मानव जैसी हाथ: नई एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग सॉफ्ट रोबोटिक्स को वास्तविक बनाती है

रोबोटिक्स के तेज़ी से विकसित होते परिदृश्य में, एक नया मोर्चा उभर रहा है जो हमारे क्षेत्र: सॉफ्ट रोबोटिक्स की समझ को पुनः आकार देने का वादा करता है। यह नवाचारी दृष्टिकोण अत्याधुनिक एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीकों के धन्यवाद से प्रगति कर रहा है। 

इस लेख में, हम सॉफ्ट रोबोटिक्स के क्षेत्र का अन्वेषण करेंगे और देखेंगे कि एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में हालिया प्रगति इस तकनीक को कैसे आगे बढ़ा रही है।

सॉफ्ट-रोबोटिक्स क्या है?

सॉफ्ट रोबोटिक्स ऐसी तकनीकों को पेश करने का प्रयास करता है जो जीवित जीवों की शारीरिक विशेषताओं के अधिक निकट हों, जिससे रोबोटों से जुड़ी कठोर गति को बदल दिया जाए। इसे बायोमिक्री की एक रूप माना जाता है जहाँ रोबोटिक्स की पारंपरिक रैखिक और कठोर विशेषताएँ हटकर मानव, पशु और पौधों के जीवन को अनुकरण करती हैं। 

शोधकर्ता अनुमान लगाते हैं कि सॉफ्ट रोबोटिक्स बाजार भविष्य में एक बहुत बड़ा अवसर बन जाएगा, जिसका आकार 2022 में US$770 मिलियन से बढ़कर 2030 तक लगभग US$22 बिलियन हो जाएगा। यह लगभग 75% CAGR की शानदार वृद्धि दर्शाता है। 

Harvard Biodesign Lab के अनुसार, जो सॉफ्ट रोबोटिक्स को तरल एक्ट्यूएटर के रूप में समझाता है जिनमें इलास्टोमेरिक मैट्रिक्स के साथ कपड़ा, कागज, फाइबर और कण जैसे लचीले पदार्थ एम्बेडेड होते हैं, सॉफ्ट रोबोटिक्स अपने हल्के वजन, किफायतीपन और विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए आसान अनुकूलन के कारण लोकप्रिय हो रहे हैं। 

सॉफ्ट रोबोटिक्स के कुछ अनुप्रयोग

Harvard Biodesign Lab का अनुमान है कि आज संयुक्त राज्य में चार मिलियन से अधिक दीर्घकालिक स्ट्रोक सर्वाइवर हैं जिनमें हेमिपेरेसिस है और अन्य विकसित देशों में कुल मिलाकर छह मिलियन। ये सर्वाइवर अक्सर अपने हाथों की मोटर क्षमताएँ खो देते हैं। सॉफ्ट रोबोटिक्स उन्हें एक मॉड्यूलर, सुरक्षित, पोर्टेबल, उपभोग्य, घर पर उपयोग योग्य हाथ पुनर्वास और सहायक उपकरण विकसित करके इस चुनौती का समाधान करने में मदद कर सकता है। 

संयुक्त राज्य में, हृदय विफलता विकसित होने का जीवनकाल जोखिम लगभग 20% है। सॉफ्ट रोबोटिक्स के पीछे की तकनीक का उपयोग करके, लैब एक बेंचटॉप कार्डियक सिम्युलेटर और एक Direct Cardiac Compression (DCC) डिवाइस विकसित कर रही है जो हृदय विफलता के उपचार में मदद करेगा। 

इन सभी लाभदायक अनुप्रयोगों और अधिक के साथ, सॉफ्ट रोबोटिक्स विश्वभर में रोगी पुनर्वास और जीवन गुणवत्ता सुधार प्रयासों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकता है। कोई भी तकनीक जो सॉफ्ट रोबोटिक्स के कारण को आगे बढ़ाती है, इसलिए एक सकारात्मक तकनीक है। हम आज कुछ ऐसी निर्माण तकनीकों पर चर्चा करेंगे। 

सॉफ्ट रोबोटिक्स में 3‑डी प्रिंटिंग या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक

3D प्रिंटिंग, जिसे एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग भी कहा जाता है, डिजिटल फ़ाइल से त्रि‑आयामी वस्तुओं का निर्माण करने की प्रक्रिया है। इसे एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग कहा जाता है क्योंकि इसकी अंतर्निहित विकास प्रक्रिया इस नाम को दर्शाती है। 

