अल्ट्रा-पावरफुल रोबोट मेंटिस श्रिम्प के मूवमेंट की नकल करता है

हार्वर्ड विश्वविद्यालय के जॉन ए पॉलसन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग एंड एप्लाइड साइंसेज में रोबोटिस्टों, इंजीनियरों और जीवविज्ञानियों की एक अंतःविषय टीम ने एक नया रोबोट विकसित किया है जो मेंटिस झींगा के पंच की नकल कर सकता है। इन प्राणियों के पास अपने क्लब जैसे उपांगों के कारण सबसे मजबूत पंच होते हैं जो बंदूक से निकलने वाली गोली से भी तेज गति से बढ़ते हैं। जीवविज्ञानी लंबे समय से यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि मेंटिस झींगा इन अल्ट्रा-फास्ट आंदोलनों का उत्पादन कैसे करता है, लेकिन नई उच्च गति इमेजिंग प्रगति नई रोशनी डाल रही है।

में प्रकाशित किया गया था नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज की कार्यवाही. 

रॉबर्ट वुड हार्वर्ड जॉन ए पॉलसन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग एंड एप्लाइड साइंसेज (एसईएएस) में इंजीनियरिंग और एप्लाइड साइंसेज के हैरी लुईस और मैरीलन मैकग्राथ प्रोफेसर हैं। वह पेपर के वरिष्ठ लेखक भी हैं। 

वुड ने कहा, "हम प्रकृति में देखे जाने वाले कई उल्लेखनीय व्यवहारों से रोमांचित हैं, खासकर जब ये व्यवहार मानव-निर्मित उपकरणों द्वारा प्राप्त किए जा सकने वाले व्यवहार से मिलते हैं या उससे अधिक हो जाते हैं।" उदाहरण के लिए, मेंटिस झींगा के हमलों की गति और शक्ति एक जटिल अंतर्निहित तंत्र का परिणाम है। मेंटिस झींगा के हड़ताली उपांग के एक रोबोटिक मॉडल का निर्माण करके, हम इन तंत्रों का अभूतपूर्व विस्तार से अध्ययन करने में सक्षम हैं।

छोटे जीवों के बीच लैचिंग तंत्र

मेंढक और गिरगिट जैसे छोटे जीव अल्ट्रा-फास्ट गति उत्पन्न करने के लिए एक लैचिंग तंत्र की रिहाई पर भरोसा करते हैं। वे लोचदार ऊर्जा को संग्रहित करते हैं और उस लैचिंग तंत्र के माध्यम से इसे तेजी से छोड़ते हैं। मेंटिस झींगा के विशिष्ट मामले में, स्केलेराइट्स नामक दो छोटी संरचनाएं मांसपेशियों के टेंडन में अंतर्निहित होती हैं और ये उपांग की कुंडी के रूप में कार्य करती हैं। 

मेंटिस झींगा और अन्य समान जीवों के बीच ध्यान देने योग्य अंतरों में से एक यह है कि जब स्केलेराइट्स मेंटिस झींगा के उपांग में खुलते हैं तो पहले वाले में देरी होती है। 

नाक-सेउंग ह्यून एसईएएस में पोस्टडॉक्टरल फेलो और पेपर के सह-प्रथम लेखक हैं।

ह्यून ने कहा, "जब आप अल्ट्रा-हाई-स्पीड कैमरे पर स्ट्राइकिंग प्रक्रिया को देखते हैं, तो स्क्लेराइट्स रिलीज होने और उपांग में आग लगने के बीच समय की देरी होती है।" “यह ऐसा है जैसे कि एक चूहे ने चूहेदानी को चालू किया हो, लेकिन इसके तुरंत टूटने के बजाय, इसके टूटने से पहले ध्यान देने योग्य देरी हुई। स्पष्ट रूप से उपांग को अपनी जगह पर रखने के लिए एक और तंत्र है, लेकिन कोई भी विश्लेषणात्मक रूप से यह समझने में सक्षम नहीं है कि अन्य तंत्र कैसे काम करता है।

