A compact multi-legged mobile robot with leg-mounted adhesion mechanisms for climbing walls in narrow spaces

जैसे-जैसे शहर पुराने होते जाते हैं, उन्हें एक साथ जोड़ने वाली इमारतें और पुल अपनी उम्र दिखाने लगते हैं। जापान में, इस बुनियादी ढांचे की औसत आयु तेजी से बढ़ रही है, जिससे नियमित निरीक्षण और मरम्मत की तत्काल आवश्यकता पैदा हो गई है। फिर भी, ऊंची दीवारों, संकरी सुरंगों या भारी मशीनरी के आसपास की तंग जगहों की जांच के लिए मानव श्रमिकों को भेजना खतरनाक है और घटती कार्यबल संख्या के कारण यह तेजी से कठिन होता जा रहा है। इसे हल करने के लिए, इंजीनियर रोबोटों की ओर रुख कर रहे हैं। जबकि कुछ रोबोट पहियों पर चलते हैं या ड्रोन की तरह उड़ते हैं, इन तरीकों को ऊबड़-खाबड़, असमान सतहों या उन तंग कोनों में संघर्ष करना पड़ता है जहाँ बाधाएं उनका रास्ता रोक देती हैं। एक अधिक अनुकूलनीय समाधान चलने वाली मशीनों के डिजाइन में निहित है जो ऊर्ध्वाधर (वर्टिकल) सतहों पर पकड़ बना सकें, लेकिन बिना गिरे दीवार पर चढ़ने वाला रोबट बनाने के लिए गति और पकड़ के बीच एक नाजुक संतुलन की आवश्यकता होती है। चुनौती केवल दीवार से चिपके रहने की नहीं है, बल्कि बिना चिपचिपे हिस्सों को घसीटे बिना उस पर आगे बढ़ने की है, क्योंकि ऐसा करने से वे हिस्से टूट सकते हैं या पीछे छूट सकते हैं।

मुरोरान इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने विशेष रूप से इन कठिन निरीक्षण कार्यों से निपटने के लिए एक कॉम्पैक्ट, चार पैरों वाले रोबोट को विकसित किया है। उनका दृष्टिकोण चलने वाली प्रक्रिया (वॉकिंग मैकेनिज्म) को सक्शन-आधारित पकड़ के साथ जोड़ता है जो चिकनी धातु से लेकर खुरदरी कंक्रीट तक कई अलग-अलग सामग्रियों पर काम करती है। पिछले छह पैरों वाले डिजाइनों के विपरीत जो भारी थे और उनकी गति सीमित थी, यह नया रोबोट एक सरल चार पैरों वाले ढांचे का उपयोग करता है जहाँ प्रत्येक पैर में चार गतिशील जोड़ होते हैं। यह अतिरिक्त लचीलापन रोबोट को अपने पैरों को स्वतंत्र रूप से घुमाने और अपने सक्शन कपों को सतह पर घसीटे बिना पैरों को नई स्थितियों में रखने की अनुमति देता है। टीम ने रोबोट के "पैरों" पर बहुत ध्यान केंद्रित किया, विभिन्न आकारों और सामग्रियों का परीक्षण किया ताकि उस एक को खोजा जा सके जो सबसे अधिक वजन सह सके। उन्होंने पाया कि यूरेथेन रबर से बना तीस मिलीमीटर व्यास का एक सपाट, गोलाकार पैड सबसे मजबूत और विश्वसनीय पकड़ प्रदान करता है। इस सक्शन के बल को सावधानीपूर्वक मापकर, उन्होंने यह सुनिश्चित किया कि रोबोट चलते समय भी मजबूती से टिका रहे।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि रोबोट वास्तव में चढ़ सके, टीम ने एक प्रोटोटाइप बनाया और समतल फर्श तथा ऊर्ध्वाधर दीवारों दोनों पर इसकी क्षमता का परीक्षण किया। उन्होंने मशीन को एक विकर्ण (डायगोनल) वॉकिंग पैटर्न का उपयोग करने के लिए प्रोग्राम किया: दो पैर शरीर को स्थिर रखने के लिए दीवार से चिपके रहेंगे जबकि अन्य दो पैर नए हैंडहोल्ड खोजने के लिए आगे या पीछे झूलेंगे। इस पद्धति ने रोबोट को अपना संतुलन खोए बिना अपना वजन स्थानांतरित करने और आगे बढ़ने की अनुमति दी। डिजाइन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा यह सुनिश्चित करना था कि प्रत्येक पैर के सिरे पर लगा सक्शन पैड दीवार के बिल्कुल समानांतर रहे, भले ही पैर जटिल कोणों के माध्यम से घूम रहा हो। शोधकर्ताओं ने एक एकल पैर इकाई का उपयोग करके सत्यापित किया कि मैकेनिकल लिंक्स इन गतिविधियों के दौरान पैड को सतह के समानांतर रख सकते हैं, जो एक मजबूत सील बनाए रखने के लिए आवश्यक है। परीक्षणों ने पुष्टि की कि रोबोट दीवार पर आगे और पीछे जा सकता है, अपनी पकड़ बदल सकता है और एक समन्वित लय में अपने पैरों को हिला सकता है।

अध्ययन ने यह समझने के लिए पुराने डिजाइनों को भी देखा कि वे कहाँ विफल रहे। पिछले छह पैरों वाले रोबोट निष्क्रिय सक्शन कपों पर निर्भर थे जो दीवार पर पर्याप्त दबाव नहीं बना पाते थे, जिससे कमजोर पकड़ और अस्थिर गति होती थी। वे पुराने मॉडल सरल स्विंग मोशन (झूलने वाली गति) तक ही सीमित थे जिससे जटिल वातावरण में नेविगेट करना कठिन था। नया चार पैरों वाला डिजाइन एक सक्रिय वैक्यूम पंप का उपयोग करके एक मजबूत, निरंतर सक्शन बल बनाकर और प्रत्येक पैर को अधिक स्वतंत्रता देकर इन समस्याओं को दूर करता है। हालांकि प्रारंभिक परीक्षण चिकने एक्रिलिक पैनलों पर किए गए थे, शोधकर्ता स्वीकार करते हैं कि वास्तविक दुनिया की दीवारें, जो अक्सर खुरदरी कंक्रीट की बनी होती हैं, एक अलग चुनौती पेश करती हैं। वे अगली बार कंक्रीट की सतहों पर रोबोट का परीक्षण करने की योजना बना रहे हैं ताकि यह देखा जा सके कि वास्तविक बुनियादी ढांचे में पाई जाने वाली ऊबड़-खाबड़ सतहों के सामने सक्शन कैसे काम करता है। फिलहाल, परिणाम दिखाते हैं कि सावधानीपूर्वक चुने गए सक्शन पैड्स वाला एक कॉम्पैक्ट, चार पैरों वाला रोबोट कठिन स्थानों का निरीक्षण करने का एक व्यवहार्य तरीका है, जो मानव श्रमिकों का एक सुरक्षित और अधिक अनुकूलनीय विकल्प प्रदान करता है।