फ़ोम फ़्लूइडिक्स से लाभान्वित सॉफ़्ट रोबोटिक्स

हार्ड रोबोट्स से सॉफ्ट रोबोट्स की ओर

जब हम रोबोटों के बारे में सोचते हैं, तो या तो हम विशाल और मोटे औद्योगिक रोबोटों या विज्ञान कथा के भविष्यवादी रोबोटों के बारे में सोचते हैं, सभी-धातु वाला डरावना टर्मिनेटर से लेकर अधिक चिकना और सुगम डिज़ाइन वाले iRobot और वास्तविक आधुनिक मानवाकार रोबोट तक।

किसी भी स्थिति में, एक स्थिर तथ्य यह है कि चिकनी धातु और प्लास्टिक सतहों की सर्वव्यापी उपस्थिति है, जिनकी गति पिस्टन, हाइड्रॉलिक और इलेक्ट्रिक मोटरों द्वारा उत्पन्न होती है।

हालांकि, यह रोबोटिक डिज़ाइन कई ऐसे अनुप्रयोगों के लिए सीमित हो सकता है जिनमें अधिक सूक्ष्म दृष्टिकोण की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, वे रोबोट जो मानव शरीर के साथ संपर्क करते हैं, या फल तोड़ने वाले रोबोट, अधिक लचीली सामग्री और कोमल स्पर्श की आवश्यकता रखते हैं ताकि नुकसान न हो।

इस आवश्यकता के जवाब में, सॉफ्ट रोबोटिक्स नामक एक नया क्षेत्र उभर रहा है। यह क्षेत्र नई सामग्रियों का उपयोग करके नरम और लचीले रोबोटिक सिस्टम बनाने की खोज करता है। हमने पहले इस विचार को, विशेष रूप से कैसे 3D प्रिंटिंग सॉफ्ट रोबोट बना सकती है, या कैसे हाइड्रोजेल रोबोटों की चपलता बढ़ा सकता है, पर खोजा था।

A new idea can now be added to this array of soft robotic techniques: फ़ोम फ़्लूइडिक्स.

प्न्यूमैटिक लॉजिक से फ़ोम फ़्लूइडिक्स की ओर

Researchers at the University of Texas studied how foam could be a new material from which to build robots. They discovered that the flow of air through the meshlike structure of open-cell foam can replace electronics, and published their results in a scientific paper titled “नरम खुले-सेल फ़ोम के साथ एम्बेडेड फ़्लूइडिक सेंसरिंग और नियंत्रण”.

The key idea started from studying a scientific field called pneumatic logic circuits. The concept is to replace electronic computation based on electricity by fluctuation of air flows.

Until now, this concept has mostly mimicked the design of electronic circuits. This greatly reduced its potential, as for more complex calculations and sensors, the size and weight of the device would become a problem.

Instead, the Rice University researchers looked to use the pressure differences created by air flowing through the microscopic pores in foam sheets. When adding multiple layers of such foam, they could fine-tune the way the air flows through it. This way, they could perform complex pneumatic computations and control tasks but with a much simpler circuit design than traditional pneumatic logic.

स्रोत: Rice University

एनालॉग बिल्ट-इन सर्किट

A good example is how a section of the robot can respond to pressure. Traditional robotics would need complex electronic sensors, elaborate arms with multiple components to bend, and a battery-powered electric motor or hydraulic system to transmit and regulate the force.

Foam fluidics can instead have the reaction “built-in” the robot arm, bending when under pressure and reacting in proportion to the stimuli, like bending only half when pressed with less force.

स्रोत: Rice University

Achieving it was not without challenges. One was that air density changes with changes in pressure, requiring complex calculations to model the airflow through the foam.

Creating a theoretical model that accurately predicts the airflow and reaction of the foam was one of the most important parts of this research project. Only once this was done could a design with predictable foam fluidics be built.

अनुप्रयोग

क्योंकि फ़ोम फ़्लूइडिक्स इलेक्ट्रॉनिक्स और बैटरियों पर निर्भर नहीं करता, यह पारंपरिक रोबोटिक समाधान की तुलना में बहुत हल्का हो सकता है। यह कपड़ों और वस्त्रों में इसे सम्मिलित करने के लिए उत्कृष्ट है। इसकी मुड़ने और चलने की क्षमता बिना वस्त्रों को नुकसान पहुँचाए या उनकी कठोरता बढ़ाए, मदद करती है।

एक्सोसूट्स

पहला संभावित अनुप्रयोग सीमित गतिशीलता वाले लोगों की मदद करना हो सकता है, चाहे वह विकलांगता या चोट के कारण हो। ऐसे मामलों में मदद के लिए “क्लासिक रोबोटिक्स” पर आधारित एक्सोस्केलेटन का बाजार पहले से ही बढ़ रहा है, जिसे हमने “रोबोटिक्स के माध्यम से स्वतंत्रता और गतिशीलता – कैसे एक्सोसूट्स पार्किंसन रोगियों की मदद कर सकते हैं” में चर्चा की थी।

The same technology could भारी लोड उठाने वाले कार्यों, जैसे गोदाम, फैक्ट्री या सैन्य में, चोटों को कम करने में मदद मिल सकती है.

