиши PDMS дар сатҳҳои ҳамвор, суръатҳои паст ва шароити боргузории нимастатикӣ гузаронида шудааст. Каҷ будани сатҳи ҳадафи озодҳаракат, дар вақти хеле кӯтоҳ ба вуҷуд омадани тамос ва тавлиди ҷузъҳои нормалӣ ва тангенсиалии импулс ҳангоми бархӯрд масъаларо мураккабтар мегардонад. Ин таҳқиқот ин холигиро бо истифодаи ҳамзамони таҷрибаҳои динамикӣ ва таҳлили унсурҳои ниҳоӣ баррасӣ мекунад.

Чаро PDMS ҳамчун часпандаи хушк истифода мешавад?

Полидиметилсилоксан полимери шаффоф ва чандири асосёфта ба силикон бо формулаи химиявии \((C_2H_6OSi)_n\) мебошад. Ҳангоми тамос бо сатҳ он метавонад тавассути қувваҳои van der Waals часпиш ба вуҷуд оварад. Азбаски часпандаи моеъ ё пайванди доимии химиявиро талаб намекунад, имкони ба сатҳ часпидан ва дар ҳолати зарурӣ ҷудо шуданро фароҳам меорад.

Хусусиятҳои PDMS, ки дар таҳқиқот барои татбиқҳои кайҳонӣ махсус таъкид шудаанд, инҳоянд:

• Ба фишори муҳит, мисли макандаки вакуумӣ, вобаста набудан,
• Дар ҳадафҳои ғайримагнитӣ низ қобили истифода будан,
• Имкон додан ба механизмҳои пассивии содатар нисбат ба системаҳои нигоҳдории электрикӣ,
• Бо сохтори чандири худ ба каҷии сатҳ мутобиқ шудан,
• Имкони танзими рафтори часпиш тавассути таносуби омехта ва шароити сахтшавӣ.

Бо вуҷуди ин, таҳқиқот кори дарозмуддати часпакҳои ҳамвори PDMS-ро дар муҳити воқеии кайҳонӣ санҷида нашудааст. Аз ин рӯ, кор маҳсулоти барои истифода дар кайҳон омодаро не, балки модели лабораториро пешниҳод мекунад, ки шароити гирифтани динамикиро меомӯзад.

Дастгоҳи таҷрибавӣ чӣ гуна сохта шудааст?

Дар Расми 1-и саҳифаи 4-и таҳқиқот системаи лағжандае нишон дода шудааст, ки рӯйи болишти ҳавои фишурдашуда бо соиши паст ҳаракат мекунад. Лағжандаи ҳаракаткунанда, ки ҳадафро мебардорад, ба сӯи чангаки собит равона карда шудааст; суръати бархӯрд бо дарвозаи фотоэлектрикӣ ва системаи рақамии вақтсанҷӣ чен карда шудааст.

Ҳадафҳои нимсилиндрӣ аз кислотаи полилактикӣ бо чопгари сеандоза истеҳсол шудаанд. Се радиуси гуногуни ҳадаф истифода шудааст:

• 17,5 mm,
• 20,0 mm,
• 22,5 mm.

Ҳар яке аз часпакҳои PDMS, ки дар ду тарафи чангак ҷойгир шудаанд, 20 mm паҳно, 130 mm дарозӣ ва 1 mm ғафсӣ доранд. Часпакҳо бо часпандаи сохтории Gutorin 5800 аз як нӯг ба механизмҳои шарнирӣ пайваст карда шудаанд. Ҳадаф ва чангак дар баландии 20 mm ҳамтароз карда шудаанд.

Механизм ба зарба ҳассос аст ва барои фаъол шудан қувваи ҳадди ақали пешакӣ муайяншудаи ангезишро талаб намекунад. Ҳатто ҳадафи дорои суръати хеле паст ҳангоми тамос бо механизм метавонад дастакҳоро бандад ва сатҳҳои PDMS-ро ба ҳадаф фишор диҳад.

Намунаҳои PDMS чӣ гуна омода шудаанд?

Пешполимери Dow Corning Sylgard 184 PDMS ва сахткунанда дар ду таносуби массаи гуногун омода карда шудаанд:

Омехтаҳо дар вакуум дегазатсия шуда, баъдан бо гармӣ сахт карда шудаанд. Намунаи A1 нисбат ба A2 сахткунандаи бештар дорад. Натиҷаҳои таҷриба нишон доданд, ки A1 модули чандирии баландтар дорад.

Ноҳамвории сатҳ чӣ гуна чен карда шудааст?

Сатҳҳои кубҳои PDMS ва ҳадафи PLA бо профилометри сатҳии Tencor P-17 таҳқиқ шудаанд. Дар манбаъ дарозии скан 2.000 µm ва қадами скан 0,333 nm нишон дода шудааст.

