যন্ত্রপাতির চেয়ে সুতার মতো দেখতে একটি মোটর
সুইজারল্যান্ডের EPFL-এর প্রকৌশলীরা একটি নমনীয় মোটর তৈরি করেছেন যা দেখতে সুতার মতো, এমন একটি গঠন যা সাধারণত "মোটর" শব্দটি শুনলে মনে যে ছবি ভেসে ওঠে তার সঙ্গে একেবারেই বেমানান। দলটি যাকে FiberMotor বলে ডাকছে, সেই ডিভাইসটি অনমনীয় নয় বরং নমনীয়, এবং এটি এমনভাবে প্রসারিত হয় যা টেলিস্কোপের সরে যাওয়া অংশগুলোর মতো। এই নকশার উদ্দেশ্য হলো সফট রোবট ও পরিধানযোগ্য ডিভাইসকে শক্তি জোগানো—প্রযুক্তির এই দুটি ক্ষেত্র দীর্ঘদিন ধরে তাদের কেন্দ্রে থাকা অনমনীয়, বাক্সাকৃতি ড্রাইভের কারণে পিছিয়ে পড়েছে।
প্রস্তাবটি বলতে সহজ কিন্তু প্রকৌশলগতভাবে কঠিন: যে যন্ত্রটি তৈরি করা হচ্ছে তা যদি নরম হয়, তবে তাকে যে জিনিসটি চালায় সেটি যন্ত্রাংশের সবচেয়ে কঠিন বস্তু হওয়া উচিত নয়। FiberMotor সেই ফাঁক পূরণের একটি প্রচেষ্টা, যা প্রচলিত হার্ডওয়্যারের চারপাশে নমনীয়তাকে পরবর্তী ভাবনা হিসেবে না ধরে বরং অ্যাকচুয়েটর থেকেই শুরু করে।
সফট রোবট কেন বারবার কঠিন মোটরে ধাক্কা খায়
সফট রোবোটিকস বহু বছর ধরে এমন দেহ তৈরি করেছে যা বাঁকে, প্রসারিত হয়, সূক্ষ্ম বস্তু ধরে এবং ভেঙে না গিয়ে আঘাত শোষণ করে। ক্ষেত্রটির উপাদান দিক দ্রুত এগিয়েছে—ইলাস্টোমার, কাপড় এবং নমনীয় কাঠামো যা ধাতব সংযোগের মতো মোচড়ানো ও বাঁকানো যায় না, সেভাবেই বাঁকতে ও মোচড়াতে পারে। সমস্যা দেখা দেয় অ্যাকচুয়েশনের মুহূর্তে। মোটর, গিয়ারবক্স এবং সেগুলোকে সংযুক্ত করার ট্রান্সমিশন লাইন সাধারণত অনমনীয়, এবং সেগুলোকে নমনীয় দেহে আটকে দিলে যান্ত্রিক অসামঞ্জস্য তৈরি হয়।
এই অসামঞ্জস্য কয়েকটি বাস্তব উপায়ে প্রকাশ পায়:
- অনমনীয় উপাদানগুলো তথাকথিত নরম ব্যবস্থার সবচেয়ে ভারী ও ভঙ্গুর অংশ হয়ে ওঠে, যা পুরো যন্ত্রটি আসলে কতটা নমনীয় হতে পারে তা সীমিত করে।
- মোটর যেখানে বসানো থাকে সেই জয়েন্টগুলোতে ওজন কেন্দ্রীভূত হয়, যা ডিজাইনার যে আকৃতি তৈরি করতে পারেন এবং ডিভাইসটি নিরাপদে যে গতি করতে পারে তা সীমাবদ্ধ করে।
- কঠিন হার্ডওয়্যার ও নরম উপাদানের মধ্যকার ইন্টারফেস ক্ষয়ের জায়গা হয়ে ওঠে, যেখানে ডিভাইসের ক্লান্তি বা ব্যর্থ হওয়ার সম্ভাবনা সবচেয়ে বেশি।
- আয়তন সীমিত করে দেয় একটি সফট রোবট জৈবিক অঙ্গকে কতটা নিখুঁতভাবে অনুকরণ করতে পারবে, যেখানে সাধারণত একটি ঘন ড্রাইভের বদলে বিতরণ করা পেশি থাকে।
এমন একটি মোটর যা নিজেই নমনীয় ও সুতার মতো, সেই অসামঞ্জস্যের মূল কারণটিরই সমাধান করে। অনমনীয় ব্লকের চারপাশে নকশা করার বদলে প্রকৌশলীরা এমন একটি অ্যাকচুয়েটর নিয়ে কাজ করবেন যা টেন্ডন বা কেবলের মতোই পথ নির্ধারণ করা, বাঁকানো এবং নমনীয় কাঠামোতে সংযুক্ত করা যায়।
