अर्ध-स्वायत्त सॉफ्ट रोबोट जीवन बचाने के लिए तैयार

जब आप रोबोट के बारे में सोचते हैं, तो आप संभवतः एक कठोर मशीन की कल्पना करते हैं जो कार्यों को पूरा कर सकती है या आपके प्रयासों में आपकी मदद कर सकती है। हालांकि, एक अन्य रोबोट वर्ग लगातार आश्चर्य पैदा कर रहा है और नवाचार को आगे बढ़ा रहा है – सॉफ्ट रोबोट। ये अनोखे उपकरण अपनी आकृति और कार्यों को कई कार्यों के अनुरूप बदल सकते हैं। यहाँ वह सब कुछ है जो आपको जानना चाहिए।

सॉफ्ट रोबोट क्या हैं और वे क्यों गेम-चेंजर हैं?

सॉफ्ट रोबोटिक्स क्षेत्र एक रोमांचक बाजार है जो लगातार बड़े उन्नयन और नवाचार देख रहा है। कई लोग इन उपकरणों को आपदा राहत प्रयासों की कुंजी मानते हैं। इन इकाइयों की मुलायम और समायोज्य प्रकृति उन्हें आवश्यकतानुसार छोटे छेदों और पाइपों से फिसलने की अनुमति देती है, जिससे रोबोट सबसे कठिन स्थानों तक पहुंच सकता है, जो पारंपरिक विकल्पों से संभव नहीं होते।

सॉफ्ट रोबोट लचीले सामग्रियों से निर्मित होते हैं जो आवश्यकतानुसार उनकी संरचना को बदलने और मोड़ने की अनुमति देती हैं। ये उपकरण कई रूपों में आते हैं, कुछ को साँप की तरह पाइपों के भीतर सरकने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जबकि अन्य को मोड़ या गेंद में लुढ़काने के लिए बनाया गया है, जिससे स्थिति की आवश्यकता के अनुसार श्रेष्ठ पहुँच मिलती है।

सॉफ्ट रोबोट विकास को रोकने वाली मुख्य चुनौतियां

सॉफ्ट रोबोट पूर्ण नहीं हैं। उनका अंतर्निहित डिजाइन और सामग्री इन उपकरणों को बनाते समय प्रदर्शन और उन क्षेत्रों में घटकों को रखने के बीच संतुलन बनाते हैं जहाँ वे लचीलापन बाधित नहीं करते। अतीत में, इंजीनियर अपने सॉफ्ट रोबोटिक इलेक्ट्रॉनिक्स की कठोरता को कम करने के लिए उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉनिक्स को सीमित करते थे।

इन सिस्टमों में पाए जाने वाले एकीकृत सेंसर को कम करने से कठोर बोर्ड और सर्वो को समाप्त करने में मदद मिलती है, लेकिन इसका मतलब यह भी है कि ये उपकरण आमतौर पर एकतरफ़ा संचार सिस्टम तक सीमित होते हैं। ये सिस्टम पायलट को कठिन भूभाग में रोबोट को नेविगेट करने में मदद करते हैं।

इस दृष्टिकोण की सीमाओं को पहचानते हुए, कई प्रमुख अनुसंधान संस्थानों के रचनात्मक इंजीनियरों की एक टीम ने एक उन्नत सॉफ्ट रोबोट डिजाइन प्रस्तुत किया है जो कठोरता को कम करता है और समग्र प्रदर्शन को बढ़ाता है।

विचित्र अध्ययन ने अधिक बुद्धिमान, लचीले सॉफ्ट रोबोटों को उजागर किया

वायरलेस, बहु-कार्यात्मक सिस्टम-एकीकृत प्रोग्रामेबल सॉफ्ट रोबोट¹ अध्ययन, जो Nano-Micro Letters में प्रकाशित हुआ, एक नया सॉफ्ट रोबोट अवधारणा प्रस्तुत करता है जो पिछले विकल्पों की तुलना में अधिक सक्षम और किफायती है। रोबोट की उन्नत क्षमताओं के हिस्से के रूप में, टीम ने कई सेंसर जोड़े हैं जो डिवाइस को उसकी वर्तमान स्थिति और परिवेश के आधार पर अर्ध-स्वायत्त निर्णय लेने में सक्षम बनाते हैं।

