सॉफ्ट रोबोटिक्स

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स्थलीय गति क्षमताओं वाला नरम पैरों वाला पहिया-आधारित रोबोट

सॉफ्ट रोबोटिक्स रोबोटिक्स का उपक्षेत्र है जो गतिज श्रृंखला के अतिरिक्त कठोरता अनुपालन सामग्री से बने रोबोट के डिजाइन, नियंत्रण और निर्माण से संबंधित है।[1][2]

धातुओं, चीनी मिट्टी और कठोर प्लास्टिक से बने कठोर शरीर वाले रोबोटों के विपरीत, नरम रोबोटों का अनुपालन मनुष्यों के निकट संपर्क में काम करते समय उनकी सुरक्षा में सुधार कर सकता है।[2]

प्रकार और डिज़ाइन

ऑक्टोपस जैसा दिखने वाला 3डी प्रिंटेड मॉडल

सॉफ्ट रोबोटिक्स का लक्ष्य शारीरिक रूप से लचीले शरीर और इलेक्ट्रॉनिक्स वाले रोबोट का डिजाइन और निर्माण है। कभी-कभी कोमलता मशीन के भाग तक ही सीमित होती है। उदाहरण के लिए, कठोर शरीर वाली रोबोटिक भुजाएँ नाजुक या अनियमित आकार की वस्तुओं को धीरे से पकड़ने और हेरफेर करने के लिए नरम अंत प्रभावकों का उपयोग कर सकती हैं। इस प्रकार अधिकांश कठोर शरीर वाले मोबाइल रोबोट भी रणनीतिक रूप से नरम घटकों का उपयोग करते हैं, जैसे कि झटके को अवशोषित करने के लिए फुट पैड या लोचदार ऊर्जा को संग्रहीत/मुक्त करने के लिए स्प्रिंगदार जोड़ों का उपयोग करते हैं। चूँकि, सॉफ्ट रोबोटिक्स का क्षेत्र सामान्यतः उन मशीनों की ओर झुकता है जो मुख्य रूप से या पूरी तरह से सॉफ्ट होती हैं। इस प्रकार पूरी तरह से मुलायम शरीर वाले रोबोट में जबरदस्त क्षमता होती है। तब उनका लचीलापन उन्हें उन स्थानों पर जाने की अनुमति देता है जहां कठोर शरीर नहीं पहुंच सकते, जो आपदा राहत परिदृश्यों में उपयोगी सिद्ध हो सकता है। इस प्रकार सॉफ्ट रोबोट मानव संपर्क और मानव शरीर के अंदर आंतरिक नियती के लिए भी सुरक्षित हैं।

प्रकृति अधिकांशतः नरम रोबोट डिजाइन के लिए प्रेरणा का स्रोत होती है, यह देखते हुए कि जानवर स्वयं ज्यादातर नरम घटकों से बने होते हैं और वह पृथ्वी पर लगभग हर स्थान समष्टि वातावरण में कुशल आंदोलन के लिए अपनी कोमलता का लाभ उठाते दिखाई देते हैं।[3] इस प्रकार, नरम रोबोट अधिकांशतः परिचित प्राणियों की तरह दिखने के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं, विशेष रूप से ऑक्टोपस जैसे पूरी तरह से नरम जीवों की तरह। चूँकि, सॉफ्ट रोबोटों की कम यांत्रिक प्रतिबाधा को देखते हुए उन्हें मैन्युअल रूप से डिज़ाइन करना और नियंत्रित करना बेहद मुश्किल है। इस प्रकार वही चीज़ जो सॉफ्ट रोबोट को लाभकारी बनाती है - उनका लचीलापन और अनुपालन - उन्हें नियंत्रित करना मुश्किल बना देती है। कठोर पिंडों को डिज़ाइन करने के लिए पिछली शताब्दियों में विकसित गणित सामान्यतः नरम रोबोटों तक विस्तारित होने में विफल रहता है। इस प्रकार, सॉफ्ट रोबोट को सामान्यतः स्वचालित डिज़ाइन टूल की सहायता से डिज़ाइन किया जाता है, जैसे कि विकासवादी एल्गोरिदम, जो सॉफ्ट रोबोट के आकार, भौतिक गुणों और नियंत्रक को एक साथ और किसी दिए गए कार्य के लिए स्वचालित रूप से डिज़ाइन और अनुकूलित करने में सक्षम बनाता है।[4]