Расми 3a-и саҳифаи 7-и таҳқиқот изҳои истеҳсоли қабатии чопгари сеандозаро дар ҳадафи PLA ва тағйироти хеле камтари сатҳро дар намунаҳои PDMS нишон медиҳад. Қайд шудааст, ки нишебии умумии аз қолаб ба вуҷудомада ва ҷузъҳои чуқурӣ–барҷастагии миқёси калон аз додаҳо хориҷ шуда, танҳо ноҳамвории сатҳ боқӣ гузошта шудааст.

Омилҳои ноҳамвории сатҳ, ки барои A1 ва A2 ҳисоб шудаанд, мутаносибан 1,00015 ва 1,00049 мебошанд. Ба 1 хеле наздик будани ин қиматҳо нишон медиҳад, ки фарқи байни масоҳати воқеии сатҳ ва масоҳати проексионӣ хурд аст.

Натиҷаҳои кунҷи тамос ва энергияи сатҳ чӣ гунаанд?

Кунҷҳои тамоси об барои A1 104,7° ва барои A2 106,1° чен шудаанд. Ҳар ду қимат гидрофобӣ будани сатҳҳоро нишон медиҳанд. Каме пасттар будани кунҷи тамоси A1 дар доираи ҳисобкунии истифодашуда дар таҳқиқот ба энергияи сатҳии каме баландтар барои A1 оварда расонд.

Кори часпиш байни PDMS ва ҳадаф дар манбаъ бо равишҳои Young–Dupré ва Owens–Wendt–Rabel–Kaelble баррасӣ шудааст:

\[ W_{\mathrm{PDMS-target}} = \gamma_{\mathrm{PDMS}} + \gamma_{\mathrm{target}} - \gamma_{\mathrm{PDMS-target}} \]

Энергияи интерфейс чунин дода шудааст:

\[ \gamma_{\mathrm{PDMS-target}} = \gamma_{\mathrm{PDMS}} + \gamma_{\mathrm{target}} - 2\left( \sqrt{\gamma_{\mathrm{PDMS}}^{d}\gamma_{\mathrm{target}}^{d}} + \sqrt{\gamma_{\mathrm{PDMS}}^{p}\gamma_{\mathrm{target}}^{p}} \right) \]

Дар ин ҷо нишондиҳандаи болоии \(d\) ҷузъи дисперсионӣ ва \(p\) ҷузъи қутбиро ифода мекунад. Муҳаққиқон ҷузъи қутбии PDMS-ро сарфи назар карда, кори часпишро ба шакли зерин овардаанд:

\[ W_{\mathrm{PDMS-target}} = 2\sqrt{ \gamma_{\mathrm{PDMS}} \gamma_{\mathrm{target}}^{d} } \]

Барои энергияи сатҳии PDMS дар манбаъ муносибати зерин истифода шудааст:

\[ \gamma_{\mathrm{PDMS}} = \lambda_L^d \left(1+\cos\theta_{\mathrm{PDMS}}^*\right) \]

Ҷузъи дисперсионии шиддати сатҳии об \(\lambda_L^d=21,8\ \mathrm{mJ/m^2}\) гирифта шудааст. Кунҷи дохилии тамос бошад, дар манбаъ:

\[ \theta_{\mathrm{PDMS}}^* = \frac{\theta_{\mathrm{PDMS}}}{r_{\mathrm{PDMS}}} \]

ба ин шакл дода шудааст. Он ки ин ислоҳи кунҷи тамос дар манбаъ алоҳида тасдиқ нашудааст ва ҳамаи ҷузъҳои энергияи сатҳии ҳисобшуда барои ҳадафи PLA ошкоро гузориш нашудаанд, бозҳисобкунии мустақили кори часпишро мушкил мекунад.

Хусусиятҳои механикии намунаҳои A1 ва A2 чӣ гуна фарқ мекунанд?

Кубҳои PDMS байни лавҳаҳои ҳамвор аз озмоиши фишурдани якмеҳварӣ гузаронида шудаанд. Қобилияти тафриқаи қувваи дастгоҳи таҷрибавӣ ±20 mN ва қобилияти тафриқаи ҷойивазкунӣ ±4 µm дода шудааст.

Дар минтақае, ки ба рафтори хаттӣ наздик карда шудааст, модули Young-и A1 тақрибан 1,45 MPa ва модули Young-и A2 тақрибан 0,72 MPa муайян шудааст. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки A1 бо таносуби 10:1 нисбат ба A2 бо таносуби 15:1 тақрибан ду маротиба сахттар аст.

Ба додаҳои шиддат–деформатсия панҷ модели гиперэластикӣ татбиқ шудааст:

• Модели дараҷаи сеюми Ogden,
• Модели Mooney–Rivlin,
• Модели дараҷаи сеюми Yeoh,
• Модели Neo-Hookean,
• Модели Arruda–Boyce.

