मल्टी-स्केल सक्शन के साथ रोबोटिक्स को आगे बढ़ाना

रोबोट और रोबोटिक्स का अध्ययन एक निरंतर विकसित होने वाला क्षेत्र है जो हमारी प्रक्रियाओं को अधिक कुशल और अनुकूलित बनाने के लिए नए रास्ते तलाशता रहता है। ये प्रयास और अन्वेषण अक्सर हमारे आस-पास की प्रकृति और पशु साम्राज्यों से प्रेरित होते हैं। उदाहरण के लिए, ब्रिस्टल विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक एक रोबोटिक सक्शन कप विकसित किया ऑक्टोपस के जैविक चूषकों के समान अति अनुकूली चूषण क्षमता के साथ। 

रोबोटों में ऑक्टोपस-प्रेरित सक्शन तंत्र

इसकी शुरुआत ब्रिस्टल रोबोटिक्स प्रयोगशाला द्वारा एक ऑक्टोपस के जैविक चूषकों की संरचना के अध्ययन से हुई, जो अत्यधिक उच्च स्तर की चूषण क्षमता प्रदर्शित करते हैं और किसी भी चट्टान पर यथासंभव सर्वोत्तम तरीके से स्थिर रह सकते हैं। इस शोध के परिणामस्वरूप एक बहु-परतीय मुलायम संरचना और एक कृत्रिम द्रव प्रणाली का निर्माण हुआ जो ऑक्टोपस की मांसपेशियों और श्लेष्मा संरचनाओं की तरह व्यवहार कर सकती है।  

इस शोध की सबसे महत्वपूर्ण उपलब्धि की व्याख्या करते हुए, शोधपत्र के प्रमुख लेखक, तियानकी यू ने कहा, "सबसे महत्वपूर्ण उपलब्धि यह है कि हमने यांत्रिक संरचना - सतह के आकार के अनुरूप नरम पदार्थों का उपयोग, और द्रव सील - जटिल सतहों पर चूषण अनुकूलनशीलता में सुधार के लिए संपर्क सतह पर पानी के फैलाव - के संयोजन की प्रभावशीलता को सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया है। यह जैविक जीवों की अनुकूली चूषण क्षमता प्राप्त करने का रहस्य भी हो सकता है।"

इसलिए, मुख्य विकास, कृत्रिम सक्शन के वर्तमान तरीके से एक पायदान ऊपर जा रहा है और अनुकूली सक्शन के दायरे में प्रवेश कर रहा है - सबसे कठिन और जटिल सतहों से जुड़ने की क्षमता। इस एक बहु-सक्शन तंत्र की आवश्यकता थी, और अनुसंधान ने प्रदर्शित किया कि इसे कैसे प्राप्त किया जाए। 

ऑक्टोपस सकर्स कैसे काम करते हैं, इसे बेहतर ढंग से समझने के लिए ऐतिहासिक शोध

यह समझना कि ऑक्टोपस में सक्शन कैसे काम करता है, लंबे समय से वैज्ञानिक समुदाय के लिए रुचि का क्षेत्र रहा है। शोधकर्ताओं को पता था कि ऑक्टोपस अपने चूसने वालों को स्वतंत्र रूप से हिला सकते हैं और जरूरत पड़ने पर वस्तुओं को पकड़ सकते हैं। 

एक खोज लिवोर्नो में शोधकर्ताओं द्वारा आयोजित एक दशक से भी अधिक समय पहले ऑक्टोपस पर ध्यान दिया और यह पता लगाया उनके सकर्स के किनारों और किनारों को विशिष्ट रूप से बनाया गया था. उनके सकर्स में छोटे, संकेंद्रित उपवन थे, जो उन्हें पानी के नीचे किसी भी खुरदरी सतह पर एक मजबूत सील बनाने में मदद करते थे। 

इसी तरह के खांचे ऊपरी भाग में भी देखे जा सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक सील बनी जो प्रभावी और मजबूत थी लेकिन कम दबाव वाली थी। 

इस कम दबाव की घटना के बारे में और अधिक पूछताछ करते हुए, शोधकर्ताओं को सकर्स पर अधिक जानकारी प्राप्त हुई। उन्हें पता चला कि जबकि सकर्स के किनारे और किनारे टेढ़े-मेढ़े थे, शीर्ष अधिक सख्त था। इस कम लोच ने, सभी संभावनाओं में, कम दबाव की स्थानीय पीढ़ी में सहायता की, जिसने आसंजन को बेहतर, मजबूत और कुशल बना दिया। 

इस खोज के बाद से, रोबोट में ऑक्टोपस सक्शन तंत्र की नकल करने की चर्चा चल रही है। अब हमें प्रयास फलीभूत होते दिख रहे हैं। 

बहु-सक्शन तंत्र और यह कैसे टूटा!