स्रोत – Jennifer M. McCann

अगली पीढ़ी के सॉफ्ट रोबोटों के डिजाइन के भीतर

नए सॉफ्ट रोबोट डिजाइन के हिस्से के रूप में, टीम ने जमीन से सॉफ्ट रोबोट लेआउट को पुनः निर्मित करके शुरुआत की। उन्होंने महसूस किया कि उन्हें डिवाइस को इस तरह बनाना होगा जो न्यूनतम ऊर्जा खपत के साथ कई रूपों और गति को प्राप्त कर सके। इस कार्य को पूरा करने के लिए, उन्होंने चुंबकीय रूप से प्रतिक्रियाशील सॉफ्ट कंपोज़िट मैट्रिक्स को विकृत बहु-कार्यात्मक इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ एकीकृत किया।

इंजीनियर उन्नत सॉफ्ट रोबोटों में लचीलापन कैसे बनाए रखते हैं

सॉफ्ट रोबोटों को लचीला रखना डिजाइनरों और इंजीनियरों दोनों के लिए एक बड़ा मुद्दा है। हर बार जब आप एक और चिप, सेंसर, बैटरी या सर्वो जोड़ते हैं, तो आप रोबोट के उस भाग की लचीलापन को काफी हद तक सीमित कर देते हैं। परिणामस्वरूप, अधिक सक्षम सॉफ्ट रोबोट आमतौर पर कम लचीले होते हैं क्योंकि उनके मुख्य घटक बिना विफलता के नहीं झुक सकते।

टीम ने आदर्श वायरलेस सर्किट, सेंसर और डिवाइस पर बहस करने में बहुत समय बिताया। इसके बाद, इंजीनियरों को इन डिवाइसों के सर्वोत्तम स्थान निर्धारित करने की जिम्मेदारी मिली जो गति को प्रभावित करेंगे। अंत में, एक विशिष्ट लेआउट पर सहमति बनी जिसमें इलेक्ट्रॉनिक्स को इस तरह व्यवस्थित किया गया कि बॉट पूरी तरह समायोजित हो सके और आवश्यकता पड़ने पर गेंद की तरह लुढ़क सके।

चुंबकीय नियंत्रित गति: ये सॉफ्ट रोबोट कैसे चलते हैं

इंजीनियरों को फिर यह तय करना पड़ा कि रोबोट को अपनी आकृति बदलने की क्षमता कैसे प्रदान की जाए। इस चरण के लिए, उन्होंने कई चुंबकीय यौगिकों की ओर रुख किया। विशेष रूप से, चुंबकीय यौगिकों को संश्लेषित WcMPs को सिलिकॉन इलास्टोमर और क्यूरिंग एजेंट के साथ मिलाकर तैयार किया जाता है।

इसके बाद, एक लेज़र का उपयोग करके चुंबकीय सॉफ्ट कंपोज़िट को पैटर्न किया गया, फिर गर्मी लागू की गई। अगला चरण इंजीनियरों को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र (200 mT) को प्रोग्राम करने की आवश्यकता थी ताकि एम्बेडेड चुंबकीय कणों की दिशा को घुमाया और संरेखित किया जा सके। अंत में, नव निर्मित चुंबकों को ठंडा होने दिया गया।

इन विशेष रूप से निर्मित चुंबकों को कम तापमान पर चरण परिवर्तन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे इंजीनियर सेकंडों में चुंबकीय ध्रुवीयता बदल सकते हैं। क्षेत्र की शक्ति और दिशा को समायोजित करके, टीम रोबोट को विशिष्ट कार्य और आकार देने में सक्षम है। उन्होंने नोट किया कि इस विधि से वे अपने डिवाइस को मोड़, मोड़ना और रेंगना कर सकते हैं।

चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके सॉफ्ट रोबोटों को सटीकता से संचालित करना

प्रयोगशाला ने एक चुंबकीय सामग्री बनाई जो इकाई की लचीली संरचना में एम्बेड की गई। इस क्रिया ने इंजीनियरों को चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके डिवाइस को नियंत्रित करने में सक्षम बनाया। इंजीनियरों ने हाथ में धारण किए गए चुंबकों और इलेक्ट्रोमैग्नेटिक फ़ील्ड जेनरेटरों के माध्यम से क्षेत्र लागू किया।

विशेष रूप से, एक व्यावसायिक स्थायी NdFeB मैग्नेट और एक कस्टमाइज़्ड सिलेंडर इलेक्ट्रोमैग्नेट को बाहरी चुंबकीय क्षेत्र लागू करने का सबसे अच्छा तरीका माना गया। ये उपकरण पर्याप्त बल उत्पन्न करते हैं जिससे चुंबकीय सॉफ्ट रोबोट को चलाया जा सके।

एकीकृत सेंसर जो सॉफ्ट रोबोटों को अर्ध-स्वायत्त बनाते हैं

इस शोध के मूल में पहला अर्ध-स्वायत्त सॉफ्ट रोबोट बनाने की इच्छा थी। ये उपकरण एक सेंसर सूट को एकीकृत करेंगे जो उन्हें पर्यावरण के आधार पर निर्णय लेने में सक्षम बनाता है। उदाहरण के लिए, वे इकाई को तापमान, बाधाओं या समय सीमाओं में बदलाव के प्रति प्रतिक्रिया देने के लिए सेट कर सकते हैं।

सॉफ्ट रोबोट इलेक्ट्रॉनिक्स में चुंबकीय हस्तक्षेप को दूर करना

इंजीनियर जानते थे कि चुंबकों के इंटरपॉइंट से कुछ नई समस्याएँ उत्पन्न होंगी, मुख्यतः हस्तक्षेप। चुंबकीय क्षेत्र मैग्नेट को सक्रिय करने में उत्कृष्ट हैं लेकिन इलेक्ट्रॉनिक हस्तक्षेप के मामले में उतने नहीं। ये चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनिक कार्यों को बाधित कर सकते हैं और अराजकता पैदा कर सकते हैं।

इसलिए, इंजीनियरों ने आदर्श इलेक्ट्रॉनिक्स लेआउट निर्धारित करने में बहुत समय बिताया। उन्होंने हस्तक्षेप स्तर और प्री-फ़ोर्स के आधार पर सर्वोत्तम सेंसर और चिप प्लेसमेंट निर्धारित किया। इस चरण ने सुनिश्चित किया कि सॉफ्ट रोबोट आकार बदलते समय और उसके इलेक्ट्रोमैग्नेटिक गुणों में परिवर्तन होने पर अचानक विफल न हो।

वास्तविक वातावरण में सॉफ्ट रोबोटों की क्षमताओं का परीक्षण

उनकी सॉफ्ट रोबोट क्षमताओं को प्रदर्शित करने के लिए, टीम ने एक छोटा बाधा कोर्स स्थापित किया। छोटा चुंबकीय रूप से संचालित डिवाइस विभिन्न प्रकार के भूभाग और बाधाओं को पार करके यात्रा सफलतापूर्वक पूरी कर सका। प्रकाशित वीडियो में रोबोट को अपनी आकृति और लेआउट बदलते हुए भूभाग को पार करते हुए देखा जा सकता है।

रोबोट पहले एक पाइप में प्रवेश करता है और गेंद का रूप लेता है, जिससे वह जल्दी से बाधा को पार कर सकता है। इसके बाद, वह विभिन्न लेआउट, ऊँचाई और खुरदरापन वाले कई प्रकार के भूभाग का सामना करता है। इन परीक्षणों के दौरान, इंजीनियर स्थिरता और इलेक्ट्रॉनिक प्रदर्शन की निगरानी करने के लिए उत्सुक रहे।

