माइक्रोबायोटिक्स

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जैस्मिन मिनी रोबोट प्रत्येक की चौड़ाई 3 सेमी (1 इंच) से छोटी है

माइक्रोबोटिक्स (या माइक्रोरोबोटिक्स) लघु रोबोटिक्स (यंत्रमानवशास्त्र) का क्षेत्र है, विशेष रूप से 1 मिमी से कम विशिष्ट आयाम वाले मोबाइल रोबोट हैं। इस शब्द का उपयोग माइक्रोमीटर आकार के घटकों के नियंत्रण में सक्षम रोबोटों के लिए भी किया जा सकता है।

इतिहास

20वीं सदी के अंतिम दशक में माइक्रोकंट्रोलर की उपस्थिति और सिलिकॉन पर माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एमईएमएस) की उपस्थिति के कारण माइक्रोबॉट्स का जन्म हुआ, हालांकि कई माइक्रोबॉट्स सेंसर के अलावा यांत्रिक घटकों के लिए सिलिकॉन का उपयोग नहीं करते हैं। ऐसे छोटे रोबोटों का सबसे पहला अनुसंधान और वैचारिक डिजाइन 1970 के दशक की शुरुआत में (तत्कालीन) अमेरिकी खुफिया एजेंसियों के लिए वर्गीकृत अनुसंधान में आयोजित किया गया था। उस समय परिकल्पित अनुप्रयोगों में युद्ध-बंदी बचाव सहायता और इलेक्ट्रॉनिक अवरोधन मिशन शामिल थे। उस समय अंतर्निहित लघुकरण समर्थन प्रौद्योगिकियाँ पूरी तरह से विकसित नहीं हुई थीं,इसलिए गणनाओं और अवधारणा डिजाइन के इस प्रारंभिक सेट से लेकर मूलरूप विकास तक की प्रगति तत्काल नहीं थी।[1] 2008 तक, सबसे छोटे माइक्रोरोबोट स्क्रैच ड्राइव एक्ट्यूएटर का उपयोग करते थे।[2]

वायरलेस कनेक्शन (तार - रहित संपर्क) के विकास, विशेष रूप से वाई-फाई (यानी घरेलू नेटवर्क में) ने माइक्रोबॉट्स की संचार क्षमता में काफी वृद्धि की है, और परिणामस्वरूप, अधिक जटिल कार्यों को करने के लिए अन्य माइक्रोबॉट्स के साथ समन्वय करने की उनकी क्षमता बढ़ गई है। दरअसल, हाल के शोध में माइक्रोबॉट संचार पर ध्यान केंद्रित किया गया है, जिसमें हार्वर्ड विश्वविद्यालय में 1,024-रोबोट झुंड शामिल है जो खुद को विभिन्न आकारों में इकट्ठा करता है;[3] और डीएआरपीए के लिए एसआरआई इंटरनेशनल में माइक्रोबॉट का निर्माण "मैक्रो प्रोडक्ट्स के लिए माइक्रोफैक्ट्री" प्रोग्राम जो हल्के, उच्च शक्ति वाली संरचनाएं बना सकता है।[4][5]

ज़ेनोबॉट्स नामक माइक्रोबॉट्स भी धातु और इलेक्ट्रॉनिक्स के स्थान पर जैविक ऊतकों का उपयोग करके बनाए गए हैं।[6] ज़ेनोबोट्स पारंपरिक माइक्रोबॉट्स की कुछ तकनीकी और पर्यावरणीय जटिलताओं से बचते हैं क्योंकि वे स्व-संचालित, जैव निम्नीकरणीय और जैव अनुकूल हैं।

परिभाषाएँ

जबकि "सूक्ष्म" उपसर्ग का उपयोग व्यक्तिपरक रूप से "अल्प" के अर्थ में किया गया है, लंबाई के पैमाने पर मानकीकरण से भ्रम से बचा जा सकता है। इस प्रकार एक नैनोरोबोट में 1 माइक्रोमीटर या उससे कम के विशिष्ट आयाम होंगे, या 1 से 1000 एनएम आकार सीमा पर घटकों में परिपथता किया जाएगा। एक माइक्रोरोबोट के विशिष्ट आयाम 1 मिलीमीटर से कम होंगे, एक मिलिरोबोट के आयाम एक सेमी से कम होंगे, एक मिनी रोबोट के आयाम 10 सेमी (4 इंच) से कम होंगे, और एक छोटे रोबोट का आकार 100 सेमी (39 इंच) से कम होना चाहिए।