बायो-मिमिक्री

पादप कोशिकाएँ साइटोप्लाज्म और बाहरी परिवेश (ऑस्मोटिक क्षमता) के मध्य विलेय सांद्रता प्रवणता के कारण स्वाभाविक रूप से हीड्रास्टाटिक दबाव उत्पन्न कर सकती हैं। इसके अतिरिक्त, पौधे कोशिका झिल्ली में आयनों की गति के माध्यम से इस सांद्रता को समायोजित कर सकते हैं। इस प्रकार इसके पश्चात् पौधे का आकार और आयतन बदल जाता है क्योंकि यह हाइड्रोस्टैटिक दबाव में इस परिवर्तन पर प्रतिक्रिया करता है। यह दबाव व्युत्पन्न आकार विकास नरम रोबोटिक्स के लिए वांछनीय है और द्रव प्रवाह के उपयोग के माध्यम से दबाव अनुकूली सामग्री बनाने के लिए इसका अनुकरण किया जा सकता है।[5] निम्नलिखित समीकरण[6] सेल वॉल्यूम परिवर्तन दर को मॉडल करें:

आयतन परिवर्तन की दर है.
कोशिका झिल्ली का क्षेत्र है.
सामग्री की हाइड्रोलिक चालकता है।
हाइड्रोस्टैटिक दबाव में परिवर्तन है।
आसमाटिक क्षमता में परिवर्तन है।

सॉफ्ट रोबोटिक्स के लिए दबाव प्रणाली के निर्माण में इस सिद्धांत का लाभ उठाया गया है। इस प्रकार यह प्रणालियाँ नरम रेजिन से बनी होती हैं और इनमें अर्ध-पारगम्य झिल्लियों के साथ अनेक तरल पदार्थ की थैलियाँ होती हैं। अर्ध-पारगम्यता द्रव परिवहन की अनुमति देती है जिससे दबाव उत्पन्न होता है। द्रव परिवहन और दबाव उत्पादन का यह संयोजन आकार और आयतन में परिवर्तन की ओर ले जाता है।[5]

एक अन्य जैविक रूप से अंतर्निहित आकार बदलने वाला तंत्र हीड्रोस्कोपिक आकार परिवर्तन है। इस प्रकार इस तंत्र में, पौधों की कोशिकाएँ आर्द्रता में परिवर्तन पर प्रतिक्रिया करती हैं। जब आसपास के वातावरण में नमी अधिक होती है, तब पौधों की कोशिकाएँ फूल जाती हैं, किन्तु जब आसपास के वातावरण में नमी कम होती है, तब पौधों की कोशिकाएँ सिकुड़ जाती हैं। यह आयतन परिवर्तन परागकणों और पाइन शंकु शल्कों में देखा गया है[7] [5][8]

हाइड्रोलिक नरम जोड़ों के लिए समान दृष्टिकोण अरचिन्ड लोकोमोशन से भी प्राप्त किया जा सकता है, जहां जोड़ पर मजबूत और त्रुटिहीन नियंत्रण मुख्य रूप से संपीड़ित हेमोलिम्फ के माध्यम से नियंत्रित किया जा सकता है।

विनिर्माण

पारंपरिक विनिर्माण तकनीकें, जैसे ड्रिलिंग और मिलिंग जैसी घटिया तकनीकें, जब नरम रोबोट के निर्माण की बात आती है तब अनुपयोगी होती हैं क्योंकि इन रोबोटों में विकृत शरीर के साथ समष्टि आकार होते हैं। इसलिए, अधिक उन्नत विनिर्माण तकनीक विकसित की गई है। इस प्रकार इनमें शेप डिपोजिशन मैन्युफैक्चरिंग (एसडीएम), स्मार्ट कंपोजिट माइक्रोस्ट्रक्चर (एससीएम) प्रक्रिया और 3डी मल्टी-मटेरियल प्रिंटिंग सम्मिलित हैं।[2][9]

एसडीएम एक प्रकार का तीव्र प्रोटोटाइप है जिससे जमाव और मशीनिंग चक्रीय रूप से होती है। अनिवार्य रूप से, कोई सामग्री जमा करता है, उसे मशीनीकृत करता है, वांछित संरचना को एम्बेड करता है, उक्त संरचना के लिए समर्थन जमा करता है, और फिर उत्पाद को अंतिम आकार में मशीनीकृत करता है जिसमें जमा की गई सामग्री और एम्बेडेड भाग सम्मिलित होते हैं।[9]एंबेडेड हार्डवेयर में परिपथ, सेंसर और एक्चुएटर सम्मिलित हैं, और वैज्ञानिकों ने स्टिकीबॉट जैसे सॉफ्ट रोबोट बनाने के लिए पॉलिमरिक सामग्रियों के अंदर नियंत्रणों को सफलतापूर्वक एम्बेड किया है।[10]

