एमआईटी के शोधकर्ताओं ने चुइंग गम की डंडी के आकार का एक मुलायम तैरने वाला रोबोट बनाया है, जिसे आगे बढ़ने की शक्ति जीवित मांसपेशी ऊतक से और दिशा नियंत्रण प्रकाश की किरण से मिलता है। हाल ही में रिपोर्ट किए गए एक परीक्षण में, यह उपकरण एक बड़े पेट्री डिश के भीतर पानी से भरी एक सरल भूलभुलैया में चला, जबकि एक शोधकर्ता ने इसे रास्ता दिखाने के लिए इसके फिन पर हाथ में पकड़ी प्रकाश किरण लक्षित की। इसमें कोई मोटर, कोई बैटरी और कोई ऑनबोर्ड इलेक्ट्रॉनिक्स नहीं है — बस एक लचीले जेल से जुड़ी इंजीनियर की गई कोशिकाएं, जो आमतौर पर एक्चुएटर का काम करती हैं।
मांसपेशी की एक परत तैराक को कैसे चलाती है
रोबोट के शरीर में एक लचीला जेल और मांसपेशी कोशिकाओं की एक परत होती है। इन कोशिकाओं को आनुवंशिक रूप से इस तरह संशोधित किया गया है कि जब भी उन पर प्रकाश पड़ता है, वे सिकुड़ जाती हैं। नतीजा एक ऐसा फिन है जो आदेश पर धड़कता है: रोबोट के दो फिन में से एक पर किरण लक्षित करें और वह मुड़ता है; प्रकाश को दूसरे फिन पर ले जाएं और मशीन मुड़ जाती है, जिससे आगे की गति के साथ दिशा में बदलाव होता है। चूंकि ट्रिगर डिश के बाहर से आता है, इसलिए हर दिशा-निर्णय रोबोट पर चल रहे सॉफ्टवेयर के बजाय लैंप पकड़े व्यक्ति द्वारा लिया जाता है।
यहां पैमाना मायने रखता है। प्रत्येक फिन 15 मिमी (0.59 इंच) लंबा, 7 मिमी (0.28 इंच) चौड़ा और केवल 0.5 मिमी (0.02 इंच) मोटा है — ऊतक की इतनी पतली पट्टी जो बार-बार मुड़ने के लिए पर्याप्त पतली है, लेकिन पानी के प्रतिरोध के खिलाफ धक्का देने के लिए पर्याप्त मजबूत है। अध्ययन के लेखक रितु रमन, जो एमआईटी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के एसोसिएट प्रोफेसर हैं, ने कहा, "हवा की तुलना में पानी में चलने के लिए बहुत अधिक बल की आवश्यकता होती है।" "अपने आकार को देखते हुए रोबोट काफी मजबूत है।"
सिकुड़े जेल से संरेखित रेशों तक
मांसपेशी को प्रभावी ढंग से खींचने के लिए सामग्री में बदलाव की आवश्यकता थी। टीम के पहले के डिजाइन में, कोशिकाओं को सहारा देने वाला बहुत मुलायम फाइब्रिन जेल मांसपेशी के सिकुड़ने पर सिकुड़ने लगता था, जिससे ऊतक द्वारा उत्पन्न बल बर्बाद हो जाता था। शोधकर्ताओं ने उस आधार को एक कठोर जिलेटिन-आधारित जेल से बदल दिया और उसकी सतह पर चौकोर तली वाले खांचे बनाए। उन खांचों ने कोशिकाओं को अनुसरण करने के लिए एक भौतिक संकेत दिया, जिससे उन्हें एक पंक्ति में आने और रेशों में विलीन होने के लिए प्रोत्साहित किया गया, ताकि वे प्रतिस्पर्धी दिशाओं में खींचने के बजाय एक साथ खींच सकें।
इसका लाभ अधिक संगठित मांसपेशी परत के रूप में मिला, जिसने कोशिकीय संकुचन को अधिक साफ गति में बदल दिया। मुड़ने वाले सब्सट्रेट से लड़ने के बजाय, रेशे बल को सीधे फिन में संचारित कर सके।
इंजीनियर किए गए ऊतक के लिए एक व्यायाम दिनचर्या
मांसपेशी उपयोग से बेहतर होती है, और एमआईटी टीम ने इस सिद्धांत को अपने रोबोट पर लागू किया। उन्होंने ऊतक को प्रतिदिन 15 मिनट तक दो स्पंद प्रति सेकंड की दर से प्रकाश से उत्तेजित किया, जिससे प्रभावी रूप से कोशिकाओं को एक व्यायाम से गुजारा गया। एक अप्रेरित नियंत्रण समूह की तुलना में, प्रशिक्षित ऊतक ने फिन के विस्थापन की दूरी में चार गुना वृद्धि की। मांसपेशी भी टिकाऊ साबित हुई: यह बिना एंकर किए 30 दिनों से अधिक समय तक काम करती रही, जो एक जीवित सामग्री के लिए एक महत्वपूर्ण अवधि है जिसे बार-बार संकुचन से बचना होता है।
यह संयोजन — अधिक मजबूत उत्पादन और विस्तारित सहनशक्ति — ही एक बायोहाइब्रिड तैराक को संभव बनाता है। जीवित ऊतक नाजुक होता है, पोषक तत्वों की आवश्यकता होती है, और परिस्थितियों में बदलाव होने पर खराब हो जाता है, इसलिए बिना एंकर के महीने भर के कार्य का कोई भी प्रदर्शन उतना ही सामग्री परिणाम है जितना कि रोबोटिक्स का।
