3डी प्रिंटिंग बायोमिमेटिक्स के माध्यम से रोबोटिक्स को अधिक सुरक्षित बना सकती है

इस महीने Advanced Intelligent Systems में प्रकाशित एक अध्ययन रोबोटिक एक्ट्यूएटर का नया रूप प्रस्तुत करता है जो बायोमिमेटिक्स का उपयोग करके आपके मांसपेशियों की तरह गति बनाता है। ये सॉफ्ट एक्ट्यूएटर इंजीनियरों को लचीले उपकरण बनाने में सक्षम बनाते हैं जो मोड़ना या आकार बदलना जैसी अनोखी कार्यों को पूरा कर सकते हैं। यहाँ वह सब कुछ है जो आपको जानना चाहिए।

सॉफ्ट रोबोटिक्स

सॉफ्ट या ‘नॉन‑कम्लायंट’ रोबोट एक बढ़ता हुआ क्षेत्र है जिसमें असीम संभावनाएँ हैं। ये उपकरण संकरी दरारों, कोनों के आसपास और अन्य स्थितियों में फिट होने के लिए शिफ्ट और मोड़ सकते हैं जहाँ एक कठोर उपकरण विफल हो जाएगा। इस प्रकार, सॉफ्ट रोबोटिक्स बाजार बढ़ रहा है, और विश्लेषकों ने 2029 तक 55.4% की CAGR का अनुमान लगाया है।

पारंपरिक एक्ट्यूएटरों की समस्याएँ

सॉफ्ट रोबोटिक्स क्षेत्र की वृद्धि को सीमित करने वाला एक कारक वर्तमान एक्ट्यूएटरों की चयन है। प्रत्येक एक्ट्यूएटर इकाई के लिए एक अतिरिक्त गति वेक्टर सक्षम करता है। हालांकि, ये उपकरण नॉन‑कम्लायंट रोबोटिक संरचनाओं में कठोर बिंदु बनाते हैं। ये कठोर बिंदु वास्तविक गति की स्वतंत्रता को रोकते हैं।

इसके अतिरिक्त, प्रत्येक गति सीमा के लिए एक अलग एक्ट्यूएटर आवश्यक होता है। इस कारण ये उपकरणों के वजन और लागत में वृद्धि कर सकते हैं। भारी रोबोट अधिक ऊर्जा का उपयोग करते हैं, जिससे वे कम उपयोगी, कम कुशल और कम उत्पादक बनते हैं।

बायोमिमेटिक्स का उपयोग करके बेहतर एक्ट्यूएटर बनाना

यह अध्ययन एक नए प्रकार के सॉफ्ट एक्ट्यूएटर में गहराई से जाता है जो मानव मांसपेशियों के अधिक समान है क्योंकि यह एक साथ खिंचता और संकुचित होता है। यह संयोजन अधिक बल उत्पन्न करता है और आपके शरीर को उस बल को अधिक कुशलता से स्थानांतरित करने में सक्षम बनाता है। अब तक, रोबोटिक इंजीनियर मुख्य रूप से उन एक्ट्यूएटरों पर ध्यान केंद्रित करते थे जो विस्तार और संकुचन कर सकते थे, प्रक्रिया के दौरान उनकी कठोरता को लेकर कम चिंता रखते थे।

शोधकर्ता

नॉर्थवेस्टर्न और मैककॉमिक स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग के शोधकर्ताओं ने एक नए प्रकार के बायोमिमेटिक एक्ट्यूएटर की संभावनाओं की खोज के लिए साथ काम किया। इस अध्ययन का नेतृत्व टैक्यंग किम ने किया। उन्हें प्रनव कार्तिक, रयान ट्रुबी, और मैककॉमिक स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग के सामग्री विज्ञान एवं यांत्रिक इंजीनियरिंग के जूनियर प्रोफेसर डोनाल्ड ब्रूवर की मदद मिली। साथ मिलकर, इस नवाचारी टीम ने एक नई निर्माण प्रक्रिया और कार्यशील प्रोटोटाइप बनाए और अपने नए बायोमिमेटिक एक्ट्यूएटर पर गहन शोध किया।

