An Autonomous Subgram SMA-Based Swimmer
यह शोधपत्र स्विमा (Swima) को प्रस्तुत करता है, जो एक अग्रणी सबग्राम (900-मिलीग्राम) स्वायत्त माइक्रोस्विमर है जो निरंतर 22.4 मिमी/सेकेंड तक की तैराकी गति और सटीक प्रक्षेपवक्र ट्रैकिंग प्राप्त करने के लिए ऑनबोर्ड पावर, कंप्यूटेशन और उच्च-कार्य-घनत्व वाले SMA एक्चुएटर्स को एकीकृत 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 एक नन्हा, आत्मनिर्भर रोबोट मछली है जिसका वजन एक साधारण पेपरक्लिप (लगभग 900 मिलीग्राम) से भी कम है। यह Swima है, जो इस शोध पत्र में वर्णित एक नया आविष्कार है। इसे एक "तैरते हुए कीड़े" के रूप में सोचें जिसे चलने के लिए किसी जीवन रेखा (लाइफलाइन), पानी के बाहर किसी विशाल चुंबक या रिमोट कंट्रोल की आवश्यकता नहीं है। यह अपनी बैटरी, अपना दिमाग और अपनी मांसपेशियां सब कुछ अपनी पीठ पर ही लेकर चलता है।
यहाँ बताया गया है कि यह कैसे काम करता है और यह क्या कर सकता है, सरल तुलनाओं का उपयोग करते हुए:
1. इंजन: "स्मार्ट मेटल" से बनी नन्ही मांसपेशियां
अधिकांश रोबोट चलने के लिए इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग करते हैं, लेकिन इस सूक्ष्म आकार पर, मोटर आमतौर पर बहुत भारी या अक्षम होती हैं। इसके बजाय, Swima शेप-मेमोरी अलॉय (SMA) तारों का उपयोग करता है।
- उपमा: इन तारों को विशेष धातु से बनी मांसपेशी फाइबर की तरह समझें। जब आप इनमें बिजली भेजते हैं, तो वे गर्म होकर सिकुड़ जाते हैं (जैसे एक मांसपेशी का संकुचन होता है)। जब वे ठंडी होती हैं, तो वे वापस फैल जाती हैं।
- सेटअप: रोबोट के पास इन नन्हे धातु के मांसपेशियों के दो जोड़े हैं (प्रत्येक का वजन केवल 10 मिलीग्राम है)। ये दो लचीली पूंछों से जुड़े होते हैं। जब धातु के तार सिकुड़ते हैं, तो वे पूंछों को खींचते हैं, जिससे वे आगे-पीछे हिलने लगती हैं। यह हिलना पानी को धकेलता है, जिससे रोबोट आगे बढ़ता है।
2. शरीर: एक तैरता हुआ बैकपैक
रोबोट का शरीर कार्बन-फाइबर का एक हल्का ढांचा है जो एक तैरते हुए लाइफ जैकेट की तरह काम करता है।
- यह सब कुछ थामे रखता है: बैटरी, कंप्यूटर चिप और इलेक्ट्रॉनिक्स।
- क्योंकि यह बहुत हल्का है और इसे तैरने के लिए डिज़ाइन किया गया है, यह गहरे पानी में जाने के बजाय पानी की सतह पर तैरता है।
- इसका "दिमाग" और "संवेदनाएं" सब एक कस्टम-मेड सर्किट बोर्ड (PCB) पर पैक हैं जो एक डाक टिकट से भी छोटा है। इस बोर्ड में एक छोटा कंप्यूटर (MCU) है जो निर्णय लेता है और एक जायरोस्कोप (IMU) है जो यह जानने के लिए है कि "ऊपर" या "आगे" किस दिशा में है।
3. गति: फड़फड़ाना और मुड़ना
Swima अपनी दो पूंछों को फड़फड़ाकर चलता है।
- सीधे जाना: यदि दोनों पूंछ एक ही समय में और एक ही गति से फड़फड़ाती हैं, तो रोबोट एक सीधी रेखा में तैरता है।
