बहु-स्तरीय सक्शन के साथ रोबोटिक्स में प्रगति

रोबोट और रोबोटिक्स का अध्ययन एक निरंतर विकसित होने वाला क्षेत्र है जो हमारे प्रक्रियाओं को अधिक कुशल और अनुकूल बनाने के लिए नई संभावनाओं की खोज करता रहता है। ये प्रयास और खोज अक्सर हमारे आसपास की प्रकृति और पशु जगत से प्रेरित होते हैं। उदाहरण के तौर पर, यूनिवर्सिटी ऑफ ब्रिस्टल एक रोबोटिक सक्शन कप विकसित किया जिसमें ऑक्टोपस के जैविक सक्शनर की तरह अत्यधिक अनुकूलनशील सक्शन क्षमता है। 

ऑक्टोपस-प्रेरित सक्शन तंत्र रोबोट में

यह सब ब्रिस्टल रोबोटिक्स लैबोरेटरी द्वारा ऑक्टोपस के जैविक सक्शनर की संरचना का अध्ययन करने से शुरू हुआ, जो बहुत उच्च स्तर की सक्शन क्षमता प्रदर्शित करते हैं और किसी भी चट्टान पर सबसे अनुकूल तरीके से लंगर डाल सकते हैं। इस शोध ने एक बहु-परत नरम संरचना और एक कृत्रिम द्रव प्रणाली का निर्माण किया जो ऑक्टोपस की मांसपेशीय और श्लैष्मिक संरचनाओं की तरह व्यवहार कर सके। 

इस शोध की सबसे महत्वपूर्ण उपलब्धि को समझाते हुए, टियान्की यु, पेपर के मुख्य लेखक, ने कहा, “सबसे महत्वपूर्ण विकास यह है कि हमने यांत्रिक रूप से अनुकूलन – सतह के आकार के अनुसार ढलने के लिए सॉफ्ट सामग्री का उपयोग, और जल सील – संपर्क सतह पर पानी का प्रसार – के संयोजन की प्रभावशीलता को सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया। यह जटिल सतहों पर सक्शन अनुकूलन में सुधार करता है। यह संभवतः जीवित जीवों की अनुकूलनशील सक्शन क्षमता के पीछे का रहस्य भी हो सकता है।”

इसलिए प्रमुख विकास वर्तमान कृत्रिम सक्शन मोड से एक कदम आगे बढ़कर अनुकूलनशील सक्शन के क्षेत्र में प्रवेश करना है—सबसे कठिन और जटिल सतहों से जुड़ने की क्षमता। यह एक बहु-सक्शन तंत्र की आवश्यकता थी, और शोध ने दिखाया कि इसे कैसे प्राप्त किया जाए। 

ऑक्टोपस के सक्शनर के कार्य को बेहतर समझने के लिए ऐतिहासिक शोध

ऑक्टोपस में सक्शन कैसे काम करता है, इसे समझना वैज्ञानिक समुदाय के लिए लंबे समय से रुचि का क्षेत्र रहा है। शोधकर्ताओं को पता था कि ऑक्टोपस अपने सक्शनर को स्वतंत्र रूप से हिला सकते हैं और आवश्यकतानुसार वस्तुओं को पकड़ सकते हैं। 

एक अध्ययन Livorno में शोधकर्ताओं द्वारा किया गया एक दशक से अधिक समय पहले ऑक्टोपस पर देखा और पाया कि उनके सक्शनर के किनारे और किनारों की अनूठी बनावट थी। उनके सक्शनर में छोटे, केंद्रित खाइयाँ थीं, जो उन्हें पानी के नीचे किसी भी खुरदरी सतह पर मजबूत सील बनाने में मदद करती थीं। 

ऊपरी भाग में भी समान खाइयाँ देखी गईं, जिससे एक प्रभावी और मजबूत लेकिन कम दबाव वाली सील बनी। 

इस कम दबाव घटना की और जाँच करते हुए, शोधकर्ताओं ने सक्शनर के बारे में और अंतर्दृष्टि प्राप्त की। उन्होंने पाया कि जबकि सक्शनर के किनारे और किनारे नरम थे, ऊपर का हिस्सा बहुत कठोर था। यह कम लोच, संभावना के अनुसार, स्थानीय रूप से कम दबाव उत्पन्न करने में मदद करती थी, जिससे चिपकाव अधिक श्रेष्ठ, मजबूत और कुशल बनता था। 

इस खोज के बाद से, रोबोट में ऑक्टोपस के सक्शन तंत्र की नकल करने की चर्चा हुई है। अब, हम देख सकते हैं कि ये प्रयास फल दे रहे हैं। 

बहु-सक्शन तंत्र और इसे कैसे तोड़ा गया!