एससीएम ऐसी प्रक्रिया है जिसके अनुसार कार्बन फाइबर प्रबलित पॉलिमर (सीएफआरपी) के कठोर निकायों को लचीले पॉलिमर लिगामेंट्स के साथ जोड़ा जाता है। इस प्रकार लचीला बहुलक कंकाल के लिए जोड़ों के रूप में कार्य करता है। इस प्रक्रिया के साथ, लेमिनेशन के पश्चात् लेजर मशीनिंग के उपयोग के माध्यम से सीएफआरपी और पॉलिमर लिगामेंट्स की एकीकृत संरचना बनाई जाती है। इस एससीएम प्रक्रिया का उपयोग मेसोस्केल रोबोट के उत्पादन में किया जाता है क्योंकि पॉलिमर कनेक्टर पिन जोड़ों के लिए कम घर्षण विकल्प के रूप में काम करते हैं।[9]

3 डी प्रिंटिग जैसी एडिटिव विनिर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग अभी डायरेक्ट इंक राइटिंग (डीआईडब्ल्यू, जिसे रोबोकास्टिंग के रूप में भी जाना जाता है) जैसी तकनीकों का उपयोग करके सिलिकॉन स्याही की विस्तृत श्रृंखला को प्रिंट करने के लिए किया जा सकता है।[11] यह विनिर्माण मार्ग स्थानीय रूप से परिभाषित यांत्रिक गुणों के साथ द्रवयुक्त इलास्टोमेर एक्चुएटर्स के निर्बाध उत्पादन की अनुमति देता है। यह प्रोग्रामेबल बायोइंस्पायर्ड आर्किटेक्चर और गतियों को प्रदर्शित करने वाले वायवीय सिलिकॉन एक्चुएटर्स के डिजिटल निर्माण को भी सक्षम बनाता है।[12]

इस विधि का उपयोग करके झुकने, मोड़ने, पकड़ने और संकुचन गति सहित पूरी तरह कार्यात्मक नरम रोबोटों की विस्तृत श्रृंखला मुद्रित की गई है। इस प्रकार यह तकनीक पारंपरिक विनिर्माण मार्गों की कुछ कमियों से बचाती है जैसे कि चिपके भागों के मध्य प्रदूषण। अन्य योगात्मक निर्माण विधि जो आकार बदलने वाली सामग्री का उत्पादन करती है जिसका आकार प्रकाश-संवेदनशील, थर्मली सक्रिय या पानी के प्रति संवेदनशील होता है। इस प्रकार अनिवार्य रूप से, यह पॉलिमर पानी, प्रकाश या गर्मी के साथ संपर्क करने पर स्वचालित रूप से अपना आकार बदल सकते हैं। आकार बदलने वाली सामग्री का ऐसा उदाहरण पॉलीस्टाइरीन लक्ष्य पर प्रकाश प्रतिक्रियाशील स्याही-जेट मुद्रण के उपयोग के माध्यम से बनाया गया था।[13]

इसके अतिरिक्त, आकार मेमोरी पॉलिमर का तेजी से प्रोटोटाइप किया गया है जिसमें दो भिन्न -भिन्न घटक सम्मिलित हैं: कंकाल और काज सामग्री। मुद्रण पर, सामग्री को काज सामग्री के ग्लास संक्रमण तापमान से अधिक तापमान पर गर्म किया जाता है। यह काज सामग्री के विरूपण की अनुमति देता है, जबकि कंकाल सामग्री को प्रभावित नहीं करता है। इसके अतिरिक्त , इस पॉलिमर को हीटिंग के माध्यम से लगातार सुधारा जा सकता है।[13]

नियंत्रण की विधियाँ और सामग्रियाँ

सभी सॉफ्ट रोबोटों को प्रतिक्रिया बल उत्पन्न करने, अपने पर्यावरण के साथ गति और बातचीत की अनुमति देने के लिए एक्चुएशन पद्धति की आवश्यकता होती है। इस प्रकार इन रोबोटों की आज्ञाकारी प्रकृति के कारण, सॉफ्ट एक्चुएशन पद्धति को कठोर सामग्रियों के उपयोग के बिना चलने में सक्षम होना चाहिए जो जीवों में हड्डियों या धातु के फ्रेम के रूप में कार्य करेंगे जो कठोर रोबोटों में सामान्य है। फिर भी, सॉफ्ट एक्चुएशन समस्या के अनेक नियंत्रण समाधान उपस्तिथ हैं और उनका उपयोग पाया गया है, जिनमें से प्रत्येक के फायदे और नुकसान हैं। नियंत्रण विधियों और उपयुक्त सामग्रियों के कुछ उदाहरण नीचे सूचीबद्ध हैं।