- मुड़ना: यदि रोबोट मुड़ना चाहता है, तो वह एक पूंछ को दूसरी की तुलना में अधिक जोर से या तेजी से फड़फड़ाता है। यह एक तैराक की तरह है जो घूमने के लिए एक हाथ का उपयोग दूसरे की तुलना में अधिक जोर से चप्पू चलाने के लिए करता है।
- गति: यह लगभग 22 मिलीमीटर प्रति सेकंड की गति से तैर सकता है। हालांकि यह हमें धीमा लग सकता है, लेकिन कुछ सेंटीमीटर लंबे रोबोट के लिए, यह एक बहुत तेज़ गति है (लगभग अपने स्वयं के शरीर की लंबाई का आधा हर सेकंड)।
- चपलता: यह तेजी से मुड़ सकता है, लगभग 14 डिग्री प्रति सेकंड की दर से घूम सकता है।
4. दिमाग: खुद को नियंत्रित करना
सबसे शानदार बात यह है कि रोबोट बिना किसी इंसान के निर्देश के खुद को नियंत्रित कर सकता है।
- जायरोस्कोप: रोबले के पास एक छोटा सेंसर है जो उसके आंतरिक कान की तरह काम करता है, जो लगातार कंप्यूटर को बताता है कि रोबोट किस दिशा में देख रहा है।
- लक्ष्य: यदि रोबोट को उत्तर की ओर सीधा तैरना है, लेकिन पानी उसे थोड़ा पूर्व की ओर धकेल देता है, तो कंप्यूटर इस त्रुटि को पहचान लेता है। इसके बाद, यह रास्ता सुधारने के लिए पूंछों के फड़फड़ाने को समायोजित करता है।
- परिणाम: परीक्षणों में, रोबोट बहुत कम डगमगाहट (औसत त्रुटि केवल 6.5 डिग्री) के साथ एक सीधा रास्ता तय कर सका। यह बाएं या दाएं 90-डिग्री के तीखे मोड़ भी ले सकता है।
5. बैटरी लाइफ: एक लंबी तैराकी
रोबोट एक छोटी लिथियम-आयन बैटरी पर चलता है (वही जो छोटे इलेक्ट्रॉनिक्स में पाई जाती है)।
- अवधि: यह एक बार चार्ज करने पर लगभग 18 मिनट तक लगातार तैर सकता है।
- दक्षता: शोधकर्ताओं ने नोट किया कि रोबोट बहुत कम बिजली (लगभग 87 मिलीवाट) का उपयोग करता है। हालांकि, उन्होंने एक छोटी सी समस्या देखी: धातु की मांसपेशियां कभी-कभी बिजली का अचानक झटका लेती हैं, जिससे बैटरी का वोल्टेज गिर जाता है, जिससे बैटरी पूरी तरह खाली होने से पहले ही रोबोट रीसेट हो जाता है। इसके बावजूद, इतने छोटे रोबोट के लिए 18 मिनट एक लंबा समय है।
यह क्यों महत्वपूर्ण है (पेपर के अनुसार)
इस आविष्कार से पहले, अधिकांश सूक्ष्म जलचर रोबोट या तो:
- टेदरड (Tethered) थे: बिजली के स्रोत से एक तार से बंधे हुए (जैसे कुत्ते की डोरी)।
- बाहरी नियंत्रण वाले थे: पानी के बाहर विशाल चुंबकों द्वारा संचालित (जो वास्तविक, जटिल वातावरण में अच्छी तरह काम नहीं करता है)।
- बहुत भारी थे: इतने बड़े कि उन्हें कीट-आकार का नहीं माना जा सकता था।
Swima इस आकार (1 ग्राम से कम) का पहला रोबोट है जिसके पास अपनी शक्ति, अपनी मांसपेशियां और अपना दिमाग सब कुछ ऑन-बोर्ड है, जो इसे स्वतंत्र रूप से तैरने और खुद को निर्देशित करने की अनुमति देता है। यह साबित करता है कि हम ऐसे सूक्ष्म, स्वायत्त मशीन बना सकते हैं जो पानी में खुद रास्ता बना सकें।
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