स्प्रिंग्स का उपयोग करके रोबोटिक्स में ऊर्जा खपत को कम करना

A research venture funded by the National Science Foundation last week sheds some insight on how springs could make motors more efficient in the future. The अध्ययन was put forth by two mechanical engineers, Erez Krimsky and Steven H. Collins. In their report, they go into detail about the benefits of a spring hybrid motor before revealing a working prototype.  Here’s what you need to know.

स्प्रिंग्स क्यों उत्तर हो सकते हैं

स्प्रिंग्स मोटरों के घिसने या बड़ी ऊर्जा खपत की आवश्यकता जैसी समस्याओं के लिए एक असामान्य समाधान लग सकते हैं। हालांकि, कुछ विशिष्ट विशेषताएँ स्प्रिंग्स को इस कार्य के लिए आदर्श बनाती हैं। सबसे पहले, वे ऊर्जा की आवश्यकता के बिना टॉर्क उत्पन्न कर सकते हैं।

स्प्रिंग्स खिंचाव पर लगभग कोई नुकसान के बिना लोचीय ऊर्जा संग्रहीत कर सकते हैं। इस लोचीय ऊर्जा को सीधे प्रभावी ढंग से यांत्रिक बल में परिवर्तित किया जा सकता है। अतिरिक्त रूप से, स्प्रिंग्स को आवश्यकतानुसार टॉर्क बढ़ाने या घटाने के लिए समायोजित या साथ में उपयोग किया जा सकता है।

सुलझाने के लिए चुनौतियाँ

भूतकाल में कुछ अंतर्ज्ञानी दिमागों ने स्प्रिंग्स की ऊर्जा संग्रहीत करने और परिवर्तित करने की क्षमता को पहचाना था। हालांकि, इन पिछले प्रोजेक्ट्स को सफल बनाने के लिए कुछ विशिष्ट चुनौतियों को पार करना आवश्यक था। सबसे पहले, स्प्रिंग्स को नियंत्रित करना अत्यंत कठिन होता है।

हाँ, यदि आप एक स्प्रिंग को खींचते हैं तो वह वापस उछलती है। समस्या यह है कि ऐसी स्प्रिंग बनाना जो हजारों या लाखों उपयोगों के बाद भी समान गति से वापस उछले। इसलिए, इंजीनियरों को सबसे पहले यह समझना पड़ा कि वे जिन स्प्रिंग्स को एकीकृत करना चाहते हैं, उन्हें कैसे नियंत्रित किया जाए।

नया स्प्रिंग डिज़ाइन

थोड़ी विचार-विमर्श के बाद, उन्होंने तय किया कि एक नया डिज़ाइन आवश्यक है। उन्होंने परियोजना के लिए पूरी तरह नया हल्का लोचीय ऊर्जा-सक्रिय स्प्रिंग सेटअप बनाया। ये स्प्रिंग्स एक लोचीय सामग्री से बनी हैं जो फ्रेम के पार खींची जाती है। जब विद्युत धारा लागू की जाती है, तो स्प्रिंग वापस खींचती है और कस जाती है। इस रणनीति ने डेवलपर्स को चार स्प्रिंग्स को एक साथ स्टैक करने की अनुमति दी।

कई स्प्रिंग्स के उपयोग से मोटर में अतिरिक्त टॉर्क और नियंत्रण विकल्प जुड़ते हैं। उपयोगकर्ता शक्ति की आवश्यकता बढ़ने पर एक या कई स्प्रिंग्स को सक्रिय कर सकते हैं। इस दृष्टिकोण ने उन्हें अपने मोटर का एक छोटा संस्करण बनाने में सक्षम बनाया, जिसे भविष्य में वाणिज्यिक और रोबोटिक अनुप्रयोगों में उपयोग किया जा सकता है।

प्रोटोटाइप – रीसाइक्लिंग एक्ट्यूएटर

पैरेलल-इलेस्टिक एक्ट्यूएटर मोटर का आधिकारिक प्रोटोटाइप पहले ही परीक्षण चरणों में है। यह छोटा मोटर चार इलेक्ट्रोस्टैटिक स्प्रिंग्स को समानांतर रूप से एकीकृत करता है। यह संरचना मोटर को स्प्रिंग्स का उपयोग करके कार्यभार को कम करने, शक्ति बढ़ाने और यांत्रिक घिसाव को घटाने में सक्षम बनाती है।