शोध ने यह प्रस्तावित किया la ऑक्टोपस जैसा म्यूटी-सक्शन तंत्र दोहराया जा सकता है यांत्रिक संरचना और विनियमित जल सील के कार्बनिक संयोजन के माध्यम से। बहुस्तरीय नरम सामग्री जिसे रोबोटिक समाधान ने पहले तैनात किया था, ने सब्सट्रेट के लिए एक मोटा यांत्रिक संरचना उत्पन्न की, जिसने अंततः माइक्रोमीटर में लीक होने वाले एपर्चर को कम कर दिया। ये माइक्रोन आकार के छिद्र हैं फिर सील कर दिया गया एक कृत्रिम तरल प्रणाली से विनियमित जल स्राव द्वारा। 

इस शोध के भविष्य के निहितार्थ

इसके संभावित अनुप्रयोग क्षेत्रों पर प्रकाश डालते हुए, शोधकर्ताओं ने कहा कि यह विकास विभिन्न प्रकार की जटिल शुष्क सतहों में सक्षम रोबोटिक ग्रिपर के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकता है। उन्होंने अधिक प्रभावी और विशिष्ट रूप से अनुकूली सक्शन रणनीतियों को विकसित करने में इस बहु-स्तरीय अनुकूली सक्शन तंत्र के महत्व पर जोर दिया, जिससे बहुमुखी, नरम आसंजन तंत्र के पूर्ण स्पेक्ट्रम को जन्म दिया जा सकता है। 

मौजूदा समाधानों की तुलना में इस समाधान द्वारा की गई वृद्धि की ओर इशारा करते हुए तियानकी यू ने कहा:

“वर्तमान औद्योगिक समाधान हमेशा चालू रहने वाले वायु पंपों का उपयोग करते हैं सक्रिय रूप से सक्शन उत्पन्न करने के लिएहालाँकि, ये शोर और बर्बादी वाली ऊर्जा हैं। 

वर्तमान समाधान को पंप की आवश्यकता नहीं है, इसलिए यह बेहतर है। और जैसा कि इसके डेवलपर्स द्वारा अपेक्षित था, वर्तमान समाधान अगली पीढ़ी के रोबोटिक ग्रिपर्स का विकास होगा जो विभिन्न अनियमित वस्तुओं को कुशलतापूर्वक पकड़ सकेंगे। टीम स्वयं एक ऐसे बुद्धिमान सक्शन कप की योजना बना रही है जिसमें एम्बेडेड सेंसर होंगे जो कप के व्यवहार को कुशलतापूर्वक नियंत्रित कर सकेंगे।

हालाँकि यह शोध और इसका प्रस्तावित समाधान निश्चित रूप से एक सफलता के रूप में गिना जाता है, वैज्ञानिक और रोबोटिक्स समुदाय हमेशा ऑक्टोपस से प्रेरित रहा है। 

अद्भुत जीव जो ऑक्टोपस है

ऑक्टोपस की आनुवंशिक संरचना इतनी अनोखी है कि यह इस ग्रह के लगभग किसी भी प्राणी से काफी भिन्न है। ए ऑक्टोपस पर डीएनए अध्ययन पता चला कि उनके पास लगभग 33,000 जीन हैं, जो मनुष्य से लगभग 10,000 अधिक हैं। मनुष्यों और कई अन्य जानवरों के विपरीत, जो अपने आनुवंशिक कोड में सुधार कर सकते हैं, ऑक्टोपस में अपने स्वयं के आरएनए को संपादित करने की अद्भुत क्षमता होती है। 

इंसानों से भी कुछ समानताएं थीं. और इन समानताओं ने उन्हें इंसानों की तरह अधिक बुद्धिमान बनने में मदद की। 

