तीन-आयामी मुद्रण तकनीक में नए युग की शुरुआत, जो एक ही चरण में रोबोट बनाती है

यूसीएलए के इंजीनियरों की एक टीम ने एक नई तीन-आयामी मुद्रण तकनीक और डिज़ाइन रणनीति विकसित की है जो रोबोटों को एक ही चरण में बनाने में सक्षम बनाती है।

नई अध्ययन, जो दिखाता है कि रोबोट कैसे निर्मित किए जा सकते हैं और चल सकते हैं, मैन्यूवर कर सकते हैं और कूद सकते हैं, विज्ञान में प्रकाशित हुआ है।

तीन-आयामी मुद्रण प्रक्रिया में नए युग की शुरुआत

नई तकनीक में इंजीनियर्ड एक्टिव मटेरियल्स के साथ तीन-आयामी मुद्रण प्रक्रिया शामिल है, जो ‘मेटामटेरियल्स’ कहलाते हैं। यह रोबोट के संचालन के लिए आवश्यक पूरे यांत्रिक और इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम को एक ही समय में बनाने में सक्षम बनाता है। ‘मेटा-बॉट’ के तीन-आयामी मुद्रण के बाद, यह गति, प्रणोदन, संवेदन, और निर्णय लेने में सक्षम हो जाता है।

मुद्रित सामग्री एक आंतरिक नेटवर्क से बनी होती है जो स्वयं को संवेदनशील, चलती, और संरचनात्मक तत्वों से बनी होती है जो प्रोग्रामिंग के बाद स्वयं को चलाने में सक्षम होती हैं। चूंकि यह आंतरिक नेटवर्क एक ही स्थान पर एकत्रित होता है, इसलिए केवल एक बाहरी घटक – छोटी बैटरी का उत्पादन करना बाकी है जो रोबोट को शक्ति प्रदान करेगी।

एक्सियाओयू (रेन) झेंग इस अध्ययन के मुख्य अन्वेषक हैं और यूसीएलए सैमुएली स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में सिविल और पर्यावरण इंजीनियरिंग, साथ ही मैकेनिकल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर हैं।

“हमें लगता है कि यह डिज़ाइन और मुद्रण पद्धति स्मार्ट रोबोटिक सामग्री को वास्तविक बनाने में मदद करेगी जो वर्तमान जटिल असेंबली प्रक्रिया को बदल देगी जो रोबोट बनाने के लिए आवश्यक है,” झेंग ने कहा। “जटिल गति, कई संवेदन मोड, और प्रोग्राममैटिक निर्णय लेने की क्षमता के साथ, यह एक जैविक प्रणाली के समान है जिसमें तंत्रिकाएं, हड्डियां और टेंडन मिलकर नियंत्रित गति को निष्पादित करने के लिए काम करते हैं।”

संभावित अनुप्रयोग

टीम ने एक ऑन-बोर्ड बैटरी और कंट्रोलर को एकीकृत किया है ताकि पूरी तरह से स्वायत्त तीन-आयामी मुद्रित रोबोट बनाए जा सकें। प्रत्येक रोबोट का आकार एक उंगली के नाखून के बराबर है, और झेंग के अनुसार, यह नई विधि जैव चिकित्सा रोबोटों के लिए नए डिज़ाइन का मार्ग प्रशस्त कर सकती है। एक जैव चिकित्सा रोबोट जो स्वतंत्र रूप से रक्त वाहिकाओं के पास तैर सकता है और शरीर में लक्ष्य साइटों पर दवाएं वितरित कर सकता है।

तीन-आयामी मुद्रित बॉट्स का एक अन्य अनुप्रयोग उन्हें खतरनाक वातावरण में भेजना है, जैसे कि एक ढही हुई इमारत, जहां उनमें से एक झुंड तंग स्थानों में पहुंच सकता है। ये मेटा-बॉट्स तब खतरे के स्तर का मूल्यांकन कर सकते हैं और बचाव प्रयासों में सहायता कर सकते हैं।

