Underactuated multimodal jumping robot for extraterrestrial exploration
यह शोध पत्र एक कॉम्पैक्ट, अंडरएक्टुएटेड मोनोपेडल रोबोट प्रस्तुत करता है जो कम गुरुत्वाकर्षण वाले बाहरी ग्रहों के विविध भूभागों पर नेविगेट करने के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया है, और जो रोलिंग, लक्षित जंपिंग और स्वयं को सीधा करने (सेल्फ-राइटिंग) सहित मल्टीमॉडल लोकोमोशन प्राप्त करने के लिए केवल तीन एक्ट्यूएटर्स और दो रिएक्शन व्हील्स का उपयोग करता 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
कल्पना कीजिए कि आप एक अंतरिक्ष यात्री हैं जो एनसेलेडस (Enceladus) नामक एक ठंडे, परग्रही चंद्रमा की खोज करने की कोशिश कर रहे हैं। यह एक ऐसी जगह है जहाँ कोई हवा नहीं है, तापमान पृथ्वी के किसी भी फ्रीजर से अधिक ठंडा है, और इसकी सतह ऊबड़-खाबड़ बर्फ की लकीरों और गहरी दरारों से ढकी हुई है। यहाँ गुरुत्वाकर्षण बहुत कम है (पृथ्वी का लगभग 1/80वां हिस्सा), इसलिए यदि आप कूदते हैं, तो आप एक पंख की तरह तैरने लगेंगे।
समस्या क्या है? मानक अंतरिक्ष रोवर (जैसे मंगल ग्रह पर उपयोग किए जाने वाले) समतल जमीन पर तो बेहतरीन होते हैं, लेकिन वे ऊबड़-खाबड़ इलाके में आसानी से फंस जाते हैं। वे अंतराल (गैप) के ऊपर से कूद नहीं सकते, और न ही वे बर्फ की खड़ी दीवारों पर चढ़ सकते हैं।
यहाँ समाधान आता है जो इस शोध पत्र द्वारा प्रस्तावित किया गया है: एक छोटा, एक-पैर वाला रोबोट जो एक हैम्स्टर बॉल (hamster ball) और एक जिमनास्ट के मिश्रण की तरह काम करता है।
यह कैसे काम करता है, इसका सरल विवरण यहाँ दिया गया है:
1. "हैम्स्टर बॉल" मोड (लुढ़कना)
जब रोबोट समतल जमीन पर होता है, तो वह एक पहिये के अंदर हैम्स्टर की तरह अपने किनारे पर लेटकर लुढ़कता है। यह आगे, पीछे जाने और मुड़ने के लिए दो पहियों (जो वास्तव में इसके शरीर के अंदर भारी घूमते हुए डिस्क हैं) का उपयोग करता है। यह चिकनी बर्फ पर लंबी दूरी तय करने के लिए सरल, तेज़ और ऊर्जा-कुशल है।
2. "जिमनास्ट" मोड (कूदना)
जब रोबोट किसी बड़ी बर्फ की लकीर या गहरी दरार से टकराता है, तो वह उसके ऊपर लुढ़क नहीं पाता। इसलिए, वह अपने एक पैर पर खड़ा हो जाता है।
- टेकऑफ (उड़ान भरना): यह एक लंबी कूद लगाने वाले व्यक्ति की तरह झुकता है, और फिर खुद को हवा में उछालने के लिए एक स्प्रिंग-लोडेड पैर का उपयोग करता है।
- जादुई ट्रिक (हवा में): यह सबसे शानदार हिस्सा है। एक बार जब यह हवा में उड़ रहा होता है, तो इसे यह सुनिश्चित करना होता है कि इसका पैर जमीन पर गिरे, न कि इसका सिर। चूंकि दिशा बदलने के लिए हवा नहीं है (कोई पैराशूट या पंख नहीं), यह रिएक्शन व्हील्स (reaction wheels) (इसके अंदर घूमते हुए भारी डिस्क) का उपयोग करता है।