एक नया शैली का एक्ट्यूएटर

टीम ने पहला कदम अपने यूनिट के शरीर को 3डी प्रिंट करने का उठाया। शोधकर्ताओं को ऐसी संरचना खोजनी थी जो मोड़ और घुमाव कर सके लेकिन आवश्यकता पड़ने पर दबाव को भी संभाल सके। विशेष रूप से, डिजाइन में बेलो होते हैं जो टॉर्क बढ़ने पर टॉर्सनल बकलिंग के माध्यम से स्वतः विकृत होते हैं। यह चाल टॉर्सनल लोड को कुशलता से स्थानांतरित करने वाला हेलिकल आकार बनाता है।

काम के लिए बेहतर सामग्री

उन्होंने जल्दी ही समझा कि सामान्य 3डी प्रिंटिंग एक्ट्यूएटर सामग्री कार्य को पूरा करने के लिए पर्याप्त लचीली नहीं होगी। बहुत विचार-विमर्श के बाद, उन्होंने अपने उपकरण के लिए थर्मोप्लास्टिक पॉलीयूरिथेन (TPU) का उपयोग करने का निर्णय लिया। यह सामग्री रोज़मर्रा में उपयोग की जाने वाली कई चीज़ों में पाई जाती है। यह वही रबर जैसा पदार्थ है जो आपके मोबाइल फोन केस और अन्य वस्तुओं को सुरक्षित रखने के लिए उपयोग होता है। विशेष रूप से, यह सामग्री खिंचने योग्य है और आवश्यक होने पर टॉर्सनल टॉर्क को संभाल सकती है।

एकल मोटर

शोधकर्ताओं ने पारंपरिक एक्ट्यूएटरों में सबसे बड़ा परिवर्तन यह किया कि उन्होंने कई मोटरों की आवश्यकता को समाप्त कर दिया। उनका उपकरण केवल एक मोटर को घुमाकर विभिन्न आकार बना सकता है और कई दिशाओं में आगे बढ़ सकता है, जिससे उपकरण विस्तारित और संकुचित होता है।

विशिष्ट गतियां

एकल‑मोटर डिज़ाइन इन रोबोटों को अधिकतम लचीलापन प्रदान करता है। यह अपने पर्यावरण और लक्ष्यों की जरूरतों को पूरा करने के लिए विस्तार और मोड़ सकता है। साथ ही, एकल‑मोटर डिज़ाइन लागत को कम करता है और भविष्य के उपकरणों के डिज़ाइन को सरल बना सकता है।

रोबोट क्रॉलर

टीम द्वारा बनाया गया पहला उपकरण 26 सेंटीमीटर लंबा रोबोट क्रॉलर था। यह यूनिट सर्वो द्वारा लगाए गए टॉर्क के अनुसार विस्तारित और मोड़ सकता है। रोबोट एक कीड़े की तरह खींचने वाली गति बनाकर जटिल वातावरण में प्रति मिनट 32 सेंटीमीटर की गति से नेविगेट कर सकता है।

टीम ने अपने क्रॉलर को सार्वजनिक वीडियो में परीक्षण किया। यूनिट को जटिल पाइप के माध्यम से चलते हुए देखा जा सकता है, जहाँ रोबोट को तंग मोड़ करने की आवश्यकता होती है ताकि वह स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सके। उपकरण ने आसानी से तंग घुमावदार मोड़ों को सफलतापूर्वक पार किया।

क्रॉलर परीक्षण के परिणाम सकारात्मक आए। रोबोट 45% तक विस्तार कर सकता है, जिससे आवश्यकता पड़ने पर यह लंबा और पतला हो जाता है। अतिरिक्त रूप से, टीम ने नोट किया कि यूनिट की अधिकतम अवरुद्ध धक्का शक्ति लगभग 8 N है।

कृत्रिम बाइसेप

टीम द्वारा प्रदर्शित अगला प्रोटोटाइप एक रोबोटिक बाइसेप था। इस उपकरण में 6‑अक्ष लोड सेल, रैखिक गाइड, और एकल सर्वो को एकीकृत किया गया था ताकि टॉर्क और गति उत्पन्न की जा सके, जो मानव बाइसेप के समान हो।

उपकरण उसी रबर सामग्री से बना है जो सॉफ्ट शाफ्ट में उपयोग होती है। यह डिज़ाइन गैर‑रेखीय, विस्कोइलेस्टिक प्रतिक्रियाएँ प्रदान करता है। ये क्रियाएँ हाइस्टर्सिस बल‑विस्थापन प्रतिक्रिया उत्पन्न करती हैं, जिससे उपकरण मानव भुजा की तरह वस्तुओं को मोड़ सकता है।

