शोधकर्ताओं ने वांछित संरचनाओं में चलने वाले माइक्रोरोबोट्स के संग्रह विकसित किए

मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर इंटेलिजेंट सिस्टम्स (MPI-IS), कॉर्नेल यूनिवर्सिटी और शंघाई जियाओ टोंग यूनिवर्सिटी जैसे विभिन्न संस्थानों के शोधकर्ताओं की एक टीम ने माइक्रोरोबोट्स के संग्रह विकसित किए हैं जो किसी भी वांछित संरचना में चल सकते हैं।

शोध का नेतृत्व MPI-IS से गौरव गार्डी और प्रोफेसर मेटिन सिट्टी, कॉर्नेल से स्टीवन सेरोन और प्रोफेसर किर्स्टिन पीटरसन, और शंघाई जियाओ टोंग यूनिवर्सिटी से प्रोफेसर वेंडोंग वांग ने किया था।

शोध का शीर्षक “माइक्रोरोबोट संग्रह के साथ पुनर्गठित करने योग्य मॉर्फोलॉजी, व्यवहार और कार्य” था और यह नेचर कम्युनिकेशन्स में प्रकाशित हुआ था।

मिनिएचर कणों को पुनर्गठित करना

मिनिएचर कण बहुत जल्दी से झुंड व्यवहार को पुनर्गठित कर सकते हैं। जब वे पानी की सतह पर तैरते हैं, तो माइक्रोरोबोटिक डिस्क सर्कल में चल सकते हैं, नृत्य कर सकते हैं, गैस की तरह फैल सकते हैं, एक साथ इकट्ठा हो सकते हैं या एक सीधी रेखा में बन सकते हैं।

प्रत्येक व्यक्तिगत रोबोट मानव बाल की चौड़ाई से थोड़ा बड़ा होता है, और वे 3D प्रिंटिंग के माध्यम से एक पॉलिमर से बनाए जाते हैं और फिर कोबाल्ट की एक पतली परत से ढके जाते हैं। धातु माइक्रोरोबोट्स को मिनिएचर मैग्नेट बनाने की क्षमता प्रदान करती है, जबकि तार के कुंडल एक चुंबकीय क्षेत्र बनाते हैं जब बिजली उनमें प्रवाहित होती है। यह चुंबकीय क्षेत्र कणों को एक सेंटीमीटर चौड़े पानी के पूल के चारों ओर सटीक रूप से घुमाने में सक्षम बनाता है।

एक प्रभावशाली उदाहरण यह है जब रोबोट एक रेखा बनाते हैं, जिसे शोधकर्ता तब “लिखने” के लिए घुमा सकते हैं पानी में अक्षर।

स्वार्म रोबोटिक्स का विकास प्राकृतिक व्यवहार और स्वार्म पैटर्न से प्रभावित होता है, जैसे कि पक्षियों का एक झुंड। रोबोटिक्स में स्वार्म व्यवहार का कार्यान्वयन हाल ही में बहुत लोकप्रिय हो गया है।

हालांकि, जब एकल कण बहुत छोटा होता है या एक रोबोट केवल 300 माइक्रोमीटर चौड़ा होता है, तो इसे एक अल्गोरिदम से प्रोग्राम नहीं किया जा सकता है। इसके लिए, शोधकर्ताओं को तीन अलग-अलग बलों पर निर्भर रहना पड़ता है। पहला बल चुंबकीय बल है, जो तब होता है जब दो चुंबक विपरीत ध्रुवों के साथ आकर्षित होते हैं या समान ध्रुवों के साथ प्रतिकर्षित होते हैं।

दूसरा बल द्रव पर्यावरण है, या डिस्क के चारों ओर पानी। यह तब देखा जा सकता है जब कण पानी के एक घुमाव में तैरते हैं, जिससे पानी विस्थापित हो जाता है और आसपास के अन्य कणों को बदल देता है। घुमाव की गति और चुंबकत्व यह निर्धारित करते हैं कि कण कैसे परस्पर क्रिया करते हैं।