विद्युत क्षेत्र

इस प्रकार इसका एक उदाहरण विद्युत बल का उपयोग है जिसे इसमें क्रियान्वित किया जा सकता है:

  • इलास्टोमर्स एक्चुएटर्स (डीईए) जो अपने आकार को बदलने के लिए उच्च वोल्टेज विद्युत क्षेत्र का उपयोग करते हैं (कार्यशील डीईए का उदाहरण)। यह एक्चुएटर उच्च बल उत्पन्न कर सकते हैं, इनमें उच्च विशिष्ट शक्ति (डब्ल्यू किग्रा−1) रखते हैं, बड़े स्ट्रेन (>1000%) उत्पन्न करते हैं, [15] उच्च ऊर्जा घनत्व (>3 एमजे एम−3) रखते हैं, [16] आत्म-संवेदन प्रदर्शित करते हैं , और तेज़ सक्रियण दर (10 एमएस - 1 एस) प्राप्त करें। चूँकि , संभावित व्यावहारिक अनुप्रयोगों में उच्च-वोल्टेज की आवश्यकता शीघ्र ही सीमित कारक बन जाती है। इसके अतिरिक्त, यह प्रणालियाँ अधिकांशतः रिसाव धाराओं को प्रदर्शित करती हैं, उनमें विद्युत खराबी होती है (ढांकता हुआ विफलता वेइबुल आंकड़ों के अनुसार होती है इसलिए बढ़े हुए इलेक्ट्रोड क्षेत्र के साथ संभावना बढ़ जाती है),[14] और सबसे बड़ी विकृति के लिए पूर्व-तनाव की आवश्यकता होती है।[15] इस प्रकार कुछ नए शोधों से पता चलता है कि इनमें से कुछ नुकसानों पर काबू पाने के तरीके हैं, जैसा कि दिखाया गया है। इस प्रकार पीनो-एचएएसईएल एक्चुएटर्स में, जिसमें तरल डाइइलेक्ट्रिक्स और पतले शेल घटक सम्मिलित होते हैं। यह दृष्टिकोण आवश्यक क्रियान्वित वोल्टेज को कम करता है, साथ ही विद्युत ब्रेकडाउन के समय स्व-उपचार की अनुमति देता है।[16][17]

थर्मल

  • आकार-स्मृति बहुलक (एसएमपी) स्मार्ट और पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य सामग्री हैं जो थर्मल एक्चुएटर्स का उत्कृष्ट उदाहरण के रूप में काम करते हैं जिनका उपयोग एक्चुएशन के लिए किया जा सकता है। यह सामग्रियां अपने मूल आकार को "याद" रखेंगी और तापमान बढ़ने पर वापस उसी आकार में आ जाएंगी। इस प्रकार उदाहरण के लिए, क्रॉसलिंक्ड पॉलिमर को उनके ग्लास ग्लास-संक्रमण (टीजी) या पिघलने-संक्रमण (टीएम) से ऊपर के तापमान पर तनावग्रस्त किया जा सकता है और फिर ठंडा किया जा सकता है। जब तापमान फिर से बढ़ाया जाता है, तब तनाव निकल जाएगा और सामग्री का आकार वापस मूल में बदल जाएगा।[18] इस प्रकार यह निश्चित रूप से सुझाव देता है कि केवल अपरिवर्तनीय गति है, किन्तु ऐसी सामग्रियों का प्रदर्शन किया गया है जिनमें 5 अस्थायी आकार हैं।[19] आकार मेमोरी पॉलिमर के सबसे सरल और सबसे प्रसिद्ध उदाहरणों में से श्रिंकी डिंक्स नामक खिलौना है जो प्री-स्ट्रेच्ड पॉलीस्टाइनिन (पीएस) शीट से बना है जिसका उपयोग उन आकृतियों को काटने के लिए किया जा सकता है जो गर्म होने पर अधिक सिकुड़ जाएंगी। इन सामग्रियों का उपयोग करके उत्पादित एक्चुएटर 1000% तक तनाव प्राप्त कर सकते हैं[20] और <50 kJ m−3 और 2 MJ m−3 तक के बीच ऊर्जा घनत्व की एक विस्तृत श्रृंखला का प्रदर्शन किया है।[21] एसएमपी के निश्चित ऋणात्मक पहलुओं में उनकी धीमी प्रतिक्रिया (>10 सेकंड) और सामान्यतः कम बल उत्पन्न होना सम्मिलित है।[15] एसएमपी के उदाहरणों में पॉलीयुरेथेन (पीयू), पॉलीथीन टैरीपिथालेट (पीईटी), पॉली (एथिलीन ऑक्साइड) (पीईओ) और अन्य सम्मिलित हैं।
  • सॉफ्ट रोबोटिक एक्चुएशन के लिए शेप-मेमोरी मिश्र धातु अन्य नियंत्रण प्रणाली के पीछे है।[22] यद्यपि स्प्रिंग्स धातु से बने होते हैं, जो पारंपरिक रूप से कठोर सामग्री है, स्प्रिंग्स बहुत पतले तारों से बने होते हैं और अन्य नरम सामग्रियों की तरह ही आज्ञाकारी होते हैं। इस प्रकार इन स्प्रिंग्स में बल-से-द्रव्यमान अनुपात बहुत अधिक होता है, किन्तु गर्मी के अनुप्रयोग के माध्यम से फैलता है, जो ऊर्जा के लिहाज से अक्षम है।[23]

