Reconfigurable Structural Robotic Assembly: Interlocking 3D Aggregations with Self-Aligning Compound Nested Lattice Modules

एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ चीज़ें बनाना केवल एक ब्लूप्रिंट का पालन करने के बारे में नहीं है, बल्कि उन टुकड़ों के बारे में है जो खुद जानते हैं कि कैसे एक साथ फिट होना है। लंबे समय से, वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने रोबोट और निर्माण सामग्री को दो अलग-अलग टीमों के रूप में माना है। रोबोट "मस्तिष्क" है, जो कैमरों और जटिल सॉफ़्टवेयर से लैस है ताकि यह पता लगा सके कि ईंट को कहाँ पकड़ना है और उसे कैसे रखना है। दूसरी ओर, ईंट सिर्फ एक बेजान, भारी वस्तु है जो यह जानने के लिए इंतज़ार कर रही है कि उसे क्या करना है। लेकिन क्या होगा अगर ईंट कुछ सोचने में सक्षम हो जाए? "ज्यामितीय बुद्धिमत्ता" (geometric intelligence) नामक यह विचार बताता है कि हम ऐसे आकार वाली सामग्रियों को डिज़ाइन कर सकते हैं जो स्वाभाविक रूप से उन्हें अपनी जगह पर ले जाने के लिए मार्गदर्शन करती हैं, लगभग एक पहेली की तरह जो खुद को हल करती है। यह शोध पत्र विज्ञान के एक ऐसे कोने की खोज करता है जहाँ वास्तुकला और रोबोटिक्स का मिलन होता है, और एक सरल लेकिन क्रांतिकारी प्रश्न पूछता है: क्या हम एक ऐसा सिस्टम बना सकते हैं जहाँ निर्माण ब्लॉक इतने स्मार्ट हों कि वे रोबोट को उन्हें बनाने में मदद कर सकें, जिससे निर्माण तेज़, मज़बूत और इसे खोला और फिर से उपयोग करने में सक्षम हो सके?

इस परियोजना के पीछे के शोधकर्ताओं ने, जो MIT और EPFL की एक टीम है, रोबोट और सामग्री को अलग-अलग समस्याओं के रूप में देखना बंद करने का निर्णय लिया। इसके बजाय, उन्होंने एक विशेष निर्माण ब्लॉक डिज़ाइन किया जो वास्तविक दुनिया के लिए एक "स्मार्ट लेगो" की तरह काम करता है। उन्होंने एक संयुक्त मॉड्यूल बनाया जो दो आकृतियों से बना है जो आपस में जुड़ी हुई हैं: एक क्यूबोक्टाहेड्रोन (सोचिए एक घन जिसके कोनों को काट दिया गया हो) और एक ऑक्टाहेड्रोन (जैसे दो पिरामिड जिनका आधार एक-दूसरे से जुड़ा हो)। "स्मार्ट" हिस्सा यह है कि ये आकार कैसे व्यवस्थित हैं। क्यूबोक्टाहेड्रोन के सपाट चेहरे रोबोट के ग्रिपर के लिए एक आदर्श लैंडिंग पैड के रूप में कार्य करते हैं, जबकि ऑक्टाहेड्रोन वाले हिस्से में एक अंतर्निहित स्क्रू तंत्र है जो अपनी जगह पर फिट होकर 'स्नैप' हो जाता है।

यहाँ जादू का कमाल है: ये ब्लॉक एक दूसरे के अंदर समाने (nest) के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। रूसी नेस्टिंग डॉल (Russian nesting dolls) की कल्पना करें, लेकिन इसमें वे केवल छोटी नहीं होतीं, बल्कि 3D स्पेस में एक-दूसरे में इंटरलॉक होती हैं। टीम ने आठ इकाइयों से बना एक बड़ा "कंपाउंड मॉड्यूल" बनाया। जब आप उन्हें स्टैक करते हैं, तो ऊपरी परत निचली परत से थोड़ी हटकर (offset) होती है, जिससे एक क्रमिक, इंटरलॉकिंग पैटर्न बनता है। यह ज्यामिति रोबोट के लिए भारी काम को आसान कर देती है। यह रोबोट को ठीक से बताता है कि टुकड़े को कहाँ पकड़ना है, इसे कैसे संरेखित (align) करना है ताकि यह गिरे नहीं, और इसे नीचे की संरचना में कैसे सुरक्षित रूप से फिट करना है। यह ऐसा है जैसे निर्माण ब्लॉक रोबोट को निर्देश फुसफुसा रहे हों: "मुझे यहाँ पकड़ो, मुझे वहाँ स्लाइड करो, और क्लिक!"

