ARGOMENTO DI STUDIO
"Outside the Box" - La misurazione accurata dell'energia dal colpo della mandibola di una formica trappola-mascella attraverso l'uso di cuscinetti ad aria OAV.
L'espressione preferita del fondatore di OAV Murat Erturk, "outside the box", è appropriatamente associata all'azienda che Murat ha iniziato dopo la sua carriera di ingegnere nelle tecnologie aerospaziali e aeronautiche. "fuori dagli schemi" quando si parla con clienti e clienti o quando si sviluppano nuovi cuscinetti ad aria per risolvere problemi di produzione esistenti e a livello di settore.Più o meno allo stesso modo in cui la tecnologia LED ha sostituito le lampadine a incandescenza, i cuscinetti ad aria senza attrito stanno rapidamente sostituendo i rulli standard e cuscinetti lineari, grazie non solo alla necessità del settore di maggiore efficienza e riduzione di energia, ma anche alla necessità di una maggiore precisione e risparmi sui costi a lungo termine.
Justin Jorge, uno studente di dottorato nel laboratorio della dottoressa Sheila Patek alla Duke University, è stato recentemente incaricato di misurare l'energia rilasciata dalle mandibole di una formica, la formica dalla mascella trappola per la precisione. Jorge si è reso conto che gli attuali sensori e le tecniche di misurazione dell'energia non funzionavano alle dimensioni e alla scala temporale di un colpo alla mandibola di una formica a mascella trappola e ha deciso di creare un nuovo sistema di misurazione basato sul pendolo. Dopo un lungo periodo di progettazione e test, Jorge è giunto alla conclusione che le tecniche convenzionali per la creazione di un pendolo (incluso un sistema di misurazione basato su pendolo che utilizza cuscinetti a rulli esistenti) per misurare con precisione l'energia rilasciata dalle mandibole erano grossolanamente insufficienti e imprecise. In effetti, qualsiasi tentativo di misurazione è stato reso estremamente difficile a causa delle dimensioni, della velocità e dell'accelerazione delle mandibole della formica trappola - una conclusione comprensibile dato che le punte delle mandibole accelerano a una velocità maggiore di un proiettile sparato da una comune pistola . L'energia generata dalle mandibole sul loro obiettivo non può essere determinata con precisione attraverso l'uso di tecnologie comuni utilizzando metodi standard con un comune cuscinetto di rotazione. Dati presi era compromessa dall'energia richiesta per superare l'attrito iniziale e il momento di inerzia dei cuscinetti tradizionali nei progetti precedenti dell'assieme di prova.
Lavorando nel laboratorio del Dr. Patek alla Duke University, la speranza di Jorge era quella di progettare un nuovo dispositivo di misurazione basato sul pendolo che richiedesse un punto di rotazione ridotto o privo di attrito. su una nuova tecnologia, i cuscinetti ad aria, come possibile soluzione. Dopo una serie di discussioni di progettazione e applicazione con gli ingegneri di OAV, sapeva di essere sulla strada giusta. I test successivi hanno dimostrato che aveva ragione.
Sostituendo il tradizionale cuscinetto a rulli al fulcro del gruppo di test a doppio pendolo rigido con il cuscinetto a rulli pneumatici OAV, Jorge è stato in grado di superare l'ostacolo rappresentato dai cuscinetti tradizionali nella raccolta dei dati dei test di qualità. le conclusioni sono state chiare: "l'attrito ha un grande effetto sulla misurazione dell'energia a queste scale (micro-joule)... e... la quantità di energia misurata utilizzando i cuscinetti ad aria OAV è almeno sei volte maggiore rispetto a quando abbiamo utilizzato i tradizionali cuscinetti a sfera."_cc781905 -5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_ Il chiaro corollario di questa conclusione è l'ovvia perdita di energia a causa del movimento rotatorio dei cuscinetti tradizionali e i vantaggi a lungo termine dell'utilizzo dei cuscinetti ad aria rispetto a quelli tradizionali. Jorge ha anche concluso che mentre il cuscinetto ad aria è chiaramente più costoso dei cuscinetti tradizionali, si può “giustificare (il suo utilizzo) con un risparmio di tempo eliminando la manutenzione tra i test e il preciso ione e precisione impossibili con i cuscinetti tradizionali.” Gli ingegneri di OAV concordano. L'uso di cuscinetti ad aria può essere inizialmente più costoso, ma riduce i costi a lungo termine minori costi di manutenzione e fermo macchina (e manodopera associata), maggiore affidabilità e precisione a lungo termine.
