एक मोटर जो मशीनरी से ज्यादा धागे जैसी दिखती है
स्विट्जरलैंड के EPFL में इंजीनियरों ने एक लचीली मोटर बनाई है जो धागे जैसी दिखती है, एक ऐसा रूप जो "मोटर" शब्द से आम तौर पर जुड़ी लगभग हर चीज़ के उलट है। इस उपकरण को टीम FiberMotor कहती है, यह कठोर नहीं बल्कि लचीला है, और इस तरह फैलता है जो टेलीस्कोप के सरकने वाले हिस्सों जैसा लगता है। इस डिज़ाइन के पीछे का इरादा सॉफ्ट रोबोट्स और वियरेबल्स को शक्ति देना है, यानी तकनीक की दो ऐसी श्रेणियां जिन्हें लंबे समय से उनके मूल में बैठी कठोर, बॉक्स जैसी ड्राइव ने पीछे रखा है।
इसका प्रस्ताव कहने में सरल है और इंजीनियरिंग में कठिन: अगर बनाई जा रही मशीन नरम है, तो उसे हिलाने वाली चीज़ असेंबली की सबसे कठोर वस्तु नहीं होनी चाहिए। FiberMotor इस अंतर को पाटने की कोशिश है, जो पारंपरिक हार्डवेयर के इर्द-गिर्द लचीलेपन को बाद में जोड़ी गई बात मानने के बजाय खुद एक्चुएटर से शुरुआत करती है।
सॉफ्ट रोबोट्स बार-बार कठोर मोटरों से क्यों टकराते हैं
सॉफ्ट रोबोटिक्स ने वर्षों तक ऐसे शरीर विकसित किए हैं जो मुड़ते हैं, खिंचते हैं, नाज़ुक वस्तुओं को पकड़ते हैं और टूटे बिना टकराव सह लेते हैं। इस क्षेत्र का सामग्री पक्ष तेज़ी से आगे बढ़ा है, जिसमें इलास्टोमर्स, कपड़े और लचीली संरचनाएं शामिल हैं जो धातु की कड़ियों की तरह मुड़ और झुक सकती हैं। समस्या एक्चुएशन के क्षण में आती है। मोटर, गियरबॉक्स और उन्हें जोड़ने वाली ट्रांसमिशन लाइनें आम तौर पर कठोर होती हैं, और उन्हें लचीले शरीर पर जड़ने से यांत्रिक बेमेल पैदा होता है।
यह बेमेल कई व्यावहारिक तरीकों से सामने आता है:
- कठोर घटक कथित रूप से नरम प्रणाली का सबसे भारी और सबसे भंगुर हिस्सा बन जाते हैं, जिससे पूरी मशीन की लचीलापन सीमित हो जाती है।
- वज़न उन जोड़ों पर केंद्रित हो जाता है जहां मोटर बैठती है, जिससे डिज़ाइनर जो आकार बना सकता है और उपकरण जो हरकतें सुरक्षित रूप से कर सकता है, वे सीमित हो जाती हैं।
- कठोर हार्डवेयर और नरम सामग्री के बीच के इंटरफेस घिसाव के बिंदु बन जाते हैं, यानी वे जगहें जहां उपकरण के थकान या विफल होने की सबसे ज्यादा संभावना होती है।
- आकार यह सीमित करता है कि सॉफ्ट रोबोट किसी जैविक अंग की कितनी नकल कर सकता है, जिसमें आम तौर पर एक घनी ड्राइव के बजाय वितरित मांसपेशी होती है।
एक ऐसी मोटर जो खुद लचीली और धागे जैसी है, इस बेमेल को जड़ से संबोधित करती है। कठोर ब्लॉक के इर्द-गिर्द डिज़ाइन करने के बजाय, इंजीनियर ऐसे एक्चुएटर के साथ काम करेंगे जिसे टेंडन या केबल की तरह बिछाया, मोड़ा और लचीली संरचना में एकीकृत किया जा सके।
टेलीस्कोप व्यवहार, सरल शब्दों में समझाया गया
शोधकर्ता जिस तुलना की ओर बढ़ते हैं वह टेलीस्कोप है, और यह उपमा इस बारे में है कि उपकरण अपनी लंबाई कैसे बदलता है। टेलीस्कोप एक-दूसरे के ऊपर सरकते नेस्टेड हिस्सों से फैलता है, और उस पूरी लंबाई का एक भी कठोर शरीर जोड़े बिना पहुंच बढ़ाता है। FiberMotor को तुलनीय तरीके से सरकने वाला बताया गया है, जो ऐसी क्रियाविधि का संकेत देता है जो पारंपरिक शाफ्ट या रोटर पर निर्भर रहने के बजाय एक सुगठित, लचीले रूप से बाहर की ओर टेलीस्कोप की तरह फैल सकती है।
यह गति डिज़ाइन के लिए मायने रखता है। टेलीस्कोपिंग विस्तार एक नरम प्रणाली को एक अक्ष के साथ पहुंचने, धकेलने या लंबा होने का तरीका देता है, जबकि एक्चुएटर खुद लचीला बना रहता है। ऐसे रोबोट्स के लिए जिन्हें सीमित जगहों में फैलना होता है, या ऐसे वियरेबल उपकरणों के लिए जिन्हें चलते शरीर की रूपरेखा का पालन करना होता है, मांग पर लंबाई बदलने वाला एक्चुएटर जो कठोर रीढ़ न थोपे, एक कठोर लीड स्क्रू के साथ जोड़ी गई मोटर से अर्थपूर्ण रूप से अलग बिल्डिंग ब्लॉक है।