एडिटिव निर्माण प्रक्रिया में, एक वस्तु को क्रमिक रूप से सामग्री की परतें डालकर विकसित किया जाता है जब तक कि वांछित वस्तु का अंतिम आकार और रूप प्राप्त न हो जाए। 

इन प्रत्येक परतों को केवल वांछित वस्तु का पतला क्रॉस‑सेक्शन कहा जा सकता है। एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग पारंपरिक सब्ट्रैक्टिव निर्माण शैली से अलग है, जहाँ बड़े ब्लॉक से वांछित आकार और आकार के भाग काटे जाते हैं। 

3D प्रिंटिंग या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग आमतौर पर एक 3D मॉडल, एक 3D सॉफ़्टवेयर और एक 3D प्रिंटर शामिल करता है। इस प्रक्रिया ने पहले ही उपभोक्ता उत्पादों, औद्योगिक उत्पादों, दंत उत्पादों, प्रोस्थेटिक्स, वास्तु मॉडल और माकेट, पुनर्निर्मित जीवाश्म, प्राचीन कलाकृतियों की प्रतिकृतियों, फोरेंसिक साइकोलॉजी में पुनर्निर्मित साक्ष्य, फिल्म प्रॉप्स आदि के निर्माण में उपयोग पाया है। 

अब, यह अधिक परिष्कृत सॉफ्ट रोबोटिक्स क्षेत्र में उपयोगी साबित हुआ है। ETH Zurich और एक अमेरिकी स्टार्ट‑अप Inkbit ने इसे संभव बनाया है। 

जबकि Inkbit MIT का स्पिन‑ऑफ़ है, ETH Zurich का विज्ञान और प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय 1855 से अस्तित्व में है, “जब आधुनिक स्विट्ज़रलैंड के संस्थापकों ने इसे नवाचार और ज्ञान के केंद्र के रूप में स्थापित किया था।”

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विवरण में तकनीक

ब्रेकथ्रू

ETH Zurich और Inkbit के शोध ने जो ब्रेकथ्रू हासिल किया है वह यह है कि उन्होंने एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग या 3D प्रिंटिंग में उपयोग किए जा सकने वाले सामग्रियों की सीमा को विस्तारित किया है। पहले यह तकनीक केवल तेज‑सुखाने वाले प्लास्टिक तक सीमित थी, अब यह धीरे‑सुखाने वाले प्लास्टिक के लिए भी उपयुक्त हो गई है। इस सीमा विस्तार के कई लाभ हैं। 

लाभ

• धीरे‑सुखाने वाले प्लास्टिक में बेहतर इलास्टिक गुण होते हैं।
• वे अधिक टिकाऊ और मजबूत होते हैं।
• धीरे‑सुखाने वाले प्लास्टिक जटिल और अधिक टिकाऊ रोबोटिक घटकों को 3D प्रिंट करने में सक्षम बनाते हैं।
• यह तकनीक विभिन्न उच्च‑गुणवत्ता वाली सामग्रियों के साथ संगत है।
• सीमा विस्तार से सॉफ्ट, इलास्टिक और कठोर सामग्रियों को मिलाना आसान हो जाता है।

और अंत में,

• वे नाज़ुक संरचनाएँ और छिद्रयुक्त भाग बनाना संभव बनाते हैं, जहाँ‑जहाँ आवश्यकता हो। 

अनुप्रयोग

धीरे‑सुखाने वाले प्लास्टिक के साथ, सॉफ्ट रोबोटिक्स और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग के लाभों को मिलाकर एक ऐसा समन्वय बनाना संभव हो गया है जो मानवता को बहुत लंबे समय तक लाभ पहुंचाएगा। 

ETH Zurich के शोधकर्ताओं ने सफलतापूर्वक एक रोबोटिक हाथ विकसित किया है जिसमें मानव शरीर विज्ञान की सभी विशेषताएँ हैं, जैसे हड्डियाँ, लिगामेंट और टेंडन। विभिन्न पॉलीमर से बने होने के बावजूद, अंतिम उत्पाद को एक ही बार में निर्मित किया जा सकता है। 

शोधकर्ताओं के अनुसार, यह संभव नहीं होता यदि वे धीरे‑सुखाने वाले थायोलीन पॉलीमर को शामिल नहीं कर पाते। ETH Zurich के रोबोटिक्स प्रोफेसर Robert Katzschmann के समूह के डॉक्टरेट छात्र Thomas Buchner, जो इस अध्ययन के प्रथम लेखक हैं, ने कहा:

