AthenaZero: A low-inertia, bimanual robot for dynamic manipulation
एथेनाज़ीरो (AthenaZero) एक नवीन लो-इनर्शिया, द्विपक्षीय रोबोट है जो मानव-तुल्य एंडपॉइंट मास और टॉर्क ट्रांसपेरेंसी प्राप्त करने के लिए क्वासी-डायरेक्ट ड्राइव एक्चुएशन और ट्रांसमिशन रिमोटाइजेशन का लाभ उठाता है, जिससे यह 30 मीटर/सेकंड से अधिक की गति से थ्रोइंग, कैचिंग और बैटिंग जैसे उच्च-गति, गतिशील बेसबॉल कार्यों को सफलतापूर्वक करने में सक्षम होता है।
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द दशकों से, रोबोटिक्स का क्षेत्र दो अलग-अलग समूहों में विभाजित रहा है। एक ओर, शोधकर्ताओं ने ऐसी मशीनें बनाई हैं जो अविश्वसनीय गति और चपलता के साथ चलती हैं, लेकिन केवल तभी जब वे जमीन पर चल रही होती हैं या दौड़ रही होती हैं। इन मशीनों ने अपने शरीर को गतिशील प्रणालियों (डायनेमिक सिस्टम) के रूप में मानकर दौड़ना, चढ़ना और यहाँ तक कि कलाबाजी करना भी सीखा है, जहाँ गति (मोमेंटम) और संतुलन उतने ही महत्वपूर्ण हैं जितने कि उन्हें चलाने वाली मांसपेशियाँ। दूसरी ओर, वस्तुओं को उठाने और ले जाने के लिए डिज़ाइन की गई मशीनें काफी हद तक स्थिर रही हैं। उन्हें सख्त, भारी और सटीक होने के लिए बनाया गया है, जो उन्हें कारखानों के लिए सुरक्षित बनाता है लेकिन अप्रत्याशित दुनिया के साथ बातचीत करने में अनाड़ी बना देता है। वे धीमी गति से चलते हैं क्योंकि उनके भारी हिस्से दिशा बदलने में तेजी से प्रतिरोध करते हैं, और यदि वे किसी चीज़ से टकराते हैं, तो वे एक गिरती हुई ईंट के बल के बजाय एक कोमल हाथ की तरह टकराते हैं। इस अंतर ने वैज्ञानिकों को यह अध्ययन करने के लिए एक उपकरण के बिना छोड़ दिया है कि रोबोट कैसे जीवित प्राणियों की तरह दुनिया के साथ गतिशील रूप से बातचीत कर सकते हैं, विशेष रूप से उन कार्यों के मामले में जो पलक झपकते ही होते हैं।
कैम्ब्रिज, मैसाचुसेट्स में RAI संस्थान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने ATHENAZERO नामक एक नए रोबोट के साथ इस विभाजन को पाटने का लक्ष्य रखा है। टीम का लक्ष्य एक दो-हाथों वाली मशीन बनाना था जो एक मानव एथलीट की तरह गति और तरलता के साथ गेंद को फेंक सके, पकड़ सके और मार सके। इसे करने के लिए, उन्हें एक मौलिक समस्या को हल करना था: अधिकांश रोबler बहुत भारी होते हैं ताकि वे चीजों को तोड़े बिना तेजी से हिल सकें। शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि रोबोट को वास्तव में गतिशील बनाने के लिए, उन्हें इसे ऐसा महसूस कराना होगा जैसे कि वह दुनिया को छूते समय एक मानव हाथ की तरह हल्का हो, जबकि एक बेसबॉल बैट को संभालने के लिए पर्याप्त मजबूत भी हो। वे एक ऐसी मशीन बनाने में सफल रहे जिसका वजन संपर्क बिंदु पर एक मानव अंग जितना कम है, जिससे यह प्रभावों के प्रति प्रतिक्रिया करने और मिलीसेकंड में दिशा बदलने में सक्षम है, एक ऐसी क्षमता जो लंबे समय से जैविक प्रणालियों का क्षेत्र रही है न कि यांत्रिक प्र bolehों का।
