रोबोटिक्स में एक बड़ी प्रगति में, 'नरम' मानव जैसी मांसपेशियों वाले रोबोट को पहली बार सफलतापूर्वक डिजाइन किया गया है। ऐसे सॉफ्ट रोबोट भविष्य में मानव हितैषी रोबोट डिजाइन करने के लिए वरदान साबित हो सकते हैं।
रोबोट प्रोग्राम करने योग्य मशीनें हैं जिनका उपयोग नियमित रूप से औद्योगिक अनुप्रयोगों में किया जाता है, उदाहरण के लिए स्वचालन के हिस्से के रूप में, विशेष रूप से विनिर्माण में क्योंकि वे दोहराए जाने वाले कार्यों में अच्छे होने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं जिनके लिए बहुत अधिक ताकत और शक्ति की आवश्यकता होती है। रोबोट उनमें मौजूद सेंसर और एक्चुएटर्स के माध्यम से भौतिक दुनिया के साथ बातचीत करते हैं और वे पुन: प्रोग्राम करने योग्य होते हैं जो उन्हें नियमित एकल-फ़ंक्शन मशीनों की तुलना में अधिक उपयोगी और लचीला बनाते हैं। जिस तरह से इन रोबोटों को काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, उससे यह स्पष्ट है कि उनकी गति बेहद कठोर, कभी-कभी झटकेदार, मशीन जैसी होती है और वे भारी, थोपने वाले होते हैं और जब किसी विशेष कार्य के लिए अलग-अलग समय पर अलग-अलग मात्रा में बल की आवश्यकता होती है तो वे उपयोगी नहीं होते हैं। अंक. रोबोट कभी-कभी खतरनाक भी होते हैं और उन्हें सुरक्षित बाड़ों की आवश्यकता हो सकती है क्योंकि वे अपने परिवेश के प्रति संवेदनशील नहीं होते हैं। रोबोटिक्स का क्षेत्र विभिन्न आवश्यकताओं के साथ उद्योग और चिकित्सा प्रौद्योगिकी के विभिन्न क्षेत्रों में रोबोटिक मशीनों को डिजाइन, निर्माण, प्रोग्राम और कुशलतापूर्वक उपयोग करने के लिए विभिन्न विषयों की खोज कर रहा है।
क्रिस्टोफ़ केपलिंगर के नेतृत्व में हाल ही में किए गए जुड़वां अध्ययनों में, शोधकर्ताओं ने मांसपेशियों के एक नए वर्ग के साथ रोबोटों को फिट किया है जो हमारी मानव मांसपेशियों के समान हैं और उनमें हमारी तरह ही ताकत और संवेदनशीलता है। केंद्रीय विचार अधिक प्रदान करना है"प्राकृतिक”मशीन यानी रोबोट की ओर गति। आज के सभी रोबोटों में से 99.9 प्रतिशत रोबोट स्टील या धातु से बनी कठोर मशीनें हैं, जबकि एक जैविक शरीर नरम होता है लेकिन इसमें अविश्वसनीय क्षमताएं होती हैं। 'नरम' या 'अधिक वास्तविक' मांसपेशियों वाले इन रोबोटों को नियमित और नाजुक कार्यों (जो मानव मांसपेशियां दैनिक आधार पर करती हैं) को करने के लिए उपयुक्त रूप से डिज़ाइन किया जा सकता है, उदाहरण के लिए बस एक नरम फल चुनना या टोकरी के अंदर एक अंडा रखना। पारंपरिक रोबोट की तुलना में, 'से सुसज्जित रोबोटकृत्रिम मांसपेशियां' स्वयं के 'नरम' संस्करणों की तरह होंगे और सुरक्षित होंगे और फिर उन्हें लोगों की निकटता में लगभग किसी भी कार्य को करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जो मानव जीवन से जुड़े और उसके आसपास कई संभावित अनुप्रयोगों का सुझाव देता है। सॉफ्ट रोबोट को 'सहयोगी' रोबोट के रूप में संदर्भित किया जा सकता है, क्योंकि वे विशिष्ट रूप से एक विशेष कार्य को मानव के समान तरीके से करने के लिए डिज़ाइन किए जाएंगे।
