कम लागत वाले 3D-प्रिंटेड रोबोट बिना इलेक्ट्रॉनिक्स के काम करते हैं

रोबोट बनते ही काम करने लगे—यह लक्ष्य लंबे समय से चुनौती बना हुआ था। कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने हाल में एक ऐसी निर्माण विधि और रोबोट का विवरण दिया जिसे इलेक्ट्रॉनिक पुर्जों की जरूरत नहीं होती। यह 3D प्रिंटेड रोबोट प्रिंटर से निकलने के बाद चल सकता है।

रोबोट कैसे बनते हैं?

रोबोट कई तरह के होते हैं और उन्हें बनाने की विधियाँ भी अलग-अलग हैं। पारंपरिक रोबोट के ढाँचे, इलेक्ट्रॉनिक पुर्जे, बैटरी और नियंत्रक अलग-अलग स्थानों पर बन सकते हैं; फिर उन्हें जोड़कर मशीन को चालू करना पड़ता है।

सॉफ्ट रोबोट क्या हैं?

सॉफ्ट रोबोट पारंपरिक रोबोट के कठोर बाहरी ढाँचे की जगह सिलिकॉन जैसे लचीले पदार्थ और आकार बदल सकने वाली संरचनाएँ इस्तेमाल करते हैं। इससे वे वस्तुओं को सावधानी से पकड़ सकते हैं, जटिल जगहों से गुजर सकते हैं और मनुष्यों के आसपास अपेक्षाकृत सुरक्षित ढंग से काम कर सकते हैं।

3D प्रिंटिंग से सॉफ्ट रोबोट बनाने में प्रगति

सॉफ्ट रोबोट की माँग ने निर्माण तकनीकों को बेहतर बनाने के प्रयास तेज किए हैं। 3D प्रिंटिंग की प्रगति से अब अधिक सक्षम रोबोट के कई हिस्से एक ही प्रक्रिया में बनाए जा सकते हैं, जिससे जोड़ने की जटिलता कम होती है।
इसके लिए ऐसे वायवीय और द्रव-आधारित नियंत्रण परिपथ इस्तेमाल किए जाते हैं जो सामग्री के दबाव के अनुसार बदलते व्यवहार का लाभ उठाते हैं। इस परियोजना के इंजीनियर इससे पहले अंतर्निहित नियंत्रण परिपथ वाले 3D-प्रिंटेड ग्रिपर और रेंगने वाले रोबोट भी बना चुके हैं।

सॉफ्ट रोबोट के निर्माण में चुनौतियाँ

सॉफ्ट रोबोट बनाना अब भी कठिन और महँगा है। साँचे में ढालकर उनके हिस्से बनाए जा सकते हैं, लेकिन उन्हें नियंत्रित करने के लिए अतिरिक्त पुर्जे जोड़ने पड़ते हैं। इस प्रक्रिया में काफी श्रम लगता है।
कई डिज़ाइन में पंप, वाल्व और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण तारों से रोबोट के शरीर से जुड़े रहते हैं। ऐसा बाहरी जुड़ाव संकरे रास्तों में जाने जैसी सॉफ्ट रोबोट की उपयोगिता घटा देता है।

अध्ययन में पूरी तरह 3D-प्रिंटेड, बिना इलेक्ट्रॉनिक्स वाला चलने वाला रोबोट

अध्ययन “Monolithic Desktop Digital Fabrication of Autonomous Walking Robots,”¹, जो Advanced Intelligent Systems में प्रकाशित हुआ, बताता है कि इंजीनियरों ने छह पैरों वाला ऐसा रोबोट कैसे बनाया जो पूरी तरह 3D प्रिंट हुआ है और बिना इलेक्ट्रॉनिक पुर्जों के छपते ही चल सकता है। इसे चलाने के लिए हवा के लगातार दबाव की आवश्यकता होती है।

शोध में बंद वाल्व को 3D प्रिंट करने की चुनौती का समाधान भी बताया गया है। टीम ने हवा से चलने वाले, अलग-अलग चरणों में दबाव बदलने वाले वाल्वों के जरिए पैरों की क्रमबद्ध गति हासिल की।

डेस्कटॉप 3D प्रिंटर से सॉफ्ट रोबोट का निर्माण

इंजीनियरों ने बाज़ार में उपलब्ध डेस्कटॉप 3D प्रिंटर से जटिल आकार वाले लचीले हिस्से बनाए, जिन्हें जोड़ने में कम श्रम लगता है। उन्होंने कई सामग्रियों की जाँच की और BASF के California Research Alliance के साथ मिलकर रोबोट के ढाँचे, कृत्रिम मांसपेशियों और नियंत्रण प्रणाली के लिए उपयुक्त पदार्थ परखे।

