नवाचारी टिकाऊ सॉफ्ट रोबोटिक्स: एक हरित भविष्य के लिए जैव-अपघटनीय कृत्रिम मांसपेशियाँ

मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर इंटेलिजेंट सिस्टम्स (MPI-IS) के स्टुटगार्ट, जर्मनी में एक अंतरराष्ट्रीय शोधकर्ता दल, लिंज, ऑस्ट्रिया में जोहान्स केपलर यूनिवर्सिटी (JKU), और बोल्डर, यूएसए में कोलोराडो विश्वविद्यालय (CU बोल्डर) ने सॉफ्ट रोबोटिक्स में स्थायित्व को प्राथमिकता दी है।

एक साथ, उन्होंने जेलेटिन, तेल और बायोप्लास्टिक्स से बनी पूरी तरह से जैव-अपघटनीय, उच्च-प्रदर्शन वाली कृत्रिम मांसपेशी विकसित की। वैज्ञानिकों ने इस नवाचारी प्रौद्योगिकी की क्षमता को एक रोबोटिक ग्रिपर को एनिमेट करके प्रदर्शित किया, जो विशेष रूप से एकल-उपयोग अनुप्रयोगों जैसे कि अपशिष्ट संग्रह के लिए लाभकारी है। ये कृत्रिम मांसपेशियां नगरपालिका कंपोस्ट बिन में फेंकी जा सकती हैं और निगरानी वाली स्थितियों में छह महीने के भीतर पूरी तरह से जैव-अपघटनीय हो जाती हैं।

CU बोल्डर से MPI-IS में रोबोटिक मैटेरियल्स विभाग में काम करने वाले एक यात्री वैज्ञानिक एलेन रमले और इस पेपर के सह-पहले लेखक, सॉफ्ट रोबोटिक्स में स्थायी सामग्री के महत्व पर जोर देते हैं:

“जैव-अपघटनीय भाग विशेष रूप से एकल-उपयोग अनुप्रयोगों के लिए एक स्थायी समाधान प्रदान कर सकते हैं, जैसे कि चिकित्सा ऑपरेशन, खोज और बचाव मिशन, और हानिकारक पदार्थों के हेरफेर के लिए। उत्पाद जीवन के अंत में लैंडफिल में जमा होने के बजाय, भविष्य के रोबोट भविष्य के पौधों के विकास के लिए खाद बन सकते हैं।”

जैव-अपघटनीय HASEL कृत्रिम मांसपेशियों का विकास

शोधकर्ताओं ने एक विद्युत चालित कृत्रिम मांसपेशी बनाई जिसे HASEL (हाइड्रोलिक रूप से विस्तारित स्व-उपचार इलेक्ट्रोस्टैटिक एक्ट्यूएटर) कहा जाता है। HASEL तेल से भरे प्लास्टिक की थैलियां होती हैं जो आंशिक रूप से इलेक्ट्रोड के एक जोड़े द्वारा आच्छादित होती हैं। जब इलेक्ट्रोड जोड़े के आर-पार एक उच्च वोल्टेज लगाया जाता है, तो विपरीत चार्ज बनते हैं, जो तेल को थैली के इलेक्ट्रोड-मुक्त क्षेत्र में धकेलने वाली एक बल उत्पन्न करते हैं। यह तेल प्रवासन थैली के संकुचन का कारण बनता है, जो एक वास्तविक मांसपेशी के समान है। HASEL को विकृत करने के लिए, प्लास्टिक थैली और तेल के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्री विद्युत इन्सुलेटर होनी चाहिए जो चार्ज किए गए इलेक्ट्रोड द्वारा उत्पन्न उच्च विद्युत तनाव को बनाए रखने में सक्षम हो।

एक प्रमुख चुनौती एक संचालित, नरम और पूरी तरह से जैव-अपघटनीय इलेक्ट्रोड विकसित करना था। JKU के शोधकर्ताओं ने जेलेटिन और नमक के मिश्रण की एक रेसिपी तैयार की जिसे सीधे HASEL एक्ट्यूएटर पर डाला जा सकता था।

JKU के सॉफ्ट मैटर फिजिक्स डिवीजन में एक वैज्ञानिक और इस परियोजना के सह-पहले लेखक डेविड प्रेनिंगर बताते हैं:

“हमें उच्च-प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त इलेक्ट्रोड बनाना महत्वपूर्ण था, लेकिन तैयारी रणनीति और आसानी से उपलब्ध घटकों के साथ।”