इंजीनियरों ने अपने रोबोटिक बाइसेप की क्षमताओं का परीक्षण किया। यूनिट ने 500 g वजन को 5,000 बार बिना विफलता के उठाया। ये परिणाम नई रोबोटिक गति पद्धति की पुनरावृत्ति क्षमता और प्रभावशीलता को दर्शाते हैं।

परीक्षण

परीक्षण चरण ने शोधकर्ताओं को मूल्यवान प्रतिक्रिया प्रदान की, जिससे वे भविष्य के डिज़ाइनों को इस डेटा का उपयोग करके सुधार सकते हैं। इंजीनियरों ने एक्ट्यूएटर टॉर्क, धक्का और खींचने का दबाव, तन्य शक्ति, और अन्य महत्वपूर्ण तनाव परीक्षणों सहित महत्वपूर्ण जानकारी एकत्र करने पर ध्यान केंद्रित किया, जो नई सेटअप की अधिकतम क्षमताओं को निर्धारित करने में मदद कर सकते हैं।

लाभ

शोधकर्ताओं के अध्ययन का बाजार पर गहरा प्रभाव पड़ सकता है। सॉफ्ट रोबोटिक्स क्षेत्र लगातार विस्तार कर रहा है और जैसे-जैसे अधिक उपकरण उत्पादन में आते हैं, उनके लाभ अधिक स्पष्ट होते जा रहे हैं। यहाँ कुछ तरीके हैं जिनसे यह शोध सॉफ्ट रोबोटिक्स बाजार को आगे बढ़ाने में मदद कर सकता है।

रोबोटों को सुरक्षित बनाना

सॉफ्ट रोबोट बनाने की मुख्य वजह यह है कि वे काम करने में बहुत अधिक सुरक्षित होते हैं। जैसे-जैसे निर्माता रोबोटिक्स को अपने कार्यबल में एकीकृत करने की कोशिश करेंगे, मनुष्यों और रोबोटों के साथ-साथ काम करने की संभावना बढ़ेगी। कई कारणों से सॉफ्ट रोबोट अधिकांश परिस्थितियों में बेहतर कार्य साथी बनते हैं।

उदाहरण के लिए, यदि आप उनसे टकराते हैं तो वे आपको कम नुकसान पहुंचाने की संभावना रखते हैं। धातु की पाइप से टकराना पहले से ही दर्दनाक होता है। यदि धातु का उपकरण चल रहा हो और आपसे टकराए तो दर्द और बढ़ सकता है। सॉफ्ट रोबोट मामूली टक्करों और टकरावों के कारण छोटे चोटों को समाप्त करने में मदद करेंगे।

सॉफ्ट रोबोट उन वातावरणों में काम कर सकते हैं जहाँ पारंपरिक रोबोट को खतरनाक माना जाता है। उदाहरण के लिए, वे भविष्य में पशुधन को उठाने में मदद कर सकते हैं। अभी के लिए, ये उपकरण मानव‑केंद्रित वातावरण में पारंपरिक कठोर रोबोटों की तुलना में अधिक उपयुक्त हैं।

कम लागत

अध्ययन का सबसे बड़ा लाभ बचत है। रोबोटिक सर्वर और कठोर रोबोट बनाना महंगा कार्य है, जिसने दशकों से इसे मुख्यतः बड़े उच्च‑स्तरीय निर्माताओं तक सीमित रखा है। हालिया प्रगति ने छोटे ऑपरेशनों के लिए मैदान को समतल करने में मदद की है।

यह नवीनतम विकास लागत को और घटाता है। शोधकर्ताओं के दस्तावेज़ के अनुसार, उन्होंने जिन रोबोट प्रोटोटाइप का उपयोग किया, उनकी सामग्री लागत केवल $3 थी, सर्वो को छोड़कर। यह किफायती विकल्प अधिक एकीकरण के द्वार खोलता है क्योंकि कई कार्य हैं जिन्हें रोबोट कर सकते हैं, लेकिन लागत प्रतिबंधों ने अब तक उनके उपयोग को सीमित किया है। जल्द ही, कम‑लागत वाले सॉफ्ट रोबोट आपके दैनिक जीवन में मदद करते हुए दिखाई दे सकते हैं।