स्रोत UC San Diego

प्रिंट होते ही चलने वाला रोबोट

टीम का रोबोट किसी इलेक्ट्रॉनिक पुर्जे के बिना अपने आप चल सकता है। दबाई हुई हवा और दबाव बदलने पर खुलने-बंद होने वाले वाल्व उसके छह पैर चलाते हैं। संपीड़ित गैस की कार्ट्रिज के सहारे यह बाहरी तार या नली से जुड़े बिना ऊबड़-खाबड़ जमीन पर भी चल सकता है।

रोबोट के छह पैर

इसके छह पैर व्यावसायिक रूप से उपलब्ध 3D-प्रिंटिंग सामग्री से बनाए गए हैं। हर पैर में नरम वायवीय एक्ट्यूएटर हैं, जिनकी मदद से पैर ऊपर, नीचे, आगे और पीछे हिल सकता है।
चलने के लिए पैरों को दबाव वाली हवा या द्रव की आपूर्ति चाहिए। लगातार दबाव पर कुछ पैर मुड़कर शरीर को उठाते हैं, दूसरे आगे की स्थिति लेते हैं और बाकी पीछे की ओर धक्का देते हैं। यह क्रम दोहरने से रोबोट कदम बढ़ाता है।

लचीले एक्ट्यूएटर

रोबोट के शरीर में बने द्रव-आधारित परिपथ इस चाल को नियंत्रित करते हैं। हवा न रिसने देने वाले एक्ट्यूएटर, वाल्व और सेंसर प्रिंट करना चुनौतीपूर्ण था; इसलिए टीम ने इनके लिए उपयुक्त निर्माण विधि चुनने पर विशेष ध्यान दिया।

वायवीय दोलक परिपथ

रोबोट के नियंत्रण में प्रिंट किया जा सकने वाला द्रव-आधारित दोलक परिपथ है। यह दबाव के चार चक्रीय संकेत पैदा करता है, जबकि इसके लिए केवल दबाव का एक इनपुट चाहिए।

टीम ने चार चरणों वाले, दो स्थिर अवस्थाओं के बीच बदलने वाले एकीकृत वाल्व को उपयुक्त पाया। विशेष रूप से बनाया गया यह वाल्व एक चक्र में छह अवस्थाओं से गुजरता है। दबाव धीरे-धीरे बदलने पर भीतर की झिल्लियाँ और चैनल हिलते हैं तथा वाल्व की अवस्था बदलती है।

दबाव तय सीमा तक पहुँचने पर प्रत्येक वाल्व हवा को अगले चरण की ओर भेजता है। शोधकर्ताओं के अनुसार इस डिज़ाइन की प्रेरणा शुरुआती भाप इंजनों से मिली थी।

3D-प्रिंटेड रोबोट की टिकाऊपन की जाँच

प्रयोगशाला में पहले रोबोट को जमीन से उठाकर उसमें हवा का दबाव डाला गया। टीम ने पैरों की गति दर्ज की और अनुमान लगाया कि जमीन पर चलते समय उसका क्या असर होगा। इसके आधार पर उन्होंने चलने का क्रम सुधारा।
इसके बाद केवल हवा के दबाव पर उसका संचालन परखा गया। 20 psi पर नियंत्रित 16 ग्राम CO₂ कार्ट्रिज से बिना इलेक्ट्रॉनिक्स वाला रोबोट लगभग 80 सेकंड तक चला।

लंबे समय तक चलने की जाँच

टिकाऊपन की जाँच के लिए टीम ने एक वाल्व को लगातार दबाव में चलाया और उसके चक्र गिने। दोलक वाल्व पूरी तरह खराब होने से पहले 19,809 चक्रों तक काम करता रहा।

3D-प्रिंटेड रोबोट के परीक्षण परिणाम

प्रयोगशाला परीक्षण में रोबोट घास, रेत और पानी के भीतर समेत कई तरह की सतहों पर चल सका।

समतल सतह पर रोबोट ने 21 सेकंड में 85 सेंटीमीटर दूरी तय की, यानी औसतन लगभग 4 सेंटीमीटर प्रति सेकंड। पैरों के पहले चरण में शरीर का उठना ऊबड़-खाबड़ जमीन पार करने में मददगार रहा।

टिकाऊपन के परीक्षण से पता चला कि यह डिज़ाइन लगातार लगभग तीन दिन चल सकता है। टीम ने दोलक वाल्व की चार झिल्लियों को सबसे कमजोर हिस्सा पाया, क्योंकि उन्हीं पर बार-बार हवा का दबाव और मुड़ने का बल पड़ता है।

बिना इलेक्ट्रॉनिक्स वाले 3D-प्रिंटेड रोबोट के लाभ

इस अध्ययन का एक लाभ यह है कि रोबोट को सामान्य डेस्कटॉप 3D प्रिंटर से बनाया जा सकता है। प्रिंट होने के बाद उसे काम करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक पुर्जे जोड़ने या व्यापक सफाई की जरूरत नहीं पड़ती। इससे छोटे शोध समूहों और व्यवसायों के लिए इसे आज़माना आसान हो सकता है।

इलेक्ट्रॉनिक्स के बिना संचालन क्यों उपयोगी है?