हम आसानी से कल्पना कर सकते हैं कि फ़ोम फ़्लूइडिक्स-आधारित रोबोटिक्स को ऐसे एक्सोसूट्स में कैसे सम्मिलित किया जा सकता है या यहाँ तक कि कस्टम-डिज़ाइन पैंट, शर्ट आदि के हिस्से के रूप में पूरी तरह बदल दिया जा सकता है, क्योंकि वे पहनने में आसान और अधिक सूक्ष्म होते हैं।

VR / हैप्टिक तकनीक

हैप्टिक सिस्टम एक उत्तेजना के प्रतिक्रिया में स्पर्श की भावना पैदा करते हैं। कुछ समय तक, यह वर्चुअल रियलिटी और अन्य सिमुलेशन सिस्टम की अगली सीमा थी।

Foam fluidics can help create new types of haptic sensors, detecting movement, for example, and converting it into a message on a touch sensor. This could be used, for example, to create more accurate digital replicas of movement in simulations used in training doctors, emergency responders, or other professional training.

स्रोत: Rice University

सॉफ्ट रोबोटिक्स में निवेश

सॉफ्ट रोबोटिक्स संभवतः बढ़ते रोबोटिक्स बाजार का एक बढ़ता हिस्सा होगा, क्योंकि रोबोट धीरे-धीरे फैक्ट्री फ़्लोर से बाहर निकलकर अस्पतालों में रोगी देखभाल, गोदामों में माल की आवाज़ाही, या खेतों और बागों में फलों को चुनने में मदद कर रहे हैं।

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सॉफ्ट रोबोटिक्स कंपनियां

1. Ekso BIONICS

Ekso BIONICS एक्सोस्केलेटन तकनीक में एक अग्रणी है। इसने 2012 में पहला व्यावसायिक मेडिकल पुनर्वास एक्सोस्केलेटन लॉन्च किया। तब से इसे अपने ABI और EVO सूट्स के लिए अनुमोदन मिला है।

जबकि यह कार्य/भारी-ड्यूटी खंड में विस्तार कर रहा है, कंपनी अभी भी मुख्यतः थेरेपी और मेडिकल गतिशीलता पर केंद्रित है।

कंपनी की आय तेजी से बढ़ रही है (+38% वार्षिक 2023 में)।

स्रोत: Ekso

It recently Human Motion and Control (HMC) Business Unit from Parker Hannifin Corporation to add its powered exoskeletons for people with paralysis to its offering.

This could indicate that Ekso has good potential to become a serial acquirer in the exoskeleton sector, growing its offering through a mix of internal R&D and strategic acquisitions.

It also makes it a good candidate to adopt soft robotic and foam fluidics to its future designs, while capitalizing on its early presence in the medical and work exoskeleton markets.

2. Soft Robotics

This company is privately listed and in 2018, ABB Technological Ventures struck a partnership with Soft Robotics to speed up the development of microfluidic computation and soft gripper for robots.

Since Soft Robotics is focused on developing mGripAI, a robot with a soft grip for the food processing industry, combined with a full 3D vision and AI system and using ABB’s IRB360 FlexPicker gripping system.

स्रोत: Soft Robotics

The company’s approach could potentially integrate foam fluidics as well, considering its experience in applying to real-world applications microfluidic technology.

You can also see mGripAI in action in this video.

वर्तमान में, सॉफ्ट एक्ट्यूएटर और ग्रिप्स का मुख्य अनुप्रयोग औद्योगिक प्रक्रियाओं में है, विशेष रूप से खाद्य उद्योग में।

भविष्य में, AI, मशीन विज़न, बैटरी तकनीक, और सॉफ्ट रोबोटिक्स में प्रगति ऐसे रोबोट बनाने की अनुमति देगी जो नर्सों, दुकानदारों, सफाई कर्मचारियों और अन्य कार्यों में मदद कर सकें, जो वर्तमान में लगभग 100% मानव श्रम पर निर्भर हैं।