प्रति मिनट चार शरीर की लंबाई
गति इसकी बिक्री बिंदु नहीं है। अपनी सबसे तेज गति से, रोबोट ने प्रति मिनट लगभग चार शरीर की लंबाई तय की। यह छोटा, धीमा है और, जैसा कि इसके निर्माता स्वीकार करते हैं, खुले समुद्र के लिए अभी तैयार नहीं है। प्रदर्शन में, यह एक सरल भूलभुलैया में चला और मुड़ा, जबकि एक शोधकर्ता ने इसे हाथ से निर्देशित किया, जो स्वायत्तता से अधिक नियंत्रणीयता दर्शाता है — रोबोट अभी भी यह तय करने के लिए डिश के बाहर किसी पर निर्भर है कि उसे कहां जाना है।
यह प्लेटफॉर्म जो पेश करता है वह एक अलग डिजाइन दर्शन है। चूंकि प्रकाश संकेत देता है और मांसपेशी गति करती है, इसलिए मशीन को उन कठोर घटकों, वायरिंग और बिजली आपूर्ति के बिना बनाया जा सकता है जो पारंपरिक पानी के नीचे के रोबोट ले जाते हैं। एक पतला, जेल-और-ऊतक शरीर सिद्धांत रूप में मोटरयुक्त समकक्ष की तुलना में उत्पादन में सरल और सस्ता हो सकता है — यही दिशा एमआईटी टीम अपने काम का संकेत बताती है।
बायोहाइब्रिड तैराक, तब और अब
प्रकाश-नियंत्रित, मांसपेशी-संचालित तैराक पूरी तरह से नए नहीं हैं। पहले के बायोहाइब्रिड मशीनों — जो जीवित ऊतक को इंजीनियर किए गए हिस्सों के साथ जोड़ती हैं — ने कोशिकाओं का उपयोग गति उत्पन्न करने और दिशा बदलने दोनों के लिए किया है। 2016 में, शोधकर्ताओं ने प्रकाश-संवेदनशील चूहे की हृदय कोशिकाओं से संचालित एक रोबोटिक रे का प्रदर्शन किया। 2022 में, मानव हृदय कोशिकाओं से बना एक मछली के आकार का रोबोट अपनी शक्ति से तैरा। एमआईटी का उपकरण उस वंशावली में जुड़ता है, जिसका डिजाइन बाहरी ऑप्टिकल नियंत्रण और संरेखण तथा सहनशक्ति के लिए इंजीनियर की गई मांसपेशी परत के इर्द-गिर्द केंद्रित है।
प्रदर्शन जो प्रश्न खुले छोड़ता है
भूलभुलैया दौड़ एक नियंत्रित वातावरण में नियंत्रण का प्रमाण है, क्षेत्र परीक्षण नहीं। कई बाधाएं अनसुलझी हैं। रोबोट को प्रकाश स्रोत वाले ऑपरेटर की आवश्यकता होती है, इसलिए स्वायत्तता के लिए नई संवेदन और निर्णय लेने की आवश्यकता होगी, जिससे वर्तमान डिजाइन सब कुछ ऑफबोर्ड रखकर जानबूझकर बचता है। जीवित कोशिकाओं को प्रयोगशाला की डिश के बाहर जीवित, पोषित और कार्यात्मक रखना उन्हें सिकुड़ाने से अलग समस्या है। और जबकि ऊतक बिना एंकर के 30 दिनों से अधिक समय तक काम करता रहा, यह स्पष्ट नहीं है कि गंदे, गतिशील, तापमान-परिवर्तनशील पानी में यह प्रदर्शन कैसे टिकेगा।
स्केलिंग एक और खुला प्रश्न है। एक बड़े तैराक को आनुपातिक रूप से अधिक मांसपेशी, अधिक प्रकाश और सघन माध्यम से चलने के लिए अधिक बल की आवश्यकता होगी, और 15 मिमी पर काम करने वाली फिन ज्यामिति ऊपर की ओर अनुवादित नहीं हो सकती। फिलहाल, उपलब्धि संकीर्ण और वास्तविक है: चुइंग गम की डंडी के आकार की एक मशीन जो तैरती है, मुड़ती है और एक महीने तक टिकती है, जो प्रकाश का जवाब देने वाली कोशिकाओं से संचालित होती है।
मुख्य बात
एमआईटी का रोबोट एक प्रोटोटाइप वाहन से कम और एक्चुएटर के रूप में इंजीनियर किए गए ऊतक क्या कर सकता है, इसका प्रदर्शन अधिक है। कठोर खांचेदार जेल, संरेखित मांसपेशी रेशों और जानबूझकर प्रशिक्षण दिनचर्या के संयोजन ने एक ऐसा तैराक तैयार किया जो पानी में अपने फिन को मारने के लिए पर्याप्त मजबूत और एक महीने तक चलते रहने के लिए पर्याप्त स्थिर है। क्या यह वास्तविक वातावरण के लिए नरम, सस्ते तैरने वाली मशीनों में परिवर्तित होता है, यह दिखाया जाना बाकी है — लेकिन ब्लूप्रिंट अब मेज पर है।
यह लेख न्यू एटलस की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।
Originally published on newatlas.com
