A Wearable Stiffness-Rendering Haptic Device with a Honeycomb Jamming Mechanism for Bilateral Teleoperation
यह शोध पत्र HJ-Haptic प्रस्तुत करता है, जो एक हल्का पहनने योग्य हैप्टिक उपकरण है जो सुरक्षित और प्रभावी द्विपक्षीय टेलीऑपरेशन के लिए परिवर्तनीय वस्तु कठोरता (1.15–2.64 N/mm) को रेंडर करने हेतु हनीकॉम्ब जैमिंग तंत्र और वैक्यूम दबाव का उपयोग करता है, जो प्रयोगात्मक सत्यापन के माध्यम से विश्वसनीय कठोरता धारणा और स्थिर संपर्क का प्रदर्शन 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 वीडियो गेम खेल रहे हैं जहाँ आप दुनिया के दूसरी ओर स्थित एक रोबोटिक हाथ को नियंत्रित कर रहे हैं। आप एक आभासी सेब को पकड़ने के लिए हाथ बढ़ाते हैं, लेकिन आपकी स्क्रीन पर रोबोट का हाथ बंद होता हुआ दिखता है, और आपको कुछ भी महसूस नहीं होता। यह एक भूत को पकड़ने की कोशिश करने जैसा है। रिमोट वर्क (दूरस्थ कार्य) को वास्तविक महसूस कराने के लिए, वैज्ञानिक "हैप्टिक्स" (haptics) का उपयोग करते हैं—एक ऐसी तकनीक जो आपके शरीर को स्पर्श का अहसास कराती है। इसे करने के दो मुख्य तरीके हैं। एक आपकी त्वचा पर हल्की थरथराहट या खरोंच जैसा है, जो आपको बताता है कि वहाँ कुछ मौजूद है। दूसरा, जिसे "काइनेस्थेटिक" (kinesthetic) फीडबैक कहा जाता है, वह आपकी मांसपेशियों के विरुद्ध दबाव डालने वाले किसी वास्तविक वस्तु के वजन और प्रतिरोध को महसूस करने जैसा है। यह दूसरा प्रकार नाजुक कार्यों के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है, जैसे कि एक सर्जन द्वारा नरम ऊतक (tissue) और कठोर हड्डी के बीच के अंतर को महसूस करना, या एक फैक्ट्री वर्कर का यह जानना कि वह एक नाजुक अंडे को दबा रहा है या एक स्टील के बोल्ट को। सबसे बड़ी चुनौती एक ऐसा उपकरण बनाने की रही है जो पहनने में हल्का हो, महसूस करने में वास्तविक रूप से मजबूत हो, और बिना किसी परेशानी या मशीन के खराब होने के डर के उपयोग के लिए सुरक्षित हो।
यहाँ HJ-Haptic है, एक छोटा सा, अंगूठे पर पहना जाने वाला गैजेट जिसे इस पहेली को सुलझाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसे अपने केवल अंगूठे के लिए एक "स्मार्ट ग्लव" के रूप में समझें जो तुरंत यह बदल सकता है कि उसे दबाना कितना कठिन है। इस 20 ग्राम के उपकरण (जो एक मानक AA बैटरी से भी हल्का है) के भीतर एक गुप्त सामग्री है: एक हनीकॉम्ब (मधुमक्खी के छत्ते जैसी) संरचना, जो मधुमक्खी द्वारा शहद के लिए बनाए गए मोम के सेल्स के समान है। सामान्य तौर पर, यह हनीकॉम्ब लचीला और मुड़ने में आसान होता है। लेकिन इस उपकरण के साथ एक वैक्यूम पंप जुड़ा हुआ है। जब पंप हवा को बाहर खींचता है, तो यह एक वैक्यूम बनाता है जो हनीकॉम्ब की परतों को आपस में दबा देता है, जिससे पूरी संरचना सख्त होकर लॉक हो जाती है, लगभग एक गीले स्पंज को पत्थर जैसी कठोर ईंट में बदलने जैसा।