सामान्य 3डी प्रिंटरों का उपयोग करें।

एक और प्रगति 3डी प्रिंटर‑फ्रेंडली बायोमिमेटिक एक्ट्यूएटर का परिचय थी। इन उपकरणों को ऑफ‑द‑शेल्फ 3डी प्रिंटर से निर्मित करने की क्षमता का मतलब है कि कोई भी शोधकर्ता के अध्ययन परिणामों को एकीकृत कर नई और नवाचारी सॉफ्ट रोबोटिक डिज़ाइन बना सकता है।

एकीकृत

शोधकर्ता इस बात पर गर्व महसूस करते हैं कि उनका नया एक्ट्यूएटर आज के रोबोटिक डिज़ाइनों में सहजता से एकीकृत किया जा सकता है। यह कदम अपनाने को बढ़ावा देगा और नवाचार को सरल बनाएगा। यह डेवलपर्स को उनके शोध पर तुरंत प्रतिक्रिया प्राप्त करने में भी मदद करता है क्योंकि अधिक इंजीनियर उनकी रणनीति का उपयोग करेंगे।

वर्तमान बाजार नेता

सॉफ्ट रोबोटिक्स बाजार में शीर्ष खिलाड़ियों के बीच कड़ी प्रतिस्पर्धा है। एक हालिया अध्ययन ने पाया कि केवल 5 शीर्ष निर्माताओं ने सॉफ्ट रोबोटिक्स बाजार का 40% हिस्सा नियंत्रित किया है। वही अध्ययन ने पाया कि उत्तर अमेरिका अपनाने के मामले में आगे है। प्रमुख निर्माताओं में पार्कर हैनिफिन, SRT, मायोमो, बायोनिक लैबोरेटरीज़, और पैनासोनिक शामिल हैं।

1. Cyberdyne

Cyberdyne एक साइबरनेटिक्स तकनीकी कंपनी है जो एआई, रोबोटिक्स और सूचना प्रणालियों को मिलाकर नई दक्षता और क्षमताओं का स्तर बनाना चाहती है। कंपनी साइबरनेटिक्स बाजार में अग्रणी है और सॉफ्ट रोबोटिक उपकरणों के शीर्ष शोधकर्ताओं और निर्माताओं में से एक के रूप में मान्यता प्राप्त है।

Cyberdyne ने उल्लेखनीय वृद्धि देखी है। कंपनी ने अपनी आय में +52% की वृद्धि देखी, जो ¥2.15 बिलियन से ¥3.29 बिलियन एक ही वर्ष में हुई। इस वृद्धि का बड़ा हिस्सा मेडिकल उपकरण क्षेत्र में सफल उपक्रमों को दिया जा सकता है।

2. Soft Robotics

Soft Robotics इस क्षेत्र का एक और प्रमुख खिलाड़ी है। यह कंपनी स्वचालित निर्माण और कृषि कार्यों में विशेषज्ञता रखती है। इसके उपकरण उन्नत दृश्य निरीक्षण समाधान और एआई एल्गोरिदम को एकीकृत करते हैं ताकि उनका उपकरण सटीक रूप से चुन, वर्गीकृत और वस्तुओं का निर्धारण कर सके।

Soft Robotics एक सॉफ्ट ग्रिप हाथ पेश करता है जो 3डी विज़न और एआई का उपयोग करके जटिल कार्यों को पूरा करता है, जो पहले केवल मनुष्यों द्वारा संभव थे। ये उपकरण उगाने वालों को उच्च गति वाली चुनाई, वर्गीकरण और पैकेजिंग क्षमताएँ प्रदान करते हैं। विशेष रूप से, Soft Robotics यह दर्शाता है कि सॉफ्ट रोबोट कैसे उत्पादकता को बढ़ा सकते हैं।

3. Ekso Bionics Holdings

Ekso Bionics Holdings एक्सोस्केलेटन तकनीक में एक वैश्विक नेता है। कंपनी की तकनीक स्वास्थ्य देखभाल और निर्माण दोनों क्षेत्रों में कई भूमिकाएँ निभाती है। वे वर्तमान में विभिन्न एक्सोस्केलेटन प्रदान करते हैं जो विशेष रूप से पुनर्वास, थेरेपी, और गतिशीलता समस्याओं वाले लोगों की मदद के लिए उपयोग होते हैं।