कई स्रोत 1 मिलीमीटर से बड़े रोबोट को माइक्रोबॉट या 1 माइक्रोमीटर से बड़े रोबोट को नैनोबॉट के रूप में वर्णित करते हैं। यह भी देखें: श्रेणी:माइक्रो रोबोट्स

डिजाइन विचार

जिस तरह से माइक्रोबॉट्स घूमते हैं वह उनके उद्देश्य और आवश्यक आकार का एक कार्य है। सबमीक्रॉन आकारों में, भौतिक दुनिया चारों ओर होने के विचित्र विधियों की आवश्यकता होती है। हवाई रोबोट के लिए रेनॉल्ड्स संख्या एकता से कम है; श्यान बल जड़त्वीय बलों पर निर्भर करता है, इसलिए “ फ्लाइंग ” बर्नौली के उत्थान के सिद्धांत के परिणामस्वरूप हवा की श्यानता का उपयोग कर सकता है। तरल पदार्थ के माध्यम से चलने वाले रोबोटों को ई. कोली के गतिशील रूप की तरह घूमने वाले फ्लैगेला की आवश्यकता हो सकती है। हॉपिंग गोपनीय और ऊर्जा-कुशल है, यह रोबोट को विभिन्न प्रकार के टेराइन की सतहों पर अन्योन्य क्रिया करने की अनुमति देता है।[7] पायनियरिंग गणना (सोलम 1994) भौतिक वास्तविकताओं के आधार पर संभावित व्यवहारों की परीक्षण किया था।[8]

माइक्रोरोबोट विकसित करने में प्रमुख चुनौतियों में से एक बहुत सीमित विद्युत आपूर्ति का उपयोग करके गति प्राप्त करना है। माइक्रोरोबोट एक कॉइन सेल जैसे छोटे हल्के बैटरी स्रोत का उपयोग कर सकते हैं या कंपन या प्रकाश ऊर्जा के रूप में आसपास के वातावरण से विद्युत उत्त्पन कर सकते हैं।[9] माइक्रोरोबोट अब रोबोटिक उपकरण को सक्रिय करने के लिए आसपास के तरल पदार्थ से रासायनिक शक्ति कर्षण के लिए ऊर्जा स्रोतों के रूप में जैविक मोटरों का उपयोग कर रहे हैं, जैसे कि फ्लैगेलेटिड सेराटिया मार्ससेंस आदि। इन बायोरोबोट्स को कई नियंत्रण योजनाओं के साथ कीमोटैक्सिस या गैल्वेनोटैक्सिस जैसे संदीपन द्वारा सीधे नियंत्रित किया जा सकता है। ऑनबोर्ड बैटरी का एक लोकप्रिय विकल्प बाह्य रूप से प्रेरित शक्ति का उपयोग करके रोबोट को विद्युत देना है। उदाहरणों में माइक्रोरोबोट्स को सक्रिय करने और नियंत्रित करने के लिए विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र,[10] अल्ट्रासाउंड और प्रकाश का उपयोग शामिल है।[11]

2022 का अध्ययन "सूक्ष्मजैविकी" और बायोमेडिसिन में अनुप्रयोगों के साथ प्रकाश-संचालित माइक्रोरोबोट्स के डिजाइन" के लिए फोटो-बायोकैटलिटिक दृष्टिकोण पर केंद्रित था।[12][13]