दबाव का अंतर

  • वायवीय कृत्रिम मांसपेशियाँ, नरम रोबोटों में उपयोग की जाने वाली अन्य नियंत्रण विधि, लचीली ट्यूब के अंदर दबाव को बदलने पर निर्भर करती है। इस तरह यह मांसपेशी की तरह काम करेगा, सिकुड़ेगा और फैलेगा, जिससे यह जिस चीज से जुड़ा है उस पर बल लगाएगा। वाल्वों के उपयोग के माध्यम से, रोबोट बिना किसी अतिरिक्त ऊर्जा इनपुट के इन मांसपेशियों का उपयोग करके दिए गए आकार को बनाए रख सकता है। इस प्रकार चूँकि, इस विधि को कार्य करने के लिए सामान्यतः संपीड़ित हवा के बाहरी स्रोत की आवश्यकता होती है। आनुपातिक इंटीग्रल डेरिवेटिव (पीआईडी) नियंत्रक वायवीय मांसपेशियों के लिए सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला एल्गोरिदम है। इस प्रकार पीआईडी ​​नियंत्रक के मापदंडों को ट्यून करके वायवीय मांसपेशियों की गतिशील प्रतिक्रिया को नियंत्रित किया जा सकता है।[24]

सेंसर

सेंसर रोबोट के सबसे महत्वपूर्ण घटकों में से हैं। बिना किसी आश्चर्य के, सॉफ्ट रोबोट आदर्श रूप से सॉफ्ट सेंसर का उपयोग करते हैं। इस प्रकार सॉफ्ट सेंसर सामान्यतः विरूपण को माप सकते हैं, इस प्रकार रोबोट की स्थिति या कठोरता के बारे में अनुमान लगा सकते हैं।

यहां सॉफ्ट सेंसर के कुछ उदाहरण दिए गए हैं:

  • नरम खिंचाव सेंसर
  • नरम झुकने वाले सेंसर
  • नरम दबाव सेंसर
  • नरम बल सेंसर

यह सेंसर निम्न उपायों पर निर्भर करते हैं:

  • पीज़ोरेसिस्टिविटी:
    • प्रवाहकीय कणों से भरा बहुलक,[25]
    • माइक्रोफ्लुइडिक मार्ग (तरल धातु,[26] आयनिक समाधान[27]),
  • पीजोइलेक्ट्रिसिटी,[28][29]
  • धारिता,[30][31]
  • चुंबकीय क्षेत्र,[32][33]
  • ऑप्टिकल हानि,[34][35][36]
  • ध्वनिक हानि।

फिर इन मापों को नियंत्रण सिद्धांत में सम्मिलित किया जा सकता है।

उपयोग और अनुप्रयोग

सर्जिकल सहायता

सॉफ्ट रोबोट को चिकित्सा पेशे में क्रियान्वित किया जा सकता है, विशेष रूप से आक्रामक सर्जरी के लिए। अपने आकार बदलने वाले गुणों के कारण सर्जरी में सहायता के लिए सॉफ्ट रोबोट बनाए जा सकते हैं। इस प्रकार आकार परिवर्तन महत्वपूर्ण है क्योंकि नरम रोबोट अपने आकार को समायोजित करके मानव शरीर में विभिन्न संरचनाओं के आसपास नेविगेट कर सकता है। इसे फ्लुइडिक एक्चुएशन के उपयोग के माध्यम से पूरा किया जा सकता है।[37]

