Programmable Telescopic Soft Pneumatic Actuators for Deployable and Shape Morphing Soft Robots
यह शोध पत्र प्रोग्रामेबल टेलिस्कोपिक सॉफ्ट न्यूमैटिक एक्चुएटर्स (PTSPAs) को प्रस्तुत करता है, जो सॉफ्ट एक्चुएटर्स का एक पैरामीट्रिक वर्ग है जो डिप्लॉयबल रोबोट्स के लिए अक्षीय विस्तार (axial expansion) और आकार परिवर्तन (shape morphing) को सक्षम बनाता है, जिसे एक व्यवस्थित डिजाइन अन्वेषण के माध्यम से मान्य किया गया है और संकीर्ण स्थानों के अनुकूल होने में सक्षम एक क्वाड्रुपेड (quadruped) में प्रदर्शित किया गया है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
एक ऐसे रोबोट की कल्पना कीजिए जिसे कठोर धातु के पुर्जों या जटिल गियरों से बनाने की आवश्यकता नहीं है, बल्कि यह नरम, लचीली सामग्रियों से बना है जो खुद को खींच सकती हैं, मुड़ सकती हैं और अपना आकार बदल सकती हैं। यह सॉफ्ट रोबोटिक्स (soft robotics) का वादा है, एक ऐसा क्षेत्र जो ऐसी मशीनें बनाने की कोशिश कर रहा है जो तंग, अप्रत्याशित स्थानों से गुजर सकें जहाँ पारंपरिक रोबोट फंस सकते हैं या टूट सकते हैं। मानक मशीनों के विपरीत जो निश्चित जोड़ों और मोटरों पर निर्भर करती हैं, सॉफ्ट रोबोट आकार बदलने के लिए हवा के दबाव का उपयोग करते हैं, जिससे वे संकरी दरारों से गुजर सकते हैं, नाजुक वस्तुओं को बिना कुचले पकड़ सकते हैं, और अपने शरीर को अपने आस-पास के वातावरण के अनुकूल बना सकते हैं। हालाँकि, इन मशीनों को डिजाइन करना एक कठिन पहेली रही है। क्योंकि नरम सामग्रियां लगभग अनंत संख्या में आकार ले सकती हैं, इंजीनियरों को यह अनुमान लगाने के लिए एक विश्वसनीय तरीका खोजने में संघर्ष करना पड़ा कि एक विशिष्ट डिज़ाइन कैसे चलेगा या वह कितना मजबूत होगा। संभावनाओं की विशाल संख्या हर विकल्प का परीक्षण करना कठिन बना देती है, जिससे शोधकर्ता बेहतर, अधिक बहुमुखी सॉफ्ट मशीनें बनाने के लिए एक स्पष्ट मानचित्र के बिना रह जाते हैं।
इस समस्या को हल करने के लिए, ऑस्ट्रेलिया के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नए प्रकार का सॉफ्ट रोबोट भाग विकसित किया है जिसे 'प्रोग्रामेबल टेलिस्कोपिक सॉफ्ट न्यूमैटिक एक्चुएटर' (programmable telescopic soft pneumatic-actuator) कहा जाता है। इस उपकरण को एक लचीली, फुलाने योग्य ट्यूब के रूप में सोचें जो हवा भरने पर बहुत लंबी हो सकती है, बिल्कुल एक टेलीस्कोप के खंडों के विस्तार की तरह, लेकिन यह पूरी तरह से नरम रबर जैसी सामग्री से बनी है। शोधकर्ताओं ने एक कंप्यूटर सिस्टम बनाया है जो एक डिज़ाइन जनरेटर के रूप में कार्य करता है, जिससे वे इन ट्यूबों के कस्टम संस्करण बनाने के लिए सरल निर्देश दे सकते हैं। हर वक्र (curve) को मैन्युअल रूप से खींचने के बजाय, यह प्रणाली एक्चुएटर की आंतरिक संरचना को आकार देने के लिए समायोज्य नियमों के एक सेट का उपयोग करती है। यह दृष्टिकोण उन्हें सैकड़ों अलग-अलग डिज़ाइनों का तेजी से परीक्षण करने की अनुमति देता है ताकि यह देखा जा सके कि कौन से सबसे अधिक खिंचते हैं, विशिष्ट दिशाओं में मुड़ते हैं, या दीवार के खिलाफ धक्का देने के लिए पर्याप्त सख्त होते हैं। डिज़ाइन प्रक्रिया को स्वचालित करके, उन्होंने एक आदर्श आकार की खोज को एक प्रबंधनीय, चरण-दर-चरण अन्वेषण में बदल दिया।
