कल्पना कीजिए कि आप एक रोबोट को एक नाजुक स्ट्रॉबेरी को बिना कुचले उठाने का तरीका सिखाने की कोशिश कर रहे हैं, या ताले में चाबी घुमाने का तरीका सिखा रहे हैं। यह केवल एक रोबोटिक हाथ को मजबूत बनाने के बारे में नहीं है; यह उसे एक ऐसा "हाथ" देने के बारे में है जो इंसान के हाथ की तरह महसूस करे, सोचे और चले। यह क्षेत्र, जिसे 'डेक्सटेरस मैनिपुलेशन' (dexterous manipulation) कहा जाता है, रोबोटों को रोजमर्रा की वस्तुओं की अव्यवस्थित और अप्रत्याशित दुनिया को संभालने की कला है। लंबे समय तक, सबसे बड़ी बाधा रोबोट का दिमाग (सॉफ्टवेयर) नहीं थी; बल्कि उसके हाथ थे। अधिकांश रोबोटिक हाथ या तो सामान्य लैब के लिए बहुत महंगे थे, या टूटने पर उन्हें ठीक करना बहुत जटिल था, या उनमें वह क्षमता नहीं थी जिससे वे छूने वाली चीज़ को "महसूस" कर सकें। उस स्पर्श की भावना के बिना, रोबोट मोटे सर्दियों के दस्ताने पहनकर सुई में धागा पिरोने की कोशिश करने जैसा है। वैज्ञानिकों को एक ऐसे हाथ की जरूरत थी जो मानव आकार का हो, इतना सस्ता हो कि गैरेज में भी बनाया जा सके, हजारों प्रयासों के बाद भी टिक सके, और जिसमें दबाव और बनावट को महसूस करने के लिए सेंसर लगे हों।

यहाँ आता है MIDAS Hand, एक नया प्रोजेक्ट जिसका लक्ष्य रोबोटिक हाथों का "स्विस आर्मी नाइफ" बनना है। शोधकर्ताओं ने एक कम लागत वाला, ओपन-सोर्स हाथ बनाया है जो एक मानव हाथ की तरह दिखता और काम करता है, लेकिन एक विशेष शक्ति के साथ: यह बिल्कुल महसूस कर सकता है कि वह कहाँ और कितनी जोर से किसी चीज़ को छू रहा है। पिछले हाथों के विपरीत, जो या तो बहुत महंगे थे या बहुत नाजुक थे, MIDAS Hand को 3D-प्रिंटेड हिस्सों से बनाया जाने वाला, तीन घंटे से कम समय में असेंबल होने वाला, और यदि कोई उंगली टूट जाए तो आसानी से मरम्मत करने योग्य डिज़ाइन किया गया है। यह मशीन की ताकत को मानवीय उंगलियों की संवेदनशीलता के साथ जोड़ता है, और वह भी $3,000 से कम की कीमत में। टीम ने केवल हार्डवेयर ही नहीं बनाया; उन्होंने इसकी "रेसिपी" (ब्लूप्रिंट और सॉफ्टवेयर) भी जारी की है ताकि कोई भी इसे बना सके, जिससे यह रोबोटिक्स अनुसंधान की पूरी दुनिया के लिए एक साझा उपकरण बन गया है।

समस्या: रोबोटिक हाथों का "गोल्डिलॉक्स" द्वंद्व

वर्षों से, वैज्ञानिक एक निराशाजनक स्थिति में फंसे हुए हैं। एक तरफ, आपके पास महंगे, व्यावसायिक रोबोटिक हाथ हैं जो अद्भुत हैं लेकिन उनकी कीमत एक इस्तेमाल की हुई कार जितनी है और वे गुप्त सॉफ्टवेयर के साथ लॉक हैं जिसे आप बदल नहीं सकते। दूसरी ओर, आपके पास सस्ते, ओपन-सोर्स हाथ हैं जिन्हें बनाना आसान है लेकिन वे अक्सर भारी-भरकम होते हैं, उनमें सेंसर की कमी होती है, या वे मानव-आकार के कार्यक्षेत्र में फिट होने के लिए बहुत बड़े होते हैं। यह बिल्कुल वैसा ही है जैसे कि जूतों की ऐसी जोड़ी खोजने की कोशिश करना जो एकदम सही फिट हो, जिसकी कीमत एक डॉलर हो, और जो सोने से बनी हो।

इस शोध पत्र के पीछे के शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि रोबोटों को जटिल कौशल सिखाने के लिए—जैसे औजारों का उपयोग करना या नाजुक वस्तुओं को संभालना—आपको एक ऐसे हाथ की आवश्यकता है जो "गोल्डिलॉक्स" बिंदु (Goldilocks spot) पर हो: न बहुत बड़ा, न बहुत महंगा, और निश्चित रूप से बहुत नाजुक नहीं। वे एक ऐसा हाथ चाहते थे जिसे रोबोट खुद छू सके और धकेल सके (एक गुण जिसे "बैकड्राइवबिलिटी" कहा जाता है, जिसका अर्थ है कि यदि आप रोबोट की उंगली को धकेलते हैं, तो वह विरोध करने के बजाय आसानी से हिल जाती है) और जो सैकड़ों छोटे सेंसरों के साथ दुनिया को महसूस कर सके।