शोधकर्ताओं ने इस उपकरण को एक "बाइलेटरल टेलीऑपरेशन" (bilateral teleoperation) प्रणाली में काम करने के लिए बनाया है। यह एक फैंसी तरीका है यह कहने का कि: आप अपना अंगूठा हिलाते हैं, और दूसरी ओर एक रोबोटिक हाथ आपकी नकल करता है। लेकिन यहाँ एक जादुई ट्रिक है: जैसे ही रोबोट का हाथ एक वास्तविक वस्तु को दबाता है, आपके अंगूठे पर लगा उपकरण तुरंत अपनी कठोरता (stiffness) को उस वस्तु के अनुरूप बदल लेता है। यदि रोबोट एक नरम स्पंज को पकड़ता है, तो आपका अंगूठा नरम महसूस होता है। यदि वह एक कठोर बॉक्स को पकड़ता है, तो आपका अंगूठा कठोर महसूस होता है। टीम ने इसका परीक्षण तीन वस्तुओं के साथ किया: टिश्यू पेपर का एक टुकड़ा, एक फोम स्पंज और एक कार्डबोर्ड बॉक्स। उन्होंने पाया कि उपकरण केवल 30 kPa के वैक्यूम प्रेशर का उपयोग करके अपनी कठोरता को 1.15 N/mm से 2.64 N/mm तक सुचारू रूप से बदल सकता है। परिणाम प्रभावशाली थे; आपके अंगूठे की गति और रोबोट के हाथ की गति पूरी तरह से तालमेल में रहे, और आपने जो बल महसूस किया वह उस बल के बहुत करीब था जो रोबोट ने लगाया था।
इस दृष्टिकोण को जो चीज़ खास बनाती है वह है इसका "लैग" (lag) या देरी को संभालना, जो अक्सर लंबी दूरी तक संकेतों के यात्रा करने के दौरान होती है। "मैं कितनी जोर से दबा रहा हूँ" और "मैं कितनी दूर तक हिल रहा हूँ" के बारे में अलग-अलग संदेश भेजने के बजाय, जो तालमेल से बाहर होकर अजीब लग सकते हैं, यह उपकरण एक एकल, एकीकृत संदेश भेजता है: "यह वस्तु कितनी सख्त है।" यह एक गाने के नोट्स और लय को अलग-अलग बताने के बजाय बस उसकी धुन गुनगुनाने जैसा है। सीधे कठोरता की नकल करके, यह प्रणाली कनेक्शन में मामूली देरी होने पर भी अनुभव को स्वाभाविक बनाए रखती है।
टीम ने यह भी नोट किया कि वैक्यूम (हवा बाहर खींचना) का उपयोग करना पॉजिटिव प्रेशर (हवा अंदर फूंकना) की तुलना में बहुत अधिक सुरक्षित है। यदि ब्लोअर सिस्टम में एक ट्यूब लीक हो जाती है, तो यह अचानक झटका दे सकती है या धक्का दे सकती है। लेकिन यदि वैक्यूम ट्यूब लीक होती है, तो उपकरण बस धीरे-धीरे अपना "कठोर" अहसास खो देता है और नरम हो जाता है, जैसे कि एक पिचकता हुआ गुब्बारा, जो उपयोगकर्ता के लिए बहुत सुरक्षित है। हालांकि यह उपकरण अपने परीक्षणों में अच्छा काम कर गया, लेकिन लेखक सावधानी बरतते हुए कहते हैं कि यह देखने के लिए कि यह घंटों तक पहनने में कितना आरामदायक है और विभिन्न लोगों को यह कैसा महसूस होता है, और अधिक अध्ययन की आवश्यकता है। वे सुझाव देते हैं कि यह तकनीक न केवल रिमोट रोबोटिक्स में, बल्कि वर्चुअल रियलिटी गेम्स में भी मदद कर सकती है जहाँ आप एक प्लास्टिक की तलवार और एक लकड़ी की तलवार के बीच अंतर महसूस करना चाहते हैं। फिलहाल, HJ-Haptic रिमोट रोबोट्स की अदृश्य दुनिया को आपके हाथों के वास्तविक अनुभवों जितना वास्तविक बनाने की दिशा में एक आशाजनक, हल्का कदम है।
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