Дар каҷҳои саҳифаҳои 7 ва 8-и таҳқиқот моделҳои Ogden, Mooney–Rivlin ва Yeoh ба додаҳои таҷрибавӣ беҳтар наздик шудаанд; моделҳои Neo-Hookean ва Arruda–Boyce бошад, фарқияти равшантар нишон додаанд. Муҳаққиқон бинобар мутобиқати он дар доираи васеи деформатсия модели дараҷаи сеюми Ogden-ро дар таҳлили унсурҳои ниҳоӣ истифода кардаанд.

Зичии энергияи деформатсияи Ogden чунин дода шудааст:

\[ W= \sum_{i=1}^{3} \frac{\mu_i}{\alpha_i} \left( \lambda_1^{\alpha_i} + \lambda_2^{\alpha_i} + \lambda_3^{\alpha_i} -3 \right) \]

Дар ин ҷо \(\lambda_1\), \(\lambda_2\) ва \(\lambda_3\) таносубҳои асосии дарозшавӣ; \(\mu_i\) ва \(\alpha_i\) бошад, собитҳои мутобиқсозии таҷрибавиро ифода мекунанд.

Дар модели гиперэластикии бисёрҳадӣ манфӣ будани баъзе коэффисиентҳо худ аз худ маънои номувофиқии таҷрибавиро надорад; аммо таҳқиқот ҳадди устувории параметрҳо ё рафтори моделро берун аз доираи таҷриба арзёбӣ накардааст.

Таҷрибаҳои гирифтани динамикӣ чӣ гуна гузаронида шуданд?

Дар силсилаи аввалини таҷриба часпаки A1 ва ҳадафи радиусаш 17,5 mm истифода шуданд. Ҳадаф бо суръатҳои гуногуни ибтидоӣ ба сӯи чангак фиристода шуда, дар ҳар таҷриба суръати бархӯрд ва натиҷаи гирифтани ҳадаф сабт карда шуд.

Кунҷи наздикшавӣ бо фосилаи 15° зиёд карда шуд:

• 0°,
• 15°,
• 30°,
• 45°.

Ҳамин раванд бо ҳадафҳои радиусашон 20 mm ва 22,5 mm такрор карда шуд. Сипас часпаки A1 хориҷ, сатҳи пайваст тоза, часпаки A2 насб ва тамоми силсилаи таҷрибаҳо такрор карда шуд.

Манбаъ қадамҳои суръати истифодашуда, шумораи такрорҳо дар ҳар шароит, тарзи тасдиқи дубораи муваффақият ё усули интерполятсияеро, ки барои муайян кардани суръати максималӣ истифода шудааст, шарҳ намедиҳад.

Гирифтани бомуваффақият чӣ гуна таъриф шудааст?

Вақте ҳадаф ба чангак бармехӯрад, дар самти баръакс импулс ба вуҷуд меорад. Ду натиҷаи асосӣ мушоҳида шудаанд:

• Гирифтани бомуваффақият: Чангак ва часпакҳои PDMS энергияи ҳаракати ҳадафро ба қадри кофӣ фурӯ мебаранд; часпиш бозҷаҳишро пешгирӣ мекунад ва ҳадаф дар дохили механизм мемонад.
• Гирифтани номуваффақ: Система энергияи кинетикӣ ё импулси тангенсиалиро ба қадри кофӣ фурӯ бурда наметавонад; ҳадаф лағжида, аз интерфейс ҷудо мешавад ё ба самти баръакс меҷаҳад.

Пас аз таҷрибаҳо гуфта шудааст, ки часпакҳои PDMS якпорчагии худро нигоҳ дошта, кандашавии намоён ба вуҷуд наомадааст. Аммо тағйир ёфтани кори часпиш дар тӯли истифодаи такрорӣ чен карда нашудааст.

Диапазони суръати қобили гирифтани ҳадаф чӣ гуна аст?

Система вобаста ба шароит аз суръатҳои наздик ба сифр то ҳадҳои болоии тақрибан 0,4–0,7 m/s ҳадафро гирифта тавонист. Як суръати максималии универсалӣ вуҷуд надошт; ҳад вобаста ба кунҷи наздикшавӣ, радиуси ҳадаф ва таносуби омехтаи PDMS тағйир ёфт.

Расми 4a-и саҳифаи 10-и таҳқиқот таҷрибаҳои муваффақ ва номуваффақро аз рӯйи суръат, кунҷ, радиуси ҳадаф ва навъи PDMS нишон медиҳад. Дар Расми 4b тамоюли умумӣ ин аст, ки бо зиёд шудани кунҷи наздикшавӣ суръати максималии гирифтани ҳадаф кам мешавад. Аммо дар баъзе таркибҳои ҳадаф–мавод дар кунҷи 30° боз афзоиш дида мешавад.