इस उपलब्धि का मूल आधार यह है कि रोबोट कैसे बनाया गया है। पारंपरिक औद्योगिक रोबोट मोटरों की शक्ति को बढ़ाने के लिए गियर का उपयोग करते हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक साइकिल चढ़ाई पर पैडल मारने को आसान बनाने के लिए गियर का उपयोग करती है। हालांकि यह रोबोट को मजबूत बनाता है, लेकिन यह बाहरी दुनिया के लिए भारी मोटर भागों को बहुत भारी भी महसूस कराता है, जिससे रोबोट के हिलने पर एक सुस्त, भारी अहसास पैदा होता है। ATHENAZERO टीम ने इस दृष्टिकोण को खारिज कर दिया। इसके बजाय, उन्होंने एक ऐसा डिज़ाइन उपयोग किया जहाँ मोटरों को रोबोट के शरीर के केंद्र के करीब रखा गया, जो लंबे, कुशल बेल्ट और केबलों द्वारा चलते हुए हाथों से जुड़े हुए हैं। 'ट्रांसमिशन रिमोटाइजेशन' नामक यह तकनीक, भारी मोटरों को हाथ के अंत में झूलने से रोकती है। इसके अलावा, उन्होंने भारी गियर से परहेज किया जो आमतौर पर चीजों को धीमा कर देते हैं, और एक सीधा कनेक्शन चुना जो रोबलेट को स्वतंत्र रूप से हिलने और स्पर्श में हल्का महसूस करने की अनुमति देता है। परिणाम एक ऐसी मशीन है जहाँ उंगलियों पर महसूस किया जाने वाला वजन एक मानव हाथ के वजन के बराबर है, लगभग तीन किलोग्राम, जबकि अधिकांश वाणिज्यिक रोबोट दस गुना अधिक भारी महसूस होते हैं।
यह साबित करने के लिए कि यह डिज़ाइन काम कर रहा है, शोधकर्ताओं ने ATHENAZERO को परीक्षणों की एक श्रृंखला से गुजारा जो एक मानक रोबोट के लिए असंभव होती। उन्होंने एक ऐसी स्थिति तैयार की जहाँ रोबोट को कैच खेलना और गेंद मारना था, ऐसे कार्य जिनमें सेकंड के सौवें हिस्से की टाइमिंग और अचानक प्रभावों को सोखने की क्षमता की आवश्यकता होती है। एक प्रयोग में, रोबोट ने 30 मीटर प्रति सेकंड से अधिक की गति से बेसबॉल फेंका। दूसरे में, उसने समान गति से आती हुई गेंद को पकड़ा, वस्तु को गिराए बिना सुरक्षित करने के लिए आधे सेकंड से भी कम समय में अपनी पकड़ और हाथ की स्थिति को समायोजित किया। टीम ने रोबोट को एक बल्ले के साथ टेनिस बॉल को हिट भी करवाया, एक ऐसा कार्य जिसमें उच्च गति पर स्विंग करते समय दो हाथों को पूर्ण तालमेल में काम करने की आवश्यकता होती है। रोबोट ने 80 प्रतिशत से अधिक बार सफलतापूर्वक गेंद को हिट किया, यहाँ तक कि जब गेंद उसकी ओर बेतरतीब ढंग से फेंकी गई थी, जो यह दर्शाता है कि वह चुनौती का सामना करने के लिए वास्तविक समय में अपनी गतिविधियों को अनुकूलित कर सकता है।
इन परीक्षणों की सफलता ATHENAZERO और उससे पहले के रोबोटों के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर को उजागर करती है। जब एक भारी रोबोट गेंद से टकराता है, तो प्रभाव अक्सर गेंद को अनियंत्रित रूप से दूर उड़ा देता है क्योंकि रोबोट बल के सामने झुक नहीं पाता है। इसके विपरीत, ATHENAZERO इतना हल्का है कि वह झटके को सोख सके और ऊर्जा को सुचारू रूप से पुनर्निर्देशित कर सके। शोधकर्ताओं ने पाया कि जब उन्होंने रोबोट के हाथ पर एक पेंडुलमम (लोलक) गिराया, तो रोबोट प्रभाव के साथ हिला, जिससे पेंडुलम को अपनी आगे की गति जारी रखने में मदद मिली। जब उन्होंने एक मानक वाणिज्यिक रोबोट के साथ ऐसा ही किया, तो भारी हाथ ने पेंडुलम को वहीं रोक दिया, जिससे वह पीछे की ओर उछल गया। बल का विरोध करने के बजाय उसके प्रति झुकने की यह क्षमता ही ATHENAZERO को दुनिया के साथ इस तरह से बातचीत करने की अनुमति देती है जो स्वाभाविक और सुरक्षित महसूस होता है, भले ही वह उच्च गति पर चल रहा हो।
