अनुकूली सॉफ्ट रोबोटिक्स: किरिगामी से प्रेरित सामग्रियों से आकार बदलने वाली मशीनों का निर्माण

हालांकि पारंपरिक रोबोटिक प्रणालियाँ—जैसे स्वचालित असेंबली आर्म या उच्च-प्रदर्शन वाले चौपाया रोबोट—उल्लेखनीय कार्य करने में सक्षम हैं, लेकिन उनकी कठोर, स्थिर संरचनाएँ उनकी मूलभूत सीमाओं का पालन करती हैं। कई जटिल वातावरणों में भौतिक लचीलेपन के ऐसे स्तर की आवश्यकता होती है जो पारंपरिक हार्डवेयर प्रदान नहीं कर सकता। सॉफ्ट रोबोटिक्स में हाल ही में हुए महत्वपूर्ण आविष्कार, जिनका विस्तृत विवरण साइंस रोबोटिक्स पत्रिका में दिया गया है , ने इस चुनौती के लिए एक क्रांतिकारी दृष्टिकोण प्रस्तुत किया है: एक ऐसा रोबोट जो विभिन्न परिचालन आवश्यकताओं के अनुरूप अपने भौतिक स्वरूप को मौलिक रूप से बदल सकता है।

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जयपाल मण्डल

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संदर्भ के लिए संक्षिप्त कार्ड साथ रखे गए हैं।

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विश्लेषण

हालांकि पारंपरिक रोबोटिक प्रणालियाँ—जैसे स्वचालित असेंबली आर्म या उच्च-प्रदर्शन वाले चौपाया रोबोट—उल्लेखनीय कार्य करने में सक्षम हैं, लेकिन उनकी कठोर, स्थिर संरचनाएँ उनकी मूलभूत सीमाओं का पालन करती हैं। कई जटिल वातावरणों में भौतिक लचीलेपन के ऐसे स्तर की आवश्यकता होती है जो पारंपरिक हार्डवेयर प्रदान नहीं कर सकता। सॉफ्ट रोबोटिक्स में हाल ही में हुए महत्वपूर्ण आविष्कार, जिनका विस्तृत विवरण साइंस रोबोटिक्स पत्रिका में दिया गया है , ने इस चुनौती के लिए एक क्रांतिकारी दृष्टिकोण प्रस्तुत किया है: एक ऐसा रोबोट जो विभिन्न परिचालन आवश्यकताओं के अनुरूप अपने भौतिक स्वरूप को मौलिक रूप से बदल सकता है।

शोधकर्ताओं ने एक ऐसा "आकार बदलने वाला" मिश्रित पदार्थ विकसित किया है जो मशीन को एक सपाट, द्वि-आयामी अवस्था से विभिन्न त्रि-आयामी विन्यासों में परिवर्तित होने की अनुमति देता है। यह नवाचार पदार्थ विज्ञान में एक महत्वपूर्ण छलांग है, जो एक ऐसा आधार प्रदान करता है जो व्यापक विरूपण से गुजरने के लिए पर्याप्त लचीला है, फिर भी भार के तहत यांत्रिक अखंडता बनाए रखने के लिए संरचनात्मक रूप से पर्याप्त मजबूत है।

प्रतिवर्ती प्लास्टिसिटी की यांत्रिकी

इस तकनीक का मूल तत्व एक परिष्कृत मिश्रित पदार्थ है जिसमें लोचदार रबर की चादरों में धात्विक सूक्ष्म नलिकाएँ समाहित हैं। इन चादरों की संरचनात्मक ज्यामिति किरिगामी से प्रेरित है, जो एक पारंपरिक जापानी कला है जिसमें किसी माध्यम को मोड़ने और काटने दोनों से उसकी खिंचाव क्षमता और संरचनात्मक जटिलता को बढ़ाया जाता है। यह डिज़ाइन सामग्री को संरचनात्मक क्षति के बिना जटिल आकृतियों में मोड़ने की अनुमति देता है।

यह रूपांतरण प्रक्रिया "प्रतिवर्ती प्लास्टिसिटी" नामक एक अद्वितीय गुण पर आधारित है। किसी नए आकार को स्थिर करने के लिए, ट्यूबिंग के भीतर कम गलनांक वाले मिश्र धातु (एलएमपीए) का उपयोग किया जाता है। जब परिवर्तन की आवश्यकता होती है, तो आंतरिक हीटर धातु को पिघला देते हैं, जिससे रबर संरचना को उसकी मूल स्थिति में या किसी नए आकार में वापस लाने में सक्षम हो जाता है। वांछित आकार प्राप्त होने पर, धातु पुनः ठोस हो जाती है, जिससे मोटर या रोटर को सहारा देने के लिए आवश्यक कठोरता मिलती है। यह पूरा चक्र मात्र 0.1 सेकंड में पूरा हो सकता है और इसे अनिश्चित काल तक दोहराया जा सकता है। इससे एक ही उपकरण स्थलीय रोवर के रूप में कार्य कर सकता है और फिर कुछ ही क्षणों में रोटर लगाकर हवाई ड्रोन बन सकता है।

कार्यात्मक बहुमुखी प्रतिभा और भविष्य की औद्योगिक क्षमता

साधारण भूमि से वायु संचार के अलावा, शोधकर्ताओं ने एक बहुउद्देशीय जलीय यान बनाकर इस सामग्री की उपयोगिता का प्रदर्शन किया। यह उपकरण तरल सतह पर तैर सकता है, पनडुब्बी की तरह डूबने के लिए अपने बाहरी आवरण को रूपांतरित कर सकता है, और सतह पर लौटने से पहले पानी के नीचे की वस्तुओं को इकट्ठा करने के लिए अपने आकार को और समायोजित कर सकता है। इस तरह की बहुमुखी प्रतिभा से संकेत मिलता है कि भविष्य में इसके नए संस्करणों का उपयोग जटिल पर्यावरणीय निगरानी या खोज एवं बचाव अभियानों के लिए किया जा सकता है, जहाँ भू-भाग की स्थितियाँ तेजी से बदलती रहती हैं।

आकार बदलने वाली इन प्रणालियों के व्यावहारिक निहितार्थ व्यापक हैं। चूंकि इस मिश्रित सामग्री को केवल गर्म करके और नया आकार देकर ठीक किया जा सकता है, इसलिए यह ऐसी स्व-उपचार मशीनों का मार्ग प्रशस्त करती है जो संरचनात्मक क्षति से स्वतः ही उबर सकती हैं। इसके अलावा, नरम रोबोटिक प्रणालियाँ अपने कठोर समकक्षों की तुलना में मानव संपर्क के लिए स्वाभाविक रूप से अधिक सुरक्षित हैं, जिससे निकटता वाले कार्यस्थलों में कार्यों के स्वचालन की संभावना बनती है, जहाँ पारंपरिक रोबोट सुरक्षा जोखिम पैदा कर सकते हैं। जैसे-जैसे यह सामग्री विकसित होती रहेगी, इससे पहनने योग्य रोबोटिक्स, अनुकूली मानव-मशीन इंटरफेस और पृथ्वी और उससे परे के सबसे अप्रत्याशित वातावरण में नेविगेट करने में सक्षम अत्यधिक लचीले अन्वेषण उपकरणों के विकास का मार्ग प्रशस्त हो सकता है।

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