शोध ने प्रस्तावित किया कि यह ऑक्टोपस-सम समान बहु-सक्शन तंत्र की प्रतिकृति बनाई जा सकती है यांत्रिक रूप से अनुकूलन और नियमनित जल सील के जैविक संयोजन के माध्यम से। रोबोटिक समाधान द्वारा उपयोग किए गए बहु-परत नरम पदार्थ पहले सब्सट्रेट पर एक खुरदरी यांत्रिक रूप से अनुकूलन उत्पन्न करते हैं, जिससे अंततः रिसाव वाले छिद्र माइक्रोमीटर तक घटते हैं। ये माइक्रोन-आकार के छिद्र फिर कृत्रिम द्रव प्रणाली से नियमनित जल स्राव द्वारा सील किए गए। 

इस शोध के भविष्य के प्रभाव

संभावित अनुप्रयोग क्षेत्रों को उजागर करते हुए, शोधकर्ताओं ने नोट किया कि यह विकास रोबोटिक ग्रिपर्स के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकता है जो विभिन्न जटिल सूखे सतहों को संभालने में सक्षम हों। उन्होंने इस बहु-स्तरीय अनुकूलनशील सक्शन तंत्र के महत्व पर ज़ोर दिया, जो अधिक प्रभावी और अनूठी अनुकूलनशील सक्शन रणनीतियों के विकास में सहायक हो सकता है, जिससे विविध, नरम चिपकने वाले तंत्रों की पूरी श्रृंखला संभव हो सके। 
यह समाधान मौजूदा समाधानों की तुलना में जो सुधार लाता है, उसे उजागर करते हुए, टियान्की यु ने कहा:

“वर्तमान औद्योगिक समाधान हमेशा चालू एयर पंपों का उपयोग करते हैं सक्शन सक्रिय रूप से उत्पन्न करने के लिए, हालांकि, ये शोरगुल वाले होते हैं और ऊर्जा बर्बाद करते हैं।” 

वर्तमान समाधान को पंप की आवश्यकता नहीं होती, इसलिए यह श्रेष्ठ है। और इसके विकासकर्ताओं की अपेक्षा के अनुसार, वर्तमान समाधान अगली पीढ़ी के रोबोटिक ग्रिपर्स की ओर ले जाएगा जो विभिन्न अनियमित वस्तुओं को कुशलता से पकड़ सकते हैं। टीम स्वयं एक बुद्धिमान सक्शन कप की योजना बना रही है जिसमें एम्बेडेड सेंसर होंगे जो कप के व्यवहार को प्रभावी रूप से नियंत्रित करेंगे।
जबकि यह शोध और इसका प्रस्तावित समाधान निश्चित रूप से एक बड़ी उपलब्धि है, वैज्ञानिक और रोबोटिक्स समुदाय हमेशा ऑक्टोपस से प्रेरित रहा है। 

अद्भुत जीव ऑक्टोपस

ऑक्टोपस का जीनिक संरचना इतनी अनूठी है कि यह लगभग किसी भी जीव से बहुत अलग है। एक ऑक्टोपस पर डीएनए अध्ययन से पता चला कि उनके पास लगभग 33,000 जीन हैं, जो मानव से लगभग 10,000 अधिक हैं। मनुष्यों और कई अन्य जानवरों के विपरीत जो अपने जीन को सुधार सकते हैं, ऑक्टोपस में अपनी स्वयं की आरएनए को संपादित करने की अद्भुत क्षमता है। 

मानवों के साथ कुछ समानताएँ भी थीं। और इन समानताओं ने उन्हें मानवों की तरह अधिक बुद्धिमान बनने में मदद की। 