इमेज सोर्स: मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट

विद्युत प्रदर्शन और जैव-अपघटनीय प्लास्टिक

अगली बाधा उचित जैव-अपघटनीय प्लास्टिक की पहचान करना था। इंजीनियर आमतौर पर अपघटन दर और यांत्रिक ताकत को विद्युत इन्सुलेशन की तुलना में प्राथमिकता देते हैं, जो HASEL के लिए एक आवश्यकता है जो कई हजार वोल्ट पर काम करता है। हालांकि, कुछ बायोप्लास्टिक्स ने जेलेटिन इलेक्ट्रोड के साथ अच्छी सामग्री संगतता और पर्याप्त विद्युत इन्सुलेशन प्रदर्शित किया।

एक विशिष्ट सामग्री संयोजन ने HASEL को कई हजार वोल्ट पर 100,000 एक्ट्यूएशन चक्रों को बिना विद्युत विफलता या प्रदर्शन हानि के सहन करने की अनुमति दी। ये जैव-अपघटनीय कृत्रिम मांसपेशियां अपने गैर-जैव-अपघटनीय समकक्षों के साथ इलेक्ट्रोमैकेनिकल रूप से प्रतिस्पर्धी हैं, जो कृत्रिम मांसपेशी प्रौद्योगिकी में स्थायित्व को बढ़ावा देती हैं।

एलेन रमले इस शोध के प्रभाव पर विस्तार से बताते हैं:

“इस नए सामग्री प्रणाली के उत्कृष्ट प्रदर्शन को दिखाकर, हम रोबोटिक्स समुदाय को जैव-अपघटनीय सामग्री को रोबोट बनाने के लिए एक व्यवहार्य सामग्री विकल्प के रूप में विचार करने के लिए प्रोत्साहित कर रहे हैं। जैव-प्लास्टिक के साथ इतने अच्छे परिणाम प्राप्त करने की उम्मीद है कि यह अन्य सामग्री वैज्ञानिकों को विद्युत प्रदर्शन में अनुकूलन के साथ नए सामग्री बनाने के लिए प्रेरित करेगा।”

भविष्य के दृष्टिकोण और अनुप्रयोग

जैव-अपघटनीय कृत्रिम मांसपेशियों का विकास रोबोटिक्स के भविष्य के लिए नए दरवाजे खोलता है। रोबोटिक प्रौद्योगिकी में स्थायी सामग्री को एकीकृत करके, वैज्ञानिक रोबोट के पर्यावरणीय प्रभाव को कम कर सकते हैं, विशेष रूप से एकल-उपयोग डिवाइसों के अनुप्रयोगों में। इस शोध की सफलता जैव-अपघटनीय घटकों की खोज और पूरी तरह से पर्यावरण अनुकूल रोबोट के डिजाइन के लिए मार्ग प्रशस्त करती है।

जैव-अपघटनीय सॉफ्ट रोबोट के संभावित अनुप्रयोग अपशिष्ट संग्रह और चिकित्सा ऑपरेशन से परे हैं। ये रोबोट पर्यावरणीय निगरानी, कृषि, और यहां तक कि उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किए जा सकते हैं, जो लैंडफिल पर बोझ को कम करते हैं और एक परिपत्र अर्थव्यवस्था में योगदान करते हैं।

जैसे-जैसे शोध जारी रहता है, टीम जैव-अपघटनीय कृत्रिम मांसपेशियों के निर्माण में उपयोग की जाने वाली सामग्री और प्रक्रियाओं को और परिष्कृत करने की योजना बना रही है। सामग्री विज्ञान और रोबोटिक्स में अन्य विशेषज्ञों के साथ सहयोग करके, वे स्थायी सॉफ्ट रोबोटिक्स के क्षेत्र को आगे बढ़ाने वाली नई प्रौद्योगिकियों का विकास करना चाहते हैं। शोधकर्ता विभिन्न उद्योगों में जैव-अपघटनीय सामग्री को अपनाने के लिए प्रोत्साहित करने की उम्मीद करते हैं, जिससे प्रौद्योगिकी विकास में एक अधिक पर्यावरण-अनुकूल दृष्टिकोण को बढ़ावा मिलेगा।

इस अंतरराष्ट्रीय शोध दल का ग्राउंडब्रेकिंग काम सॉफ्ट रोबोटिक्स के लिए एक अधिक स्थायी भविष्य की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम का प्रतिनिधित्व करता है। जैव-अपघटनीय कृत्रिम मांसपेशियों की व्यवहार्यता और प्रदर्शन का प्रदर्शन करके, वे हरित प्रौद्योगिकी में आगे की प्रगति के लिए मार्ग प्रशस्त कर रहे हैं और रोबोटिक्स समुदाय को अपनी रचनाओं के लिए स्थायी विकल्पों पर विचार करने के लिए प्रेरित कर रहे हैं।