सॉफ्ट रोबोटिक्स में स्थायित्व का पioneering: एक हरित भविष्य के लिए जैविक कृत्रिम मांसपेशियां

स्टुटगार्ट, जर्मनी में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर इंटेलिजेंट सिस्टम्स (MPI-IS), लिंज, ऑस्ट्रिया में जोहानेस केपलर यूनिवर्सिटी (JKU), और बोल्डर, यूएसए में कोलोराडो विश्वविद्यालय (CU बोल्डर) के शोधकर्ताओं की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने सॉफ्ट रोबोटिक्स में स्थायित्व को आगे बढ़ाया है।

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

सीयू बोल्डर से एक विजिटिंग वैज्ञानिक और एमपीआई-आईएस में रोबोटिक मैटेरियल्स विभाग में सह-पहले लेखक एलेन रमले ने सॉफ्ट रोबोटिक्स में स्थायी सामग्री के महत्व पर जोर दिया:

“जैविक 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 जहरीले पदार्थों के हेरफेर के लिए। उत्पाद जीवन के अंत में भूमिगत में जमा होने के बजाय, भविष्य के रोबोट भविष्य के पौधों के विकास के लिए खाद बन सकते हैं।”

जैविक HASEL कृत्रिम मांसपेशियों का विकास

शोधकर्ताओं ने एक विद्युत चालित कृत्रिम मांसपेशी बनाई जिसे HASEL (हाइड्रोलिक रूप से बढ़ाया स्व-उपचार विद्युत स्टैटिक एक्ट्यूएटर) कहा जाता है। HASEL तेल से भरे प्लास्टिक की थैलियां हैं जो आंशिक रूप से इलेक्ट्रोड के एक जोड़े से ढकी होती हैं। जब इलेक्ट्रोड जोड़े के 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 प्रवास 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 उच्च विद्युत तनाव को बनाए रख सके जो चार्ज इलेक्ट्रोड द्वारा उत्पन्न होते हैं।

एक प्रमुख चुनौती एक संचालन, नरम और पूरी तरह से जैविक इलेक्ट्रोड विकसित करना था। जेक्यू के शोधकर्ताओं ने जेलाटिन और नमक के मिश्रण का एक नुस्खा तैयार किया जो सीधे HASEL एक्ट्यूएटर पर डाला जा सकता था।

डेविड प्रेनिंगर, इस परियोजना के सह-पहले लेखक और जेक्यू में सॉफ्ट मैटर फिजिक्स डिवीजन में एक वैज्ञानिक, समझाते हैं:

“यह महत्वपूर्ण था कि हम इन उच्च प्रदर्शन अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त इलेक्ट्रोड बनाएं, लेकिन तैयारी रणनीति और आसानी से उपलब्ध घटकों के साथ।”

छवि स्रोत: मैक्स प्लैंक संस्थान

विद्युत प्रदर्शन और जैविक प्लास्टिक

अगली बाधा जैविक प्लास्टिक की पहचान करना था। इंजीनियर आमतौर पर अपघटन दर और यांत्रिक शक्ति जैसे कारकों पर 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 जेलाटिन इलेक्ट्रोड के साथ अच्छी सामग्री संगतता और पर्याप्त विद्युत इन्सुलेशन दिखाया।

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

एलेन रमले अपने शोध के प्रभाव पर विस्तार से बताती हैं:

“इस नए सामग्री प्रणाली के उत्कृष्ट प्रदर्शन को दिखाकर, हम रोबोटिक्स समुदाय को जैविक सामग्री को रोबोट बनाने के लिए एक व्यवहार्य सामग्री विकल्प के रूप में विचार करने के लिए प्रोत्साहित कर रहे हैं। यह तथ्य कि हमने जैव-प्लास्टिक के साथ इतने अच्छे परिणाम प्राप्त किए, शायद अन्य सामग्री वैज्ञानिकों को भी प्रेरित करेगा जो विद्युत प्रदर्शन में अनुकूलन के साथ नई सामग्री बनाने के लिए।”

भविष्य के दृष्टिकोण और अनुप्रयोग

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

जैविक नरम रोबोटों के संभावित अनुप्रयोग अपशिष्ट संग्रह और चिकित्सा ऑपरेशन से परे हैं। ये रोबोट पर्यावरणीय निगरानी, कृषि, और यहां तक कि उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स में भी उपयोग किए जा सकते हैं, जो भूमिगत पर दबाव को कम करते हैं और एक परिपत्र अर्थव्यवस्था में योगदान करते हैं।

जैसा कि शोध जारी है, टीम जैविक 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 नई प्रौद्योगिकियों को विकसित करने का लक्ष्य रखते हैं जो स्थायी सॉफ्ट रोबोटिक्स के क्षेत्र को आगे बढ़ाएंगी। शोधकर्ता विभिन्न उद्योगों में जैविक सामग्री को अपनाने के लिए प्रोत्साहित करना चाहते हैं, जिससे प्रौद्योगिकी विकास में एक अधिक पर्यावरणीय दृष्टिकोण को बढ़ावा मिलेगा।

इस अंतरराष्ट्रीय शोध टीम का ग्राउंडब्रेकिंग काम सॉफ्ट रोबोटिक्स के लिए एक अधिक स्थायी भविष्य की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम का प्रतिनिधित्व करता है। जैविक कृत्रिम मांसपेशियों की व्यवहार्यता और प्रदर्शन को प्रदर्शित 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।