चुंबकीय तनाव के तहत विद्युत घटकों का प्रदर्शन

रोबोट के विद्युत घटकों का भी पूरी तरह से परीक्षण किया गया। इन परीक्षणों ने इलेक्ट्रोमैग्नेटिक हस्तक्षेप के प्रभाव को डिवाइस के महत्वपूर्ण घटकों जैसे इंडक्टर, तापमान, स्ट्रेन, ट्रांज़िस्टर, कैपेसिटर, μ-LED, μ-heater, माइक्रोकंट्रोलर (μC), डायोड और ब्लूटूथ लो-एनर्जी सिस्टम-ऑन-चिप पर मापा।

परिणाम सिद्ध करते हैं कि नया सॉफ्ट रोबोट डिजाइन प्रदर्शन को बढ़ाता है

परीक्षण परिणामों ने सिद्ध किया कि नया सॉफ्ट रोबोट डिजाइन अत्यधिक प्रभावी था और पारंपरिक सॉफ्ट रोबोटिक्स की तुलना में बेहतर प्रदर्शन किया। उन्होंने नोट किया कि बिन-तार वाले इलेक्ट्रॉनिक रोबोट और चुंबकीय रूप से प्रतिक्रियाशील इंजीनियर्ड कंपोज़िट्स ने इंजीनियरों को असाधारण गति और आकार की रेंज हासिल करने में सक्षम बनाया।

रोबोट डिजाइन बहु-मोडल इलेक्ट्रिकल फ़ंक्शन्स के स्थिर और सटीक निष्पादन को बिना किसी यांत्रिक गति के नुकसान के प्रदान करता है। अतिरिक्त रूप से, सेंसरों ने रोबोट को वास्तविक समय में निर्णय लेने में मदद की ताकि वह अपने लक्ष्य को प्राप्त कर सके। इस दृष्टिकोण ने डिवाइस की अनुकूलनशीलता और विभिन्न परिस्थितियों में जटिल कार्य करने की क्षमता को प्रदर्शित किया।

राहत, चिकित्सा और उद्योग में सॉफ्ट रोबोटों के लाभ

इस सॉफ्ट रोबोट अध्ययन के कई लाभ बाजार में लाए गए हैं। सबसे पहले, यह अधिक सक्षम और फुर्तीले उपकरणों के लिए द्वार खोलता है। सर्वो के बजाय मैग्नेट का उपयोग करने से ये इकाइयाँ अधिक लचीली, हल्की और प्रतिक्रियाशील बनती हैं। ये लाभ दर्शाते हैं कि भविष्य में इंजीनियर अपने डिज़ाइन में अधिक नवाचार कर सकते हैं। यह उन्हें आवश्यकताओं के आधार पर अपने डिज़ाइन को ऊपर या नीचे स्केल करने में भी सक्षम बनाता है।

वास्तविक दुनिया में उपयोग के मामलों और सॉफ्ट रोबोटों का भविष्य

आज बाजार में सॉफ्ट रोबोटों के कई अनुप्रयोग हैं। औद्योगिक कार्यों को संभालने से लेकर मनुष्यों के साथ साथ काम करने तक, ये उपकरण कई तरीकों से बाजार को पुनः आकार देंगे। आने वाले वर्षों में सॉफ्ट रोबोटिक्स के लिए यहाँ कुछ सर्वश्रेष्ठ उपयोग केस परिदृश्य प्रस्तुत हैं।

आपदा बचाव

कई विश्लेषकों का मानना है कि सॉफ्ट रोबोट आपदा पुनर्प्राप्ति प्रयासों के लिए सबसे अच्छा समाधान हैं। जब भूकंप या बाढ़ जैसी बड़ी आपदाएँ होती हैं, तो बचाव टीमों को मलबे और विनाश की बड़ी मात्रा से बाधित किया जा सकता है।

