हाइड्रोजेल को नियंत्रित करने से आधुनिक रोबोटिक्स की चपलता और बहुमुखी प्रतिभा में वृद्धि हो सकती है

Physical Review Letters में प्रकाशित नए अध्ययन में हाइड्रोजेल के तेजी से फैलने और फिर सिकुड़ने का तंत्र समझाया गया है। शोधकर्ताओं ने इसे समझाने के लिए सतत माध्यम की पोरोलास्टिक, अर्थात छिद्रयुक्त प्रत्यास्थता की, सिद्धांत-आधारित व्याख्या विकसित की। संभावित उपयोगों में लचीले रोबोट शामिल हैं; यह तैयार व्यावसायिक रोबोट का प्रदर्शन नहीं है।

हाइड्रोजेल

हाइड्रोजेल पानी में न घुलने वाले, आपस में जुड़े बहुलक तंतुओं का लचीला जाल होता है। यह बड़ी मात्रा में पानी सोखकर अपने भीतर रख सकता है। कुछ हाइड्रोजेल पीएच, तापमान या अन्य बाहरी उत्तेजनाओं पर पानी छोड़कर सिकुड़ते हैं। उनकी प्रतिक्रिया उनकी संरचना और प्रयुक्त उत्तेजना पर निर्भर करती है।

हाइड्रोजेल मुलायम और लचीले होते हैं। इनके विभिन्न रूप सौंदर्य प्रसाधनों और घावों की ड्रेसिंग जैसे उत्पादों में उपयोग होते हैं। रोबोटिक्स में इन्हें आकार बदलने वाले घटकों के लिए विकसित किया जा सकता है। पानी से भरपूर होने के कारण इन्हें हर प्लास्टिक या रबर से हल्का मानना सही नहीं है।

हाइड्रोजेल से लचीले रोबोटों में सुधार की संभावना

लचीले रोबोट मुड़ने और आकार बदलने वाले पदार्थों से बनाए जाते हैं। विशेष डिजाइन उन्हें संकरी जगहों से गुजरने, नाजुक वस्तुएँ संभालने और दवा पहुँचाने जैसे कार्यों के लिए उपयोगी बना सकते हैं। शोधकर्ताओं के अनुसार, भविष्य में हाइड्रोजेल कुछ रबर-आधारित और द्रवचालित घटकों के विकल्प बन सकते हैं।

कुछ कार्यों में लचीले रोबोट कठोर रोबोटों से लाभ दे सकते हैं। संपर्क के दौरान आकार बदलकर वे दबाव को बड़े क्षेत्र में बाँट सकते हैं और वस्तुओं को अधिक कोमलता से पकड़ सकते हैं। अलग-अलग परिस्थितियों के अनुरूप ढलने की क्षमता भी उपयोगी है, लेकिन कोई एक डिजाइन हर वातावरण के लिए उपयुक्त नहीं होता।

वर्तमान प्रणाली

कई लचीले रोबोट आकार बदलने के लिए द्रवचालित या वायुदाब प्रणालियों का उपयोग करते हैं। इन स्थापित तकनीकों की सीमाएँ विशेष रूप से बहुत छोटे उपकरणों में दिखाई देती हैं। पूरे रोबोटिक्स उद्योग में केवल इन्हीं प्रणालियों का प्रभुत्व नहीं है।

ऐसे रोबोटों में पंप, नलियाँ और दबाव देने की व्यवस्था शामिल करनी पड़ सकती है। इन्हें बहुत छोटे आकार में बनाना कठिन होता है और अतिरिक्त उपकरण भार तथा ऊर्जा की खपत बढ़ा सकते हैं। उत्तेजना पर सीधे आकार बदलने वाले हाइड्रोजेल कुछ डिजाइन में इन आवश्यकताओं को कम कर सकते हैं।

शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि हाइड्रोजेल की नियंत्रित प्रतिक्रिया लचीले रोबोटों की गति और कार्यक्षमता बढ़ा सकती है। कुछ डिजाइन में अलग पंप और नलियों की आवश्यकता घट सकती है। यह हर हाइड्रोजेल रोबोट के हल्का, सरल या अधिक कुशल होने की गारंटी नहीं है।