समाधान: एक हाथ जो गैरेज के लिए बना है

टीम ने MIDAS Hand (मॉड्यूलर लो-इम्पीडेंस डायरेक्टली-ड्रिवन एंथ्रोपोमोर्फिक सेंसिंग हैंड) पेश किया। इसे एक हाई-टेक लेगो सेट की तरह समझें। उंगलियों को खींचने के लिए जटिल डोरी (टेंडन) का उपयोग करने के बजाय, जो उलझ सकती है और जिसे ठीक करना कठिन हो सकता है, उन्होंने जोड़ों से सीधे जुड़े कठोर रॉड्स और मोटर्स का उपयोग किया। यह हाथ को सरल, हल्का और मरम्मत में बहुत आसान बनाता है। यदि एक उंगली टूट जाती है, तो आपको पूरा हाथ फिर से बनाने की आवश्यकता नहीं है; आप बस लगभग 15 मिनट में उस एक मॉड्यूल को बदल सकते हैं।

यह हाथ मानव आकार का है, जिसका वजन केवल 700 ग्राम (लगभग एक बड़े सेब के वजन के बराबर) है, और इसे बनाने की लागत $3,000 से कम है। इसमें कुल 16 गतिशील भाग हैं, जिनमें से 13 मोटर द्वारा संचालित होते हैं। लेकिन असली जादू इसकी "त्वचा" में है। उंगलियों के पोरों और अंगूठे को 283 छोटे सेंसरों (जिन्हें टैक्सल्स कहा जाता है) से ढका गया है जो एक साथ तीन अलग-अलग दिशाओं से दबाव को महसूस कर सकते हैं। यह रोबोट को एक ऐसे तंत्रिका तंत्र देने जैसा है जो यह बता सके कि वह एक पंख को पकड़े हुए है या एक हथौड़े को।

उन्होंने क्या पाया: मजबूत, संवेदनशील और आश्चर्यजनक रूप से मानव जैसा

टीम ने यह देखने के लिए कि क्या यह वास्तव में वास्तविक दुनिया को संभाल सकता है, MIDAS Hand को कई परीक्षणों से गुजारा, और परिणाम प्रभावशाली थे।

1. "पुश-बैक" टेस्ट (बैकड्राइवबिलिटी)
रोबोटिक हाथों के लिए सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक उन्हें "कम्प्लाइंट" (compliant) बनाना है, यानी इतने नरम बनाना कि वे धक्का लगने पर झुक सकें। यदि रोबलेट का हाथ बहुत सख्त है, तो वह किसी वस्तु को कुचल सकता है या इंसान को चोट पहुँचा सकता है। शोधकर्ताओं ने मापा कि रोबोट के जोड़ों को धकेलने के लिए कितने बल की आवश्यकता होती है। उन्होंने पाया कि MIDAS Hand को हाथ से हिलाना अविश्वसनीय रूप से आसान है, जिसमें प्रतिरोध केवल लगभग 0.02 N·m है। संदर्भ के लिए, यह अन्य समान व्यावसायिक हाथों की तुलना में लगभग 3.5 से 30 गुना अधिक आसानी से धकेला जा सकता है। इसका मतलब है कि हाथ वस्तुओं के साथ कोमलता से बातचीत कर सकता है, झटकों को झेल सकता है, और उनके विरुद्ध संघर्ष करने के बजाय उन्हें सोख सकता है।

2. "अंगूठे" का टेस्ट (अपोजिशन)
मानव हाथ विशेष है क्योंकि हमारा अंगूठा अन्य सभी उंगलियों को छू सकता है। टीम ने जांचा कि क्या MIDAS Hand भी ऐसा कर सकता है। उन्होंने उस क्षेत्र का मानचित्र बनाया जहाँ अंगूठा अन्य उंगलियों को छू सकता है और पाया कि यह मानव पैटर्न से बहुत करीब से मेल खाता है। अंगूठा तर्जनी (index finger) के कार्यक्षेत्र का लगभग 49.5%, मध्य उंगली (middle finger) का 40%, और अनामिका (ring finger) का 24.5% हिस्सा कवर कर सकता है। यह "रेडियल-टू-अुलर" (radial-to-ulnar) पैटर्न (जो इंडेक्स से रिंग फिंगर की ओर बढ़ते हुए छोटा होता जाता है) बिल्कुल वैसे ही काम करता है जैसे मानव अंगूठे काम करते हैं, जो यह सुझाव देता है कि रोबोट भी उसी तरह की नाजुक पकड़ और ग्रिप बना सकता है जैसा हम करते हैं।