টেলিস্কোপের আচরণ, সহজ ভাষায় ব্যাখ্যা
গবেষকরা যে তুলনাটি টেনে আনেন তা হলো টেলিস্কোপ, এবং উপমাটি ডিভাইসটি কীভাবে দৈর্ঘ্য পরিবর্তন করে তা নিয়ে। একটি টেলিস্কোপ পরস্পরের ভেতরে বসানো অংশগুলো একে অপরের পাশ দিয়ে সরে গিয়ে প্রসারিত হয়, পুরো দৈর্ঘ্যের একটি অনমনীয় দেহ না পেয়েও নাগাল বাড়ায়। FiberMotor-কে অনুরূপভাবে সরে যাওয়ার বর্ণনা দেওয়া হয়েছে, যা ইঙ্গিত করে এমন একটি ব্যবস্থার দিকে যা প্রচলিত শ্যাফট বা রোটরের উপর নির্ভর না করে একটি সংকুচিত, নমনীয় রূপ থেকে বাইরের দিকে টেলিস্কোপের মতো প্রসারিত হতে পারে।
গতি নকশার জন্য এটি গুরুত্বপূর্ণ। টেলিস্কোপের মতো প্রসারণ একটি নরম ব্যবস্থাকে একটি অক্ষ বরাবর পৌঁছানো, ধাক্কা দেওয়া বা লম্বা হওয়ার উপায় দেয়, যখন অ্যাকচুয়েটর নিজেই নমনীয় থাকে। যে রোবটগুলোর সংকীর্ণ স্থানে প্রসারিত হওয়া দরকার, বা যে পরিধানযোগ্য ডিভাইসগুলোকে চলমান দেহের রূপরেখা অনুসরণ করতে হয়, সেগুলোর জন্য অনমনীয় মেরুদণ্ড চাপিয়ে না দিয়ে চাহিদা অনুযায়ী দৈর্ঘ্য পরিবর্তন করতে পারে এমন একটি অ্যাকচুয়েটর একটি অনমনীয় লিড স্ক্রুর সঙ্গে জোড়া লাগানো মোটরের চেয়ে অর্থপূর্ণভাবে ভিন্ন একটি নির্মাণ-উপাদান।
পরিধানযোগ্য ডিভাইস এই বাজির দ্বিতীয় অংশ
পরিধানযোগ্য প্রযুক্তিরও সমান্তরাল সমস্যা রয়েছে। দেহে পরিধান করা ডিভাইসগুলো আরাম, ওজন এবং স্বাভাবিক চলাচলে কতটা কম হস্তক্ষেপ করে তা দিয়ে বিচার করা হয়, তবুও শক্তি-সহায়ক পরিধানযোগ্য ডিভাইস ঐতিহ্যগতভাবে অনমনীয় ফ্রেম ও মোটর দিয়ে তৈরি করা হয়েছে যা নিতম্ব, হাঁটু বা পিঠে স্পষ্টভাবে বসে থাকে। অন্যদিকে পোশাক-সংলগ্ন রোবোটিকসের জন্য প্রয়োজন এমন ড্রাইভ যা কাপড়ে বোনা যায় বা অঙ্গের পাশ দিয়ে বিছিয়ে দেওয়া যায়, কোনো চাপের বিন্দু বা কঠিন প্রান্ত তৈরি না করে।
সুতার মতো একটি মোটর ধারণাগতভাবে সেই চাহিদার সঙ্গে মেলে। বস্ত্র উৎপাদন ইতিমধ্যেই বড় পরিসরে নমনীয়, লম্বা উপাদান সামলায়, তাই তন্তুর মতো আকৃতির একটি অ্যাকচুয়েটর অন্তত পোশাক তৈরির পদ্ধতির সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণ। যে বৈশিষ্ট্যগুলো FiberMotor-কে সফট রোবটে উপযোগী করবে—নমনীয়তা, সরু প্রোফাইল, নিজের দৈর্ঘ্য বরাবর প্রসারিত হওয়ার ক্ষমতা—সেগুলোই একটি পরিধানযোগ্য ড্রাইভের প্রয়োজনীয় বৈশিষ্ট্য।
যা এখনো প্রতিষ্ঠিত হয়নি