Ин натиҷаро набояд ба шакли “бо зиёд шудани суръат часпиш ҳамеша бад мешавад” ё “бо зиёд шудани кунҷ коршоямӣ ҳамеша хаттӣ кам мешавад” тафсир кард. Часпиши динамикӣ механизмҳои ғайрихаттӣ ва бо ҳам рақобаткунандаро дар бар мегирад.

Чаро суръати бархӯрд метавонад часпишро ҳам зиёд ва ҳам кам кунад?

Ҳангоми зиёд шудани суръати бархӯрд се таъсири муқобил ба вуҷуд омада метавонанд:

1. Пешборкунии калонтар метавонад PDMS-ро ба ҳадаф сахттар фишор диҳад ва тамосро зиёд кунад.
2. Бинобар таъсири суръатии вискоэластикӣ кори динамикии часпиш ба воҳиди масоҳат метавонад зиёд шавад.
3. Энергияи кинетикӣ ва бозҷаҳиши ҳадаф зиёд мешавад; пас аз ҳадди муайян система ин энергияро фурӯ бурда наметавонад.

Дар таҳқиқот муносибати байни кори динамикии часпиш ва суръати пешравии тарқиш бо қонуни Gent–Schultz шарҳ дода шудааст:

\[ W_d = W \left[ 1+ \left( \frac{v_p}{v_0} \right)^n \right] \]

Дар ин ҷо \(W_d\) кори динамикии часпиш, \(W\) кори асосии часпиш дар суръати паст, \(v_p\) суръати пешравии тарқиши интерфейс ва \(v_0\) ва \(n\) параметрҳои ифодакунандаи рафтори вискоэластикӣ мебошанд.

Ҳарчанд бо зиёд шудани суръат қувваи часпиш метавонад зиёд шавад, энергияи кинетикии ҳадаф бо квадрати суръат меафзояд. Аз ин рӯ, афзоиши часпиш дар ҳамаи суръатҳо муваффақияти гирифтани ҳадафро кафолат намедиҳад. Вақте суръати критикӣ убур мешавад, энергияи ҳадаф аз энергияе, ки чангак метавонад тавассути деформатсияи механикӣ ва часпиши интерфейс фурӯ барад, зиёд мешавад.

Чаро кунҷи наздикшавӣ аҳаммияти критикӣ дорад?

Кунҷи наздикшавӣ суръати ҳадафро ба ҷузъҳои нормалӣ ва тангенсиалӣ нисбат ба сатҳ ҷудо мекунад. Кунҷи мувофиқ метавонад зарбаро байни ду бозуи чангак тақсим кунад ва бори зарбаи нормалиро дар як нуқта кам намояд. Ин метавонад шарҳ диҳад, ки чаро дар баъзе шароит кунҷи 30° нисбат ба 15° суръати баландтари гирифтани ҳадафро иҷозат медиҳад.

Ҳангоми аз ҳад калон шудани кунҷ мушкилоти зерин ба вуҷуд меоянд:

• Ба вуҷуд омадани импулси аз ҳад зиёди нормалӣ дар як тараф,
• Инкишофи импулси аз ҳад зиёди тангенсиалӣ дар тарафи дигар,
• Кам шудани масоҳати тамос,
• Оғоз шудани лағжиш байни PDMS ва ҳадаф,
• Нобаробар тақсим шудани бор ба ду бозуи чангак,
• Зиёд шудани энергияи бозҷаҳиш.

Дар таҷрибаҳо дар кунҷҳои 0°, 15° ва 30° дар диапазонҳои муайяни суръат муваффақият ба даст омад; дар кунҷи 45° бошад, дар ҳеҷ суръат гирифтани ҳадаф амалӣ нашуд. Пас, дар шароити таҷрибавии ин таҳқиқот ҳадди қобили истифодаи кунҷи наздикшавӣ аз 45° пасттар аст.

Радиуси ҳадаф ба кор чӣ гуна таъсир кардааст?

Радиус геометрияи тамоси ибтидоӣ байни PDMS ва ҳадаф ва тарзи васеъ шудани масоҳати тамосро зери бор тағйир медиҳад. Радиуси хурдтар метавонад тамоси ибтидоии маҳаллитар ва тамаркузи баландтари шиддат ба вуҷуд оварад, дар ҳоле ки радиуси калонтар метавонад ба масоҳати васеътари тамос имкон диҳад.

Аммо таҷрибаҳо робитаи яксамтаи “бо калон шудани радиус муваффақият меафзояд”-ро нишон надоданд. Дар Расми 4c каҷҳои радиус–суръати максималӣ вобаста ба кунҷ ва омехтаи PDMS самт иваз мекунанд. Хусусан дар кунҷи наздикшавии 30° дар баъзе силсилаҳои таҷриба бо хурд шудани радиуси ҳадаф суръати максималии гирифтани ҳадаф зиёд шудааст.

