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

रोबोट निर्माण की दुनिया में, सीधे इस्तेमाल के लिए तैयार मशीनें बनाने का सपना अभी कई साल दूर है, या कम से कम था। कैलिफ़ोर्निया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने हाल ही में एक नई निर्माण विधि और रोबोट डिज़ाइन का विवरण जारी करके बाज़ार को चौंका दिया, जिसके लिए बिजली की ज़रूरत नहीं है और जो प्रिंटर से सीधे इस्तेमाल के लिए तैयार है। यहाँ आपको इसके बारे में जानने की ज़रूरत है। 3D मुद्रित रोबोट।

रोबोट कैसे बनते हैं? आधुनिक रोबोट निर्माण तकनीक की खोज

रोबोट के कई अलग-अलग प्रकार हैं और इन उपकरणों को बनाने के और भी कई तरीके हैं। पारंपरिक रोबोट को असेंबली लाइन पर बनाया जा सकता है और उन्हें असेंबल करने और शुरू करने के लिए कई चरणों की आवश्यकता हो सकती है। उदाहरण के लिए, आप एक निर्माता से बॉडी बनवा सकते हैं, जबकि अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटक, बैटरी, नियंत्रक और अन्य मुख्य घटक बना सकते हैं।

सॉफ्ट रोबोट क्या हैं? लाभ और वास्तविक दुनिया में उपयोग

नरम रोबोट एक अन्य प्रकार की मशीन है जो पारंपरिक रोबोट में पाए जाने वाले कठोर एक्सोस्केलेटन को हटा देती है। इसके बजाय, सॉफ्ट रोबोट सिलिकॉन और डिज़ाइन जैसी वैकल्पिक सामग्रियों का उपयोग करते हैं जो उन्हें अपना आकार बदलने की अनुमति देते हैं। सॉफ्ट रोबोट के मुख्य लाभ यह हैं कि वे हेरफेर का समर्थन करते हैं, जटिल वातावरण को पार कर सकते हैं, और मनुष्यों के साथ सुरक्षित बातचीत प्रदान कर सकते हैं।

फ्लूइडिक सर्किट वाले 3डी प्रिंटिंग सॉफ्ट रोबोट में प्रगति

सॉफ्ट रोबोट की मांग के कारण विनिर्माण प्रक्रियाओं में कई सुधार हुए हैं। 3D प्रिंटिंग में हालिया सफलताओं ने इंजीनियरों को ऐसे सॉफ्ट रोबोट डिज़ाइन करने में सक्षम बनाया है जो एक ही बार में अधिक सक्षम होते हैं। आज की सबसे उन्नत सॉफ्ट रोबोट निर्माण विधियाँ सॉफ्ट रोबोट की जटिलता को कम करती हैं।

इस कार्य को पूरा करने के लिए, न्यूमेटिक सर्किट का उपयोग किया जाता है जो गैर-रेखीय सामग्री प्रतिक्रियाओं का लाभ उठाते हैं। द्रव नियंत्रण सर्किट का उपयोग इंजीनियरों को एक ही स्थान पर अधिक उपकरणों का निर्माण करने में सक्षम बनाता है। उल्लेखनीय रूप से, इस परियोजना के इंजीनियरों ने अन्य कार्यों में भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाई, जिसमें एम्बेडेड कंट्रोल सर्किट के साथ 3D-प्रिंटेड रोबोट ग्रिपर और क्रॉलर बनाना शामिल है।

3डी प्रिंटिंग और सॉफ्ट रोबोट को असेंबल करने में चुनौतियां

सॉफ्ट रोबोटिक्स निर्माण क्षेत्र अभी भी कई समस्याओं का सामना कर रहा है। एक तो, कास्ट मोल्डिंग सिस्टम पुर्जों के निर्माण की अनुमति देता है, लेकिन इकाइयों को नियंत्रित करने के लिए अभी भी अतिरिक्त घटकों की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, यह महंगा, श्रम-गहन है, और अधिकांश लोगों के लिए आसानी से उपलब्ध नहीं है।