3. "भारी वजन उठाने" का टेस्ट (शक्ति)
क्या एक 3D-प्रिंटेड हाथ वास्तव में भारी चीजें उठा सकता है? टीम ने इसे दो तरीकों से परखा। पहले, उन्होंने एक एकल उंगली के पोर से 1.2 किलोग्राम का वजन उठाया। हाथ ने इसे थामे रखा, लेकिन मोटर गर्म हो गई, जिससे पता चला कि हालांकि संरचना मजबूत है, लेकिन मोटर की एक सीमा है कि वह कितनी देर तक कड़ी मेहनत कर सकती है। दूसरा, उन्होंने पूरे हाथ से एक विशाल 9.5 किलोग्राम का भार उठाया। हाथ टूटा नहीं; उसने वजन को अच्छी तरह से थामे रखा। यह साबित करता है कि हाथ वास्तविक दुनिया के कार्यों के लिए पर्याप्त मजबूत है, बशर्ते आप इसे बिना ब्रेक के बहुत लंबे समय तक भारी चीजें उठाने के लिए न कहें।

4. "सहनशक्ति" का टेस्ट (विश्वसनीयता)
यह देखने के लिए कि क्या हाथ काम के लंबे दिन में जीवित रह सकता है, उन्होंने दो घंटों में 5,143 ग्रैस्प साइकिल के माध्यम से इसका परीक्षण किया। हाथ न तो गर्म हुआ और न ही टूटा। मोटर्स लगभग 49°C के स्थिर तापमान पर सेट हो गए, और उंगलियां हर बार बिल्कुल उसी स्थान पर टकराईं, जिसमें केवल 0.016 mm की मामूली त्रुटि थी। यह सुझाव देता है कि हाथ लंबे प्रयोगों के लिए पर्याप्त विश्वसनीय है जहाँ निरंतरता महत्वपूर्ण है।

5. "ग्रैस्प" टेस्ट (निपुणता)
अंत में, उन्होंने यह देखने की कोशिश की कि हाथ कितने अलग-अलग तरीकों से वस्तुओं को पकड़ सकता है। 33 प्रकार के मानव ग्रैस्प (जैसे पेन, गेंद, या कैंची पकड़ना) की एक मानक सूची का उपयोग करते हुए, MIDAS Hand ने उनमें से 32 को सफलतापूर्वक पूरा किया। एकमात्र जिसे यह नहीं कर सका, वह पकड़ जिसमें छोटी उंगली (pinky finger) की आवश्यकता होती है, क्योंकि इस हाथ में वह नहीं है (इसमें चार उंगलियां हैं)। यह एक बड़ी जीत है, जो दिखाती है कि मानव हाथ की तुलना में थोड़ा सरल होने के बावजूद, यह हमारे द्वारा वस्तुओं के साथ की जाने वाली लगभग हर सामान्य क्रिया को संभाल सकता है।

बड़ी तस्वीर

MIDAS Hand केवल एक नया खिलौना नहीं है; यह एक पूर्ण पैकेज है। शोधकर्ताओं ने केवल हाथ बनाने पर ही काम नहीं रोका। उन्होंने सब कुछ जारी किया: 3D प्रिंटिंग फाइलें, इसे नियंत्रित करने के लिए सॉफ्टवेयर, सिमुलेशन मॉडल, और यहाँ तक कि मानव गतिविधियों की नकल करके हाथ को सिखाने के उपकरण (टेलीऑपरेशन) भी। इसका मतलब है कि गैरेज में बैठा एक छात्र या विश्वविद्यालय की लैब में कोई भी व्यक्ति, बिना इंजीनियरों की टीम या बड़े बजट के, इस हाथ को बना सकता है, प्रोग्राम कर सकता है और तुरंत डेटा एकत्र करना शुरू कर सकता है।

यह शोध पत्र सुझाव देता है कि कम लागत, उच्च संवेदनशीलता और आसान मरम्मत को जोड़कर, MIDAS Hand रोबोटिक्स के भविष्य के लिए एक संतुलित मंच प्रदान करता है। यह हर समस्या के लिए पूर्ण समाधान नहीं है (इसे कुछ कार्यों के लिए अभी भी एक छोटी उंगली की आवश्यकता है, और मोटर्स की थर्मल सीमाएं हैं), लेकिन यह क्षेत्र की सबसे बड़ी बाधा को हल करता है: उच्च-गुणवत्ता वाले सुलभ हार्डवेयर की कमी। इस तकनीक को खुला और किफायती बनाकर, शोधकर्ता उम्मीद करते हैं कि वे उन रोबोटों के विकास को तेज करेंगे जो वास्तव में मानव दुनिया को समझ और उसके साथ संवाद कर सकें।