“हम अब धीरे‑सुखाने वाले थायोलीन पॉलीमर का उपयोग कर रहे हैं। इनकी इलास्टिक गुण बहुत अच्छे हैं और मोड़ने के बाद मूल स्थिति में बहुत तेज़ी से लौटते हैं, जबकि पॉलीएक्रिलेट्स की तुलना में।”

थायोलीन पॉलीमर का समावेश हाथ को सॉफ्ट रोबोटिक्स सिद्धांतों के अनुसार बनाते समय गेम‑चेंजर साबित हुआ है। क्योंकि रोबोटिक हाथ वास्तविक मानव हाथ जितना नरम है, इसलिए चोट का जोखिम कम है और यह नाज़ुक वस्तुओं को बेहतर ढंग से संभाल सकता है। 

सॉफ्ट रोबोटिक्स और एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग को एक ही प्रक्रिया में समायोजित करने के लिए, शोधकर्ताओं को 3D प्रिंटिंग तकनीक में कुछ संशोधन करने पड़े। उन्होंने प्रिंटिंग में एक 3D लेज़र स्कैनर जोड़ा, जो प्रत्येक प्रिंटेड लेयर को तुरंत संभावित सतह असमानताओं के लिए जांचता है। 

शोधकर्ताओं ने एक फीडबैक मैकेनिज़्म भी पेश किया ताकि इन असमानताओं की भरपाई की जा सके। यह मैकेनिज़्म पिछले लेयर की असमानता को ध्यान में रखते हुए एक लेयर में आवश्यक समायोजन करने में मदद करता है। 

ETH Zurich ने इस प्रिंटिंग तकनीक को विकसित करने के लिए अमेरिकी स्टार्ट‑अप Inkbit की मदद ली। 

Inkbit: प्रिंटिंग तकनीक स्टार्ट‑अप

2017 में Davide M. Marini, Javier Ramos और Wojciech Matusik द्वारा स्थापित, Inkbit एक Series B स्टार्ट‑अप है जो Medford, Massachusetts, United States में स्थित है। कंपनी का उद्देश्य एक अगली पीढ़ी का एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग प्लेटफ़ॉर्म बनाना है जो 3D प्रिंटिंग को मशीन विज़न के साथ संयोजित करता है। कंपनी लगातार नवाचार करती है और 3D प्रिंटिंग के क्षेत्र में नई समाधान विकसित करती रहती है। उदाहरण के तौर पर, इस वर्ष मध्य‑नवंबर में, इसने जटिल बहु‑कार्यात्मक सिस्टम और रोबोटों की सिंगल‑प्रिंट फ़ैब्रिकेशन का प्रदर्शन किया। 

एक सप्ताह पहले, कंपनी ने TEPU 50A, एक नया सॉफ्ट‑मीडियम ड्यूरोमीटर इलास्टोमर पेश किया। 

इस क्षेत्र में कई अन्य खिलाड़ी भी हैं जिनके लिए Inkbit समाधान प्रदान करता है। सभी मिलकर नई एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीकों के माध्यम से सॉफ्ट रोबोटिक्स में प्रगति को आगे बढ़ाने का प्रयास कर रहे हैं।

सॉफ्ट रोबोटिक्स को आगे बढ़ाने में मदद करने वाली परिवर्तनकारी एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीकों वाले कंपनियां

#1. Flashforge

हाल ही में, एक 3D‑प्रिंटेड मॉड्यूलर सॉफ्ट ग्रिपर विकसित किया गया जिसमें अत्यधिक अनुकूलनशील सॉफ्ट ग्रिपर शामिल थे। उंगलियों को पॉज़िटिव‑प्रेशर सॉफ्ट प्न्यूमैटिक एक्ट्यूएटर और एक मैकेनिकल मेटामटेरियल से बनाया गया था। मेटामटेरियल में एक सॉफ्ट ऑक्सेटिक संरचना और लचीली रिब्स शामिल थीं। इस प्रक्रिया में उपयोग किया गया 3D प्रिंटर FlashForge कॉरपोरेशन के घर से एक कम‑लागत, ओपन‑सोर्स फ्यूज़्ड डिपोज़िशन मॉडलिंग 3D प्रिंटर था। 