एक्सोसूट्स

सॉफ्ट रोबोट का उपयोग लचीले एक्सोसूट के निर्माण, रोगियों के पुनर्वास, बुजुर्गों की सहायता करने या बस उपयोगकर्ता की ताकत बढ़ाने के लिए भी किया जा सकता है। हार्वर्ड की टीम ने एक्सोसूट द्वारा प्रदान की गई अतिरिक्त ताकत का लाभ देने के लिए इन सामग्रियों का उपयोग करके एक्सोसूट बनाया, बिना किसी नुकसान के जो कठोर सामग्री किसी व्यक्ति के प्राकृतिक आंदोलन को प्रतिबंधित करती है। एक्सोसूट धातु के ढाँचे हैं जो पहनने वाले की ताकत को बढ़ाने के लिए मोटर चालित मांसपेशियों से सुसज्जित हैं। इस प्रकार एक्सोस्केलेटन भी कहा जाता है, रोबोटिक सूट का धातु ढांचा कुछ सीमा तक पहनने वाले की आंतरिक कंकाल संरचना को प्रतिबिंबित करता है।

यह सूट उठाई गई वस्तुओं को बहुत हल्का और कभी-कभी भारहीन भी महसूस कराता है, जिससे चोटें कम हो जाती हैं और अनुपालन में सुधार होता है।[38]

सहयोगी रोबोट

परंपरागत रूप से, सुरक्षा चिंताओं के कारण विनिर्माण रोबोट को मानव श्रमिकों से भिन्न कर दिया गया है, क्योंकि कठोर रोबोट के मानव से टकराने पर रोबोट की तेज गति के कारण आसानी से चोट लग सकती है। इस प्रकार चूँकि, सॉफ्ट रोबोट मनुष्यों के साथ सुरक्षित रूप से काम कर सकते हैं, क्योंकि टकराव में रोबोट की आज्ञाकारी प्रकृति किसी भी संभावित चोट को रोकेगी या कम करेगी।

बायो-मिमिक्री

आंशिक रूप से स्वायत्त गहरे समुद्र में नरम रोबोट दिखाने वाला वीडियो

सॉफ्ट रोबोटिक्स के माध्यम से बायो-मिमिक्री का अनुप्रयोग समुद्र या अंतरिक्ष अन्वेषण में होता है। अलौकिक जीवन की खोज में, वैज्ञानिकों को पानी के अलौकिक निकायों के बारे में अधिक जानने की आवश्यकता है, क्योंकि पानी पृथ्वी पर जीवन का स्रोत है। समुद्री जीवों की नकल करने के लिए सॉफ्ट रोबोट का उपयोग किया जा सकता है जो पानी में कुशलतापूर्वक पैंतरेबाज़ी कर सकते हैं। इस प्रकार नासा के इनोवेटिव एडवांस्ड कॉन्सेप्ट्स (एनआईएसी) के माध्यम से अनुदान के अनुसार 2015 में कॉर्नेल की टीम द्वारा इस तरह की परियोजना का प्रयास किया गया था।[39] बृहस्पति के चंद्रमा, यूरोपा की बर्फ की परत के नीचे समुद्र का कुशलतापूर्वक पता लगाने के लिए, टीम ने नरम रोबोट डिजाइन करने का निर्णय लिया, जो प्रकार की मछली या कटलफ़िश की पानी के नीचे चलने की शैली की नकल करेगा। किन्तु पानी की खोज, विशेष रूप से किसी अन्य ग्रह पर, यांत्रिक और भौतिक चुनौतियों का अनूठा समूह लेकर आती है। सत्र 2021 में, वैज्ञानिकों ने गहरे समुद्र में संचालन के लिए जैव-प्रेरित रोबोटिक्स स्व-संचालित सॉफ्ट रोबोट मानव रहित पानी के नीचे वाहन का प्रदर्शन किया, जो मेरियाना गर्त पर समुद्र के सबसे गहरे हिस्से में दबाव का सामना कर सकता है। इस प्रकार रोबोट में सिलिकॉन बॉडी के अंदर वितरित लचीली सामग्री और इलेक्ट्रॉनिक्स से कृत्रिम मांसपेशियां और पंख हैं। इसका उपयोग गहरे समुद्र में अन्वेषण और पर्यावरण निगरानी के लिए किया जा सकता है।[40][41][42] इस प्रकार सत्र 2021 में, ड्यूक यूनिवर्सिटी की टीम ने ड्रैगनफ्लाई के आकार के नरम रोबोट की सूचना दी, जिसे ड्रेबोट कहा जाता है, जिसमें पानी में अम्लता परिवर्तन, तापमान में उतार-चढ़ाव और तेल प्रदूषकों पर नजर रखने की क्षमता है।[43][44][45]