Аз ин рӯ, таъсири радиус бояд на танҳо бо масоҳати тамос, балки дар якҷоягӣ бо геометрияи басташавии чангак, тақсимоти зарба, деформатсияи PDMS ва пайдарпаии тамоси ҳадаф бо ду бозу арзёбӣ карда шавад.

Байни A1 ва A2 чӣ фарқ мушоҳида шудааст?

Гарчанде энергияи сатҳии A1 ва A2 ба ҳам наздик аст, хусусиятҳои чандирии онҳо ба таври назаррас фарқ мекунанд. A1 модули Young тақрибан 1,45 MPa ва A2 тақрибан 0,72 MPa дорад. A2 нармтар аст ва метавонад ба сатҳи каҷ осонтар мутобиқ шавад; A1 бошад, ҳангоми зарба метавонад муқовимати механикии баландтар ва интиқоли энергияи дигарро нишон диҳад.

Каҷҳои таҷрибавӣ нишон медиҳанд, ки ҳеҷ яке аз омехтаҳо дар ҳамаи кунҷҳо ва радиусҳои ҳадаф бартарии мутлақ надорад. Суръати баландтарини гирифтани ҳадаф вобаста ба якҷояшавии таносуби омехта ва геометрияи ҳадаф тағйир ёфтааст. Аз ин рӯ, таносуби омехтаи PDMS-ро танҳо бо принсипи “нармтар беҳтар аст” ё “сахттар беҳтар аст” интихоб кардан мумкин нест.

Модели унсурҳои ниҳоӣ чӣ гуна сохта шудааст?

Дар Расми 2a-и саҳифаи 5-и таҳқиқот ҳадафи нимсилиндрии радиусаш 20 mm ва часпаки PDMS бо ғафсии 1 mm, ки дар таърифи модел паҳнояш 200 mm дода шудааст, нишон дода мешаванд. Дар минтақаи тамос унсурҳои секунҷаи зичтар ва дар минтақаҳои дуртар унсурҳои камзичтар истифода шудаанд.

Дар модел:

• Ҳадафи нимсилиндрӣ ҳамчун маводи чандир,
• Часпаки PDMS бо модели гиперэластикии дараҷаи сеюми Ogden,
• Интерфейси часпанда бо модели тамоси коҳезивии ду-хатта,
• Муқоисаи бе часпиш бо тамоси стандартӣ муаррифӣ шудаанд.

Қонуни коҳезивии Расми 2b нишон медиҳад, ки бо зиёд шудани ҷудошавӣ шиддати интерфейс аввал хаттӣ афзоиш ёфта, пас аз расидан ба қимати баландтарин нарм шуда то сифр паст мешавад. Аммо шиддати авҷии рақамӣ, ҷудошавии критикӣ ва энергияи умумии шикасти ин каҷ дар манбаъ дода нашудаанд.

Сатҳи поёнии PDMS собит карда шуда, ба ҳадаф суръатҳои ибтидоии гуногун аз рӯйи бузургӣ ва самт дода шудаанд. Модел танҳо параметрҳои маводи A1-ро истифода кардааст. Барои A2 таҳлили алоҳидаи унсурҳои ниҳоӣ пешниҳод нашудааст.

Кадом сенарияҳои моделсозӣ таҳқиқ шудаанд?

Харитаҳои шиддат чиро нишон медиҳанд?

Расми 5-и саҳифаи 12-и таҳқиқот тақсимоти шиддати von Mises-ро барои ҳафт сенария дар вақтҳои гуногун нишон медиҳад. Дар тамоси аввал шиддатҳои баландтарин дар минтақаи танги тамос байни ҳадаф ва PDMS мутамарказ мешаванд.

Дар сенарияи S1 бе часпиш, ҳадаф пас аз тамоси ибтидоии фишорӣ аз сатҳ ҷудо мешавад. Дар сенарияи S2 бо часпиш бошад, ҳадаф ва часпак тамосро нигоҳ дошта, нисбат ба ҳамдигар ларзиш мекунанд. Ин муқоиса нишон медиҳад, ки дар модел қувваи кашиши коҳезивӣ унсури асосии пешгирандаи бозҷаҳиш аст.

Дар суръатҳои 0,05 m/s ва 0,10 m/s тамос нигоҳ дошта шуд, дар сенарияи S4 бо суръати 1 m/s бошад, баъд аз шиддати баланди кӯтоҳмуддат ҷудошавӣ ба вуҷуд омад. Ин натиҷа қобилияти маҳдуди фурӯбурдани энергияи моделро нишон медиҳад; аммо азбаски ҳадди болоии таҷрибавӣ 0,4–0,7 m/s буд ва дар моделсозӣ танҳо фосилаи васеи байни 0,1 ва 1 m/s санҷида шуд, суръати критикӣ ба таври рақамӣ муайян нашудааст.