एम्मा स्टीनहार्ट एसईएएस में स्नातक छात्रा हैं और पेपर की पहली लेखिका हैं। 

"हम जानते हैं कि मेंटिस झींगा में अन्य क्रस्टेशियंस की तुलना में विशेष मांसपेशियां नहीं होती हैं, इसलिए सवाल यह है कि अगर उनकी मांसपेशियां तेज गति पैदा नहीं कर रही हैं, तो एक यांत्रिक तंत्र होना चाहिए जो उच्च त्वरण पैदा करता है," स्टीनहार्ट ने कहा।

जब स्क्लेराइट्स अनलैचिंग शुरू करते हैं, तो जीवविज्ञानी मानते हैं कि उपांग की ज्यामिति द्वितीयक लैच के रूप में कार्य करती है। यह हाथ की गति को नियंत्रित करने में मदद करता है जबकि यह ऊर्जा संग्रहीत करना जारी रखता है। हालाँकि, यह सिर्फ एक अप्रीक्षित सिद्धांत है। 

झींगा-स्केल रोबोट का विकास

टीम ने भौतिक, रोबोटिक मॉडल के निर्माण से पहले सिस्टम के लिंकेज यांत्रिकी का अध्ययन करके इस परिकल्पना का परीक्षण किया। रोबोट बनाने के बाद, टीम ने आंदोलन का एक गणितीय मॉडल विकसित किया और मेंटिस स्ट्राइक के चार अलग-अलग चरणों को मैप किया। उन्होंने कुंडीदार स्क्लेराइट से शुरुआत की और उपांग की हड़ताल के साथ समाप्त किया। 

शोधकर्ताओं ने पाया कि स्क्लेराइट्स के खुलने के बाद, तंत्र की ज्यामिति अपने स्थान पर आ जाती है और उपांग को तब तक बनाए रखती है जब तक कि वह कुंडी खुलने से पहले एक अति-केंद्रित बिंदु तक नहीं पहुंच जाता। 

स्टीनहार्ट ने कहा, "यह प्रक्रिया संग्रहीत लोचदार ऊर्जा की रिहाई को नियंत्रित करती है और वास्तव में सिस्टम के यांत्रिक आउटपुट को बढ़ाती है।" "ज्यामितीय लैचिंग प्रक्रिया से पता चलता है कि कैसे जीव घूंसे की तरह इन छोटी अवधि की गतिविधियों में अत्यधिक उच्च त्वरण उत्पन्न करते हैं।"

इस प्रक्रिया की नकल 1.5-ग्राम, झींगा-स्केल रोबोट में की गई थी। मेंटिस झींगा हमले की गति तक नहीं पहुंचने के बावजूद, रोबोट ने हवा में 26 मीटर प्रति सेकंड की प्रभावशाली गति का प्रदर्शन किया। इस त्वरण दर का मतलब है कि डिवाइस समान पैमाने पर किसी भी समान डिवाइस से तेज़ है। 

शेला पटेक सह-लेखक और ड्यूक विश्वविद्यालय में जीव विज्ञान की प्रोफेसर हैं

पाटेक ने कहा, "यह अध्ययन इस बात का उदाहरण देता है कि कैसे अंतःविषय सहयोग कई क्षेत्रों के लिए खोजों को जन्म दे सकता है।" “भौतिक मॉडल बनाने और गणितीय मॉडल विकसित करने की प्रक्रिया ने हमें मेंटिस श्रिंप स्ट्राइक मैकेनिक्स की हमारी समझ को फिर से देखने और अधिक व्यापक रूप से यह पता लगाने के लिए प्रेरित किया कि कैसे जीव और सिंथेटिक सिस्टम अल्ट्रा-फास्ट, बार-बार चरम ऊर्जा प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए ज्यामिति का उपयोग कर सकते हैं -उपयोग, हलचलें।"

भौतिक और विश्लेषणात्मक मॉडलों के संयोजन से, जीवविज्ञानी और रोबोटिस्ट इस बात की गहरी समझ हासिल करेंगे कि कुछ जीव कैसे असाधारण कार्य करते हैं। 

शोध के अन्य सह-लेखकों में जे-सुंग कोह, ग्रेगरी फ्रीबर्न, मिशेल एच. रोसेन और फातमा ज़ेनेप टेमेल शामिल हैं।