कई मामलों में, नियंत्रित हरकत के किसी भी रूप को प्राप्त करने के लिए पंप, वाल्व और अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स की एक जटिल प्रणाली को तारों के माध्यम से एक अलग बोर्ड पर बॉडी से जोड़ा जाना चाहिए। बूट को बांधे रखने की आवश्यकता इसके लाभों को समाप्त कर देती है और इसकी सॉफ्ट रोबोट क्षमताओं को सीमित कर देती है, जैसे कि तंग जगहों या वातावरण में नेविगेट करना।

नए अध्ययन में पूरी तरह से 3डी-प्रिंटेड, इलेक्ट्रॉनिक्स-मुक्त चलने वाले रोबोट का खुलासा हुआ

द स्टडी "स्वायत्त चलने वाले रोबोटों का मोनोलिथिक डेस्कटॉप डिजिटल निर्माण, "¹ एडवांस्ड इंटेलिजेंट सिस्टम्स जर्नल में प्रकाशित इस रिपोर्ट में बताया गया है कि कैसे इंजीनियरों ने एक पूरी तरह से 3डी-प्रिंटेड, इलेक्ट्रॉनिक्स-मुक्त, छह-पैर वाला रोबोट विकसित किया है जो प्रिंटिंग के तुरंत बाद चल सकता है। इससे भी अधिक प्रभावशाली तथ्य यह है कि यह उपकरण पूरी तरह से एक निरंतर वायु दबाव स्रोत द्वारा संचालित होता है।

यह अध्ययन कई कारणों से क्रांतिकारी है। सबसे पहले, यह विस्तार से बताता है कि इंजीनियर 3डी प्रिंटिंग बंद वाल्व की चुनौतियों को कैसे पार कर पाते हैं। रिपोर्ट में, टीम ने एयर-पावर्ड फेज डिले वाल्व के माध्यम से सममित दोलन का उपयोग करके प्रिंटर से बाहर रोबोट हरकत को सफलतापूर्वक प्राप्त किया।

डेस्कटॉप 3D प्रिंटर कैसे पूर्णतः कार्यात्मक सॉफ्ट रोबोट को सक्षम बनाते हैं

उल्लेखनीय रूप से, इंजीनियरों ने जटिल ज्यामिति वाले ऐसे सॉफ्ट कंपोनेंट बनाने के लिए एक तैयार, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध 3D डेस्कटॉप प्रिंटर का इस्तेमाल किया, जिसमें न्यूनतम मानव श्रम की आवश्यकता होती है। इंजीनियरों ने कई सामग्रियों पर शोध किया। उन्होंने BASF कॉर्पोरेशन के कैलिफ़ोर्निया रिसर्च अलायंस (CARA) के माध्यम से उनके साथ साझेदारी भी की ताकि यह परीक्षण किया जा सके कि टीम के छह पैरों वाले रोबोट के फ्रेम, कृत्रिम मांसपेशियों और नियंत्रण प्रणाली को बनाने के लिए कौन सी सामग्रियाँ सबसे उपयुक्त हैं।

स्रोत यूसी सैन डिएगो

3D प्रिंटेड वॉकिंग रोबोट जो प्रिंटर से ही काम करने लगता है

टीम द्वारा मुद्रित यह चलने वाला रोबोट बिना किसी इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के अपने आप चलने में सक्षम है। इसके बजाय, यह संपीड़ित हवा और वाल्वों के एक नेटवर्क पर निर्भर करता है जो दबाव में बदलाव के आधार पर खुलते और बंद होते हैं ताकि इसके छह पैर गति कर सकें। उल्लेखनीय बात यह है कि टीम द्वारा निर्मित यह रोबोट बिना किसी बंधन के, केवल एक संपीड़ित गैस कार्ट्रिज को ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करके, उबड़-खाबड़ ज़मीन पर चल सकता है।