Каҷҳои қувва–вақт чӣ гуна тафсир карда мешаванд?

Дар Расми 6-и саҳифаи 13-и таҳқиқот қиматҳои мусбат қувваҳои фишориро нишон медиҳанд, ки ҳадаф PDMS-ро фишурдааст, ва қиматҳои манфӣ қувваҳои кашиши аз часпиш ба вуҷудомадаро ифода мекунанд.

Дар сенарияҳои муваффақ қувваҳои мусбат ва манфӣ бо мурури вақт навбат ба навбат ба вуҷуд омадаанд; ҳадаф ҳаракати мутақобилаи бе хомӯшшавӣ ё бо хомӯшшавии маҳдудро рӯйи PDMS идома додааст. Дар сенарияҳои номуваффақ қувва пас аз қуллаи кӯтоҳи зарба ба сифр баргашта, тамос қатъ шудааст.

Мушоҳидаҳои асосии моделсозии таҳқиқот инҳоянд:

• Вақте часпиш таъриф нашуда буд, ҳадаф бо суръати 0,1 m/s бозҷаҳид.
• Ҳангоми илова кардани тамоси коҳезивӣ, дар ҳамин суръат ҳадаф гирифта шуд.
• Дар диапазони қобили гирифтани ҳадаф бо зиёд шудани суръат амплитудаи шиддат зиёд шуд.
• Дар суръати 1 m/s часпиш барои фурӯ бурдани энергия кофӣ набуд.
• Дар кунҷҳои 0°, 15° ва 30° тамос нигоҳ дошта шуд.
• Дар кунҷи 45° лағжиш ва ҷудошавӣ ба вуҷуд омад.
• Тағйири қувваи часпиш бо суръат якранг нест.

Натиҷаҳои таҷриба ва моделсозӣ то чӣ андоза мувофиқанд?

Таҷриба ва моделсозӣ тамоюлҳои сифатии яксонро нишон медиҳанд: дар суръатҳои паст ва миёна часпиши коҳезивӣ метавонад бозҷаҳишро пешгирӣ кунад, дар суръати аз ҳад баланд ҳадди энергия убур мешавад ва дар кунҷи наздикшавии 45° гирифтани ҳадаф номуваффақ мегардад.

Бо вуҷуди ин, таҳқиқот байни таҷриба ва моделсозӣ меъёри рақамии хато, муқоисаи каҷи қувва, фарқи суръати максималӣ ё тасдиқи вақти тамосро пешниҳод накардааст. Аз ин рӯ, ибораи “мувофиқати қавӣ” бояд на ҳамчун валидатсияи миқдории модел, балки ҳамчун монандии самти натиҷаҳо фаҳмида шавад.

Кадом натиҷаҳоро таҳқиқот дастгирӣ мекунад?

• Часпакҳои PDMS метавонанд ба гирифтани пассивии ҳадафҳои нимсилиндрии ҳаракаткунанда рӯйи болишти ҳавоӣ мусоидат кунанд.
• Дар шароити таҷрибавӣ ҳадди болоии суръати гирифтани ҳадаф тақрибан дар диапазони 0,4–0,7 m/s тағйир ёфтааст.
• Дар кунҷҳои 0°, 15° ва 30° дар диапазонҳои муайяни суръат гирифтани ҳадаф имконпазир аст.
• Дар кунҷи наздикшавии 45° дар ҳамаи суръатҳои таҷрибавӣ нокомӣ мушоҳида шудааст.
• Таносуби омехта ба сахтии PDMS ва рафтори динамикии гирифтани ҳадаф таъсир мекунад.
• Муносибати байни радиуси ҳадаф ва суръати гирифтани ҳадаф ба кунҷ ва мавод вобаста аст.
• Байни қувваи часпиш ва энергияи кинетикии ҳадаф рақобат вуҷуд дорад.
• Импулси аз ҳад зиёди тангенсиалӣ метавонад ба лағжиш ва ҷудошавии интерфейс оварда расонад.
• Модели унсурҳои ниҳоӣ бо тамоси коҳезивӣ тамоюлҳои асосии муваффақият ва нокомиро, ки дар таҷрибаҳо дида шуданд, сифатан такрор кардааст.

Таҳқиқот кадом натиҷаҳоро исбот намекунад?

