ARTiS: An Adaptive Robotic Gripper for Enhanced Tool Manipulation in Disassembly Applications
यह शोध पत्र ARTiS को प्रस्तुत करता है, जो एक नवीन अनुकूली रोबोटिक ग्रिपर है जो सक्रिय जैमिंग (active jamming) और फिन-रे अनुकूलन (fin-ray adaptation) के माध्यम से विघटन अनुप्रयोगों में विभिन्न उपकरणों को सुरक्षित रूप से संचालित करने के लिए सॉफ्ट मैकेनिज्म, मानवोचित निपुणता और कठोर मजबूती को जोड़ता 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
रोबोट चीजों को उठाने में उल्लेखनीय रूप से कुशल हो गए हैं। कारखानों में, वे बक्सों को उठा सकते हैं, फल छाँट सकते हैं, और भारी पुर्जों को उस सटीकता के साथ हिला सकते हैं जो अक्सर मानवीय गति से भी अधिक होती है। हालाँकि, केवल किसी वस्तु को पकड़ने और वास्तव में उसका उपयोग करने के बीच एक स्पष्ट अंतर है। जब एक इंसान हथौड़ा, पेचकस या पावर ड्रिल उठाता है, तो वह केवल उसके हैंडल को दबाकर नहीं रखता; वह अपने हाथ को उसके चारों ओर लपेटता है, उपकरण के हिलने पर अपनी पकड़ को समायोजित करता है, और अपनी हथेली का उपयोग उपकरण को स्थिर करने के लिए करता है ताकि बल लगाने के दौरान वह घूमे या फिसले नहीं। इस तरह उपकरण को मजबूती से पकड़ना जबकि उसे घुमाना, दबाना या प्रहार करना, हमारे चीजों को बनाने और उन्हें खोलने के तरीके का एक मौलिक हिस्सा है। रोबोट के लिए, यह एक कठिन बाधा बनी हुई है। अधिकांश रोबोटिक हाथ वस्तुओं को पकड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, लेकिन जब वे किसी उपकरण का उपयोग करने की कोशिश करते हैं, तो उपकरण अक्सर फिसल जाता है, घूम जाता है या गिर जाता है क्योंकि रोबोट के पास वह जटिल, अनुकूलन योग्य पकड़ नहीं होती है जो एक मानव हाथ स्वाभाविक रूप से प्रदान करता है।
शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया रोबोटिक हाथ विकसित किया है जिसे विशेष रूप से इस समस्या को हल करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वे इसे ARTiS कहते हैं, जो एक तीन उंगलियों वाला ग्रिपर है जो इस तरह की नकल करता है जैसे मानव हाथ डिसअसेंबली (चीजों को खोलने) के कार्यों के दौरान उपकरणों को पकड़ते और उपयोग करते हैं। इस डिज़ाइन के पीछे का मुख्य विचार चीजों को पकड़ने के दो अलग-अलग तरीकों को जोड़ना है। पहला भाग एक सॉफ्ट, जैमिंग पाम (jamming palm) है। कल्पना कीजिए कि एक बैग छोटे कांच के मोतियों से भरा हुआ है; जब बैग से हवा खींची जाती है, तो मोती आपस में कसकर पैक हो जाते हैं, जिससे वह नरम बैग एक कठोर आकार में बदल जाता है जो किसी भी वस्तु के अनुरूप ढल जाता है। शोधकर्ताओं ने ऐसा ही एक पाम बनाया है, लेकिन इसे एक गहरे स्लॉट के साथ आकार दिया है ताकि पेचकस या हथौड़े जैसे उपकरणों को इसमें गहराई तक धकेला जा सके और उन्हें मजबूती से लॉक किया जा सके। दूसरा भाग तीन उंगलियों से बना है जो स्वतंत्र रूप से चल सकती हैं और जिनके सिरे विशेष, लचीले पैड्स से युक्त हैं। ये उंगलियां उपकरण के हैंडल के आकार के अनुसार मुड़ने और ढलने के लिए डिज़ाइन की गई हैं, जो अतिरिक्त पकड़ और स्थिरता प्रदान करती हैं। जैमिंग पाम का उपयोग करके उपकरण के मुख्य भाग को पकड़ने और उंगलियों का उपयोग करके उसके सिरे को समायोजित करने से, रोबमाट उपकरण को इतनी मजबूती से पकड़ सकता है कि वह पेंच घुमाने या सतह पर प्रहार करने के दौरान फिसल न जाए।