सॉफ्ट रोबोट इन परिस्थितियों में आसानी से नेविगेट करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। भविष्य में, उन्हें सेंसरों के साथ सेट किया जा सकता है जो हृदयस्पंदन या अमोनिया सेंसर जैसी तकनीक का उपयोग करके बचे हुए लोगों को खोजने में मदद करेंगे। इन इकाइयों को बड़े पैमाने पर तैनात किया जा सकता है ताकि वे ध्वस्त इमारतों या कठिन जंगलों के माध्यम से धीरे-धीरे आगे बढ़ें जब तक वे जीवन नहीं पाते। इस प्रकार, वे भविष्य में प्रथम प्रतिक्रिया करने वालों के लिए एक मूल्यवान उपकरण बन सकते हैं।

चिकित्सा

सॉफ्ट रोबोटिक्स का चिकित्सा क्षेत्र में एक लंबा और रोचक इतिहास रहा है। ये उपकरण एक दिन आपके लिवर या किडनी जैसी कठिन-लक्षित क्षेत्रों में दवा पहुंचा सकते हैं। ये रोबोट मानव शरीर के जटिल मार्गों को नेविगेट करने और कार्यों को पूरा करने में सक्षम होंगे।

उदाहरण के लिए, एक रोबोट पिल उन्नत सेंसर को एकीकृत करेगा जो पीएच परिवर्तन या स्रोत पर दबाव परिवर्तन जैसे डेटा को ट्रैक कर सके। इंजीनियर एक ऐसा दिन भी कल्पना करते हैं जब आप एक इंजेक्शन प्राप्त कर सकें जिससे रोबोट आपके शरीर में लोड हो सके ताकि हृदय रोगों का उपचार किया जा सके, दवा दी जा सके, या महत्वपूर्ण विवरणों की निगरानी की जा सके।

औद्योगिक सहायता

भविष्य के कारखानों में सॉफ्ट रोबोट हर जगह होंगे। उनके कठोर समकक्षों के विपरीत, सॉफ्ट रोबोट मनुष्यों के पास बिना चोट के जोखिम बढ़ाए काम कर सकते हैं। पहले ही वैज्ञानिक एक सेंसर-आधारित प्रतिक्रिया प्रणाली पर काम कर रहे हैं जो इन इकाइयों को सहकर्मियों से टकराने पर मानव की तरह प्रतिक्रिया करने, पीछे हटने और चोट को रोकने में सक्षम बनाती है।

सॉफ्ट रोबोट नवाचार के पीछे के इंजीनियरों से मिलें

इस शोध में कई प्रमुख शैक्षणिक संस्थानों के प्रतिभागी शामिल थे। विशेष रूप से, पेन स्टेट के इंजीनियरों ने अन्य संस्थानों के शोधकर्ताओं की टीम के साथ मिलकर अध्ययन का नेतृत्व किया।

रिपोर्ट में Sungkeun Han, Jeong-Woong Shin, Joong Hoon Lee, Bowen Li, Gwan-Jin Ko, Tae-Min Jang, Ankan Dutta, Won Bae Han, Seung Min Yang, Dong-Je Kim, Heeseok Kang, Jun Hyeon Lim, Chan-Hwi Eom, So Jeong Choi, Huanyu Cheng, और Suk-Won Hwang को योगदानकर्ता के रूप में सूचीबद्ध किया गया है। यह भी कहा गया है कि दक्षिण कोरिया की नेशनल रिसर्च फाउंडेशन और कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी ने इस शोध को वित्तपोषित करने में मदद की। (NRC )

सॉफ्ट रोबोटों के लिए अगला क्या है: लघुकरण और चिकित्सा

इंजीनियरों के अनुसार, उनके पास भविष्य में अपने डिवाइस को सुधारने की कई योजनाएँ हैं। वे सिस्टम को और अधिक लघु करने की आशा रखते हैं ताकि इसे बायोमेडिकल उपयोग मामलों के लिए उपयुक्त बनाया जा सके। कल्पना करें एक पिल जो एक रोबोट हो, जो आपके आंतरिक मार्ग और पाचन तंत्र को स्कैन करने के लिए डिज़ाइन किया गया हो। इन सभी विकल्पों और अधिक को टेबल पर रखा गया है।