प्रकार और अनुप्रयोग

उनके छोटे आकार के कारण, माइक्रोबॉट संभावित रूप से बहुत सस्ते होते हैं, और इसका उपयोग बड़ी संख्या में (स्वर्म रोबोटिक्स) में उन वातावरणों का पता लगाने के लिए किया जा सकता है जो लोगों या बड़े रोबोट के लिए बहुत छोटे या बहुत खतरनाक होते हैं। यह उम्मीद की जाती है कि माइक्रोबॉट ऐसे अनुप्रयोगों में उपयोगी होंगे जैसे कि भूकंप के बाद ध्वस्त इमारतों में बचे लोगों की तलाश करना या पाचन मार्ग के माध्यम से रेंगना। माइक्रोबॉट की ब्रैवन या कम्प्यूटेशनल शक्ति में क्या कमी है, वे बड़ी संख्या में माइक्रोबॉट्स के झुंड के रूप में उपयोग करके बना सकते हैं।

प्रदर्शित मूलरूप वाले संभावित अनुप्रयोगों में सम्मिलित हैं:

मेडिकल माइक्रोबॉट्स

उदाहरण के लिए, फेफड़ों और जठरांत्र संबंधी मार्ग में सक्रिय दवा-वितरण के लिए बायोकम्पैटिबल माइक्रोएल्गे-आधारित माइक्रोरोबोट हैं,[14][15][16] और कैंसर से लड़ने के लिए 'सटीक लक्ष्यीकरण' [17]के लिए चुंबकीय रूप से निर्देशित इंजीनियर्ड बैक्टीरियल माइक्रोबॉट्स हैं।[18][19] इन सभी का चूहों पर परीक्षण किया गया है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Solem, J. C. (1996). "युद्ध में माइक्रोरोबोटिक्स का अनुप्रयोग". Los Alamos National Laboratory Technical Report LAUR-96-3067. doi:10.2172/369704.
  2. ↑ "माइक्रोरोबोटिक बैले". Duke University. June 2, 2008. Archived from the original on 2011-04-03. Retrieved 2014-08-24.
  3. ↑ Hauert, Sabine (2014-08-14). "हज़ारों-रोबोटों का झुंड खुद को आकृतियों में समेटता है". Ars Technica. Retrieved 2014-08-24.
  4. ↑ Misra, Ria (2014-04-22). "कीट-प्रेरित माइक्रोबॉट्स का यह झुंड बेहद चतुर है". io9. Retrieved 2014-08-24.
  5. ↑ Temple, James (2014-04-16). "SRI ने बड़ी चीजें बनाने के लिए तैयार छोटे रोबोट का अनावरण किया". re/code. Retrieved 2014-08-24.
  6. ↑ Kriegman, Sam; Blackiston, Douglas; Levin, Michael; Bongard, Josh (2020). "पुनः विन्यास योग्य जीवों को डिजाइन करने के लिए एक स्केलेबल पाइपलाइन". Proceedings of the National Academy of Sciences. 117 (4): 1853–1859. Bibcode:2020PNAS..117.1853K. doi:10.1073/pnas.1910837117. PMC 6994979. PMID 31932426.
  7. ↑ Solem, J. C. (1994). "The motility of microrobots". In Langton, C. (ed.). Artificial Life III: Proceedings of the Workshop on Artificial Life, June 1992, Santa Fe, NM. Proceedings, Santa Fe Institute studies in the sciences of complexity. Vol. 17. Santa Fe Institute Studies in the Sciences of Complexity (Addison-Wesley, Reading, MA). pp. 359–380.
  8. ↑ Kristensen, Lars Kroll (2000). "Aintz: A study of emergent properties in a model of ant foraging". In Bedau, M. A.; et al. (eds.). Artificial Life VII: Proceedings of the Seventh International Conference on Artificial Life. MIT Press. p. 359. ISBN 9780262522908.
  9. ↑ Meinhold, Bridgette (31 August 2009). "सोलर माइक्रोबॉट्स के झुंड डेटा एकत्रण में क्रांति ला सकते हैं". Inhabitat.
  10. ↑ Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (January 18, 2019). "शोधकर्ता स्मार्ट माइक्रो-रोबोट विकसित करते हैं जो अपने परिवेश के अनुकूल हो सकते हैं". Phys.org.