यह रोबोटिक्स के क्षेत्र में एक बड़ा突破 है, क्योंकि अधिकांश वर्तमान रोबोटों को बनाने के लिए जटिल निर्माण चरणों की एक श्रृंखला की आवश्यकता होती है। यह प्रक्रिया भारी, भारी और कमजोर रोबोटों का परिणाम है।

नई विधि विकसित करने के लिए, टीम ने जटिल लेटिस मटेरियल्स के एक वर्ग पर भरोसा किया जो एक विद्युत क्षेत्र के प्रति प्रतिक्रिया में आकार और दिशा बदल सकते हैं। वे शारीरिक बलों के परिणामस्वरूप एक विद्युत चार्ज भी उत्पन्न कर सकते हैं।

नई रोबोटिक सामग्री विकसित करना

टीम द्वारा विकसित रोबोटिक सामग्री केवल एक पेनी के आकार की होती है और संरचनात्मक तत्वों से बनी होती है जो उन्हें उच्च गति से मोड़ सकती है, घुमा सकती है, फैला सकती है, संकुचित कर सकती है, या घुमा सकती है।

इसके अलावा, टीम ने एक पद्धति जारी की है जिसका उपयोग रोबोटिक सामग्री को डिज़ाइन करने के लिए किया जा सकता है, जिससे उपयोगकर्ता अपने स्वयं के मॉडल बना सकते हैं।

हाउचेन कुई इस अध्ययन के प्रमुख लेखक हैं और झेंग की एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग और मेटामटेरियल्स लैब में यूसीएलए के एक पोस्टडॉक्टरल विद्वान हैं।

“यह एक्ट्यूएटिंग तत्वों को विभिन्न प्रकार के इलाकों पर तेज, जटिल और विस्तारित गति के लिए सटीक रूप से व्यवस्थित करने की अनुमति देता है,” कुई ने कहा। “दो-तरफ़ा पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव के साथ, रोबोटिक सामग्री अपने विकृतियों को स्वयं महसूस कर सकती है, इको और अल्ट्रासाउंड उत्सर्जन के माध्यम से बाधाओं का पता लगा सकती है, और बाहरी उत्तेजनाओं के प्रति प्रतिक्रिया दे सकती है जो एक फीडबैक नियंत्रण लूप के माध्यम से रोबोट की गति को निर्धारित करती है, जो तेजी से आगे बढ़ती है और लक्ष्य की ओर बढ़ती है।”

टीम ने विभिन्न क्षमताओं का प्रदर्शन करने वाले तीन अलग-अलग मेटा-बॉट्स का निर्माण किया:

1. मेटा-बॉट जो एस-आकार के कोनों और यादृच्छिक रूप से रखे हुए बाधाओं के चारों ओर नेविगेट करता है
2. मेटा-बॉट जो संपर्क प्रभाव के प्रति प्रतिक्रिया में बच निकलता है
3. मेटा-बॉट जो खुरदरे इलाकों पर चलता है और छोटी छलांग लगाता है

यह नई तीन-आयामी मुद्रण तकनीक रोबोटिक्स के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगी, जो ऐसे रोबोटों के निर्माण को बहुत अधिक कुशल बनाने में मदद करेगी।

इस नए शोध में डेशेंग याओ, रयान हेंस्ले, झेंगपेंग शू और हाओटियन लू, जो स्नातक छात्र हैं; एरियल कैल्डेरन, एक पोस्टडॉक्टरल विद्वान; झेंग वांग, विकास इंजीनियरिंग एसोसिएट; शेयडा डावरिया, वर्जीनिया टेक में एक शोध सहयोगी; पैट्रिक मेर्सियर, यूसी सैन डिएगो में इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर; और पाब्लो ताराज़ागा, टेक्सास एएंडएम विश्वविद्यालय में यांत्रिक इंजीनियरिंग के प्रोफेसर शामिल हैं।