परीक्षण परिणाम आशाजनक दिखाते हैं

रिपोर्ट ने प्रोटोटाइप से कुछ प्रभावशाली परीक्षण परिणाम दिखाए। डेवलपर्स ने एक्ट्यूएटर को कई चक्रीय परीक्षण मामलों में डाला ताकि स्प्रिंग्स के उपकरण पर प्रभाव को मापा जा सके। शुरुआत से ही स्पष्ट था कि स्प्रिंग्स ने दक्षता में उल्लेखनीय सुधार किया।

और भी रोचक यह है कि डेवलपर्स ने पाया कि स्प्रिंग्स मोटर पर गियरबॉक्स की तरह कार्य करती हैं, जिससे आप अधिक टॉर्क पाने के लिए गियर बदल सकते हैं। पारंपरिक गियरबॉक्सों के विपरीत, जिन्हें टॉर्क बदलने के लिए मैकेनिकल क्लच की आवश्यकता होती है, यह सेटअप आवश्यकतानुसार सक्रिय होने वाले इलेक्ट्रिक क्लच को सहजता से एकीकृत करता है।

इलेक्ट्रोएडहेसिव क्लचेज़

स्प्रिंग्स को तनाव के साथ लॉक रखने के लिए इलेक्ट्रोएडहेसिव क्लचों की जोड़ी का उपयोग एक प्रमुख नवाचार था। इन क्लचों को वजन कम करने के लिए यथासंभव पतला बनाया गया था। वे डाइइलेक्ट्रिक-कोटेड हैं और बिना चार्ज के कोई घर्षण नहीं उत्पन्न करते। उल्लेखनीय रूप से, जब वोल्टेज लागू किया जाता है तो क्लच स्थान पर लॉक हो जाते हैं।

इस प्रकार के इलेक्ट्रिक क्लच को न्यूनतम शक्ति की आवश्यकता होती है और यह लगभग त्वरित प्रतिक्रिया प्रदान करता है। इसके अलावा, वे मैकेनिकल विकल्पों की तुलना में उच्च दक्षता प्रदान करते हैं और सस्ते में निर्मित किए जा सकते हैं। ये कारक दर्शाते हैं कि इलेक्ट्रोस्टैटिक स्प्रिंग मोटर्स में उनका उपयोग सामान्य बन सकता है।

स्प्रिंग मोटर्स बाजार में लाए गए लाभ

इस प्रकार के मोटर कई लाभ बाजार में लाते हैं। सबसे पहले, यह बाजार के एक बड़े सेक्टर में दक्षता को बढ़ाता है। ये उपकरण ऊर्जा-कुशल और सतत होने के लिए बनाए गए हैं। अतिरिक्त रूप से, उनका हल्का डिज़ाइन परिवहन या संचालन के लिए बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता रखता है।

मोटर घिसाव को कम करना

इस प्रकार के मोटर का एक और प्रमुख लाभ यह है कि यह घिसाव को कम करता है। आज के मोटर अपने यांत्रिक आंदोलनों के सभी पहलुओं को संभालने के लिए जिम्मेदार होते हैं। इसका मतलब है कि असेंबली लाइन पर किसी वस्तु को स्टैम्प करने वाला मोटर स्टैम्प करने और कार्रवाई के बाद स्टैम्प को उठाने के लिए अपनी ऊर्जा का उपयोग करता है।

इसी रोबोट की कल्पना करें, लेकिन इस बार उसे केवल नीचे स्टैम्प करना है। फिर स्प्रिंग्स सक्रिय होकर प्लेट को वापस ऊपर उठाते हैं। इस प्रकार की स्प्रिंग एकीकरण मोटर घिसाव को काफी हद तक कम कर सकती है क्योंकि यह उसके संचालन चक्र का आधा भाग समाप्त कर देती है। यह थर्मल घिसाव को भी घटाता है। गर्म मोटर कम कुशलता से चलते हैं और टूटने की अधिक संभावना रखते हैं।