उदाहरण के लिए, ऑक्टोपस के पास मानव-समान जीन का एक सेट है जो उनके मस्तिष्क में एक न्यूरल नेटवर्क में योगदान देता है। यह न्यूरल नेटवर्क उन्हें विभिन्न परिस्थितियों के अनुकूल बनाता है और तेज़ सीखने में सक्षम बनाता है। अतिरिक्त रूप से, उनके आरएनए को संपादित करने की क्षमता उनकी अनुकूलनशीलता को बढ़ाती है, जिससे वे गहरे समुद्र की अत्यधिक ठंड को सहन कर सकते हैं। 

दृश्य रूप से स्पष्ट है कि ऑक्टोपस का मस्तिष्क बड़ा होता है। और, मनुष्यों की तरह, उनके पास बंद रक्त परिसंचरण प्रणाली, पुतली-रक्षित आँखें, रेटिना और लेंस होते हैं। 

ऑक्टोपस में श्रेष्ठ स्तर की छिपने की क्षमता भी होती है। अब जबकि उनका जीन कोड डिकोड किया गया है, वैज्ञानिकों के लिए यह समझना आसान हो जाएगा कि वे यह कैसे प्राप्त करते हैं। वे मिलीसेकंड में अपनी त्वचा का रंग बदलते हैं, एक क्षमता जिससे न्यूरोसाइंटिस्ट, कपड़ा इंजीनियर, और संरचनात्मक इंजीनियर लाभ उठा सकते हैं। 

ऑक्टोपस का मन

ऑक्टोपस की शारीरिक उत्कृष्टता, विशेषकर उसका बड़ा मस्तिष्क, ने वैज्ञानिकों को इसके संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं का अधिक गहराई से अध्ययन करने के लिए प्रेरित किया है। 
2016 में, पीटर गोडफ्रे-स्मिथ, ग्रेजुएट सेंटर, सिटी यूनिवर्सिटी ऑफ न्यूयॉर्क में दार्शनिक के प्रतिष्ठित प्रोफेसर, और ऑस्ट्रेलिया के यूनिवर्सिटी ऑफ सिडनी में विज्ञान के इतिहास और दार्शनिक के प्रोफेसर, ने एक पुस्तक लिखी जिसका शीर्षक था ‘Other Minds: The Octopus, the Sea and the Deep Origins of Consciousness.‘। इसमें उन्होंने लिखा:

“ऑक्टोपस और उनके रिश्तेदार (कटलफ़िश और स्क्विड) इनवर्टिब्रेट जानवरों के समुद्र में मानसिक जटिलता का एक द्वीप प्रतिनिधित्व करते हैं। जब से मैंने लगभग एक दशक पहले इन जीवों से पहली बार मुलाकात की, मैं उनके साथ बातचीत में संभावित गहरी सहभागिता की शक्ति से मोहित रहा हूँ।”

पुस्तक में, प्रोफेसर गोडफ्रे-स्मिथ ने उजागर किया कि एक सामान्य ऑक्टोपस के शरीर में लगभग 500 मिलियन न्यूरॉन्स होते हैं। जबकि यह मनुष्यों के लगभग 100 अरब न्यूरॉन्स से बहुत कम है, ऑक्टोपस काफी बुद्धिमान होते हैं कि वे सरल भूलभुलैया को नेविगेट कर सकते हैं और दो विभिन्न लेकिन परिचित पर्यावरणों को पहचानने के लिए दृश्य संकेतों का प्रभावी उपयोग कर सकते हैं और सबसे अच्छा मार्ग चुन सकते हैं। 
बुद्धिमत्ता और शारीरिक विशिष्टता का मिश्रण ही ऑक्टोपस को भीड़ से अलग करता है। मूल रूप से, रोबोटिक्स का क्षेत्र हमेशा इस स्थिति को प्राप्त करने की कोशिश करता रहा है जहाँ बुद्धिमान उपकरण जटिल कार्यों को पूरा कर सकें। यह कोई आश्चर्य नहीं है कि रोबोटिक्स छात्र इस अद्भुत जीव की लगातार खोज में लगे रहे हैं। संस्थागत शोधकर्ताओं के अलावा, कई प्रसिद्ध कंपनियां भी इस क्षेत्र में सक्रिय हैं। 

