ÉTUDE DE CAS
"Outside the Box" - La mesure précise de l'énergie de la frappe de la mandibule d'une fourmi à mâchoires pièges grâce à l'utilisation de roulements à air OAV.
L'expression préférée du fondateur d'OAV, Murat Erturk, "hors des sentiers battus", est associée à juste titre à l'entreprise que Murat a créée après sa carrière d'ingénieur dans les technologies liées à l'aérospatiale et à l'aviation. « hors des sentiers battus » lorsque vous parlez avec des clients ou lorsque vous développez de nouveaux paliers à air pour résoudre les problèmes de fabrication et de l'industrie existants. De la même manière que la technologie LED est venue remplacer les ampoules à incandescence, les paliers à air sans frottement remplacent rapidement les rouleaux standard. et roulements linéaires, grâce non seulement au besoin de l'industrie d'une plus grande efficacité et d'une réduction d'énergie, mais aussi en raison du besoin d'une plus grande précision et d'économies à long terme.
Justin Jorge, étudiant au doctorat dans le laboratoire du Dr Sheila Patek à l'Université Duke, a récemment été chargé de mesurer l'énergie libérée par les mandibules d'une fourmi, la fourmi à mâchoires pièges pour être précis. Jorge s'est rendu compte que les capteurs actuels et les techniques de mesure de l'énergie ne fonctionnaient pas à la taille et aux échelles de temps d'une frappe de mâchoire-piège et de mandibule et a entrepris de créer un nouveau système de mesure basé sur un pendule. Après une longue période de conception et d'essais, Jorge est arrivé à la conclusion que les techniques conventionnelles de création d'un pendule (y compris un système de mesure basé sur un pendule utilisant des roulements à rouleaux existants) pour mesurer avec précision l'énergie libérée par les mandibules étaient largement insuffisantes et imprécises. En effet, toute tentative de mesure a été rendue extrêmement difficile en raison de la taille, de la vitesse et de l'accélération des mandibules de la fourmi à mâchoires pièges - une conclusion compréhensible étant donné que les pointes des mandibules accélèrent à une vitesse supérieure à une balle tirée d'une arme de poing commune. . L'énergie générée par les mandibules sur leur cible n'a pas pu être déterminée avec précision grâce à l'utilisation de technologies courantes utilisant des méthodes standard avec un palier de rotation commun. Données prises a été compromise par l'énergie nécessaire pour surmonter le frottement initial et le moment d'inertie des roulements traditionnels dans les conceptions antérieures de l'assemblage d'essai.
Travaillant dans le laboratoire du Dr Patek à l'Université Duke, l'espoir de Jorge était de concevoir un nouvel appareil de mesure basé sur un pendule qui nécessitait un point de rotation réduit ou sans frottement. sur une nouvelle technologie - les roulements à air - comme solution possible. Des tests ultérieurs lui ont donné raison.
En remplaçant le roulement à rouleaux traditionnel au point d'appui de l'ensemble de test à double pendule rigide par le roulement à rouleaux pneumatiques OAV, Jorge a pu surmonter l'obstacle présenté par les roulements traditionnels dans la collecte de données de test de qualité. les conclusions étaient claires : "le frottement a un effet important sur la mesure de l'énergie à ces échelles (micro-joules)... et... la quantité d'énergie mesurée à l'aide des roulements à air OAV est au moins six fois supérieure à celle lorsque nous utilisions des roulements à billes traditionnels."_cc781905 -5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_ Le corollaire évident de cette conclusion est la perte évidente d'énergie perdue pour le mouvement de rotation des roulements traditionnels et les avantages à long terme de l'utilisation de roulements à air par rapport aux roulements traditionnels. Jorge a également conclu que si le palier à air est nettement plus coûteux que les paliers traditionnels, on peut "justifier (son utilisation) avec des économies de temps en éliminant l'entretien entre les tests et les précisions". ions et une précision impossibles avec les roulements traditionnels. moins de coûts de maintenance et de temps d'arrêt (et de main-d'œuvre associée), une fiabilité et une précision à long terme accrues.
Les ingénieurs de l'OAV ont des histoires similaires dans une grande partie de leur travail de soutien aux chercheurs universitaires et en entreprise. Que l'on teste l'énergie générée par la frappe de la mâchoire du piège et de la mandibule ou l'énergie générée par les ailes d'une mouche domestique commune, OAV s'efforce de fournir des solutions pour l'avenir.
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Jorge, JF, Bergbreiter, S. et Patek, SN (2021). Des mesures basées sur un pendule révèlent une dynamique d'impact à l'échelle d'une fourmi à mâchoires pièges. J Exp Biol jeb.232157.
Ce matériel est basé sur des travaux soutenus par le US Army Research Laboratory et le US 592 Army Research Office sous le numéro de contrat/subvention 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.