टीम ने एक 3D प्रिंटर का उपयोग करके इन एक्चुएटर्स की एक श्रृंखला बनाई जो एक विशेष सॉफ्ट प्लास्टिक का उपयोग करता है, और फिर उन्हें एक ऐसी मशीन पर परखा जो सटीक रूप से माप सकती थी कि वे कैसे चलते हैं। उन्होंने पाया कि दीवारों की मोटाई या आंतरिक वक्रों के आकार को बदलकर, वे एक्चुएटर के व्यवहार को नियंत्रित कर सकते हैं। कुछ डिज़ाइन अपनी मूल लंबाई से छह गुना से अधिक तक फैल गए, एक विशाल विस्तार जो एक रोबोट को एक स्थान में दूर तक पहुँचने और फिर वापस खींचने की अनुमति देता है। अन्य को बढ़ते समय मुड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया था, जो किसी कोने के चारों ओर रोबोट को मोड़ने के लिए उपयोगी है। शोधकर्ताओं ने पाया कि सबसे सफल डिज़ाइन सामग्री के भीतर मोटे और पतले खंडों के एक विशिष्ट पैटर्न पर निर्भर करते थे। इन विविधताओं ने एक्चुएटर को बिना ढहे सुचारू रूप से फैलने में मदद की, और महत्वपूर्ण रूप से, उन्होंने यह सुनिश्चित किया कि जब हवा को बाहर खींचा जाता है तो रोबोट विश्वसनीय रूप से वापस सिमट जाए, जो एक ऐसी विशेषता है जिसकी पिछले कई सॉफ्ट रोबोटों में कमी थी क्योंकि उनकी सामग्रियां अपने आप मूल आकार में लौटने के लिए बहुत ढीली थीं।
इन नए भागों को वास्तविक दुनिया के परिदृश्यों में उपयोग किया जा सके, यह साबित करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक छोटा, चार पैरों वाला सॉफ्ट रोबोट बनाया जिसमें एक लंबी, विस्तार योग्य पूंछ और रीढ़ भी थी। उन्होंने इस रचना को "टर्टल-रू" (Turtle-Roo) नाम दिया क्योंकि इसमें कछुए और कंगारू दोनों की विशेषताएं शामिल थीं। खुले स्थानों में, रोबक अपनी रीढ़ और पैरों को खींचकर लंबी, इंचवर्म (inchworm) जैसी चाल चल सकता है। ऊबड़-खाबड़ जमीन का सामना करने पर, यह धीमी, अधिक स्थिर रेंगने वाली गति में स्विच कर सकता है। लेकिन असली परीक्षा एक सीमित स्थान में आई, जैसे कि एक संकीरा सुरंग। क्योंकि रोबोट के पैर और पूंछ इन नए टेलिस्कोपिक एक्चुएटर्स से बने थे, यह बिना किसी सेंसर या कैमरे के यह बताने के लिए कि उसे कहाँ जाना है, संकरी जगह से गुजर सका। जैसे ही इसने आगे बढ़ने की कोशिश की, इसके कोमल शरीर ने स्वाभाविक रूप से सुरंग की दीवारों पर दबाव डाला, जिससे इसने खुद को निकास की ओर निर्देशित किया। शरीर के माध्यम से सीधे तौर पर इस तरह की बुद्धिमत्ता प्रदर्शित करने की इसकी क्षमता ने एक नए प्रकार की बुद्धिमत्ता को दर्शाया जो सीधे रोबोट के शरीर में निर्मित है।
यह कार्य दर्शाता है कि इन सॉफ्ट भागों को डिजाइन करने के एक व्यवस्थित तरीके का उपयोग करके, इंजीनियर अब ऐसी मशीनें बना सकते हैं जो न केवल लचीली हैं, बल्कि आदेश पर अपने आकार और माप को बदलने में भी अत्यधिक सक्षम हैं। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि उनके नए एक्चुएटर्स 650 प्रतिशत तक लंबाई में वृद्धि प्राप्त कर सकते हैं, जो एक महत्वपूर्ण छलांग है जो ऐसे रोबोटों के द्वार खोलती है जो एक छोटे पैकेज से एक बड़े, काम करने वाले मशीन में तैनात हो सकते हैं। जबकि वर्तमान प्रोटोटाइप ऐसी सामग्रियों से बने हैं जो लगभग सौ बार उपयोग के बाद घिस जाते हैं, डिज़ाइन ढांचे की सफलता यह सुझाव देती है कि भविष्य के संस्करण अधिक टिकाऊ सामग्रियों से बनाए जा सकते हैं। यह दृष्टिकोण सॉफ्ट रोबोट बनाने के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करता है जो आपदा क्षेत्रों में नेविगेट कर सकते हैं, गहरे भूमिगत गुफाओं की खोज कर सकते हैं, या चिकित्सा प्रक्रियाओं में सहायता कर सकते हैं, और यह सब केवल दुनिया के अनुरूप अपना आकार बदलकर किया जा सकता है।
अपने क्षेत्र के पेपरों की भीड़ में उलझे हुए हैं?
आपके रिसर्च कीवर्ड से मेल खाने वाले सबसे नए और अलग सोच वाले पेपरों का रोज़ाना Digest पाएँ—तकनीकी सारांश के साथ, आपकी भाषा में।