कीट-स्तर के रोबोट उड़ते समय प्रकाश उत्पन्न करते हैं

मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में शोधकर्ताओं की एक टीम ने तितलियों से प्रेरित होकर नरम एक्ट्यूएटर्स बनाए हैं जो उड़ते समय विभिन्न रंगों या पैटर्न में प्रकाश उत्पन्न कर सकते हैं। कृत्रिम मांसपेशियां रोबोट के पंखों को नियंत्रित करती हैं और उड़ान मोड में होने पर वे रोशन हो जाती हैं। यह नया दृष्टिकोण उड़ते रोबोटों को ट्रैक करने और उन्हें संवाद करने में मदद करने का एक नवाचारी तरीका प्रदान करता है।

नई अनुसंधान आईईईई रोबोटिक्स और ऑटोमेशन लेटर्स में प्रकाशित की गई है।

इलेक्ट्रोलुमिनेसेंट सॉफ्ट आर्टिफिशियल मांसपेशियों का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, रोबोट एक खोज और बचाव मिशन में भूमिका निभा सकते हैं, जहां वे बचे हुए लोगों को खोज सकते हैं और अन्य रोबोटों को मदद के लिए संकेत दे सकते हैं।

ट्रैकिंग और संचार को सक्षम करना

माइक्रोस्केल रोबोट एक पेपरक्लिप से थोड़ा अधिक वजन करते हैं, और उनकी प्रकाश उत्पन्न करने की क्षमता उन्हें प्रयोगशाला के बाहर स्वतंत्र रूप से उड़ने में मदद कर सकती है। उनके वजन के कारण, माइक्रोबोट्स किसी भी सेंसर को ले जाने में सक्षम नहीं हैं, जिसका अर्थ है कि शोधकर्ताओं को उन्हें बाहरी रूप से संघर्ष करने वाले अवरक्त कैमरों के साथ ट्रैक करना था। हालांकि, टीम ने प्रकाश का उपयोग करके उन्हें ट्रैक करने का एक नया तरीका विकसित किया है और तीन स्मार्टफोन कैमरों का उपयोग किया है।

केविन चेन इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर साइंस (ईईसीएस) विभाग में डी. रीड वेडन, जूनियर असिस्टेंट प्रोफेसर हैं, रिसर्च लेबोरेटरी ऑफ इलेक्ट्रॉनिक्स (आरएलई) में सॉफ्ट एंड माइक्रो रोबोटिक्स लेबोरेटरी के प्रमुख हैं, और पेपर के वरिष्ठ लेखक हैं।

“यदि आप बड़े पैमाने पर रोबोटों के बारे में सोचते हैं, तो वे विभिन्न उपकरणों का उपयोग करके संवाद कर सकते हैं – ब्लूटूथ, वायरलेस, सभी प्रकार की चीजें। लेकिन एक छोटे, शक्ति-सीमित रोबोट के लिए, हमें नए संचार तरीकों के बारे में सोचना होगा। यह बाहरी वातावरण में रोबोटों को उड़ाने की दिशा में एक बड़ा कदम है जहां हमारे पास एक अच्छी तरह से ट्यून किया गया, राज्य-ऑफ-द-आर्ट मोशन ट्रैकिंग सिस्टम नहीं है,” चेन कहते हैं।

माइक्रोरोबोट्स को चमकाना

टीम ने कृत्रिम मांसपेशियों में छोटे इलेक्ट्रोलुमिनेसेंट कणों को एम्बेड किया, जो केवल 2.5 प्रतिशत अधिक वजन जोड़ते हैं और रोबोट के उड़ान प्रदर्शन को प्रभावित नहीं करते हैं।

शोधकर्ताओं के समूह ने पहले एक नई निर्माण तकनीक विकसित की थी जो रोबोट के पंखों को फ्लैप करने वाले सॉफ्ट एक्ट्यूएटर्स बनाती है। वे एलास्टोमर और कार्बन नैनोट्यूब इलेक्ट्रोड्स की अल्ट्राथिन परतों को एक स्टैक में वैकल्पिक करके बनाए जाते हैं और फिर इसे एक स्क्विशी सिलिंडर में रोल किया जाता है। सिलिंडर में एक वोल्टेज लगाने के बाद, इलेक्ट्रोड्स एलास्टोमर को सिकोड़ते हैं, और यह तनाव पंखों को फ्लैप करने का कारण बनता है।

चमकते एक्ट्यूएटर बनाने के लिए, टीम ने एलास्टोमर में इलेक्ट्रोलुमिनेसेंट जिंक सल्फेट कण रखे, लेकिन इसके लिए कुछ काम करना पड़ा।