उदाहरण के लिए, ऑक्टोपस में मानव जैसे जीन का एक सेट होता है जो उनके मस्तिष्क में तंत्रिका नेटवर्क में योगदान देता है। यह तंत्रिका नेटवर्क उन्हें विभिन्न परिस्थितियों और त्वरित शिक्षार्थियों के अनुकूल बनाता है। इसके अतिरिक्त, अपने आरएनए को संपादित करने की उनकी क्षमता उनकी अनुकूलनशीलता को बढ़ाती है, जिससे वे गहरे समुद्र की अत्यधिक ठंड का सामना करने में सक्षम होते हैं। 

जैसा कि देखने में स्पष्ट है, ऑक्टोपस का मस्तिष्क बड़ा होता है। और, मनुष्यों की तरह, उनके पास एक बंद परिसंचरण तंत्र, आईरिस-संरक्षित आंखें, रेटिना और लेंस होते हैं। 

ऑक्टोपस में सर्वोत्तम छलावरण क्षमताएं भी होती हैं। अब जब कि उनका जेनेटिक कोड है डिकोड किया गया, वैज्ञानिकों के लिए यह समझना आसान हो जाएगा कि वे इसे कैसे हासिल करते हैं। वे मिलीसेकंड में अपनी त्वचा का रंग बदलते हैं, एक ऐसी क्षमता जिससे न्यूरोवैज्ञानिक, फैब्रिक इंजीनियर और संरचनात्मक इंजीनियर लाभान्वित हो सकते हैं।  

एक ऑक्टोपस का दिमाग

ऑक्टोपस की शारीरिक प्रतिभा, विशेषकर उसके बड़े मस्तिष्क ने वैज्ञानिकों को इसकी संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं का अधिक गहराई से अध्ययन करने के लिए प्रेरित किया है। 

2016 में, पीटर गॉडफ्रे-स्मिथ, ग्रेजुएट सेंटर, सिटी यूनिवर्सिटी ऑफ़ न्यूयॉर्क में दर्शनशास्त्र के एक प्रतिष्ठित प्रोफेसर और ऑस्ट्रेलिया में सिडनी विश्वविद्यालय में विज्ञान के इतिहास और दर्शनशास्त्र के प्रोफेसर, ने एक पुस्तक लिखी जिसका शीर्षक था 'अन्य मन: ऑक्टोपस, समुद्र और चेतना की गहरी उत्पत्ति।' इसमें उन्होंने लिखा:

“ऑक्टोपस और उनके रिश्तेदार (कटलफिश और स्क्विड) अकशेरुकी जानवरों के समुद्र में मानसिक जटिलता के एक द्वीप का प्रतिनिधित्व करते हैं। लगभग एक दशक पहले इन प्राणियों के साथ मेरी पहली मुलाकात के बाद से, मैं जुड़ाव की उस शक्तिशाली भावना से आकर्षित हुआ हूं जो उनके साथ बातचीत करते समय संभव होती है।

पुस्तक में, प्रोफेसर गॉडफ्रे-स्मिथ ने इस बात पर प्रकाश डाला कि एक सामान्य ऑक्टोपस के शरीर में लगभग 500 मिलियन न्यूरॉन्स होते हैं। हालाँकि यह मनुष्यों की तुलना में बहुत कम है - लगभग 100 बिलियन - ऑक्टोपस काफी बुद्धिमान हैं उसमें वे सरल भूलभुलैया को नेविगेट कर सकता है और दो अलग-अलग लेकिन परिचित वातावरणों को अलग करने और सर्वोत्तम मार्ग लेने के लिए दृश्य संकेतों का प्रभावी ढंग से उपयोग कर सकता है। 

यह बुद्धिमत्ता और शारीरिक विशिष्टता का मिश्रण है जो ऑक्टोपस को कतार से अलग खड़ा करता है। संक्षेप में, रोबोटिक्स के क्षेत्र ने हमेशा इस स्थिति को प्राप्त करने का प्रयास किया है जहां बुद्धिमान उपकरण जटिल कार्यों को पूरा करेंगे। इसमें कोई आश्चर्य की बात नहीं है कि रोबोटिक्स के छात्र लगातार इस अद्भुत प्राणी की खोज कर रहे हैं। संस्थागत शोधकर्ताओं के अलावा कई जानी-मानी कंपनियां इस क्षेत्र में सक्रिय हैं। 