2011 में स्थापित, Zhejiang Flashforge 3D Technology Co., LTD चीन में पेशेवर 3D प्रिंटिंग उपकरण और सामग्री के अनुसंधान एवं विकास और निर्माण के शुरुआती उद्यमों में से एक है। Flashforge के उत्पाद लगभग 100 देशों और क्षेत्रों में वितरित होते हैं। 

इसने घरेलू और विदेश में 50 से अधिक देशों और क्षेत्रों में 600 से अधिक ब्रांड डीलरों का विकास किया है। 

FlashForge USA संस्थानों, वास्तुकारों, इंजीनियरों, डिजाइनरों, औद्योगिक उपयोगकर्ताओं और व्यापक उपभोक्ता एवं प्रो‑सूमर बाजारों को 3D प्रिंटिंग को व्यापक रूप से सुलभ बनाने पर केंद्रित है। 

अनुमानित रूप से, Flashforge की आय US$15 मिलियन से अधिक है, जबकि FlashforgeUSA की आय US$7 मिलियन से अधिक है। 

#2. NinjaTek

अपनी कई समाधानों में, NinjaTek का Cheetah® 3D प्रिंटर फ़िलामेंट लचीली, जीवन‑समान हड्डियों को प्रोस्थेटिक हाथों के लिए बनाने में उपयोग किया गया। उंगली डिजाइन में लचीली 3D‑प्रिंटेड हड्डी को सिलिकॉन मोल्ड में एम्बेड करके वास्तविक त्वचा‑समान बनावट बनाना और उंगलियों की मजबूती व शक्ति बढ़ाना शामिल था। हाथ के डिजाइन और विकास के लिए जिम्मेदार शोध टीम ने NinjaTek के अर्ध‑लचीले Cheetah TPU फ़िलामेंट को बहुत उपयोगी पाया।

NinjaTek Fenner Precision Polymers का हिस्सा है। यह 3D प्रिंटिंग औद्योगिक क्षेत्र में अंतिम‑उपयोगकर्ताओं के लिए विशेष फ़िलामेंट बनाता है। कंपनी अब Michelin Group की कंपनी है। 

Michelin Group ने 2022 में 28.5 बिलियन यूरो से अधिक राजस्व दर्ज किया, जबकि 2021 में यह लगभग 24 बिलियन यूरो था। कंपनी की ऑपरेटिंग आय राजस्व का लगभग 12% थी। 

#3. Fictiv

इस क्षेत्र में एक और प्रमुख खिलाड़ी Fictiv है, जो व्यापक 3D प्रिंटिंग सेवाएँ और सॉफ्ट रोबोटिक्स को आगे बढ़ाने के प्रति मजबूत प्रतिबद्धता प्रदान करता है। उनका विशेषज्ञता बड़े मेड‑टेक कंपनियों जैसे Medtronic द्वारा भी उपयोग की जाती है।

Fictiv मानता है कि सॉफ्ट रोबोट अधिक अनुकूलनीय और लचीले होते हैं। यह “विभिन्न हैंडल डिज़ाइनों को बेहतर समझ सकता है और उसके अनुसार अपनी गति को अनुकूलित कर सकता है।” यह भी देखता है कि सॉफ्ट रोबोट “वैक्यूमेटिक रूप से सक्रिय होते हैं ताकि वस्तुओं को पकड़ सकें, जिससे सक्शन क्षमताओं को आसानी से जोड़ा जा सके।” 

मई 2022 में, Fictiv घोषणा करता है कि उसने $100 मिलियन की Series E फंडिंग राउंड पूरी कर ली है। इस राउंड का नेतृत्व Activate Capital ने किया, जिसमें Angeleno Group, Cross Creek और The Westly Group जैसे नए निवेशक शामिल हैं। Fictiv के अन्य संस्थागत निवेशकों में Accel, Bill Gates, G2 Venture Partners और Standard Investments शामिल हैं। Series E फंडिंग ने 2013 में संचालन शुरू करने के बाद से Fictiv में कुल निवेश को US$192 मिलियन तक पहुंचा दिया।

सॉफ्ट रोबोटिक्स में 3‑डी प्रिंटिंग या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीक: भविष्य क्या रखता है

3D प्रिंटिंग या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग सॉफ्ट रोबोटिक्स में एक प्रमुख तकनीक बन जाएगी क्योंकि इसकी उच्च गुणवत्ता और एक साथ कई सामग्रियों को प्रिंट करने की क्षमता है। 