क्लोकिंग

नरम रोबोट जो जानवरों की तरह दिखते हैं या जिन्हें पहचानना मुश्किल होता है, उनका उपयोग निगरानी और अनेक अन्य उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है।[46] इस प्रकार इनका उपयोग वन्य जीवन जैसे पारिस्थितिक अध्ययन के लिए भी किया जा सकता है।[47] सॉफ्ट रोबोट नवीन कृत्रिम छलावरण भी सक्षम कर सकते हैं।[48]

रोबोट घटक

कृत्रिम मांसपेशी

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स्पर्श बोध वाली रोबोट त्वचा

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इलेक्ट्रॉनिक त्वचा
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गुणात्मक लाभ

पूरी तरह से पारंपरिक रोबोट डिज़ाइनों की तुलना में सॉफ्ट रोबोट डिज़ाइन के लाभ हल्के हो सकते हैं - भारी पेलोड लॉन्च करना महंगा है - और बढ़ी हुई सुरक्षा - रोबोट अंतरिक्ष यात्रियों के साथ काम कर सकते हैं।[49]

डिजाइन में यांत्रिक विचार

फ्लेक्सिंग से थकान विफलता

सॉफ्ट रोबोट, विशेष रूप से जीवन की नकल करने के लिए डिज़ाइन किए गए, अधिकांशतः उन कार्यों को स्थानांतरित करने या करने के लिए चक्रीय लोडिंग का अनुभव करना चाहिए जिनके लिए उन्हें डिज़ाइन किया गया था। इस प्रकार उदाहरण के लिए, ऊपर वर्णित लैम्प्रे- या कटलफिश-जैसे रोबोट के स्थितियों में, गति के लिए इलेक्ट्रोलाइजिंग पानी और प्रज्वलित गैस की आवश्यकता होगी, जिससे रोबोट को आगे बढ़ाने के लिए तेजी से विस्तार होगा।[39]यह दोहरावदार और विस्फोटक विस्तार और संकुचन चयनित बहुलक सामग्री पर तीव्र चक्रीय लोडिंग का वातावरण तैयार करेगा। इस प्रकार सुदूर पानी के नीचे के स्थान पर या यूरोपा जैसे सुदूर ग्रहीय पिंड पर रोबोट को पैच करना या बदलना व्यावहारिक रूप से असंभव होगा, इसलिए ऐसी सामग्री और डिज़ाइन चुनने में सावधानी बरतनी होगी जो थकान-दरारों की शुरुआत और प्रसार को कम करती है। विशेष रूप से, किसी को थकान सीमा, या तनाव-आयाम आवृत्ति वाली सामग्री का चयन करना चाहिए जिसके ऊपर बहुलक की थकान प्रतिक्रिया अभी आवृत्ति पर निर्भर नहीं होती है।[50]

ठंडा होने पर भंगुर विफलता

दूसरे, क्योंकि सॉफ्ट रोबोट अत्यधिक आज्ञाकारी सामग्रियों से बने होते हैं, इसलिए किसी को तापमान प्रभाव पर विचार करना चाहिए। किसी सामग्री का उपज तनाव तापमान के साथ कम हो जाता है, और पॉलिमरिक सामग्रियों में यह प्रभाव और भी अधिक चरम होता है।[50] कमरे के तापमान और उच्च तापमान पर, अनेक पॉलिमर में लंबी श्रृंखलाएं एक-दूसरे से आगे बढ़ सकती हैं और फिसल सकती हैं, जिससे क्षेत्र में तनाव की स्थानीय एकाग्रता को रोका जा सकता है और सामग्री को लचीला बनाया जा सकता है।[51] इस प्रकार किन्तु अधिकांश पॉलिमर तन्य-से-भंगुर संक्रमण तापमान से गुजरते हैं[52] जिसके नीचे लंबी श्रृंखलाओं के लिए उस लचीले तरीके से प्रतिक्रिया करने के लिए पर्याप्त तापीय ऊर्जा नहीं है, और फ्रैक्चर की संभावना बहुत अधिक है। ठंडे तापमान पर पॉलिमरिक सामग्रियों के भंगुर होने की प्रवृत्ति को वास्तव में अंतरिक्ष शटल चैलेंजर आपदा के लिए जिम्मेदार माना जाता है, और इसे बहुत गंभीरता से लिया जाना चाहिए, खासकर नरम रोबोटों के लिए जिन्हें चिकित्सा में क्रियान्वित किया जाएगा। तन्य-से-भंगुर संक्रमण तापमान को वह नहीं होना चाहिए जिसे कोई ठंडा मान सकता है, और वास्तव में यह सामग्री की विशेषता है, जो इसकी क्रिस्टलीयता, कठोरता, साइड-समूह आकार (पॉलिमर के स्थितियों में) और अन्य कारकों पर निर्भर करता है।[52]