इलेक्ट्रॉनिक्स हटाने से रोबोट उन वातावरणों में भी उपयोगी हो सकता है जहाँ सामान्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को नुकसान पहुँचने का जोखिम होता है।
उच्च विकिरण, शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्रों या पानी के भीतर के कुछ काम संभावित उदाहरण हैं। हालांकि हर उपयोग के लिए अलग परीक्षण आवश्यक होगा।

कम लागत वाला निर्माण

टीम के अनुसार रोबोट की सामग्री की लागत लगभग 20 डॉलर थी। अभी यह चलने का प्रदर्शन करता है; आगे के डिज़ाइन कम लागत पर अन्य काम भी कर सकें, यह शोध का विषय है।

संभावित उपयोग और आगे की राह

बिना इलेक्ट्रॉनिक्स वाले रोबोट खतरनाक इलाकों का निरीक्षण करने जैसे कामों में उपयोगी हो सकते हैं। एक संभावना यह है कि जरूरत की जगह पर 3D प्रिंटर ले जाकर वहीं रोबोट बनाए जाएँ, जिससे उन्हें ढोना आसान हो।
विकिरण वाले क्षेत्र, आपदा-स्थल और अन्य ग्रह ऐसे संभावित उपयोग हैं जहाँ सामान्य इलेक्ट्रॉनिक्स की सीमाएँ सामने आ सकती हैं। इनके वास्तविक उपयोग और समयसीमा को अभी और परीक्षण से तय करना होगा।

अध्ययन के पीछे की शोध टीम

यह अध्ययन कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो में किया गया। प्रमुख लेखकों में यीचेन झाई, जियायाओ यान और माइकल टी. टोली शामिल हैं। अल्बर्ट डी बोअर, मार्टिन फेबर, रोहिणी गुप्ता और BASF California Research Alliance ने भी योगदान दिया। अध्ययन को आंशिक सहायता National Science Foundation से मिली।
इस टीम ने 2022 में बिना इलेक्ट्रॉनिक्स वाला रोबोटिक ग्रिपर प्रस्तुत किया था। अब शोधकर्ता संपीड़ित गैस के भंडारण को रोबोट के भीतर लाने और अधिक जैव-विघटनीय सामग्री खोजने पर काम करना चाहते हैं।

3D प्रिंटिंग और सॉफ्ट रोबोटिक्स से जुड़ी कंपनियाँ

घरों और व्यवसायों में रोबोट का उपयोग बढ़ने के साथ 3D प्रिंटिंग और रोबोटिक्स पर काम करने वाली कंपनियों में भी रुचि है। इस क्षेत्र की एक कंपनी 3D Systems है।

3D Systems Corporation

कैलिफोर्निया स्थित 3D Systems Corporation (DDD ) की स्थापना 1986 में हुई थी। कंपनी ने व्यावसायिक ग्राहकों के लिए 3D प्रिंटिंग तकनीक विकसित की और एयरोस्पेस, वाहन, स्वास्थ्य तथा उद्योगों में प्रोटोटाइप बनाने में भूमिका निभाई।

कंपनी रोबोटिक्स सहित कई क्षेत्रों में एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग पर काम करती है। 2023 में उसने लगभग 48.8 करोड़ डॉलर का राजस्व दर्ज किया और उस समय उसके 1,925 से अधिक कर्मचारी थे। उसने बसों के लिए स्थानीय स्तर पर स्पेयर पार्ट प्रिंट करने हेतु Daimler Buses के साथ साझेदारी भी की।

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बिना इलेक्ट्रॉनिक्स वाले 3D-प्रिंटेड रोबोट का भविष्य

डेस्कटॉप 3D प्रिंटर से काम करने वाला रोबोट बनाना सॉफ्ट रोबोटिक्स में एक कदम आगे है। इलेक्ट्रॉनिक पुर्जों की जरूरत घटने से कम लागत वाली ऐसी मशीनों पर शोध संभव होता है जो सामान्य रोबोट के लिए कठिन वातावरण में काम कर सकें। आपदा राहत और अंतरिक्ष अन्वेषण जैसे उपयोग अभी संभावनाएँ हैं; वास्तविक उपयोग के लिए आगे परीक्षण और विकास जरूरी है।

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संदर्भित अध्ययन:

^{1. Zhai, Y., Yan, J., De Boer, A., Faber, M., Gupta, R., & Tolley, M. T. (2025). स्वायत्त चलने वाले रोबोटों की मोनोलिथिक डेस्कटॉप डिजिटल फैब्रिकेशन. Advanced Intelligent Systems. https://doi.org/10.1002/aisy.202400876}