सूक्ष्म घटना

अध्ययन में हाइड्रोजेल के फैलने और सिकुड़ने के दौरान आयनों तथा बहुलक जाल के सूक्ष्म अंतःक्रियाओं की व्याख्या की गई। सतत पोरोलास्टिक सिद्धांत इन प्रक्रियाओं का गणितीय वर्णन है; यह स्वयं कोई नया रोबोट या सार्वभौमिक रूप से तैयार सूक्ष्म-रोबोटिक समाधान नहीं है।

हाइड्रोजेल अनुसंधान विवरण

पहले के प्रयोगों में पॉलीएक्रिलिक एसिड हाइड्रोजेल की पतली परत का उपयोग किया गया था। अम्ल मिलने पर उसमें संचित आयन मुक्त होते हैं। आयनों की असमान सांद्रता और बहुलक जाल के साथ उनकी अंतःक्रिया परासरणी दबाव तथा पानी के प्रवाह को प्रभावित करती है। इस तंत्र को जेल डिफ्यूज़ियोफोरेसिस कहा गया।

आयनों की सांद्रता का अंतर समाप्त होने पर परासरणी दबाव घटता है और फूला हुआ जेल फिर सिकुड़ता है। अध्ययन में सामान्य पानी सोखने की दर से तेज आकार परिवर्तन को समझाया गया। यह निष्कर्ष अपने आप में पूरे रोबोट की ऊर्जा दक्षता या हर परिस्थिति में सैकड़ों गुना गति सिद्ध नहीं करता।

बढ़ी हुई चपलता

यह तंत्र भविष्य में अधिक फुर्तीले लचीले घटक विकसित करने में मदद कर सकता है। मानव हाथ जैसी कुशलता वाला रोबोटिक हाथ एक संभावित लक्ष्य है, लेकिन उसके लिए नियंत्रण, संवेदक और यांत्रिक डिजाइन में भी प्रगति चाहिए।

बड़े रोबोट

तेजी से आकार बदलने वाले हाइड्रोजेल सेंटीमीटर स्तर के लचीले उपकरणों के विकास में भी उपयोगी हो सकते हैं। इसका अर्थ यह नहीं है कि वर्तमान सभी लचीले रोबोट केवल सूक्ष्म आकार के हैं। छोटे रोबोटों को समूह में काम कराने का विचार एक अलग अनुसंधान दिशा है।

हाइड्रोजेल सॉफ्ट रोबोट के वास्तविक‑विश्व अनुप्रयोग

लचीली पकड़ वाले रोबोट नाजुक फल और अन्य वस्तुएँ संभालने के लिए उपयोगी हैं। स्वास्थ्य-सेवा जैसे क्षेत्रों में कई अन्य उपयोग अभी शोध और विकास के चरण में हैं। कुछ प्रमुख संभावनाएँ नीचे दी गई हैं।

निर्माण

विनिर्माण में मुलायम ग्रिपर कन्वेयर बेल्ट से नाजुक वस्तुएँ उठाने, छाँटने और पैक करने में मदद कर सकते हैं। संवेदक और नियंत्रण सॉफ्टवेयर संपर्क तथा पकड़ का आकलन बेहतर कर सकते हैं, जिससे वस्तुओं को नुकसान पहुँचने का जोखिम घटे।

खोज और बचाव

आपदा स्थलों पर लचीले रोबोट मलबे के बीच संकरी जगहों से गुजरकर लोगों की खोज में सहायता कर सकते हैं। उपयुक्त संवेदकों, संचार उपकरणों और वहन क्षमता के साथ वे जानकारी या छोटी आवश्यक सामग्री पहुँचा सकते हैं। यह कठिन परिस्थितियों में विश्वसनीयता की अतिरिक्त जाँच माँगता है।

अन्वेषण

समुद्री और अंतरिक्ष अन्वेषण में रोबोट ऐसे स्थानों तक पहुँच सकते हैं जहाँ मनुष्यों के लिए जाना कठिन है। लचीले डिजाइन कुछ तंग जगहों और दबाव की परिस्थितियों में लाभ दे सकते हैं, लेकिन केवल लचीला होने से कोई उपकरण हर गहराई या अंतरिक्ष वातावरण के लिए सुरक्षित नहीं हो जाता।