প্রাথমিক পর্যায়ের একটি ডিভাইস ঘোষণা প্রকৌশলগত প্রশ্নগুলো খোলা রেখে দেয়। EPFL-এর FiberMotor-কে এমন একটি নমনীয় মোটর হিসেবে উপস্থাপন করা হয়েছে যা সুতার মতো দেখতে এবং সফট রোবোটিকস ও পরিধানযোগ্য ডিভাইসের জন্য টেলিস্কোপের মতো প্রসারিত হয়, কিন্তু শিরোনামের বর্ণনা এই বিষয়গুলো নিষ্পত্তি করে না: এমন একটি মোটর কতটা বল উৎপাদন করতে পারে, কতটা দক্ষতার সঙ্গে শক্তিকে গতিতে রূপান্তর করে, নমনীয় উপাদানগুলো ক্ষয় হওয়ার আগে কত চক্র টিকতে পারে, বা বাস্তব ব্যবস্থায় এটিকে কীভাবে শক্তি দেওয়া ও নিয়ন্ত্রণ করা হয়।
এই সংখ্যাগুলোই নির্ধারণ করে একটি বুদ্ধিদীপ্ত অ্যাকচুয়েটর ব্যবহারিক উপাদান হয়ে ওঠে কি না। সফট অ্যাকচুয়েটরগুলো প্রায়ই নমনীয়তার বিনিময়ে বল-ঘনত্ব ও নির্ভুলতা ত্যাগ করে, এবং FiberMotor-এর জন্য আকর্ষণীয় প্রশ্ন হলো এটি সেই বিনিময়ের কোথায় অবস্থান করে। উদাহরণস্বরূপ, একটি জয়েন্টে সহায়তা করা পরিধানযোগ্য ডিভাইসের গুরুত্বপূর্ণ হতে যথেষ্ট বল দরকার, অন্যদিকে ভঙ্গুর বস্তু সামলানো একটি সফট রোবটের সূক্ষ্ম নিয়ন্ত্রণ দরকার। টেলিস্কোপের মতো প্রসারিত সুতার মতো একটি মোটর কার্যকর মাত্রায় এর যেকোনো একটি দিতে পারে কি না, তা-ই পরবর্তী পর্যবেক্ষণের বিষয়।
অ্যাকচুয়েটর গবেষণায় একটি পরিচিত ধরন
FiberMotor যে বৃহত্তর প্রচেষ্টার অংশ, তা হলো অ্যাকচুয়েশনকে তার চালিত কাঠামোর নরম ভাবের সঙ্গে মিলিয়ে দেওয়া। ইউরোপ, এশিয়া ও উত্তর আমেরিকার গবেষণা দলগুলো কৃত্রিম পেশি, কেবল-চালিত টেন্ডন, নিউমেটিক চেম্বার এবং ইলেকট্রোস্ট্যাটিক অ্যাকচুয়েটর নিয়ে পরীক্ষা করেছে—সবাই ভিন্ন দিক থেকে একই লক্ষ্য অনুসরণ করে: নমনীয় হার্ডওয়্যার দিয়ে নমনীয় যন্ত্র চালানো। EPFL-এর অবদান সেই তালিকায় একটি তন্তু-আকৃতির, টেলিস্কোপিং বিকল্প যোগ করে।
একটি নতুন অ্যাকচুয়েটর শ্রেণির মূল্য খুব কমই এই যে এটি বিদ্যমান মোটরকে সরাসরি প্রতিস্থাপন করে। বরং এটি নকশার পরিসর খুলে দেয়। যদি একটি মোটর সুতার মতো সরু ও নমনীয় হতে পারে, তবে রোবটের অঙ্গ, এক্সোস্যুট এবং পরিধানযোগ্য সহায়ক যন্ত্র আর জয়েন্টে একটি অনমনীয় ড্রাইভকে কেন্দ্র করে সাজাতে হবে না। সেগুলো বিতরণ করা, বস্ত্র-সামঞ্জস্যপূর্ণ অ্যাকচুয়েশনের চারপাশে সাজানো যেতে পারে—জৈবিক পেশি যেভাবে সাজানো থাকে তার আরও কাছাকাছি।
আপাতত FiberMotor একটি প্রতিশ্রুতিশীল আকৃতি, প্রমাণিত পণ্য নয়। সুতা সরে যায়, টেলিস্কোপ প্রসারিত হয়, এবং উল্লিখিত প্রয়োগগুলো হলো সফট রোবট ও পরিধানযোগ্য ডিভাইস। সামনের কাজটি হলো অনাকর্ষণীয় অংশ: টেকসইতা, আউটপুট ও নিয়ন্ত্রণ পরিমাপ করা, তারপর একটি প্রকৃত যন্ত্রের ভেতরে ডিভাইসটি নির্ভরযোগ্যভাবে কাজ করতে দেখানো।
এই নিবন্ধটি Interesting Engineering-এর প্রতিবেদনের উপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধটি পড়ুন।
Originally published on interestingengineering.com