शोधकर्ताओं ने इस नए ग्रिपर का परीक्षण करने के लिए उसे उन कार्यों को करने के लिए कहा जो एक इंसान मशीन को खोलने के दौरान करता है, जैसे कि ऑटोमोटिव एयर कंडीशनिंग यूनिट। उन्होंने नौ अलग-अलग प्रकार के पेचकस, दो हथौड़े और दो पावर ड्रिल सहित विभिन्न सामान्य उपकरणों का उपयोग किया। परीक्षणों में न केवल उपकरणों को उठाना शामिल था, बल्कि उन्हें बोल्ट खोलने, प्लास्टिक कनेक्शन तोड़ने और कील ठोकने के लिए उपयोग करना भी शामिल था। परिणामों ने दिखाया कि जैमिंग पाम और अनुकूलन योग्य उंगलियों का संयोजन पिछले रोबोटिक हाथों की तुलना में काफी बेहतर काम करता है। जब शोधकर्ताओं ने मापा कि पेचकस के सिरे पर कितना बल लगाया जा सकता है इससे पहले कि वह फिसले, तो नया ग्रिपर एक मानक रोबोटिक हाथ (जो केवल उंगलियों पर निर्भर था) की तुलना में 7.8 गुना अधिक बल झेल सका। कई मामलों में, पाम अकेले ही 90 प्रतिशत से अधिक पकड़ शक्ति प्रदान करता था, जिससे यह सिद्ध हुआ कि "जैमिंग" तंत्र ही उपकरण को स्थिर रखने की कुंजी थी।
हालाँकि, अध्ययन ने यह भी बताया कि यह तकनीक कहाँ चुनौतियों का सामना करती है। जबकि ग्रिपर स्थिर उपकरणों को पकड़ने या पेंच घुमाने में उत्कृष्ट था, इसे उन उपकरणों के साथ थोड़ा संघर्ष करना पड़ा जो अत्यधिक कंपन करते हैं, जैसे कि पावर ड्रिल। ड्रिल के कंपन के कारण जैमिंग पाम के अंदर के सूक्ष्म मोती हिल गए, जिससे कभी-कभी पकड़ ढीली हो गई और उपकरण का संपर्क टूट गया। इसके बावजूद, ग्रिपर 85 प्रतिशत प्रयासों में उपकरणों को पकड़ने और उन्हें पुन: व्यवस्थित करने में सफल रहा, लेकिन वास्तव में उपकरणों का उपयोग करने की सफलता दर 68 प्रतिशत रही। एक सहयोगात्मक प्रयोग में, ग्रिपर ने एक वर्कपीस को स्थिर रखा, जिससे एक इंसान को एक साथ उपकरण और पेंच को पकड़ने के लिए दोनों हाथों का उपयोग करने की अनुमति मिली; इस सेटअप ने अकेले इंसान के काम करने की तुलना में तीन बोल्ट खोलने में लगने वाले कुल समय को लगभग 14 प्रतिशत कम कर दिया। शोधकर्ताओं ने ग्रिपर का परीक्षण खाद्य पदार्थों से लेकर रसोई के बर्तनों तक, रोजमर्रा की वस्तुओं की एक विस्तृत श्रृंखला पर किया, और इसने सफलतापूर्वक 95 प्रतिशत वस्तुओं को पकड़ा और उठाया, जिससे पता चलता है कि इसका डिज़ाइन केवल उपकरणों तक सीमित नहीं है।
इस परियोजना ने यह भी पता लगाया कि मनुष्य और रोबोट एक-दूसरे के साथ अधिक निकटता से कैसे काम कर सकते हैं। एक प्रयोग में, एक व्यक्ति ने "टीचिंग मोड" का उपयोग करके रोबोट के हाथ को मशीन के हिस्से को पकड़ने के लिए सही स्थिति में भौतिक रूप से निर्देशित किया। एक बार जब रोबोट ने स्थिति सीख ली, तो उसने हिस्से को अपनी जगह पर लॉक कर दिया, जिससे इंसान को मशीन पर काम करने के लिए दोनों हाथों का उपयोग करने की अनुमति मिली। इस सहयोग ने अकेले इंसान के काम करने की तुलना में तीन बोल्ट खोलने में लगने वाले कुल समय को लगभग 14 प्रतिशत कम कर दिया। अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि ग्रिपर पूर्ण नहीं है, विशेष रूप से कंपन करने वाले उपकरणों के मामले में, यह एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है। यह प्रदर्शित करता है कि चीजों को खोलने की कला में महारत हासिल करने के लिए, रोबोटों को केवल मजबूत उंगलियों की ही नहीं, बल्कि एक स्मार्ट, अनुकूलन योग्य पाम की भी आवश्यकता है जो उपकरणों को उनकी जगह पर लॉक कर सके, ठीक वैसे ही जैसे एक मानव हाथ करता है।
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