#1. ABB

एक कंपनी जिसने हमेशा अपने उत्पादों में ऑक्टोपस की क्षमताओं की नकल करने में रुचि रखी है, वह है ABB। 2018 में, ABB Technological Ventures, ABB की रणनीतिक वेंचर कैपिटल निवेश शाखा, ने Soft Robotics, जो Whitesides Group से निकली एक स्पिन-ऑफ़ है, के साथ साझेदारी की। 
https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=0-2B1Vn75Qg&embeds_referring_euri=https%3A%2F%2Frodinanews.co.uk%2F&feature=emb_imp_woyt

Soft Robotics ने ऑक्टोपस के टेंटेकल की कार्यक्षमता से प्रेरित होकर, नरम रोबोटिक एक्ट्यूएटर विकसित किए जो पॉलिमर से बने होते हैं और सेंसर या इलेक्ट्रोमैकेनिकल डिवाइस की आवश्यकता के बिना काम करते हैं। कंपनी ने कंप्यूटेशनल शक्ति को सीधे ग्रिपर में एम्बेड किया और माइक्रोफ्लुइडिक चैनलों के साथ एक स्वामित्व मिश्रण विकसित किया जो मानव हाथ के नरम ऊतकों की नकल करता है। 

उन्नत रोबोटिक्स में बहु-स्तरीय सक्शन को एकीकृत करने में हालिया विकास इन तकनीकों की प्रभावशीलता और दक्षता को बढ़ा सकते हैं। 

ऑक्टोपस, जो अपनी उच्च बुद्धिमत्ता और जटिल आँख संरचनाओं के लिए जाने जाते हैं जो मनुष्यों के समान हैं, ने रोबोटिक्स में महत्वपूर्ण विकास को प्रेरित किया है। इस वर्ष, ABB ने Sevensense का अधिग्रहण किया, एक स्विस टेक कंपनी जो औद्योगिक रोबोटों की गतिशीलता को दृश्य और संज्ञानात्मक क्षमताओं से सुसज्जित करके सुधारती है।

वित्तीय वर्ष 2023 में, ABB ग्रुप ने US$32.2 बिलियन की आय की रिपोर्ट की। कंपनी ने अनुसंधान और विकास में US$1.3 बिलियन का महत्वपूर्ण निवेश भी किया। इसी बीच, इसका संचालनात्मक EBITA मार्जिन लगभग 17% के करीब था। 

#2. Festo

एक अन्य उदाहरण में, जहाँ एक प्रमुख रोबोटिक्स कंपनी ने पहले ही बहु-स्तरीय सक्शन को आगे बढ़ाने में रुचि दिखाई है, हम जर्मन रोबोटिक्स कंपनी Festo के ऑक्टोपस-प्रेरित बॉट को देखते हैं। 
https://www.youtube.com/watch?v=WeEJrJNpvP0

मूल रूप से OctopusGripper नाम से जाना जाने वाला यह रोबोटिक डिवाइस सक्शनर और हवा के संयोजन से वस्तुओं को उठाने, पकड़ने और रख देने में सक्षम था। इसे तब से Tentacle Gripper नाम दिया गया है। कंपनी इस बायोनिक ग्रिपर को एक नरम सिलिकॉन संरचना के रूप में वर्णित करती है जो वायुप्रेरित रूप से नियंत्रित किया जा सकता है। जब संपीड़ित हवा प्रदान की जाती है, ग्रिपर अंदर की ओर मुड़ सकता है, जिससे यह वस्तुओं के चारों ओर सुरक्षित रूप से लपेट सकता है। 

संरचनात्मक रूप से, ग्रिपर में सिलिकॉन टेंटेकल के अंदर की ओर दो पंक्तियों में सक्शन कप लगे होते हैं। छोटे सक्शन कप ग्रिपर टिप पर स्थित होते हैं, जो एक निष्क्रिय प्रभाव प्रदान करते हैं, जबकि बड़े सक्शन कप, वैक्यूम द्वारा संचालित, वस्तु को ग्रिपर से दृढ़ता से चिपकाने में मदद करते हैं। 

Festo ने इस रोबोट का परीक्षण दो प्न्यूमैटिक हल्के रोबोटों पर किया, जो बायोनिक लर्निंग नेटवर्क में भी विकसित किए गए थे: BionicMotionRobot और BionicCobot। उनके काइनेमेटिक स्वभाव के कारण, दोनों रोबोट लचीले थे और अनंत तरीकों से विभिन्न रूप से कठोर किए जा सकते थे। 