तीसरा बल तब होता है जब दो कण एक दूसरे के बगल में तैरते हैं, जो अक्सर उन्हें एक दूसरे की ओर खींचता है। पानी की सतह इस तरह से मुड़ी हुई होती है कि वे एक साथ आ जाते हैं।

रोबोट्स को निर्देशित करना

शोधकर्ताओं ने इन तीनों बलों का उपयोग करके दर्जनों माइक्रोरोबोट्स के लिए एक संग्रह और समन्वित गति का पैटर्न बनाया। वैज्ञानिक रोबोट्स को एक पार्कोर के माध्यम से निर्देशित कर सकते हैं और एक दिए गए बाधा के लिए सबसे अच्छी संरचना प्रदर्शित कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, माइक्रोरोबोट एक संकीर्ण मार्ग से गुजरने के लिए एक एकल फ़ाइल में लाइन अप करेंगे।

रोबोट विभिन्न प्रकार के लोकोमोशन मोड और संरचनाओं को प्राप्त कर सकते हैं, जो बाहरी गणना के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। एक अल्गोरिदम को एक चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए प्रोग्राम किया जाता है, या तो घूमने वाला या दोलन करने वाला, और यह रोबोट्स की वांछित गति को ट्रिगर करता है।

गौरव गार्डी MPI-IS में भौतिक बुद्धिमत्ता विभाग में एक पीएचडी छात्र है। वह स्टीवन सेरोन के साथ अध्ययन के प्रमुख लेखक हैं।

“चुंबकीय क्षेत्रों को बदलने के आधार पर, डिस्क अलग तरह से व्यवहार करती हैं,” गौरव गार्डी कहते हैं। “हम एक बल को ट्यून कर रहे हैं और फिर दूसरे तक हमें वांछित गति मिलती है। यदि हम तार के कुंडल में चुंबकीय क्षेत्र को बहुत तेजी से घुमाते हैं, तो पानी को हिलाने वाला बल बहुत मजबूत होता है और डिस्क एक दूसरे से दूर हो जाती हैं। यदि हम बहुत धीरे से घुमाते हैं, तो चीरियो प्रभाव जो कणों को आकर्षित करता है बहुत मजबूत होता है। हमें तीनों के बीच संतुलन खोजने की आवश्यकता है।”

क्षेत्र में शोधकर्ता इन प्रकार के माइक्रोरोबोटिक संग्रह को और भी छोटा बनाने का काम कर रहे हैं।

“हमारी दृष्टि एक ऐसी प्रणाली विकसित करना है जो केवल एक माइक्रोमीटर बड़े कणों से बनी हो,” गार्डी कहते हैं। “इन संग्रहों को मानव शरीर के अंदर जाने और जटिल वातावरण में नेविगेट करने की संभावना है, जहां वे दवाएं वितरित कर सकते हैं, मार्गों को अवरुद्ध या खोल सकते हैं, या एक कठिन-से-पहुंच वाले क्षेत्र को उत्तेजित कर सकते हैं।”

मेटिन सिट्टी भौतिक बुद्धिमत्ता विभाग का नेतृत्व करते हैं।

“रोबोट संग्रह जो लोकोमोशन व्यवहार के बीच मजबूत संक्रमण को प्रदर्शित करते हैं वे बहुत दुर्लभ हैं,” मेटिन सिट्टी कहते हैं। “हालांकि, ऐसे बहुमुखी प्रणाली जटिल वातावरण में संचालित करने के लिए फायदेमंद हैं। हमें यह देखकर बहुत खुशी हुई कि हमने ऐसे मजबूत और मांग पर पुनर्गठित करने योग्य संग्रह विकसित किए हैं। हम अपने शोध को भविष्य के जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों, न्यूनतम आक्रामक उपचार, या पर्यावरणीय उपचार के लिए एक नीलाक्षर के रूप में देखते हैं।”