शोधकर्ताओं ने इस डिज़ाइन में शामिल समझौतों को नहीं छिपाया। रोबोट को इतना हल्का और प्रतिक्रियाशील बनाकर, उन्होंने किसी भारी वस्तु को लंबे समय तक पूरी तरह से स्थिर रखने की इसकी क्षमता का त्याग किया। एक मानक रोबोट एक कठोरता के साथ वजन को स्थान पर रख सकता है जिसे ATHENAZERO मेल नहीं खा सकता, क्योंकि नया रोबोट अपनी स्थिति बनाए रखने के लिए भारी, सख्त गियर के बजाय अपने सॉफ्टवेयर और तेज़ मोटरों पर निर्भर करता है। हालाँकि, टीम का तर्क है कि इस प्रकार के गतिशील कार्यों के लिए यह सीमा स्वीकार्य है। उन्होंने दिखाया कि रोबोट अभी भी लगभग दो किलोग्राम का वजन उठा और पकड़ सकता है, जो कि एक मानव द्वारा किए जाने वाले कार्य के बराबर है, और इसकी गति और चपलता कई वास्तविक दुनिया के परिदृश्यों में स्थिर पकड़ने की शक्ति की आवश्यकता से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है।
इस कार्य के निहितार्थ केवल गेंदों के साथ खेलने तक सीमित नहीं हैं। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि मनुष्यों की तरह गतिशील रेंज के साथ चलने वाले रोबोट बनाकर, वे बातचीत के एक नए युग का द्वार खोल रहे हैं। यदि एक रोबोट हल्का महसूस कर सकता है और तेजी से प्रतिक्रिया दे सकता है, तो वह खेल के मैदान या व्यस्त कार्यशाला जैसे अप्रत्याशित और तेज़ गति वाले वातावरण में लोगों के साथ काम कर सकता है। टीम ने एक मानव को रोबोट के साथ कैच खेलते हुए दिखाकर इसे प्रदर्शित किया, जिससे पता चला कि मशीन मानव के फेंकने की शैली और टाइमिंग के अनुकूल हो सकती है। निम्न जड़त्व (लो इनर्शिया) और उच्च नियंत्रण द्वारा संचालित यह स्तर की अनुकूलन क्षमता यह सुझाव देती है कि रोबगीक्स का भविष्य केवल अधिक मजबूत या अधिक कठोर मशीनें बनाने के बारे में नहीं है, बल्कि अधिक हल्की, तेज़ और दुनिया के प्रति अधिक प्रतिक्रियाशील मशीनें बनाने के बारे में है।
अंत में, ATHENAZERO इस बात का प्रमाण है कि अतीत के भारी, धीमे रोबोट ही एकमात्र रास्ता नहीं हैं। मोटरों और हाथों के जुड़ने के बुनियादी आर्किटेक्चर को बदलकर, शोधकर्ताओं ने एक ऐसी मशीन बनाई है जो 30 मीटर प्रति सेकंड की गति से गेंद फेंक सकती है, एक सेकंड के अंश में गेंद पकड़ सकती है, और सटीकता के साथ बल्ले से हिट कर सकती है। ये केवल इंजीनियरिंग के प्रभावशाली कार्य नहीं हैं; ये एक प्रदर्शन हैं कि रोबोट अंततः उन जीवित प्राणियों की तरह गतिशील स्वतंत्रता के साथ चल सकते हैं जिनकी वे सहायता करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। यह कार्य दिखाता है कि जब आप अनावश्यक वजन और कठोरता को हटा देते हैं, तो एक रोबोट केवल कार्यात्मक ही नहीं, बल्कि वास्तव में एथलेटिक तरीके से चलना सीख सकता है।
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