Gli ingegneri OAV hanno storie simili in gran parte del loro lavoro di supporto per i ricercatori universitari e aziendali. Sia che si stia testando l'energia generata dal colpo della mandibola della formica della mascella della trappola o l'energia generata dalle ali di una comune mosca domestica, OAV sta lavorando per fornire soluzioni per il futuro.
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Jorge, JF, Bergbreiter, S. e Patek, SN (2021). Le misurazioni basate sul pendolo rivelano la dinamica dell'impatto sulla scala di una formica dalla mascella trappola. J Exp Biol jeb.232157.
Questo materiale si basa sul lavoro sostenuto dall'US Army Research Laboratory e dall'US 592 Army Research Office nell'ambito del contratto/concessione numero W911NF-15-1-0358.
OAV founder Murat Erturk’s favorite expression, “outside the box", is appropriately associated with the company Murat started after his engineering career in aerospace and aviation related technologies. Indeed, many of OAV’s engineers focus on thinking “outside the box” when speaking with clients and customers or when developing new air bearings to solve existing manufacturing and industry wide problems. In much the same way that LED technology has come to replace incandescent light bulbs, frictionless air bearings are rapidly replacing standard roller and linear bearings, thanks not only to the industry’s need for greater efficiency and energy reduction, but also due to the need for greater precision and long-term cost savings.
Justin Jorge, a PhD student in the laboratory of Dr. Sheila Patek at Duke University, was recently tasked with measuring the energy released from the mandibles of an ant, the trap-jaw ant to be precise. Jorge realized that the current sensors and energy measurement techniques did not work at the size and time scales of a trap-jaw ant mandible strike and set out to create a novel pendulum-based measurement system. After an extended period of design and testing, Jorge came to the conclusion that conventional techniques for creating a pendulum (including a pendulum-based measurement system utilizing existing roller bearings) for accurately measuring the energy released from the mandibles were grossly insufficient and inaccurate. Indeed, any attempts at a measurement was made exceedingly difficult due to the size, speed, and acceleration of the trap-jaw ant’s mandibles – an understandable conclusion given the tips of the mandibles accelerate at a speed greater than a bullet fired from a common handgun. The energy generated by the mandibles on their target could not be accurately determined through the use of common technologies using standard methods with a common rotational bearing. Data taken was compromised by the energy required to overcome initial friction and moment of inertia of the traditional bearings in earlier designs of the test assembly.
Working in Dr. Patek’s laboratory at Duke University, Jorge’s hope was to design a novel pendulum-based measurement device that required a reduced or frictionless point of rotation. Thinking “outside the box”, he landed upon a new technology – air bearings – as a possible solution. Following a series of design and application discussions with the engineers at OAV, he knew he was on the right track. Subsequent tests have proven him correct.
By replacing the traditional roller bearing at the fulcrum of the dual rigid pendulum test assembly with the OAV Air Roller Bearing, Jorge was able to overcome the hurdle presented by traditional bearings in collecting quality test data. His conclusions were clear: “friction has a large effect on energy measurement at these scales (micro-joules) …and…the amount of energy measured using the OAV air bearings is at least six times greater than when we used traditional ball bearings.” The clear corollary to this conclusion is the obvious loss of energy lost to the traditional bearings rotational motion and the long-term advantages of utilizing air bearings over traditional ones. Jorge also concluded that while the air bearing is clearly more costly than traditional bearings, one can “justify (it’s use) with savings in time by eliminating maintenance between tests and the precision and accuracy that is impossible with traditional bearings.” OAV’s engineers concur. The use of air bearings may be more costly initially but they reduce long term costs through less maintenance and down time (and associated labor) costs, increased long term reliability, and accuracy.
OAV engineers have similar stories in much of their supportive work for University and corporate based researchers. Whether one is testing the energy generated by the trap jaw ant mandible strike or the energy generated by the wings of a common house fly, OAV is working to supply solutions for the future.
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Jorge, J. F., Bergbreiter, S. and Patek, S. N. (2021). Pendulum-based measurements reveal impact dynamics at the scale of a trap-jaw ant. J Exp Biol jeb.232157.
This material is based on work supported by the U.S. Army Research Laboratory and the U.S. 592 Army Research Office under contract/grant number W911NF-15-1- 0358.