  11. ↑ Chang, Suk Tai; Paunov, Vesselin N.; Petsev, Dimiter N.; Velev, Orlin D. (March 2007). "लघु डायोड पर आधारित दूर से संचालित स्व-चालित कण और माइक्रोपंप". Nature Materials. 6 (3): 235–240. Bibcode:2007NatMa...6..235C. doi:10.1038/nmat1843. ISSN 1476-1122. PMID 17293850. S2CID 20558069.
  12. ↑ Villa, Katherine; Sopha, Hanna; Zelenka, Jaroslav; Motola, Martin; Dekanovsky, Lukas; Beketova, Darya Chylii; Macak, Jan M.; Ruml, Tomáš; Pumera, Martin (2022-02-05). "Enzyme‐Photocatalyst Tandem Microrobot Powered by Urea for Escherichia coli Biofilm Eradication". Small (in English). 18 (36): 2106612. doi:10.1002/smll.202106612. ISSN 1613-6810. PMID 35122470.
  13. ↑ Chemistry, University of; Prague, Technology. "ई. कोलाई बायोफिल्म उन्मूलन के लिए यूरिया द्वारा संचालित एक माइक्रोरोबोट में नया शोध". phys.org (in English). Retrieved 2022-07-22.
  14. ↑ "लक्षित दवा वितरण के लिए शैवाल माइक्रोमोटर्स रैंक में शामिल होते हैं". Chemical & Engineering News (in English). Retrieved 19 October 2022.
  15. ↑ Zhang, Fangyu; Zhuang, Jia; Li, Zhengxing; Gong, Hua; de Ávila, Berta Esteban-Fernández; Duan, Yaou; Zhang, Qiangzhe; Zhou, Jiarong; Yin, Lu; Karshalev, Emil; Gao, Weiwei; Nizet, Victor; Fang, Ronnie H.; Zhang, Liangfang; Wang, Joseph (22 September 2022). "तीव्र बैक्टीरियल निमोनिया के इलाज के लिए विवो एंटीबायोटिक डिलीवरी में नैनोपार्टिकल-संशोधित माइक्रोरोबोट्स". Nature Materials (in English). 21 (11): 1324–1332. Bibcode:2022NatMa..21.1324Z. doi:10.1038/s41563-022-01360-9. ISSN 1476-4660. PMC 9633541. PMID 36138145.
  16. ↑ Zhang, Fangyu; Li, Zhengxing; Duan, Yaou; Abbas, Amal; Mundaca-Uribe, Rodolfo; Yin, Lu; Luan, Hao; Gao, Weiwei; Fang, Ronnie H.; Zhang, Liangfang; Wang, Joseph (28 September 2022). "एक सड़ सकने वाले कैप्सूल में एम्बेडेड शैवाल मोटर्स का उपयोग करके गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल ट्रैक्ट ड्रग डिलीवरी". Science Robotics (in English). 7 (70): eabo4160. doi:10.1126/scirobotics.abo4160. ISSN 2470-9476. PMC 9884493. PMID 36170380. S2CID 252598190.{{cite journal}}: CS1 maint: PMC embargo expired (link)
  17. ↑ Schmidt, Christine K.; Medina-Sánchez, Mariana; Edmondson, Richard J.; Schmidt, Oliver G. (5 November 2020). "चिकित्सीय दृष्टिकोण से लक्षित कैंसर उपचारों के लिए इंजीनियरिंग माइक्रोरोबोट्स". Nature Communications (in English). 11 (1): 5618. Bibcode:2020NatCo..11.5618S. doi:10.1038/s41467-020-19322-7. ISSN 2041-1723. PMC 7645678. PMID 33154372.
  18. ↑ Thompson, Joanna. "These tiny magnetic robots can infiltrate tumors — and maybe destroy cancer". Inverse (in English). Retrieved 21 November 2022.
  19. ↑ Gwisai, T.; Mirkhani, N.; Christiansen, M. G.; Nguyen, T. T.; Ling, V.; Schuerle, S. (26 October 2022). "Magnetic torque–driven living microrobots for increased tumor infiltration". Science Robotics (in English). 7 (71): eabo0665. bioRxiv 10.1101/2022.01.03.473989. doi:10.1126/scirobotics.abo0665. ISSN 2470-9476. PMID 36288270. S2CID 253160428.
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