रोबोट पैर

इस ऑफ-द-शेल्फ रोबोट का एक अनूठा पहलू इसका पैर डिजाइन है। छह पैरों को व्यावसायिक रूप से उपलब्ध 3डी-प्रिंटिंग फिलामेंट का उपयोग करके मुद्रित किया गया था। प्रत्येक पैर में नरम, प्रिंट करने योग्य, विरोधी वायवीय एक्ट्यूएटर एकीकृत होते हैं। यह सेटअप प्रत्येक व्यय को चार डिग्री की गति प्रदान करता है। प्रत्येक पैर ऊपर, नीचे, आगे और पीछे की ओर बढ़ सकता है।

चलने की क्रिया बनाने के लिए, पैरों को किसी प्रकार के दबाव वाली हवा या तरल पदार्थ से जोड़ा जाना चाहिए। निरंतर दबाव में, पैरों का एक सेट नीचे झुक जाएगा, शरीर को ऊपर उठाएगा और बॉट को उबड़-खाबड़ इलाके को साफ करने में मदद करेगा। उसी समय, पैरों का दूसरा सेट थोड़ा ऊपर उठेगा। वहां से, पैरों का अंतिम सेट नीचे की ओर और पीछे की ओर झुकता है ताकि आगे की ओर धक्का देने की क्रिया बनाई जा सके। इससे आगे के पैर नीचे की ओर झुकते हैं, जिससे एक कदम चक्र पूरा होता है।

सॉफ्ट एक्चुएटर्स

उल्लेखनीय रूप से, यह उपकरण रोबोट के शरीर में एम्बेडेड फ्लुइडिक सर्किट के एकीकरण के कारण इस कार्य को पूरा कर सकता है। इन उपकरणों को प्रिंट करना आपकी कल्पना से कहीं अधिक कठिन था। इंजीनियरों को एक्ट्यूएटर, वाल्व और सेंसर जैसे इन एयरटाइट घटकों को प्रिंट करने के लिए सबसे अच्छी विधि निर्धारित करने में काफी प्रयास करना पड़ा।

वायवीय दोलन सर्किट

इस अगली पीढ़ी के सॉफ्ट रोबोट डिज़ाइन के मूल में एक प्रिंट करने योग्य द्रव ऑसिलेटर सर्किट है। यह सर्किट चार चक्रीय आउटपुट दबाव संकेत उत्पन्न करता है, जो महत्वपूर्ण हैं। आश्चर्यजनक रूप से, इंजीनियरों ने इसे केवल एक दबाव इनपुट का उपयोग करके इस कार्य को पूरा करने के लिए बनाया है।

उन्होंने निर्धारित किया कि एक अखंड 3D-प्रिंट करने योग्य चार-चरण बिस्टेबल ऑसिलेटिंग वाल्व सबसे अच्छा समाधान था। उनका कस्टम-निर्मित ऑसिलेटिंग वाल्व एक कार्य चक्र में छह अवस्थाओं को एकीकृत करता है। इस कार्य को पूरा करने के लिए, यह थ्रेसहोल्ड में हेरफेर करने के लिए आंतरिक झिल्ली और वाल्व चैनलों की यांत्रिक गति का उपयोग करता है, जिससे क्रमिक दबाव परिवर्तनों के कारण अवस्था में परिवर्तन होता है।

दबाव सीमा तक पहुँचने पर प्रत्येक वाल्व प्रक्रिया के अगले चरण में वायु प्रवाह को निर्देशित करता है। दिलचस्प बात यह है कि जब टीम से पूछा गया कि यह अवधारणा कैसे सामने आई, तो उन्होंने जवाब दिया कि यह डिज़ाइन शुरुआती लोकोमोटिव स्टीम इंजन से प्रेरित था।