शोधकर्ताओं ने पहले एक इलेक्ट्रोड बनाना था जो प्रकाश को ब्लॉक नहीं करेगा। उन्होंने इसके लिए उच्च पारदर्शी कार्बन नैनोट्यूब्स का उपयोग किया, जो प्रकाश को गुजरने देते हैं। इन नैनोट्यूब्स के साथ भी, जिंक कणों को रोशन करने के लिए एक बहुत मजबूत और उच्च-आवृत्ति विद्युत क्षेत्र की आवश्यकता थी। इलेक्ट्रोफील्ड जिंक कणों में इलेक्ट्रॉनों को उत्तेजित करता है, जिससे वे उपपरमाण्विक कणों को प्रकाश, या फोटॉन्स को उत्पन्न करते हैं। एक मजबूत विद्युत क्षेत्र को सॉफ्ट एक्ट्यूएटर में उच्च वोल्टेज के साथ बनाया गया था और इसे उच्च आवृत्ति पर रोबोट को चलाने के लिए उपयोग किया गया था। इस प्रक्रिया ने कणों को रोशन करने की अनुमति दी।

“परंपरागत रूप से, इलेक्ट्रोलुमिनेसेंट सामग्री बहुत अधिक ऊर्जा-गहन होती है, लेकिन एक तरह से, हमें इलेक्ट्रोलुमिनेसेंस मुफ्त में मिलता है क्योंकि हम केवल उड़ान के लिए आवश्यक आवृत्ति पर विद्युत क्षेत्र का उपयोग करते हैं। हमें नए एक्ट्यूएशन, नए तार, या कुछ भी नहीं चाहिए। यह केवल लगभग 3 प्रतिशत अधिक ऊर्जा लेता है प्रकाश को चमकाने के लिए,” चेन कहते हैं।

टीम ने सीखा कि जिंक कणों के अतिरिक्त ने एक्ट्यूएटर की गुणवत्ता को कम कर दिया, इसलिए उन्हें केवल शीर्ष एलास्टोमर परत में मिलाया गया था। इसके परिणामस्वरूप एक्ट्यूएटर लगभग 2.5 प्रतिशत भारी हो गया, लेकिन यह प्रकाश को उत्पन्न कर सकता था और उड़ान प्रदर्शन को प्रभावित नहीं करता था।

“हमने इलेक्ट्रोड्स के बीच एलास्टोमर परतों की गुणवत्ता बनाए रखने में बहुत सावधानी बरती। इन कणों को जोड़ना लगभग हमारी एलास्टोमर परत में धूल जोड़ने जैसा था। इसमें कई अलग-अलग दृष्टिकोण और बहुत परीक्षण लेने की आवश्यकता थी, लेकिन हमने एक्ट्यूएटर की गुणवत्ता सुनिश्चित करने का एक तरीका निकाला,” किम कहते हैं।

जिंक कणों के रासायनिक संयोजन को समायोजित करके, प्रकाश का रंग बदला जा सकता है। टीम ने नारंगी, हरे, और नीले कण बनाए, प्रत्येक एक्ट्यूएटर एक ठोस रंग में चमकता है।

टीम ने एक्ट्यूएटर्स को रंगीन और पैटर्न वाले प्रकाश को उत्पन्न करने के लिए भी सक्षम बनाया है जिसमें शीर्ष परत पर एक मास्क रखा जाता है, जिंक कण जोड़े जाते हैं, और फिर एक्ट्यूएटर को ठीक किया जाता है।

मोशन ट्रैकिंग सिस्टम

अगला कदम एक्ट्यूएटर्स के यांत्रिक गुणों का परीक्षण करना और प्रकाश की तीव्रता को मापना था। उन्होंने एक विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए मोशन-ट्रैकिंग सिस्टम के साथ उड़ान परीक्षण चलाए, जिसमें आईफोन कैमरों का उपयोग प्रत्येक इलेक्ट्रोलुमिनेसेंट एक्ट्यूएटर को ट्रैक करने के लिए किया गया था, जो एक सक्रिय मार्कर के रूप में कार्य करता था। कैमरे प्रत्येक प्रकाश रंग का पता लगाने के बाद, एक कंप्यूटर प्रोग्राम रोबोटों की स्थिति को ट्रैक करता है।

“हम ट्रैकिंग परिणाम की गुणवत्ता से बहुत गर्वित हैं, जो राज्य-ऑफ-द-आर्ट की तुलना में है। हम सस्ते हार्डवेयर का उपयोग कर रहे थे, जो इन बड़े मोशन-ट्रैकिंग सिस्टम की तुलना में दस हजार डॉलर से अधिक की लागत से बहुत कम थे, और ट्रैकिंग परिणाम बहुत करीब थे,” चेन कहते हैं।

टीम अब मोशन ट्रैकिंग सिस्टम को उन्नत करने जा रही है ताकि रोबोटों की वास्तविक समय ट्रैकिंग को सक्षम किया जा सके और साथ ही माइक्रोबोट्स को उड़ान के दौरान अपनी रोशनी को चालू और बंद करने में सक्षम बनाने का प्रयास करेगी।