टीम ने केवल इसके सपने नहीं देखे; उन्होंने इसे बनाया और परीक्षण किया। उन्होंने संरचनाओं को जोड़ने के लिए एक स्थिर रोबोटिक आर्म और एक मोबाइल रोबोट (पहियों वाला रोबलेट) दोनों का उपयोग किया। परिणाम प्रभावशाली थे। उन्होंने एक भार वहन करने वाली कुर्सी बनाई जो एक इंसान का पूरा वजन उठा सकती थी, एक बेंच, एक मेज और यहाँ तक कि एक दरवाज़े का फ्रेम भी बनाया। वास्तव में, उन्होंने एक दरवाज़े को ज़मीन पर सपाट असेंबल किया और फिर उसे सीधा खड़ा किया, जिससे यह सिद्ध हुआ कि संरचना अपने वजन को संभालने के लिए इतनी मज़बूत थी कि वह ढह न जाए। जब उन्होंने व्यक्तिगत निर्माण ब्लॉकों को एक मशीन में दबाकर परीक्षण किया, तो ब्लॉकों ने 4,556 N/mm की कठोरता (stiffness) दिखाई, वे 3,445 N का अधिकतम भार झेल सके और उनका कंप्रेसिव मॉड्यूलस 17.5 MPa था।

शायद सबसे रोमांचक हिस्सा यह है कि यह एक बार के उपयोग वाला सिस्टम नहीं है। क्योंकि ये ब्लॉक स्क्रू-रिलिसेबल स्नैप-फिट कनेक्टर्स का उपयोग करते हैं, इसलिए इन्हें अलग किया जा सकता है और पूरी तरह से अलग चीज़ बनाने के लिए उपयोग किया जा सकता है। टीम ने एक दरवाज़े को अलग करके उसे मेज में पुन: असेंबल करके इसका प्रदर्शन किया। यह सुझाव देता है कि भविष्य में इमारतें स्थायी स्मारक नहीं बल्कि चक्रीय प्रणालियाँ होंगी जहाँ सामग्रियों का लगातार पुन: उपयोग किया जाएगा, जिससे कचरा कम होगा।

यह शोध पत्र पुराने तरीके के खिलाफ तर्क देता है, जहाँ सारी बुद्धिमत्ता रोबोट के सॉफ़्टवेयर में होती है और सामग्रियां निष्क्रिय होती हैं। इसके बजाय, वे दिखाते हैं कि सामग्री के आकार में सीधे "निर्देशों" को एनकोड करके, आप एक ऐसा सिस्टम बना सकते हैं जो अधिक मजबूत और असेंबल करने में आसान हो। हालांकि वर्तमान परिणाम भौतिक प्रोटोटाइप और संपीड़न परीक्षणों पर आधारित हैं, लेखक सुझाव देते हैं कि यह दृष्टिकोण बहुत बड़ी संरचनाएं बनाने के लिए स्केल किया जा सकता है, जिसमें संभावित रूप से मिलकर काम करने वाले मोबाइल रोबोटों के झुंड (swarms) का उपयोग किया जा सकता है। उन्होंने यह भी संकेत दिया कि भविष्य में, मनुष्य असेंबली को निर्देशित करने के लिए प्राकृतिक भाषा या मिश्रित वास्तविकता (mixed reality) का उपयोग करके इन रोबोटों से बात कर सकते हैं, लेकिन फिलहाल, ध्यान इस बात को साबित करने पर है कि स्वयं ज्यामिति ही काम कर सकती है।

संक्षेप में, यह शोध पत्र दिखाता है कि यदि आप अपने निर्माण ब्लॉकों को सही ढंग से डिज़ाइन करते हैं, तो वे रोबोटों को उन्हें बनाने में मदद कर सकते हैं। यह एक ऐसे भविष्य की ओर एक कदम है जहाँ निर्माण केवल शारीरिक बल के बारे में नहीं बल्कि चतुर, स्व-संरेखित ज्यामिति के बारे में है जिसे बनाया जा सकता है, अलग किया जा सकता है और फिर से बनाया जा सकता है।