3D-प्रिंटेड रोबोट कितना टिकाऊ है? परीक्षण के नतीजे सामने आए

सॉफ्ट रोबोट का प्रयोगशाला परीक्षण चरण खुली हवा में निगरानी प्रक्रिया से शुरू हुआ। इस चरण में, रोबोट को ऊपर उठाया गया और हवा का दबाव डाला गया। फिर टीम ने रोबोट द्वारा की गई सटीक क्रियाओं को नोट किया और यह भी कि अगर रोबोट ज़मीन पर होता तो वे गति को कैसे प्रभावित करते। हवा में पैरों की हरकतों को रिकॉर्ड करने के बाद, टीम एक अलग चलने का पैटर्न बनाने के लिए डिज़ाइन को समायोजित करने में सक्षम थी।

अगला परीक्षण यह देखना था कि रोबोट केवल वायु दाब पर कैसे काम करता है। टीम ने 16-जी सीओ2 कार्ट्रिज का उपयोग करके रोबोट के इलेक्ट्रॉनिक्स-मुक्त संचालन का परीक्षण किया, जिसमें 20 psi पर सेट एक यांत्रिक नियामक था। उन्होंने पाया कि वे इस सेटअप से लगभग 80 सेकंड का संचालन प्राप्त कर सकते हैं।

आजीवन परीक्षण

इसके बाद, जीवनचक्र के माध्यम से स्थायित्व का परीक्षण किया गया। टीम ने सबसे अधिक विवरण प्राप्त करने के लिए एकल वाल्व के परीक्षण पर ध्यान केंद्रित किया। परीक्षण के भाग के रूप में, निरंतर दबाव लागू किया गया और इसके प्रभावों को दर्ज किया गया। उन्होंने पाया कि ऑसिलेटिंग वाल्व पूरी तरह से विफल होने से पहले 19,809 चक्रों तक काम करता रहा।

3डी-प्रिंटेड रोबोट परीक्षण के परिणाम

प्रयोगशाला परीक्षण से कुछ प्रभावशाली परिणाम सामने आए। एक बात यह है कि टीम द्वारा बनाया गया रोबोट कई तरह के भूभागों पर चल सकता है। रोबोट ने घास, रेत और कई अन्य कठिन भूभागों को सफलतापूर्वक पार किया, जिसमें पानी के नीचे भी शामिल है।

दिलचस्प बात यह है कि रोबोट ने अपने चिकने सतह परीक्षणों के दौरान 85 सेमी प्रति सेकंड की दर से 21 सेकंड में 4 सेमी की दूरी तय की। परीक्षण से पता चला कि पैरों की उठाने की क्रिया ने रोबोट को अपने कदम के पहले क्रम में पर्याप्त लिफ्ट हासिल करने में मदद की, जिससे उसे उबड़-खाबड़ वातावरण में यात्रा करने में मदद मिली।

स्थायित्व परीक्षण से पता चलता है कि उपकरण लगातार तीन दिनों तक बिना रुके काम कर सकते हैं। इसके अतिरिक्त, टीम ने पाया कि डिज़ाइन का मुख्य कमज़ोर बिंदु ऑसिलेटिंग वाल्व में चार झिल्ली हैं। यह खोज कोई बहुत बड़ा आश्चर्य नहीं था क्योंकि ये वे घटक हैं जो सिस्टम के भीतर सबसे अधिक वायु दबाव, बार-बार बल और विक्षेपण को सहन करते हैं।

बिना इलेक्ट्रॉनिक्स के 3D प्रिंटिंग सॉफ्ट रोबोट के लाभ

3D प्रिंटेड रोबोट अध्ययन से कई लाभ मिलते हैं। सबसे पहले, इन उपकरणों को नियमित डेस्कटॉप 3D समाधान का उपयोग करके प्रिंट किया जा सकता है। इस दृष्टिकोण का मतलब है कि ये इकाइयाँ आम व्यक्ति या व्यवसाय के लिए आसानी से सुलभ हैं। वे प्रिंटर से तैयार हैं और उन्हें चालू करने के लिए किसी मानवीय संपर्क या पोस्ट-प्रिंट क्लीन अप की आवश्यकता नहीं है।

इलेक्ट्रॉनिक्स के बिना 3D-प्रिंटेड रोबोट गेम चेंजर क्यों हैं?