शोधकर्ता सॉफ्ट मसल रोबोट बनाने की कोशिश कर रहे हैं। ऐसे रोबोट के लिए सॉफ्ट की जरूरत होगी मांसपेशी मानव मांसपेशियों को प्रतिरूपित करने के लिए प्रौद्योगिकी और शोधकर्ताओं द्वारा दो ऐसी तकनीकों की कोशिश की गई है - वायवीय एक्ट्यूएटर और डाइइलेक्ट्रिक इलास्टोमेर एक्ट्यूएटर्स। 'एक्ट्यूएटर' को वास्तविक उपकरण के रूप में परिभाषित किया गया है जो रोबोट को स्थानांतरित करता है, या रोबोट एक विशेष गति दिखाता है। वायवीय एक्ट्यूएटर्स में, एक विशेष गति बनाने के लिए एक नरम थैली को गैसों या तरल पदार्थों के साथ पंप किया जाता है। यह सरल डिजाइन है लेकिन फिर भी शक्तिशाली है, हालांकि पंप अव्यवहारिक हैं और उनके पास भारी जलाशय हैं। दूसरी तकनीक - डाइइलेक्ट्रिक इलास्टोमेर एक्ट्यूएटर्स एक विद्युत क्षेत्र को एक इन्सुलेटिंग लचीले प्लास्टिक में लागू करने की अवधारणा का उपयोग करते हैं ताकि इसे विकृत किया जा सके और इस प्रकार एक आंदोलन पैदा हो सके। ये दोनों प्रौद्योगिकियां अपने आप में अभी तक सफल नहीं हुई हैं क्योंकि जब बिजली का एक बोल्ट प्लास्टिक से गुजरता है, तो ये उपकरण बुरी तरह विफल हो जाते हैं और इस प्रकार यांत्रिक क्षति के लिए प्रतिरोधी नहीं होते हैं।
अधिक "मानव जैसे'' समान मांसपेशियों वाले रोबोट
में रिपोर्ट किए गए जुड़वां अध्ययनों में विज्ञान1 और विज्ञान रोबोटिक्स2, शोधकर्ताओं ने दो उपलब्ध नरम मांसपेशी प्रौद्योगिकियों के सकारात्मक पहलुओं को लिया और एक साधारण नरम पेशी जैसा एक्चुएटर बनाया जो छोटे पाउच के अंदर तरल पदार्थ की गति को बदलने के लिए बिजली का उपयोग करता है। इन लचीले पॉलीमर पाउच में एक इन्सुलेट तरल होता है, उदाहरण के लिए सुपरमार्केट से एक नियमित तेल (वनस्पति तेल या कैनोला तेल), या किसी भी समान तरल का उपयोग किया जा सकता है। एक बार जब थैली के दोनों किनारों के बीच रखे हाइड्रोजेल इलेक्ट्रोड के बीच वोल्टेज लगाया जाता है, तो पक्ष एक-दूसरे की ओर खींचे जाते हैं, तेल की ऐंठन होती है, इसमें तरल निचोड़ा जाता है और यह थैली के अंदर प्रवाहित होता है। यह तनाव एक कृत्रिम मांसपेशी संकुचन पैदा करता है और एक बार बिजली कट जाने के बाद, तेल फिर से आराम करता है, एक की नकल करता है कृत्रिम मांसपेशियों में छूट। एक्ट्यूएटर इस तरह से आकार बदलता है, और जो ऑब्जेक्ट एक्ट्यूएटर से जुड़ा होता है वह एक मूवमेंट दिखाता है। इसलिए, यह 'कृत्रिम पेशी' वास्तविक कंकाल की मानव मांसपेशियों की समान सटीकता और बल के साथ मिलीसेकंड में तुरंत सिकुड़ती है और (फ्लेक्स) छोड़ती है। ये आंदोलन मानव मांसपेशियों की प्रतिक्रियाओं की गति को भी हरा सकते हैं क्योंकि मानव मांसपेशियां मस्तिष्क के साथ समवर्ती रूप से संचार करती हैं, जिससे देरी होती है, हालांकि यह ध्यान देने योग्य नहीं है। इसलिए, इस डिजाइन के माध्यम से, एक द्रव प्रणाली हासिल की गई थी जिसमें बहुमुखी प्रतिभा और उच्च प्रदर्शन प्रदर्शित करने वाला प्रत्यक्ष विद्युत नियंत्रण था।