चूँकि कृत्रिम टेंटेकल को नरम सामग्री से विकसित किया गया था, यह धीरे और मुलायम रूप से पकड़ सकता था। कंपनी ने कहा कि यह समाधान भविष्य के सहयोगी कार्यस्थलों के लिए बड़ी संभावनाएँ रखता है। 

राजस्व के हिसाब से, वित्तीय वर्ष 2023 कंपनी के लिए एक समेकन का वर्ष था। Festo के एक प्रेस रिलीज़ के अनुसार, इसका दर्ज किया गया टर्नओवर पिछले वर्ष के स्तर से थोड़ा नीचे था (—4.3% घटकर लगभग 3.65 बिलियन यूरो)। 

राजस्व में हल्की गिरावट के बावजूद, कंपनी ने दावा किया कि उसने अनुसंधान और विकास तथा क्षेत्रीय बाजार आपूर्ति के विस्तार में भारी निवेश जारी रखा है। विशेष रूप से, कंपनी ने 2023 में अपने टर्नओवर का 7.7% अनुसंधान और विकास में निवेश किया। 

प्रकृति और पशु जगत से प्रेरणा लेकर रोबोटिक्स

आज, हमने ऑक्टोपस के सक्शनर से प्रेरित रोबोटिक्स के एक विशिष्ट उदाहरण पर चर्चा की। हालांकि, व्यापक दृष्टिकोण से देखें तो, यह पूरे प्राकृतिक जगत से संकेत ले सकता है जो हमारे आसपास है। और कई बायो-प्रेरित रोबोटिक्स पहलें पहले से ही सार्वजनिक डोमेन में सक्रिय हैं। 

उदाहरण के लिए, जनवरी 2024 में, एक शोध प्रकाशित हुआ जिसमें एक स्वायत्त बढ़ता हुआ रोबोट प्रस्तुत किया गया था, जो चढ़ने वाले पौधों की व्यवहारिक अनुकूलन रणनीतियों से प्रेरित था, ताकि असंरचित वातावरण में नेविगेट कर सके। ये रोबोट चढ़ने वाले पौधों की शीर्ष शूट्स की नकल कर सकते हैं, जिससे वे एक एम्बेडेड एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग मैकेनिज़्म और सेंसरयुक्त टिप के माध्यम से संवेदन और समन्वित अनुकूलनशील वृद्धि कर सकें।

सॉफ्ट रोबोट निर्माण के साथ संगत सामग्री के क्षेत्र में भी महत्वपूर्ण शोध हुआ। कुछ साल पहले, University of Minnesota Twin Cities के वैज्ञानिकों और इंजीनियरों ने एक पौधे-प्रेरित प्रक्रिया विकसित की जिससे सिंथेटिक सामग्री की वृद्धि को सशक्त बनाया गया। 

यह समाधान शोधकर्ताओं की मदद कर सकता है उन्नत सॉफ्ट रोबोट बनाने में जो जटिल भूभागों में नेविगेट कर सकें, यहाँ तक कि मानव शरीर के भीतर भी। पेपर के प्रथम लेखक मैथ्यू हाउस्लाडेन के अनुसार, शोधकर्ता पौधों और कवक की वृद्धि से वास्तव में प्रेरित थे। शोधकर्ताओं ने कहा:

“हम (शोधकर्ताओं की टीम) ने यह विचार लिया कि पौधे और कवक अपने शरीर के अंत में, चाहे जड़ के टिप पर हो या नई शूट पर, सामग्री जोड़ते हैं, और हमने इसे एक इंजीनियरिंग प्रणाली में अनुवादित किया।”

प्राकृतिक दुनिया ने अनंत अधिक परिवर्तन और बदलाव देखे हैं, जिन्हें हम शायद कल्पना भी नहीं कर सकते, और जानवरों ने सहस्राब्दियों में जीवित रहकर अनुकूलन किया है। हमें उनके अद्भुत अनुकूलन तकनीकों का बारीकी से अध्ययन करना चाहिए और उन्हें अधिक विस्तार से देखना चाहिए। उन्हें उनके वास्तविक स्वरूप में दोहराने का प्रयास हमेशा हमें विज्ञान और प्रौद्योगिकी के क्षेत्रों में हमारी कल्पना से अधिक हासिल करने में मदद करेगा। 

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