निश्चित रूप से इस परियोजना का सबसे बढ़िया पहलू इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता को खत्म करने का निर्णय है। इन बूटों की इलेक्ट्रॉनिक्स के बिना काम करने की क्षमता का मतलब है कि वे ऐसे वातावरण के लिए स्पष्ट समाधान हैं जो इलेक्ट्रॉनिक्स के अनुकूल नहीं हैं।

अंतरिक्ष में या उच्च विकिरण या चुंबकीय स्थानों के आसपास वैज्ञानिक अध्ययन, ऐसे प्रमुख उदाहरण हैं जहाँ ये उपकरण उपयोगी हो सकते हैं। इसके अतिरिक्त, उच्च दबाव की बाधाओं के कारण पानी के नीचे का वातावरण हमेशा पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए परेशानी भरा रहा है।

कम लागत वाली रोबोटिक्स: 3D प्रिंटिंग कैसे रोबोट को सस्ता बना रही है

यह अध्ययन सुपर-कम-लागत वाले रोबोट की छपाई के लिए द्वार खोलता है। टीम के इंजीनियरों द्वारा बनाए गए उपकरण की लागत लगभग 20 डॉलर है। हालांकि यह केवल चलने में सक्षम हो सकता है, लेकिन भविष्य के डिजाइन आपको अपने बिजली बिल या निर्माण लागत को बढ़ाए बिना मुख्य कार्य पूरा करने में मदद कर सकते हैं।

3डी-प्रिंटेड रोबोट: वास्तविक दुनिया में उपयोग और उनसे कब उम्मीद करें

इलेक्ट्रॉनिक्स-मुक्त रोबोट के कई अनुप्रयोग हैं। इन उपकरणों को शत्रुतापूर्ण या खतरनाक क्षेत्रों की महत्वपूर्ण निगरानी करने के लिए भेजा जा सकता है। इस दृष्टिकोण का लाभ यह है कि प्रिंटर को स्थान पर गिराया जा सकता है और रोबोट को साइट पर बनाया जा सकता है। यह रणनीति आसान परिवहन की अनुमति देगी।

सॉफ्ट रोबोट अध्ययन में निहित डेटा से पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक्स विफल होने वाले वातावरण में कम लागत वाली, लचीली इकाइयों की तेजी से तैनाती हो सकती है, जैसे कि मजबूत विकिरण वाले क्षेत्र, आपदा क्षेत्र या यहां तक ​​कि अन्य ग्रह। डिजाइन की सादगी और सामर्थ्य को देखते हुए, व्यावहारिक अनुप्रयोग अगले 3 से 5 वर्षों के भीतर सामने आ सकते हैं।​

इलेक्ट्रॉनिक्स-मुक्त 3D-प्रिंटेड रोबोट के पीछे की टीम से मिलिए

3डी प्रिंटेड रोबोट अध्ययन कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सैन डिएगो में आयोजित किया गया था। मुख्य लेखकों में यिचेन झाई, जियाओ यान और माइकल टी. टॉली शामिल हैं। इस शोधपत्र में अल्बर्ट डी बोअर, मार्टिन फेबर, रोहिणी गुप्ता और BASF कैलिफोर्निया रिसर्च अलायंस को भी काम में योगदान देने के लिए सूचीबद्ध किया गया है। इसके अतिरिक्त, अध्ययन को आंशिक रूप से राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित किया गया था।

उल्लेखनीय रूप से, यह टीम सॉफ्ट रोबोटिक तकनीक के विकास में महत्वपूर्ण रही है। समूह ने 2022 में एक इलेक्ट्रॉनिक्स-मुक्त रोबोटिक ग्रिपर पेश किया। इस अनुभव ने उन्हें इलेक्ट्रॉनिक्स-मुक्त उपकरणों की अगली पीढ़ी बनाने में मदद की। अब, उनका लक्ष्य संपीड़ित गैस भंडारण को आंतरिक रूप से स्थानांतरित करने के तरीके खोजना और अधिक बायोडिग्रेडेबल सामग्रियों पर शोध करना है।