- उपमा: एक आइस स्केटर की तरह सोचें जो घूम रहा है। यदि वे अपनी बाहें अंदर खींचते हैं, तो वे तेजी से घूमते हैं। यदि वे अपने शरीर को घुमाते हैं, तो वे दिशा बदलते हैं। यह रोबोट हवा में अपने शरीर को घुमाने और अपने पैर को ठीक उसी जगह रखने के लिए अपने आंतरिक घूमने वाले पहियों का उपयोग करता है जहाँ यह उतरना चाहता है। यह यह सब केवल दो घूमने वाले पहियों के साथ करता है, जो इंजीनियरिंग का एक बड़ा चमत्कार है क्योंकि आमतौर पर, सभी दिशाओं में गति को नियंत्रित करने के लिए आपको तीन पहियों की आवश्यकता होती है।
3. "सेल्फ-राइटिंग" (खुद को सीधा करना)
क्या होगा यदि रोबोट गिर जाए और अपने किनारे पर लैंड कर जाए? घबराएं नहीं। इसके पास एक "सेल्फ-राइटिंग" मोड है। यह लुढ़क सकता है, खुद को पलटने के लिए अचानक ब्रेक लगा सकता है, अपना वजन बदलने के लिए अपना पैर फैला सकता है, और अपने आप वापस खड़ा हो सकता है। यह एक कछुए की तरह है जो बिना किसी मदद के खुद को पलट लेता है।
यह एक बड़ी बात क्यों है?
- यह अंडरएक्चुएटेड (Underactuated) है (एक "आलसी" इंजीनियर): अधिकांश रोबटों में हर एक गतिविधि के लिए एक मोटर होती है। यह रोबट "अंडरएक्चुएटेड" है, जिसका अर्थ है कि इसमें सैद्धांतिक रूप से आवश्यक मोटरों से कम मोटर हैं। इसके पास कुल केवल तीन मोटर हैं (पहियों के लिए दो, पैर के लिए एक)। गणित और भौतिकी के माध्यम से चतुर होकर, यह बहुत कम हार्डवेयर के साथ अपने पूरे शरीर को नियंत्रित करता है। यह इसे हल्का, सस्ता और टूटने की संभावना कम बनाता है।
- कम गुरुत्वाकर्षण के लिए एकदम सही: पृथ्वी पर, कूदना कठिन है क्योंकि गुरुत्वाकर्षण आपको तेजी से नीचे खींचता है। एनसेलेडस पर, वही छलांग रोबट को 40 मीटर ऊँचा और 60 मीटर लंबा उछाल सकती है। यह उन विशाल खाइयों के ऊपर से कूद सकता है जो एक सामान्य रोवर को फंसा सकती हैं।
- कोई प्रदूषण नहीं: कुछ रोबट कूदने के लिए रॉकेट का उपयोग करते हैं, लेकिन रॉकेट गैस छोड़ते हैं जो उन बर्फ के नमूनों को दूषित कर सकती है जिनका वैज्ञानिक अध्ययन करना चाहते हैं। यह रोबोट यांत्रिक रूप से कूदता है, जिससे वातावरण साफ रहता है।
निचोड़
शोधकर्ताओं ने एक प्रोटोटाइप बनाया है जो एक बड़े जूते के डिब्बे (0.33 मीटर) के आकार का है और इसका वजन चीनी की एक छोटी थैली (1.25 किलोग्राम) के बराबर है। उन्होंने इसे एक लैब में टेस्ट किया, और यह सफलतापूर्वक लुढ़का, एक पैर पर संतुलन बनाया, कूदा, हवा में खुद को पलटा ताकि पैर पर लैंड कर सके, और गिरने के बाद खुद को संभालने में भी सफल रहा।
संक्षेप में: यह एक हल्का, बहुमुखी खोजकर्ता है जिसे परग्रही चंद्रमाओं की जमी हुई, दरार वाली सतह पर उछलने, लुढ़कने और कलाबाजियां दिखाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो वे काम कर सकता है जो पारंपरिक रोवर बिल्कुल नहीं कर सकते। यह अंतरिक्ष अन्वेषण के लिए अंतिम "बाउन्सर" है।
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