सैद्धांतिक रूप से, स्प्रिंग-चालित मोटर अपने पूरी तरह मैकेनिकल समकक्षों की तुलना में दो गुना अधिक समय तक चल सकते हैं। उन्हें संचालन के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होगी और उन्हें ले जाना या चलते-फिरते उपयोग करना आसान होगा। ये कारक अधिक शोधकर्ताओं को इस क्षेत्र में गहराई से अध्ययन करने के लिए प्रेरित करते रहते हैं।

बहु-उपयोगिता

शोधकर्ताओं के स्प्रिंग मोटर ने बहु-उपयोगिता साबित की। मैकेनिकल सेटअप प्रत्येक स्प्रिंग को आवश्यकतानुसार व्यक्तिगत रूप से सक्रिय और निष्क्रिय करने की सुविधा देता है। यह संरचना सूक्ष्म नियंत्रण भी प्रदान करती है और ऊर्जा हानि को समाप्त करती है।

जैसे-जैसे रोबोटिक्स का विस्तार हो रहा है, सूक्ष्म मोटर कौशल वाले इकाइयों की निरंतर मांग है। आश्चर्यजनक रूप से, एक ऐसा रोबोट ढूँढना आसान है जो कार उठा सके, बनिस्बत उस रोबोट के जो बिना टूटे अंडा उठा सके। स्प्रिंग एक्ट्यूएटर मोटर इस खोज में वह गायब कड़ी हो सकते हैं क्योंकि वे इंजीनियरों को आवश्यकतानुसार सटीक सूक्ष्म दबाव लागू करने की अनुमति देते हैं, बिना वजन बढ़ाए।

उच्च ऊर्जा दक्षता

मोटरों के संचालन चक्र को कम करने के लिए स्प्रिंग्स का उपयोग समझ में आता है और डेटा इसे सिद्ध करता है। शोधकर्ता रिपोर्ट दर्शाती है कि उनके मोटर ने औसतन ऊर्जा खपत को 50% तक घटाया। अध्ययन ने दिखाया कि कार्य के अनुसार शक्ति बचत 97% तक हो सकती है। इस प्रकार, इन मोटरों के बारे में बहुत चर्चा है कि वे एक दिन उपकरणों को पहले से अधिक दूरी तक चलाने और अधिक समय तक संचालन करने में सक्षम बनाएंगे।

ऊर्जा को कुशलता से संग्रहीत करें

एक और बड़ा लाभ यह है कि इंजीनियर लोचीय ऊर्जा पुनर्प्राप्ति को बैटरियों को शक्ति देने के लिए एकीकृत कर सकते हैं। स्प्रिंग्स को मैकेनिकल बैटरी के रूप में या पारंपरिक बैटरियों के साथ मिलाकर भंडारण और रूपांतरण दक्षता को बढ़ाने के लिए उपयोग किया जा सकता है। कम शक्ति वाले क्लचों का इंजीनियरों द्वारा उपयोग इस तकनीक के भविष्य की बैटरियों को शक्ति देने के एक उदाहरण है।

बाजार पर प्रभाव

यह नवीनतम विकास उन विभिन्न बाजारों को बदलने की क्षमता रखता है जो रोबोट्स पर निर्भर हैं या उनकी निर्भरता बढ़ रही है। स्प्रिंग मोटर कम-ऊर्जा रोबोटिक सिस्टम बनाने में मदद कर सकते हैं जो बिना चार्ज के लंबे कार्य दिवस संभाल सकें।

तकनीकी क्रांति पहले ही यहाँ है और दैनिक रोबोट्स मानवों से अधिक दैनिक कार्यों को संभाल रहे हैं। जैसे-जैसे ये उपकरण अपने परिवेश के प्रति जागरूक होते हैं, क्षमताएँ जोड़ते हैं, और मानवों के साथ सहज संवाद करना सीखते हैं, कम-शक्ति मोटरों की मांग घातीय रूप से बढ़ेगी।