बायोटेक्नोलॉजी में निवेश

रोबोटिक्स क्षेत्र एक तेज़ी से बढ़ता हुआ सेक्टर है जो युद्ध मशीनों से लेकर माइक्रोस्कोपिक मशीनों तक विस्तृत है जिन्हें आप निगल सकते हैं। इस विविध सेक्टर ने पिछले दशक में उल्लेखनीय निवेश और नवाचार देखा है। इस शोध ने उच्च-प्रदर्शन रोबोटों के परिचय को जन्म दिया है जो अब व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। यहाँ एक कंपनी है जो रोबोटिक्स और बायोटेक में नवाचार को आगे बढ़ाती रहती है।

iRhythm Technologies: एक प्रमुख एआई-चालित कार्डियक मॉनिटरिंग फर्म

जबकि वर्तमान अध्ययन अभी तक व्यावसायिक नहीं हुआ है, iRhythm Technologies जैसी अन्य बायोटेक कंपनियां पहले ही स्वास्थ्य-निगरानी रोबोटिक्स में एआई को एकीकृत करने के वादे को प्रदर्शित कर रही हैं।

iRhythm Technologies (IRTC ) की स्थापना 2006 में हुई और यह डेलावेयर में पंजीकृत है। इसके संस्थापक, उदय एन. कुमार, ने प्रथम प्रतिक्रिया करने वालों को उच्च-स्तरीय हृदयवाहिकीय मॉनिटरिंग सिस्टम प्रदान करने के लिए इस फर्म की स्थापना की। इसका पहला उत्पाद एक सेंसर पैच था जिसने स्वास्थ्य देखभाल क्षेत्र में अपनापन पाया।

आज, iRhythm Technologies उन्नत कार्डियक मॉनिटरिंग डिवाइसों का एक सूट प्रदान करता है। ये इकाइयाँ स्वामित्व वाली कृत्रिम बुद्धिमत्ता और मशीन लर्निंग को मिलाकर एरिद्मिया की पहचान तेज़ी से करती हैं। उल्लेखनीय रूप से, कंपनी अपने उत्पादों और एआई को भविष्य के डिवाइसों में अपने डेटा को एकीकृत करके सुधारती रहती है। जो लोग एक बायोटेक फर्म तक पहुंच चाहते हैं जिसके पास पहले से ही बाजार से मजबूत समर्थन है, उन्हें IRCTC पर विचार करना चाहिए।

iRhythm Technologies पर नवीनतम

क्यों सॉफ्ट रोबोट निकट भविष्य में जीवनरक्षक हो सकते हैं

जब आप इन उपकरणों के उपयोग केस परिदृश्यों और क्षमताओं की जाँच करते हैं, तो यह स्पष्ट हो जाता है कि वे एक ऐसा निच पूरा करते हैं जो पारंपरिक रोबोट कभी नहीं कर सकते। इस प्रकार, इन अनोखे उपकरणों की मांग बढ़ेगी क्योंकि उनकी क्षमताओं को बेहतर समझा जाएगा।

सौभाग्य से, यह नवीनतम अध्ययन इन उपकरणों पर प्रकाश डालने में मदद करता है और अधिक नवाचार के द्वार खोलता है। अभी के लिए, जो भी इन रोबोटों को नाम देने में मदद करना चाहता है, वह अपने सर्वोत्तम विकल्प Cheng को [email protected] पर भेज सकता है।

अन्य शानदार रोबोटिक्स के बारे में यहाँ जानें।

संदर्भित अध्ययन:

^{1. Han, S., Shin, JW., Lee, J.H. et al. Wireless, Multifunctional System-Integrated Programmable Soft Robot. Nano-Micro Lett. 17, 152 (2025). https://doi.org/10.1007/s40820-024-01601-3}