• Исбот нашудааст, ки чангаки PDMS дар муҳити воқеии мадорӣ бо ҳамин ҳадҳои суръат кор мекунад.
• Наметавон гуфт, ки диапазони 0,4–0,7 m/s барои ҳамаи сатҳҳои PDMS ва геометрияҳои ҳадаф эътибор дорад.
• Нишон дода нашудааст, ки ҳадди 45° барои геометрияҳои дигари чангак универсалӣ аст.
• Исбот нашудааст, ки омехтаи A1 ё A2 дар ҳамаи шароитҳо бартарӣ дорад.
• Нишон дода нашудааст, ки модели унсурҳои ниҳоӣ қувваҳо ва масоҳати тамосро бо дақиқии миқдорӣ пешгӯӣ мекунад.
• Санҷида нашудааст, ки PDMS пас аз вакуум, радиатсия, оксигени атомӣ ва тағйироти калони ҳарорат ҳамон коршоямиро нигоҳ медорад.
• Гардиши ҳадаф ё ҳаракати озоди сеандоза арзёбӣ нашудааст.
• Ифлосшавии сатҳ, фарсудашавӣ ва аз даст рафтани часпиш дар гирифтани такрорӣ чен нашудааст.
• Нишон дода нашудааст, ки система метавонад сатҳҳои номуназзам ва осебдидаи партовҳои воқеии кайҳониро боэътимод гирад.

Дар Туркия дар кадом соҳаҳо метавон истифода бурд?

Равиши таҳқиқотро дар Туркия метавон ба самтҳои зерин мутобиқ кард:

• Системаҳои нигоҳдорӣ ва хидматрасонии моҳвораҳо,
• Чангакҳои роботӣ барои партовҳои мадорӣ,
• Нигоҳдории пассив пас аз наздикшавии бидуни тамос дар дастгоҳҳои кайҳонии бесарнишин,
• Интиқоли шиша, ҷузъҳои оптикӣ ва электроника бе гузоштани из,
• Роботикаи нарм ва чангаки биомиметикӣ,
• Платформаҳои таҷрибавӣ барои муҳитҳои камгравитатсионӣ,
• Муҳитҳои ковок ё бефишоре, ки дар онҳо чангаки классикии вакуумӣ истифода шуда наметавонад.

Барои таҳияи системаи қобили татбиқ дар Туркия, омехтаи PDMS, микросохтори сатҳ, маводи ҳадаф, масоҳати воқеии тамос ва сахтии бозуи чангак бояд якҷоя оптимизатсия шаванд. Илова ба озмоишҳои болишти ҳавоӣ, бояд парвози параболӣ, бурҷи партоиш ё таҷрибаҳои микрогравитатсияи монанд ба мадор гузаронида шаванд.

Барои таҳқиқоти оянда кадом тасдиқҳо лозиманд?

• Гузаронидани шумораи кофии такрорҳо дар ҳар шароити таҷрибавӣ ва гузориши номуайянии оморӣ,
• Шарҳи қадамҳои сканкунии суръат ва усули муайян кардани суръати максималӣ,
• Илова кардани сенсорҳои қувва ба чангак,
• Чен кардани масоҳати тамос бо камераи баландсуръат ё усули оптикӣ,
• Калибркунии алоҳидаи модели коҳезивӣ барои A1 ва A2,
• Муайян кардани таҷрибавии шиддати коҳезивӣ, масофаи ҷудошавӣ ва энергияи шикаст,
• Пешниҳоди таҳлилҳои ҳамгароии шабака ва қадами вақт,
• Омӯзиши гардиши ҳадаф ва ҳолатҳои бархӯрди сеандоза,
• Таҷрибаҳои вакуум, даври ҳароратӣ, радиатсия ва ифлосшавии сатҳ,
• Чен кардани камшавии часпиш пас аз гирифтани чандинкарата.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

Хулосаи техникии ҷараёни усул

Тағйирёбандаҳои таҷрибавӣ

Натиҷаҳои асосии рақамӣ

Шарти физикии гирифтани бомуваффақият

Мувофиқи натиҷаҳои таҳқиқот, барои гирифтани бомуваффақият энергияи умумие, ки аз ҷониби деформатсияи механикии чангак ва часпиши интерфейсии PDMS фурӯ бурда мешавад, бояд аз энергияе, ки тамоюли бозҷаҳиши ҳадафро ба вуҷуд меорад, калонтар бошад:

\[ E_{\mathrm{mekanizma}} + E_{\mathrm{yapışma}} \geq E_{\mathrm{geri\ sıçrama}} \]

Ин ифода дар таҳқиқот ҳамчун муодилаи алоҳида дода нашудааст; он хулосаи физикии шарҳҳои таҷрибавӣ ва моделсозӣ мебошад. Вақте кунҷи наздикшавӣ аз сифр фарқ мекунад, ҷузъҳои нормалӣ ва тангенсиалии импулс низ маҳдудкунанда мешаванд:

\[ \vec{p} = \vec{p}_{n} + \vec{p}_{t} \]

Кунҷи мувофиқ метавонад зарбаи нормалиро тақсим кунад. Ҷузъи аз ҳад зиёди тангенсиалӣ бошад, метавонад дар сатҳи PDMS ба лағжиш ва кандашавии интерфейс оварда расонад.