3D प्रिंटिंग और सॉफ्ट रोबोटिक्स को आगे बढ़ाने वाली शीर्ष कंपनियाँ

घरों और व्यवसायों में रोबोट का उपयोग बढ़ रहा है। इसलिए, इस बाज़ार पर कब्ज़ा करने की ज़बरदस्त माँग है। उल्लेखनीय है कि रोबोटिक्स और 3D प्रिंटिंग बाज़ार में कई प्रमुख कंपनियाँ हैं। इन कंपनियों ने अगली पीढ़ी के कार्यशील उपकरण बनाने के लिए अनुसंधान एवं विकास में अरबों डॉलर खर्च किए हैं। यहाँ एक ऐसी कंपनी है जो निरंतर नवाचार और परिणाम दे रही है।

3 डी सिस्टम कॉर्पोरेशन

3 डी सिस्टम कॉर्पोरेशन (DDD ) 1986 में बाजार में प्रवेश किया और कैलिफोर्निया में स्थित है। इसका प्रारंभिक लक्ष्य वाणिज्यिक ग्राहकों को अगली पीढ़ी की 3D प्रिंटिंग सेवाएँ प्रदान करना था। 3D प्रिंटिंग में अग्रणी के रूप में, फर्म एयरोस्पेस, ऑटोमोटिव, हेल्थकेयर, मनोरंजन और औद्योगिक बाजारों के लिए प्रोटोटाइपिंग और अन्य महत्वपूर्ण घटकों में महत्वपूर्ण थी।

आज, 3D सिस्टम रोबोटिक्स में अनुप्रयोगों सहित एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग तकनीकों को आगे बढ़ाने में सबसे आगे है। कंपनी के पास +1,925 कर्मचारी हैं और 488 में इसने $2023M का राजस्व दर्ज किया। इसके अतिरिक्त, कंपनी ने स्थानीय 3D प्रिंटर प्रदान करने के लिए डेमलर बसों के साथ एक रणनीतिक साझेदारी की है जो स्पेयर पार्ट्स बना सकते हैं।

3D सिस्टम्स कार्पोरेशन पर नवीनतम जानकारी

3डी-प्रिंटेड रोबोट

ये प्रगति सॉफ्ट रोबोटिक्स के विकास में एक और कदम आगे बढ़ाती है। इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता को समाप्त करके और डेस्कटॉप 3D प्रिंटर से सीधे पूरी कार्यक्षमता को सक्षम करके, यह शोध उन वातावरणों में सस्ती, लचीली और तैनात करने योग्य मशीनों का मार्ग प्रशस्त करता है जहाँ पारंपरिक रोबोट कम पड़ते हैं। जैसे-जैसे विकास जारी है, संभावित अनुप्रयोग - आपदा राहत से लेकर अंतरिक्ष अन्वेषण तक - विशाल और प्रेरक हैं। इन इंजीनियरों को उनकी कड़ी मेहनत और प्रयासों के लिए एक मजबूत सलाम जो रोबोटिक्स उद्योग के आगे बढ़ने की दिशा बदल सकते हैं।

अन्य बेहतरीन 3D प्रिंटिंग सफलताओं के बारे में जानें अभी.

संदर्भित अध्ययन:

^{1. झाई, वाई., यान, जे., डी बोअर, ए., फेबर, एम., गुप्ता, आर., और टॉली, एमटी (2025)। स्वायत्त चलने वाले रोबोटों का मोनोलिथिक डेस्कटॉप डिजिटल निर्माण. उन्नत बुद्धिमान प्रणालियाँ. https://doi.org/10.1002/aisy.202400876}