1. एबीबी

एबीबी एक ऐसी कंपनी थी जिसकी अपने उत्पादों में ऑक्टोपस जैसी क्षमताओं की नकल करने में हमेशा से रुचि रही है। 2018 में, एबीबी की रणनीतिक उद्यम पूंजी निवेश शाखा, एबीबी टेक्नोलॉजिकल वेंचर्स ने व्हाइटसाइड्स ग्रुप की एक स्पिन-ऑफ, सॉफ्ट रोबोटिक्स के साथ साझेदारी की। 

से प्रेरित होकर ऑक्टोपस के तंबूओं की कार्यक्षमता, सॉफ्ट रोबोटिक्स ने पॉलिमर से सॉफ्ट रोबोटिक एक्चुएटर्स विकसित किए जो सेंसर या इलेक्ट्रोमैकेनिकल उपकरणों की आवश्यकता के बिना काम करते हैं। कंपनी ने कम्प्यूटेशनल शक्ति को सीधे ग्रिपर में ही बनाया और एम्बेड किया और माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों के साथ सामग्रियों का एक मालिकाना मिश्रण विकसित किया जो मानव हाथ के नरम ऊतकों की नकल करता है। 

उन्नत रोबोटिक्स में मल्टी-स्केल सक्शन को एकीकृत करने में हाल के विकास इन प्रौद्योगिकियों की प्रभावशीलता और दक्षता को बढ़ा सकते हैं। 

ऑक्टोपस, जो अपनी उच्च बुद्धि और मनुष्यों जैसी परिष्कृत नेत्र संरचनाओं के लिए जाने जाते हैं, ने रोबोटिक्स में महत्वपूर्ण विकास को प्रेरित किया है। इस साल, एबीबी ने सेवनसेंस का अधिग्रहण किया, एक स्विस टेक कंपनी जो औद्योगिक रोबोटों को दृश्य और संज्ञानात्मक क्षमताओं से लैस करके उनकी गतिशीलता बढ़ाने में माहिर है।

वित्तीय वर्ष 2023 में, एबीबी ग्रुप 32.2 बिलियन अमेरिकी डॉलर का राजस्व दर्ज किया गया. कंपनी ने अनुसंधान और विकास में 1.3 बिलियन अमेरिकी डॉलर का महत्वपूर्ण निवेश भी किया। इस बीच, इसका परिचालन EBITA मार्जिन 17% के करीब था। 

2. Festo

एक अन्य उदाहरण में, जहां एक अग्रणी रोबोटिक्स कंपनी ने पहले ही रुचि दिखाई है और अपनी क्षमताओं को बढ़ाने के लिए मल्टी-स्केल सक्शन का लाभ उठा सकती है, हम जर्मन रोबोटिक्स कंपनी को देखते हैं फेस्टो का बॉट ऑक्टोपस से प्रेरित है. 

मूल रूप से ऑक्टोपसग्रिपर नाम का यह रोबोटिक उपकरण सकर और हवा के संयोजन का उपयोग करके वस्तुओं को उठा सकता है, पकड़ सकता है और नीचे रख सकता है। तब से इसका नाम बदलकर टेंटेकल ग्रिपर रख दिया गया है। कंपनी का वर्णन है यह बायोनिक ग्रिपर एक नरम सिलिकॉन संरचना के रूप में है कि वायवीय रूप से नियंत्रित किया जा सकता है. जब संपीड़ित हवा भेज दिया गया है, ग्रिपर अंदर की ओर झुक सकता है, जिससे वह खुद को वस्तुओं के चारों ओर सुरक्षित रूप से लपेटने में सक्षम हो जाता है। 

संरचनात्मक रूप से, ग्रिपर में सिलिकॉन टेंटेकल्स के अंदर से जुड़ी सक्शन कप की दो पंक्तियाँ होती हैं। छोटे सक्शन कप ग्रिपर टिप पर रखे जाते हैं, जो एक निष्क्रिय प्रभाव प्रदान करते हैं, जबकि वैक्यूम द्वारा संचालित बड़े सक्शन कप, वस्तु को ग्रिपर से मजबूती से चिपकने में मदद करते हैं। 

फेस्टो ने बायोनिक लर्निंग नेटवर्क में विकसित दो वायवीय हल्के रोबोटों पर रोबोट का परीक्षण किया: बायोनिकमोशनरोबोट और बायोनिककोबोट। अपनी गतिज प्रकृति के कारण, ये दोनों रोबोट लचीले थे और इन्हें अनंत तरीकों से कठोर किया जा सकता था। 