Ҷиҳатҳои қавии усул

• Ба ҷои сатҳи ҳамвор ҳадафи каҷ ва ҳаракаткунанда истифода шудааст.
• Суръат, кунҷ, радиуси ҳадаф ва омехтаи PDMS якҷоя таҳқиқ шудаанд.
• Характеризатсияи сатҳӣ, механикӣ ва динамикӣ дар як таҳқиқот муттаҳид карда шудаанд.
• Бо болишти ҳавоӣ равиши ҳаракати озоди камсоиш сохта шудааст.
• Сенарияҳои унсурҳои ниҳоӣ бо часпиш ва бе часпиш бевосита муқоиса шудаанд.
• Нокомӣ на танҳо бо қувваи часпиш, балки бо ҳудудҳои энергия ва импулс шарҳ дода шудааст.

Маҳдудиятҳои асосии усул

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Study of Dynamic Adhesion-Based Capture Performance of Polydimethylsiloxane

Муаллифон: Yixin Li, Zijian Chen ва Ping Gu.

Муаллифи масъул: Ping Gu.

Ҳаммуаллифи аввал/саҳми баробар: Зикр нашудааст.

Пайвандҳои муассисавӣ: Department of Modern Mechanics; Laboratory of Mechanical Behavior and Design of Materials; Institute of Micro and Nano Composites, School of Engineering Science, University of Science and Technology of China, Hefei, Чин.

DOI: 10.2139/ssrn.7201323

Платформаи нашр: SSRN.

Маҷалла: Нашри маҷаллаи аз арзёбии ҳамтоён гузашта тасдиқ нашудааст.

Соли нашр: 2026.

Навъи манбаъ: Preprint-и таҳқиқоти таҷрибавӣ ва ҳисоббарорӣ.

Вазъи арзёбии ҳамтоён: Таҳқиқот аз арзёбии ҳамтоён нагузаштааст.

Пайванди расмии SSRN:Саҳифаи сабти SSRN

Пайванди DOI:https://doi.org/10.2139/ssrn.7201323

Сабти марбути додаҳо:Mendeley Data, версияи 1

Маблағгузорӣ: Таҳқиқот аз ҷониби National Natural Science Foundation of China, National Key R&D Program of China ва National Key Project дастгирӣ шудааст. Дар манбаъ рақамҳои 12272370, 2022YFA1205400, 2022YFA1203604 ва MJZ5-2N22 дода шудаанд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки манфиати молиявӣ ё муносибати шахсии маълум, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Саҳми муаллифон: Тафсилоти CRediT оид ба саҳми муаллифон пешниҳод нашудааст.

Дастрасӣ ба додаҳо: Дар матни худи мақола бахши алоҳидаи дастрасии додаҳо вуҷуд надорад. Сабти Mendeley Data бо ҳамин унвон мавҷуд аст; аммо дар ин шарҳи тоҷикӣ натиҷаҳои илмӣ танҳо аз таҳқиқоти боршуда гирифта шудаанд.

Ёддошти унвони библиографӣ: Унвони пурраи таҳқиқоти боршуда “Study of Dynamic Adhesion-Based Capture Performance of Polydimethylsiloxane” мебошад. Сабти ҷустуҷӯии SSRN таҳқиқотро бо унвони кӯтоҳтари “Research on Dynamic Adhesion of Polydimethylsiloxane” индекс мекунад. Унвони аслии мақола тағйир дода нашудааст.

Ин мақолаи тоҷикӣ бо баррасии матн, формулаҳо, дастгоҳи таҷрибавӣ, характерлизатсияи сатҳ, озмоишҳои фишурдан, мутобиқсозии гиперэластикӣ, графикҳои гирифтани динамикӣ, харитаҳои шиддати von Mises ва натиҷаҳои қувва–вақти таҳқиқоти 17-саҳифагии боршуда омода шудааст.

Шумораи такрорҳои таҷрибавӣ, ҳадди хато, аҳаммиятнокии оморӣ, параметрҳои критикии тамоси коҳезивӣ, муваффақияти воқеии микрогравитатсионӣ ё мувофиқати истифода дар кайҳон, ки дар манбаъ вуҷуд надоранд, илова нашудаанд. Шароити лабораторӣ, ки таҳқиқот нишон медиҳад, аз муҳити воқеии мадорӣ ҷудо нигоҳ дошта шудааст.

Натиҷаҳои унсурҳои ниҳоӣ бо таҷрибаҳо аз ҷиҳати сифатӣ тамоюлҳои монанд нишон медиҳанд; аммо азбаски меъёрҳои валидатсияи миқдорӣ пешниҳод нашудаанд, модел набояд ҳамчун воситаи тасдиқшудаи тарҳрезӣ ё далели ниҳоии бехатарии системаи кайҳонӣ арзёбӣ шавад.