वियरेबल्स इस दांव का दूसरा आधा हिस्सा हैं
वियरेबल तकनीक की भी समानांतर समस्या है। शरीर पर पहने जाने वाले उपकरणों को आराम, वज़न और प्राकृतिक गति में कितनी कम बाधा डालते हैं, इस पर आंका जाता है, फिर भी शक्ति-सहायक वियरेबल्स पारंपरिक रूप से कठोर फ्रेम और मोटरों से बने होते हैं जो कूल्हे, घुटने या पीठ पर स्पष्ट रूप से बैठे होते हैं। इसके विपरीत, कपड़ों से जुड़ी रोबोटिक्स को ऐसी ड्राइव चाहिए जिन्हें कपड़े में बुना जा सके या अंग के साथ रखा जा सके, बिना दबाव बिंदु या कठोर किनारा बनाए।
धागे जैसी मोटर वैचारिक रूप से इस ज़रूरत पर खरी उतरती है। कपड़ा निर्माण पहले से ही लचीली, लंबी सामग्रियों को बड़े पैमाने पर संभालता है, इसलिए रेशे जैसी आकार की एक्चुएटर कम से कम कपड़े बनाने के तरीके से संगत है। वही गुण जो FiberMotor को सॉफ्ट रोबोट में उपयोगी बनाएंगे — लचीलापन, पतला प्रोफ़ाइल, अपनी लंबाई के साथ फैलने की क्षमता — वही गुण एक वियरेबल ड्राइव को चाहिए होंगे।
अभी तक क्या स्थापित नहीं हुआ है
प्रारंभिक चरण के उपकरण की घोषणा इंजीनियरिंग के सवाल खुले छोड़ देती है। EPFL की FiberMotor को एक लचीली मोटर के रूप में प्रस्तुत किया गया है जो धागे जैसी दिखती है और सॉफ्ट रोबोटिक्स और वियरेबल्स के लिए टेलीस्कोपिक रूप से फैलती है, लेकिन मुख्य विवरण यह तय नहीं करता कि ऐसी मोटर कितना बल पैदा कर सकती है, कितनी कुशलता से ऊर्जा को गति में बदलती है, लचीले तत्वों के क्षय से पहले कितने चक्र झेल सकती है, या वास्तविक प्रणाली में इसे कैसे शक्ति और नियंत्रण दिया जाता है।
यही आंकड़े तय करते हैं कि कोई चतुर एक्चुएटर व्यावहारिक घटक बनता है या नहीं। सॉफ्ट एक्चुएटर अक्सर अनुपालन के लिए बल घनत्व और सटीकता का सौदा करते हैं, और FiberMotor के लिए दिलचस्प सवाल यह है कि यह इस सौदे में कहां पहुंचती है। उदाहरण के लिए, जोड़ की सहायता करने वाले वियरेबल को मायने रखने लायक बल चाहिए, जबकि नाज़ुक वस्तुओं को संभालने वाले सॉफ्ट रोबोट को बारीक नियंत्रण चाहिए। क्या टेलीस्कोपिंग धागे जैसी मोटर उपयोगी स्तरों पर इनमें से कोई भी दे सकती है, यह अगली देखने वाली बात है।
एक्चुएटर शोध में एक परिचित पैटर्न
FiberMotor उस व्यापक प्रयास के भीतर बैठती है जो एक्चुएशन को उन संरचनाओं की नरमी से मेल खिलाना चाहता है जिन्हें वह चलाती है। यूरोप, एशिया और उत्तरी अमेरिका के शोध समूहों ने कृत्रिम मांसपेशियों, केबल-चालित टेंडन, वायवीय कक्षों और इलेक्ट्रोस्टैटिक एक्चुएटरों के साथ प्रयोग किए हैं, सभी अलग-अलग कोणों से एक ही लक्ष्य का पीछा करते हुए: लचीली मशीनों को लचीले हार्डवेयर से चलाना। EPFL का योगदान उस सूची में रेशे के आकार का, टेलीस्कोपिंग विकल्प जोड़ता है।
एक नई एक्चुएटर श्रेणी का मूल्य शायद ही कभी यह होता है कि वह मौजूदा मोटरों को पूरी तरह बदल दे। यह यह है कि वह डिज़ाइन की जगह खोलती है। अगर कोई मोटर धागे जितनी पतली और लचीली हो सकती है, तो रोबोट के अंग, एक्सोसूट और वियरेबल सहायक उपकरणों को अब जोड़ पर कठोर ड्राइव के इर्द-गिर्द व्यवस्थित करने की ज़रूरत नहीं रहती। उन्हें वितरित, कपड़े-संगत एक्चुएशन के इर्द-गिर्द व्यवस्थित किया जा सकता है — जैविक मांसपेशी की व्यवस्था के अधिक करीब।
फिलहाल, FiberMotor एक सिद्ध उत्पाद के बजाय एक आशाजनक आकार है। धागा सरकता है, टेलीस्कोप फैलता है, और बताए गए अनुप्रयोग सॉफ्ट रोबोट्स और वियरेबल्स हैं। आगे का काम बिना चमक वाला हिस्सा है: टिकाऊपन, आउटपुट और नियंत्रण मापना, फिर यह दिखाना कि उपकरण वास्तविक मशीन के भीतर विश्वसनीय रूप से व्यवहार करता है।
यह लेख Interesting Engineering की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।
Originally published on interestingengineering.com