अंतर्राष्ट्रीय पत्रिकाएँ

  • सॉफ्ट रोबोटिक्स (सोरो)
  • रोबोटिक्स और एआई में फ्रंटियर्स का सॉफ्ट रोबोटिक्स अनुभाग
  • विज्ञान रोबोटिक्स

अंतर्राष्ट्रीय घटनाएँ

  • 2018 रोबोसॉफ्ट, सॉफ्ट रोबोटिक्स पर पहला आईईईई अंतर्राष्ट्रीय सम्मेलन, 24-28 अप्रैल, 2018, लिवोर्नो, इटली
  • 2017 आईआरओएस 2017 हैप्टिक सेंसेशन, इंटरेक्शन और डिस्प्ले के लिए सॉफ्ट मॉर्फोलॉजिकल डिजाइन पर कार्यशाला, 24 सितंबर 2017, वैंकूवर, बीसी, कनाडा
  • 2016 पहला सॉफ्ट रोबोटिक्स चैलेंज, अप्रैल 29-30, लिवोर्नो, इटली
  • 2016 सॉफ्ट रोबोटिक्स सप्ताह, 25-30 अप्रैल, लिवोर्नो, इटली
  • 2015 सॉफ्ट रोबोटिक्स: एक्चुएशन, इंटीग्रेशन, और एप्लिकेशन - आईसीआरए2015, सिएटल WA में सॉफ्ट रोबोटिक्स तकनीक में छलांग के लिए अनुसंधान परिप्रेक्ष्य का सम्मिश्रण
  • 2014 सॉफ्ट रोबोटिक्स पर प्रगति पर कार्यशाला, सत्र 2014 रोबोटिक्स विज्ञान और पद्धति (आरएसएस) सम्मेलन, बर्कले, सीए, 13 जुलाई 2014
  • 2013 सॉफ्ट रोबोटिक्स और मॉर्फोलॉजिकल कंप्यूटेशन पर अंतर्राष्ट्रीय कार्यशाला, मोंटे वेरिटा, 14-19 जुलाई, 2013
  • 2012 सॉफ्ट रोबोटिक्स पर समर स्कूल, ज्यूरिख, 18-22 जून, 2012

लोकप्रिय संस्कृति में

क्रिस एटकेसन रोबोट जिसने बेमैक्स के निर्माण को प्रेरित किया[53]

सत्र 2014 की डिज्नी फिल्म बिग हीरो 6 (फिल्म) में सॉफ्ट रोबोट, बेमैक्स दिखाया गया है, जिसे मूल रूप से स्वास्थ्य सेवा उद्योग में उपयोग के लिए डिजाइन किया गया था। फिल्म में, बेमैक्स को यांत्रिक कंकाल के चारों ओर फुलाए हुए विनाइल बाहरी हिस्से के साथ बड़े किन्तु डरपोक रोबोट के रूप में चित्रित किया गया है। बेमैक्स अवधारणा का आधार स्वास्थ्य सेवा क्षेत्र में सॉफ्ट रोबोटिक्स के अनुप्रयोगों पर वास्तविक जीवन अनुसंधान से आता है, जैसे कि रोबोटिस्ट क्रिस्टोफर जी. एटकेसन|क्रिस एट्केसन का कार्नेगी मेलॉन विश्वविद्यालय|कार्नेगी मेलॉन के रोबोटिक्स संस्थान में काम।[54]

सत्र 2018 की एनिमेटेड सोनी फिल्म स्पाइडर-मैन: इनटू द स्पाइडर-वर्स में सुपरविलेन डॉक्टर ऑक्टोपस का महिला संस्करण दिखाया गया है जो अपने दुश्मनों को वश में करने के लिए नरम रोबोटिक्स के साथ निर्मित टेंटेकल का उपयोग करता है।

एनिमेटेड सारणी़ हेलुवा बॉस के एपिसोड 4 में, आविष्कारक लूप्टी गूप्टी आई.एम.पी. के सदस्यों को उसके दोस्त, लाइल लिप्टन की हत्या करने की धमकी देने के लिए विभिन्न हथियारों से युक्त सॉफ्ट रोबोटिक्स वाले टेंटेकल का उपयोग करता है।

यह भी देखें

बाहरी संबंध

संदर्भ

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