स्वास्थ्य‑सेवा

स्वास्थ्य-सेवा में संभावित उपयोगों में दवा पहुँचाना और शरीर के साथ कोमल संपर्क वाले उपकरण शामिल हैं। जैव-रोबोटिक्स में कुछ प्रायोगिक प्रणालियाँ जीवित ऊतक भी उपयोग करती हैं। बेहतर कृत्रिम अंग और अन्य चिकित्सा उपकरण विकसित हो सकते हैं, लेकिन उनकी सुरक्षा और प्रभावशीलता का अलग मूल्यांकन आवश्यक है।

प्रमुख रोबोटिक्स कंपनियां

रोबोटिक्स में औद्योगिक उपकरण, शल्य प्रणालियाँ और सॉफ्टवेयर स्वचालन जैसे अलग-अलग बाजार शामिल हैं। नीचे दो कंपनियों का उल्लेख है। अध्ययन यह स्थापित नहीं करता कि वे इस हाइड्रोजेल तकनीक का उपयोग कर रही हैं।

1. Intuitive Surgical

ISRG मूल्य चार्ट

Intuitive Surgical (ISRG ) रोबोट-सहायित चिकित्सा प्रणालियाँ बनाती है। इसकी da Vinci प्रणाली शल्य चिकित्सा के लिए और Ion प्रणाली फेफड़ों की ब्रॉन्कोस्कोपी के लिए उपयोग होती है। 2024 में प्रस्तुत da Vinci 5 में वैकल्पिक बल-संवेदक उपकरण सर्जन को ऊतक पर लगने वाले खिंचाव और दबाव का अनुभव दे सकते हैं।

अमेरिका की Intuitive Surgical NASDAQ-100 और S&P 500 सूचकांकों में शामिल है। लेख के ऐतिहासिक संदर्भ में विश्वभर में 8,600 से अधिक da Vinci प्रणालियों की स्थापना का उल्लेख है। कंपनी का बाजार स्थान किसी भी निवेश पोर्टफ़ोलियो के लिए उसके शेयर की उपयुक्तता या लाभ की गारंटी नहीं है।

2. UiPath

PATH मूल्य चार्ट

UiPath (PATH ) रोबोटिक प्रोसेस ऑटोमेशन यानी RPA सॉफ्टवेयर प्रदान करती है। यहाँ रोबोट से आशय कंप्यूटर पर दोहराए जाने वाले कार्य करने वाले सॉफ्टवेयर से है, भौतिक लचीले रोबोट से नहीं। रोमानिया में स्थापित कंपनी बाद में न्यूयॉर्क केंद्रित कारोबार बनी और RPA बाजार की प्रमुख कंपनियों में शामिल हुई।

कंपनी के सॉफ्टवेयर का उद्देश्य उद्यमों के दोहराए जाने वाले कार्यों को स्वचालित करना है। लेख में Canon, EY, VITAL और TQL जैसे ग्राहक तथा Forbes में उल्लेख दिए गए हैं। ग्राहक संबंध और मीडिया कवरेज अपने आप में किसी शेयर का निवेश मूल्य निर्धारित नहीं करते।

सॉफ्ट रोबोटों की समस्याएं

बड़े पैमाने पर उपयोग के लिए लचीले रोबोटों की मजबूती, नियंत्रण और मॉडलिंग में कई चुनौतियाँ हैं। निरंतर आकार परिवर्तन को सटीक रूप से समझना कठिन हो सकता है। UiPath का RPA कारोबार अलग प्रकार का सॉफ्टवेयर स्वचालन है; इस अध्ययन से भविष्य के लचीले रोबोट नियंत्रण में उसकी निश्चित भूमिका साबित नहीं होती।

अनुसंधानकर्ता

अध्ययन के लेखक वर्जीनिया टेक के चिन्मय काटके और सी. नादिर कपलान तथा नीदरलैंड्स के रैडबाउड विश्वविद्यालय के पीटर ए. कोरेवार हैं।

हाइड्रोजेल सॉफ्ट रोबोटों को अधिक उपयोगी बना सकता है

हाइड्रोजेल के तेज और नियंत्रित आकार परिवर्तन को समझना लचीले रोबोटों के विकास में सहायक हो सकता है। कुछ अनुप्रयोगों में इससे रबर-आधारित या दबाव-चालित घटकों के विकल्प मिल सकते हैं। व्यावहारिक उपकरणों के लिए आगे परीक्षण, डिजाइन और नियंत्रण तकनीक की आवश्यकता है।

अन्य रोबोटिक्स परियोजनाओं के बारे में यहाँ जानें।