पहले अध्ययन में1 in विज्ञान, एक्ट्यूएटर्स को डोनट के आकार में डिज़ाइन किया गया था और उनके पास रोबोटिक ग्रिपर के माध्यम से रास्पबेरी लेने और पकड़ने की क्षमता और निपुणता थी (और फल विस्फोट नहीं!) इंसुलेटिंग लिक्विड (पहले से डिज़ाइन किए गए एक्चुएटर्स के साथ एक प्रमुख समस्या) से गुजरने पर बिजली के बोल्ट द्वारा होने वाली संभावित क्षति को भी वर्तमान डिज़ाइन में ध्यान रखा गया था और किसी भी विद्युत क्षति को तुरंत ठीक किया गया था या बस नए द्वारा तुरंत मरम्मत की गई थी पुनर्वितरण की एक सरल प्रक्रिया के माध्यम से 'क्षतिग्रस्त' भाग में द्रव का प्रवाह। यह तरल सामग्री के उपयोग के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था, जो कि पिछले कई डिजाइनों में उपयोग की गई एक ठोस इन्सुलेट परत के स्थान पर अधिक लचीला है और जो तुरंत क्षतिग्रस्त हो गई थी। इस प्रक्रिया में कृत्रिम पेशी एक लाख से अधिक संकुचन चक्रों से बची रही। यह विशेष एक्ट्यूएटर, डोनट के आकार का होने के कारण आसानी से रास्पबेरी लेने में सक्षम था। इसी तरह, इन लोचदार पाउच के आकार को सिलाई करके, शोधकर्ताओं ने अद्वितीय आंदोलनों के साथ एक्चुएटर की एक विस्तृत श्रृंखला बनाई, उदाहरण के लिए सटीक और सटीक आवश्यक बल के साथ एक नाजुक अंडे को भी चुनना। इन लचीली मांसपेशियों को "हाइड्रोलिक-एम्पलीफाइड सेल्फ-हीलिंग इलेक्ट्रोस्टैटिक" एक्ट्यूएटर, या एचएएसईएल एक्ट्यूएटर कहा गया है। एक दूसरे अध्ययन में2 में प्रकाशित विज्ञान रोबोटिक, उसी टीम ने आगे दो अन्य नरम मांसपेशियों के डिज़ाइन बनाए जो रैखिक रूप से सिकुड़ते हैं, एक मानव बाइसेप के समान, इस प्रकार वस्तुओं को बार-बार अपने स्वयं के वजन से भारी उठाने की क्षमता रखते हैं।
ए आम राय यह है कि चूंकि रोबोट मशीन हैं, इसलिए उन्हें निश्चित रूप से मनुष्यों पर बढ़त मिलनी चाहिए, लेकिन, जब हमारी मांसपेशियों द्वारा हमें प्रदान की जाने वाली आश्चर्यजनक क्षमताओं की बात आती है, तो कोई यह कह सकता है कि रोबोट तुलना में कमजोर हैं। मानव पेशी अत्यंत शक्तिशाली है और हमारे मस्तिष्क का हमारी मांसपेशियों पर असाधारण नियंत्रण होता है। यही कारण है कि मानव मांसपेशियां जटिल कार्यों को सटीक रूप से करने में सक्षम हैं जैसे कि लिखना। किसी भारी कार्य को करने पर हमारी मांसपेशियां बार-बार सिकुड़ती और शिथिल होती हैं और कहा जाता है कि हम वास्तव में अपनी मांसपेशियों की लगभग 65 प्रतिशत क्षमता का ही उपयोग करते हैं और यह सीमा मुख्य रूप से हमारी सोच से निर्धारित होती है। अगर हम एक ऐसे रोबोट की कल्पना कर सकते हैं जिसकी मानव जैसी कोमल मांसपेशियां हैं, तो ताकत और क्षमताएं बहुत अधिक होंगी। इन अध्ययनों को एक एक्ट्यूएटर विकसित करने के पहले कदम के रूप में देखा जाता है जो एक संभावित दिन वास्तविक जैविक मांसपेशियों की विशाल क्षमताओं को प्राप्त कर सकता है।
