पूरी तरह से अनटेथर्ड सॉफ्ट रोबोट्स के लिए बड़े विकास

हार्वर्ड जॉन ए पॉलसन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग और एप्लाइड साइंसेज (एसईएएस) और कैलटेक के शोधकर्ताओं ने ऑरिगेमी से प्रेरित नए सॉफ्ट रोबोटिक सिस्टम विकसित किए हैं। ये नए सिस्टम बाहरी उत्तेजनाओं के प्रति प्रतिक्रिया में चलते हैं और आकार बदलते हैं। नए विकास हमें पूरी तरह से अनटेथर्ड सॉफ्ट रोबोट्स के करीब लाते हैं। आज हम जिन सॉफ्ट रोबोट्स का उपयोग करते हैं, वे बाहरी शक्ति और नियंत्रण का उपयोग करते हैं। इसके कारण, उन्हें ऑफ-बोर्ड सिस्टम के साथ हार्ड घटकों से जोड़ा जाना चाहिए।

शोध को साइंस रोबोटिक्स में प्रकाशित किया गया था। जेनिफर ए लुईस, एसईएएस में जीव विज्ञान से प्रेरित इंजीनियरिंग के हंसजोर्ग वाईस प्रोफेसर और अध्ययन के सह-लीड लेखक, ने नए विकास के बारे में बात की।

“3डी-प्रिंटेड वस्तुओं के भीतर सक्रिय सामग्री को एकीकृत करने की क्षमता पूरी तरह से नए वर्गों के सॉफ्ट रोबोटिक मैटर के डिजाइन और निर्माण को सक्षम बनाती है,” उन्होंने कहा।

शोधकर्ताओं ने बहुफंक्शनल सॉफ्ट रोबोट बनाने के लिए ऑरिगेमी का एक मॉडल के रूप में उपयोग किया। ऑरिगेमी, क्रमिक मोड़ के माध्यम से, एक ही संरचना में रहते हुए कई आकार और कार्यों में बदलने में सक्षम है। शोध दल ने तरल क्रिस्टल इलास्टोमर का उपयोग किया जो गर्मी के संपर्क में आने पर अपना आकार बदल सकते हैं। टीम ने दो प्रकार के सॉफ्ट हिंज प्राप्त करने के लिए 3डी-प्रिंटिंग का उपयोग किया। वे हिंज तापमान के आधार पर मोड़ते हैं, और उन्हें एक विशिष्ट क्रम में मोड़ने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है।

अरदा कोटिकन एसईएएस और ग्रेजुएट स्कूल ऑफ आर्ट्स एंड साइंसेज में एक स्नातक छात्र हैं और पेपर के सह-पहले लेखक हैं।

“हमारे 3डी-प्रिंटिंग एक्टिव हिंज के तरीके से, हमारे पास तापमान प्रतिक्रिया, हिंज द्वारा लगाए जा सकने वाले टॉर्क की मात्रा, उनके मोड़ कोण और मोड़ दिशा पर पूर्ण प्रोग्रामिंग नियंत्रण है। हमारी निर्माण विधि इन सक्रिय घटकों को अन्य सामग्रियों के साथ एकीकृत करने की सुविधा प्रदान करती है,” उन्होंने कहा।

कॉनर मैकमोहन कैलटेक में एक स्नातक छात्र हैं और पेपर के सह-पहले लेखक भी हैं।

“हिंज का उपयोग करना रोबोटिक फंक्शन को प्रोग्राम करना और नियंत्रित करना आसान बनाता है कि एक रोबोट कैसे आकार बदलेगा। आपको पूरे सॉफ्ट रोबोट के शरीर को बदलने के तरीकों की भविष्यवाणी करने की आवश्यकता नहीं है जो मुश्किल हो सकती है, आपको केवल कुछ छोटे क्षेत्रों को प्रोग्राम करने की आवश्यकता है कि वे तापमान में परिवर्तन के प्रति कैसे प्रतिक्रिया करेंगे,” उन्होंने कहा।

शोधकर्ताओं ने कई सॉफ्ट डिवाइस बनाए। इनमें से एक डिवाइस एक अनटेथर्ड सॉफ्ट रोबोट था जिसे “रोलबॉट” कहा जाता था। यह 8 सेंटीमीटर लंबा और 4 सेंटीमीटर चौड़ा एक समतल शीट के रूप में शुरू होता है। जब यह लगभग 200°C तापमान की गर्म सतह के संपर्क में आता है, तो हिंज का एक सेट मोड़ता है और रोबोट को एक पेंटागोनल पहिया में आकार देता है।

पहिये के प्रत्येक पांच पक्षों पर, अधिक हिंज सेट होते हैं जो गर्म सतह के संपर्क में आने पर मोड़ते हैं।

“मौजूदा कई सॉफ्ट रोबोट्स को बाहरी शक्ति और नियंत्रण प्रणालियों से जुड़ने की आवश्यकता होती है या वे जितना बल लगा सकते हैं उसमें सीमित होते हैं। ये सक्रिय हिंज उपयोगी हैं क्योंकि वे सॉफ्ट रोबोट्स को ऐसे वातावरण में काम करने की अनुमति देते हैं जहां टेथर व्यावहारिक नहीं हैं और वे हिंज के वजन से कई गुना अधिक भारी वस्तुओं को उठा सकते हैं,” मैकमोहन ने कहा।

इस शोध में केवल तापमान प्रतिक्रियाओं पर ध्यान केंद्रित किया गया था। भविष्य में, तरल क्रिस्टल इलास्टोमर का और अधिक अध्ययन किया जाएगा क्योंकि वे प्रकाश, पीएच, आर्द्रता और अन्य बाहरी उत्तेजनाओं पर भी प्रतिक्रिया कर सकते हैं।

“यह काम दिखाता है कि प्रतिक्रियाशील पॉलिमर को एक संरचित यौगिक में कैसे जोड़ा जा सकता है ताकि विभिन्न उत्तेजनाओं के प्रति स्व-नियंत्रण के साथ सामग्री बनाई जा सके। भविष्य में, ऐसी सामग्री को और अधिक जटिल कार्यों को करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है, जो सामग्री और रोबोट्स के बीच की सीमाओं को धुंधला कर देगा,” चियारा डारियो, कैलटेक में मैकेनिकल इंजीनियरिंग और एप्लाइड फिजिक्स के प्रोफेसर और अध्ययन के सह-लीड लेखक ने कहा।

शोध में सह-लेखक एमिली सी डेविडसन, जलीला एम मुहम्मद और रॉबर्ट डी वीक्स शामिल थे। इस काम को आर्मी रिसर्च ऑफिस, हार्वर्ड मैटेरियल्स रिसर्च साइंस एंड इंजीनियरिंग सेंटर के माध्यम से नेशनल साइंस फाउंडेशन और नासा स्पेस टेक्नोलॉजी रिसर्च फेलोशिप द्वारा समर्थित किया गया था।