उत्पादन

उत्पादन और औद्योगिक क्षेत्रों ने दशकों से कम-शक्ति रोबोट्स की तलाश की है। बड़े कंपनियों ने पहले ही अपने रोबोटिक बुनियादी ढाँचे में अरबों निवेश किए हैं। इन शुरुआती रोबोट्स ने उन्हें अरबों बचाए, लेकिन उनके डिज़ाइन के कारण बहुत ऊर्जा और रखरखाव की आवश्यकता थी।

रोबोट्स की अगली पीढ़ी का संचालन कम लागत वाला, अधिक स्मार्ट, और कम रखरखाव वाला होगा। ये उपकरण पहले ही उन्नत एआई सिस्टमों का उपयोग करके बाजार में प्रवेश कर रहे हैं। भविष्य में, स्प्रिंग मोटर निर्माताओं को उनके खर्च को आधा करने में मदद कर सकते हैं, साथ ही उनके उत्पादों की गुणवत्ता में सुधार कर सकते हैं।

स्वास्थ्य देखभाल

जब आप रोबोटिक्स के बारे में सोचते हैं, तो स्वास्थ्य देखभाल पहली उद्योग नहीं हो सकती है जो दिमाग में आती है। रोबोटिक स्वास्थ्य देखभाल एकीकरण दशकों से चल रहा है और यह नवीनतम विकास इसे हाइपरड्राइव में ले जाने में मदद कर सकता है। स्प्रिंग मोटर की हल्की और टिकाऊ प्रकृति एक दिन प्रॉस्थेटिक या एक्सोस्केलेटन को अधिक सुलभ बना सकती है।

Robots are already सहायता people with disabilities enjoy more fulfilling lives. Making these devices lighter and more efficient opens the door for new people to gain help. Notably, there are already a variety of interesting healthcare projects underway that combine robots and healthcare to improve lives.

AI कुंजी हो सकता है

मोटर कार्यभार को कम करने के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक स्प्रिंग्स का उपयोग वास्तव में स्थायी रोबोट बनाने की दिशा में एक बड़ा कदम है। इस समीकरण का दूसरा पहलू इन उपकरणों में उपयोग किए गए सामग्री की सीमाओं और क्षमताओं को निर्धारित करना है। AI इस यात्रा में एक अमूल्य उपकरण साबित हुआ है।

इसने नई डिज़ाइनों को विकसित और कॉन्फ़िगर करने, वर्चुअल रूप से परिदृश्यों का परीक्षण करने, और डीप लर्निंग एल्गोरिदम को प्रोग्राम करने में मदद की है। साथ मिलकर इन विकासों ने AI रोबोटिक्स को अगली सीमा बनाने में मदद की है।

रोबोटिक्स बाजार गति में

केवल एक नज़र से पता चलता है कि रोबोटिक्स सेक्टर तकनीक में सबसे गर्म बाजारों में से एक है। बड़े कंपनियों से लेकर जो इन उपकरणों को लागू करके संचालन लागत घटाना चाहते हैं, और स्टार्टअप्स जो तकनीक की सीमाओं को आगे बढ़ा रहे हैं, कई प्रोजेक्ट्स हैं जिन्हें देखना चाहिए। यहाँ कुछ रोबोटिक्स कंपनियों की सूची है जिन पर नज़र रखनी चाहिए।

1. ABB Ltd

ABB Ltd. (ABBN.SW ) (ABB ) की स्थापना 1988 में हुई थी और इसका संचालन स्विट्ज़रलैंड में है। कंपनी का रोबोटिक विभाग दशकों से बाजार में अग्रणी रहा है। ABB रोबोट्स पूरे विश्व में पाए जाते हैं। निर्माता ने अब तक +500K इकाइयाँ उत्पादन और शिप की हैं।

ABB विश्व स्तर पर शीर्ष प्रदर्शन करने वाले निर्माताओं में से एक है। कंपनी के पास +11K विशेषज्ञ कार्यरत हैं और यह 53 से अधिक देशों में संचालन करती है। आज भी, यह एक अग्रणी शक्ति है जो औद्योगिक साझेदारों को रोबोटिक समाधान की विस्तृत श्रृंखला प्रदान करती है।

