CASO DE ESTUDIO
"Fuera de la caja": la medición precisa de la energía del golpe de la mandíbula de una hormiga de mandíbula trampa mediante el uso de cojinetes de aire OAV.
La expresión favorita del fundador de OAV, Murat Erturk, "fuera de la caja", está apropiadamente asociada con la compañía que Murat comenzó después de su carrera de ingeniería en tecnologías aeroespaciales y relacionadas con la aviación. "fuera de la caja” al hablar con clientes y clientes o al desarrollar nuevos cojinetes de aire para resolver problemas existentes de fabricación y de toda la industria. De la misma manera que la tecnología LED ha llegado a reemplazar las bombillas incandescentes, los cojinetes de aire sin fricción están reemplazando rápidamente a los rodillos estándar. y rodamientos lineales, no solo gracias a la necesidad de la industria de una mayor eficiencia y reducción de energía, sino también por la necesidad de una mayor precisión y ahorro de costes a largo plazo.
Justin Jorge, estudiante de doctorado en el laboratorio de la Dra. Sheila Patek en la Universidad de Duke, recibió recientemente la tarea de medir la energía liberada por las mandíbulas de una hormiga, la hormiga de mandíbula trampa para ser precisos. Jorge se dio cuenta de que los sensores actuales y las técnicas de medición de energía no funcionaban en las escalas de tamaño y tiempo de un golpe de mandíbula de hormiga trampa y se dispuso a crear un novedoso sistema de medición basado en el péndulo. Después de un período prolongado de diseño y pruebas, Jorge llegó a la conclusión de que las técnicas convencionales para crear un péndulo (incluido un sistema de medición basado en el péndulo que utiliza cojinetes de rodillos existentes) para medir con precisión la energía liberada de las mandíbulas eran extremadamente insuficientes e inexactas. De hecho, cualquier intento de medición se hizo extremadamente difícil debido al tamaño, la velocidad y la aceleración de las mandíbulas de la hormiga trampa: una conclusión comprensible dado que las puntas de las mandíbulas aceleran a una velocidad mayor que una bala disparada con una pistola común. . La energía generada por las mandíbulas en su objetivo no se pudo determinar con precisión mediante el uso de tecnologías comunes que utilizan métodos estándar con un cojinete de rotación común. Datos tomados se vio comprometida por la energía requerida para superar la fricción inicial y el momento de inercia de los rodamientos tradicionales en diseños anteriores del conjunto de prueba.
Trabajando en el laboratorio del Dr. Patek en la Universidad de Duke, la esperanza de Jorge era diseñar un novedoso dispositivo de medición basado en un péndulo que requiriera un punto de rotación reducido o sin fricción. sobre una nueva tecnología, los cojinetes de aire, como posible solución. Luego de una serie de conversaciones sobre diseño y aplicación con los ingenieros de OAV, supo que estaba en el camino correcto. Las pruebas posteriores han demostrado que estaba en lo correcto.
Al reemplazar el rodamiento de rodillos tradicional en el punto de apoyo del conjunto de prueba de péndulo rígido doble con el rodamiento de rodillos de aire OAV, Jorge pudo superar el obstáculo que presentaban los rodamientos tradicionales para recopilar datos de prueba de calidad. His Las conclusiones fueron claras: "la fricción tiene un gran efecto en la medición de la energía a estas escalas (microjulios)... y... la cantidad de energía medida con los cojinetes de aire OAV es al menos seis veces mayor que cuando usamos los cojinetes de bolas tradicionales"._cc781905 -5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_ El claro corolario de esta conclusión es la pérdida obvia de energía perdida por el movimiento de rotación de los cojinetes tradicionales y las ventajas a largo plazo de utilizar cojinetes de aire sobre los tradicionales. Jorge también concluyó que si bien el cojinete de aire es claramente más costoso que los cojinetes tradicionales, se puede “justificar (su uso) con ahorros de tiempo al eliminar el mantenimiento entre las pruebas y la precisión. precisión que es imposible con los rodamientos tradicionales.” Los ingenieros de OAV están de acuerdo. El uso de rodamientos de aire puede ser más costoso inicialmente, pero reducen los costos a largo plazo a través de menos costos de mantenimiento y tiempo de inactividad (y mano de obra asociada), mayor confiabilidad y precisión a largo plazo.
Los ingenieros de OAV tienen historias similares en gran parte de su trabajo de apoyo a investigadores universitarios y corporativos. Ya sea que se esté probando la energía generada por el golpe de la mandíbula de la hormiga trampa o la energía generada por las alas de una mosca doméstica común, OAV está trabajando para proporcionar soluciones para el futuro.
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Jorge, JF, Bergbreiter, S. y Patek, SN (2021). Las mediciones basadas en el péndulo revelan la dinámica del impacto a la escala de una hormiga de mandíbula trampa. J Exp Biol jeb.232157.
Este material se basa en el trabajo respaldado por el Laboratorio de Investigación del Ejército de los EE. UU. y la Oficina de Investigación del Ejército de los EE. UU. 592 bajo el contrato/subvención número 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.