Ekso ऊपरी धड़ और निचले शरीर दोनों के एक्सोस्केलेटन प्रदान करता है। ये उपकरण पहनने वाले को अधिक दूरी तक यात्रा करने, अधिक वजन उठाने, और थकान के बिना अधिक तनाव संभालने में सक्षम बनाते हैं। कंपनी की स्थिति और अग्रणी उत्पादों ने 2022 से भारी राजस्व वृद्धि हासिल करने में मदद की है।

बायोमिमेटिक एक्ट्यूएटर से लाभान्वित हो सकने वाली कंपनियां

कई कंपनियां शोधकर्ताओं के अध्ययन का उपयोग करके अपने वर्तमान उत्पादों में सुधार कर सकती हैं। ये कंपनियां पहले से ही बाजार में सक्रिय हैं और ऐसे उत्पाद पेश करती हैं जो इस तकनीक से अधिक दक्षता, कम लागत, या बेहतर पेशकशों के रूप में सुधार देख सकते हैं।

ReWalk Robotics

ReWalk बायोनिक वॉकिंग सिस्टम्स का प्रदाता है। कंपनी ने अपनी नवाचारी दृष्टिकोण और फोकस के कारण हजारों लोगों को उनकी गतिशीलता पुनः प्राप्त करने में मदद की है। ReWalk Robotics का लक्ष्य पैरालाइज्ड लोगों को उनके जीवन पर नियंत्रण वापस दिलाने के लिए अपने अनूठे उत्पादों का उपयोग करना है।

ReWalk बायोनिक वॉकिंग असिस्टेंट में सर्वो‑पावर्ड लेग स्ट्रैप, बैकपैक बैटरी, और कलाई‑माउंटेड रिमोट शामिल हैं। यह उपकरण संकेत मिलने पर चलने के लिए सेट किया जा सकता है या स्वचालित रूप से गति का पता लगा सकता है। इस मोड में, सिस्टम न्यूनतम प्रयास के साथ पहनने वाले की क्रियाओं को बढ़ा सकता है।

ReWalk Robotics को बाजार में उनकी स्थिति के कारण “खरीदें” की सामूहिक रेटिंग मिली है। कंपनी अपने अनूठे डिज़ाइनों और उत्पादों के साथ निरंतर सीमाओं को आगे बढ़ा रही है। अतिरिक्त तकनीकों, जैसे एआई और बायोमिमेटिक एक्ट्यूएटर, का परिचय भविष्य में उनके यूनिट की लागत को काफी कम कर सकता है।

RightHand Robotics

RightHand Robotics एक अन्य सॉफ्ट रोबोट निर्माता है। कंपनी बोस्टन में स्थित है और बाजार को कुशल पिकिंग समाधान प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किए गए उत्पादों की एक श्रृंखला पेश करती है। कंपनी खुदरा विक्रेताओं को अपने रोबोट सॉर्टिंग विकल्पों की मदद से सुव्यवस्थित ऑनलाइन वाणिज्य करने में सक्षम बनाना चाहती है।

विशेष रूप से, RightHand Robotics को उनके प्रयासों के लिए कई पुरस्कार मिले हैं। कंपनी को न्यू इंग्लैंड वेंचर कैपिटल एसोसिएशन (NEVY) अवार्ड्स में वर्ष की रोबोटिक्स कंपनी के रूप में सूचीबद्ध किया गया था।

बायोमिमेटिक्स सभी के जीवन को आसान बनाएगा।

भविष्य में, रोबोट कई अधिक पदों पर कार्य करेंगे। सॉफ्ट रोबोट इस एकीकरण को आगे बढ़ाने में मदद करेंगे क्योंकि ये उपकरण पारंपरिक यूनिटों की तुलना में मनुष्यों के साथ काम करने के लिए अधिक उपयुक्त हैं। अभी के लिए, इन इंजीनियरों द्वारा किया गया शोध रोबोटों को दुर्लभ विकल्पों से लेकर अत्यधिक किफायती विकल्पों तक ले जाने में मदद कर सकता है, जिन्हें कोई भी खरीद सकता है। इसलिए, इन विकासों को जैसे-जैसे आगे बढ़ते देखें।

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