जबसे कृत्रिम मूंछ विकसित किया गया था नरम सामग्री से, यह धीरे और धीरे से पकड़ सकता है। कंपनी ने दावा किया कि इस समाधान में भविष्य के सहयोगी कार्यस्थलों के लिए काफी संभावनाएं हैं। 

राजस्व के लिहाज से वित्तीय वर्ष 2023 कंपनी के लिए समेकन का वर्ष था। अनुसार फेस्टो की एक प्रेस विज्ञप्ति में, इसका दर्ज कारोबार पिछले वर्ष के स्तर से थोड़ा नीचे था (-4.3% से लगभग 3.65 बिलियन यूरो)। 

राजस्व में मामूली गिरावट के बावजूद, कंपनी ने अनुसंधान और विकास और क्षेत्रीय बाजार आपूर्ति के विस्तार में भारी निवेश जारी रखने का दावा किया है। अधिक विशेष रूप से, कंपनी ने 7.7 में अपने कारोबार का 2023% अनुसंधान और विकास में निवेश किया। 

प्रकृति और पशु जगत से प्रेरणा लेने वाले रोबोटिक्स पर

आज हमने रोबोटिक्स द्वारा ऑक्टोपस के चूसने वाले अंगों से संकेत लेने के एक विशिष्ट उदाहरण पर चर्चा की। हालाँकि, व्यापक दृष्टिकोण से देखा जाए तो, यह संपूर्ण प्राकृतिक जगत से संकेत लें हमारे आसपास. और कई जैव-प्रेरित रोबोटिक्स पहल पहले से ही सार्वजनिक डोमेन में क्रियान्वित हैं। 

उदाहरण के लिए, जनवरी 2024 में, शोध प्रकाशित किया गया था एक स्वायत्त रूप से बढ़ने वाला रोबोट प्रस्तुत किया गया है जो असंरचित वातावरण में भ्रमण करने के लिए चढ़ाई वाले पौधों की व्यवहारिक अनुकूली रणनीतियों से प्रेरित है। ये रोबोट एक अंतर्निहित योगात्मक निर्माण तंत्र और एक संवेदी टिप के माध्यम से योगात्मक अनुकूली वृद्धि को समझने और समन्वयित करने के लिए चढ़ाई वाले पौधों की शीर्ष शाखाओं की नकल कर सकते हैं।

संगत सामग्रियों के क्षेत्र में भी महत्वपूर्ण अनुसंधान हुआ सॉफ्ट रोबोट निर्माण. कुछ साल पहले, की एक टीम यूनिवर्सिटी ऑफ मिनेसोटा ट्विन सिटीज वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने सिंथेटिक सामग्री के विकास को सशक्त बनाने के लिए एक पौधे से प्रेरित प्रक्रिया विकसित की है। 

RSI समाधान शोधकर्ताओं की मदद कर सकता है मानव शरीर के भीतर भी जटिल इलाकों में नेविगेट करने में सक्षम उन्नत सॉफ्ट रोबोट का निर्माण करें। पेपर के पहले लेखक मैथ्यू हौसलडेन के अनुसार, शोधकर्ता वास्तव में इस बात से प्रेरित थे कि पौधे और कवक कैसे बढ़ते हैं। शोधकर्ताओं ने कहा:

"हमने (शोधकर्ताओं की टीम ने) यह विचार लिया कि पौधे और कवक अपने शरीर के अंत में, या तो अपनी जड़ की नोक पर या अपनी नई शूटिंग पर सामग्री जोड़ते हैं, और हमने इसे एक इंजीनियरिंग प्रणाली में अनुवादित किया।" 

प्राकृतिक दुनिया ने हमारी क्षमता से कहीं अधिक परिवर्तन और बदलावों का अनुभव किया है संभवतः कल्पना कीजिए, हजारों वर्षों से जानवर जीवित रह रहे हैं और अनुकूलन कर रहे हैं। हमें उनकी अविश्वसनीय अनुकूलन तकनीकों का सावधानीपूर्वक अध्ययन करना चाहिए और उनका अधिक विस्तार से निरीक्षण करना चाहिए। उन्हें उनकी वास्तविक भावना में दोहराने का प्रयास हमें हमेशा विज्ञान और प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में जितना हम सोच सकते हैं उससे कहीं अधिक हासिल करने में मदद करेगा। 

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