सॉफ्ट रोबोट तरल, जेल, कार्यात्मक पॉलीमर और अन्य आसानी से विकृत होने वाली सामग्रियों से बने होते हैं, जो रोबोटिक समाधान को खींचे या दबाए जाने पर भी कार्यशील बनाए रखते हैं। महत्वपूर्ण बात यह है कि ये सामग्री वर्तमान 3D प्रिंटिंग या एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीकों के साथ संगत हैं, जो न केवल तेज़ हैं बल्कि अधिक विश्वसनीय भी हैं। हालांकि, सार्वभौमिक अनुकूलन के लिए उन्हें अपनी स्केलेबिलिटी बढ़ानी होगी। 

नई एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीकों का एक और लाभ उनकी उच्च विशिष्टता और सबसे जटिल आकारों को प्रिंट करने की क्षमता है। 

नई एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीकें पावर सोर्सेज को रखने में भी उपयोगी हैं, जो अधिकांश नवीन सॉफ्ट रोबोट्स का अभिन्न हिस्सा होते हैं। इसके अलावा, नई 3D प्रिंटिंग तकनीकें उन्हें सॉफ्ट रोबोटिक संरचनाओं के भीतर बुद्धिमानी से स्थित करने में मदद करती हैं।

दूसरी ओर, वर्तमान में उपलब्ध 3D‑प्रिंटेबल सॉफ्ट सामग्री निर्माण प्रक्रिया के दौरान सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले बलों के कारण अपने वजन के कारण विकृत होने की प्रवृत्ति रखती हैं, जिससे सपोर्ट मैटेरियल की आवश्यकता पड़ती है। यह चुनौती आगे के विकास के लिए एक उपजाऊ क्षेत्र को उजागर करती है। इसे संबोधित करने के लिए, एक समाधान के रूप में विस्कोएलास्टिक हाइड्रोजेल उभरा है, जो किलोपास्कल से मेगापास्कल तक के दबाव को सहन कर सकता है। 

हाल ही में, एक शोध समूह ने भी एक सर्वदिशात्मक तकनीक विकसित की है जो अत्यंत सॉफ्ट सामग्रियों जैसे तरल को प्रिंट कर सकती है, जिन्हें बाद में पॉलीमराइज़ेशन के माध्यम से स्थिर किया जा सकता है। 

एक अन्य शोध टीम, जो Delft University of Technology के छात्रों से बनी है, ने एक और रोमांचक सुविधा प्रस्तुत की है। इसने 3D‑प्रिंटेड शैलियों में सिलिकॉन को कास्ट करने वाली 3D प्रिंटिंग तकनीकों को विकसित करने में मदद की है। यह तकनीक कम लागत वाली है और भविष्य में सॉफ्ट रोबोटिक्स को नई ऊँचाइयों तक ले जाने में सहायक हो सकती है। 

विषय पर अधिक शोध और वैज्ञानिक अध्ययन के साथ, एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग सॉफ्ट रोबोटिक्स को चिकित्सा और स्वास्थ्य विज्ञान के क्षेत्र में अत्यधिक प्रासंगिक बना देगा। इसने पहले ही सॉफ्ट रोबोटिक 3D‑प्रिंटेड ग्लव विकसित किए हैं जो सीमित हाथ कार्य, स्थानीय पक्षाघात और गठिया से पीड़ित लोगों के लिए उपयोगी हैं। 

वैज्ञानिकों ने प्रॉस्थेटिक हाथ और चार पैर वाले 3D‑प्रिंटेड सॉफ्ट रोबोट भी बनाए हैं जो कंकड़ और रेत जैसी असमान और खुरदरी सतहों पर चल सकते हैं। 

उनके चिकित्सा और स्वास्थ्य पुनर्वास उपयोग के अलावा, ऐसे सॉफ्ट रोबोट बचाव कार्यों में मदद कर सकते हैं या खतरनाक पर्यावरणों से सेंसर डेटा एकत्र करने के लिए उपयोग किए जा सकते हैं।

संक्षेप में, नई एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीकों द्वारा सॉफ्ट रोबोटिक्स को आगे बढ़ाने के अवसर अत्यंत विशाल हैं। केवल इसे प्रयोगशाला से बाहर निकालकर सार्वजनिक भलाई के लिए बड़े पैमाने पर उपयोग करना बाकी है। 

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