लागत प्रभावी 'सॉफ्ट' रोबोटिक्स
लेखकों का कहना है कि आलू-चिप्स पॉलीमर पाउच, तेल और यहां तक कि इलेक्ट्रोड जैसी सामग्री सस्ती और आसानी से उपलब्ध है और इसकी लागत केवल 0.9 यूएसडी (या 10 सेंट) है। यह वर्तमान औद्योगिक विनिर्माण इकाइयों और शोधकर्ताओं के लिए उनकी विशेषज्ञता को आगे बढ़ाने के लिए उत्साहजनक है। कम लागत वाली सामग्री वर्तमान उद्योग प्रथाओं के साथ स्केलेबल और संगत है और ऐसे उपकरणों का उपयोग कृत्रिम उपकरणों या मानव साथी के रूप में कई अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। यह एक विशेष रूप से दिलचस्प पहलू है, क्योंकि रोबोटिक्स शब्द को हमेशा उच्च लागत के साथ जोड़ा जाता है। इस तरह की कृत्रिम मांसपेशियों से जुड़ी एक कमी इसके संचालन के लिए आवश्यक बिजली की उच्च मात्रा है और अगर रोबोट अपनी शक्ति का बहुत अधिक हिस्सा रखता है तो जलने की संभावना भी होती है। सॉफ्ट रोबोट अपने पारंपरिक रोबोट समकक्षों की तुलना में कहीं अधिक नाजुक होते हैं, जिससे उनका डिज़ाइन अधिक चुनौतीपूर्ण हो जाता है, उदाहरण के लिए पंचर करने, शक्ति खोने और तेल फैलाने की संभावनाएं। इन सॉफ्ट रोबोटों को निश्चित रूप से किसी प्रकार के स्व-उपचार पहलू की आवश्यकता होती है, जैसे कि कुछ सॉफ्ट रोबोट पहले से ही करते हैं।
कुशल और मजबूत सॉफ्ट रोबोट मानव जीवन में बहुत उपयोगी हो सकते हैं क्योंकि वे मनुष्यों के पूरक हो सकते हैं और उनके साथ काम करने वाले रोबोट के बजाय "सहयोगी" रोबोट की तरह काम कर सकते हैं जो मनुष्यों की जगह लेते हैं। इसके अलावा, पारंपरिक कृत्रिम हथियार अधिक नरम, सुखद और संवेदनशील हो सकते हैं। ये अध्ययन आशाजनक हैं और यदि बिजली की उच्च मांग से निपटा जा सकता है, तो यह रोबोटों के भविष्य में उनके डिजाइन और वे कैसे चलते हैं, के संदर्भ में क्रांतिकारी बदलाव करने की क्षमता रखते हैं।
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स्रोत (रों)
1. एकोम एट अल। 2018 मांसपेशियों की तरह प्रदर्शन के साथ हाइड्रॉलिक रूप से आत्म-उपचार इलेक्ट्रोस्टैटिक एक्ट्यूएटर को बढ़ाया। विज्ञान। 359(6371)। https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. केलारिस एट अल। 2018. Peano-HASEL एक्ट्यूएटर्स: स्नायु-नकल, इलेक्ट्रोहाइड्रोलिक ट्रांसड्यूसर जो सक्रियण पर रैखिक रूप से अनुबंध करते हैं। विज्ञान रोबोटिक। 3 (14)। https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