2. KUKA

KUKA एक जर्मन रोबोटिक्स निर्माता है जिसे 2016 में चीनी Midea Group ने खरीदा था। कंपनी पूर्ण स्वचालन और केंद्रीकृत नियंत्रण विकल्पों सहित बुद्धिमान रोबोटिक समाधान प्रदान करती है। KUKA नवाचार के लिए एक प्रेरक शक्ति बनी हुई है और सरल रोबोट्स से लेकर संपूर्ण सिस्टम तक के समाधान प्रदान करती है।

KUKA के पास +14k रोबोटिक विशेषज्ञ कार्यरत हैं और यह वार्षिक +3.2B की बिक्री करता है। गुणवत्ता और नवाचार के प्रति इसकी प्रतिबद्धता ने इसे रोबोटिक्स बाजार में सबसे पहचानने योग्य नामों में से एक बना दिया है। इस समूह से वृद्धि की उम्मीद करें क्योंकि यह उपभोक्ता मांग को पूरा करने के लिए अपने संचालन का विस्तार कर रहा है।

3. HoneyBee Robotics

HoneyBee Robotics रक्षा और अंतरिक्ष अन्वेषण क्षेत्रों में एक प्रमुख खिलाड़ी है। प्रभावशाली रूप से, समूह ने अतीत में कई बार NASA के साथ काम किया है। अतिरिक्त रूप से, यह वर्तमान में शोधकर्ताओं के साथ मिलकर रोबोटिक खनन सिस्टम बना रहा है जो कम गुरुत्वाकर्षण वाले वातावरण में और अधिक में काम कर सकते हैं।

HoneyBee के बुद्धिमान खुदाई सिस्टम पहले से ही अंतरराष्ट्रीय स्तर पर उपयोग में हैं। ये उत्पाद बड़े क्षेत्र में वास्तविक समय में ड्रिलिंग और नमूना परीक्षण करना आसान बनाते हैं। कंपनी रक्षा रोबोट भी बनाती है जो मैदान में सैनिकों की मदद के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

स्टार्टअप्स सीमाओं को आगे बढ़ा रहे हैं

रोबोटिक्स सेक्टर में कई विकास बाजार में प्रवेश कर रहे बढ़ते स्टार्टअप्स की संख्या से आते हैं। ये फर्में अपनी रचनात्मक रणनीतियों और व्यापार मॉडल के माध्यम से रोबोटिक अनुभव को नई ऊँचाइयों तक ले जाना चाहती हैं।

OutRider

गर्म गर्मी के दिन अपने लॉन को काटना एक यातना जैसा लग सकता है, विशेषकर यदि आपका बगीचा निरंतर रखरखाव की आवश्यकता रखता हो ताकि वह स्वीकार्य दिखे। OutRider इस समस्या को बुद्धिमान लैंडस्केपिंग रोबोट्स के परिचय से हल करता है।

ये उपकरण वास्तविक समय में साइट संरचना बनाते हैं, जिससे वे जटिल चालें कर सकते हैं। वे बड़े कामों को तेज़ी से पूरा करने के लिए एक साथ भी काम कर सकते हैं। जो लोग अपनी विशाल संपत्तियों या व्यवसायों को बनाए रखने में हजारों खर्च करते हैं, उन्हें ये उच्च-क्षमता वाले रोबोटिक लैंडस्केप समाधान समझ में आएंगे।

रोबोट्स कार्रवाई में कूदते हैं

यह देखना रोचक है कि स्प्रिंग्स के उपयोग की अवधारणा रोबोटिक्स को आगे बढ़ाने के सबसे अच्छे तरीकों में से एक के रूप में फिर से उभरी है। ये सिस्टम इंजीनियरिंग भावना को समेटते हैं और लाखों लोगों के जीवन को आसान बना सकते हैं। इन कारणों से, आपको इन शोधकर्ताओं और उनके साथ मिलकर कम-शक्ति रोबोट्स को वास्तविकता बनाने वाले सभी लोगों को बधाई देनी चाहिए।