ओरफिश के फिन की शारीरिक रचना से मिली शांत पानी के अंदर चलने वाले रोबोट के डिज़ाइन की प्रेरणा

ओरफिश के फिन से मिली शांत पानी के अंदर चलने वाले रोबोट की प्रेरणा

जब रोबोटिक्स विशेषज्ञ रॉब शेफर्ड ने एक बड़े पानी के अंदर चलने वाले रोबोट पर काम शुरू किया, जिसका उद्देश्य चुपचाप तैरना था ताकि समुद्री जीवों को डर न लगे, तो उन्होंने डिज़ाइन के संकेत एक अप्रत्याशित जगह पर खोजे: ओरफिश। यह मीटरों लंबी मछली, जो मनुष्यों को शायद ही कभी दिखती है, पानी में रिबन जैसे डॉर्सल फिन के साथ चलती है जो लहरों में ऊपर-नीचे होता है। शेफर्ड को संदेह था कि यह लहर-चालित प्रणोदन प्रणाली एक ऐसी मशीन के लिए इंजीनियरिंग सिद्धांतों में बदल सकती है जो तैरती है, न कि संघर्ष करती है।

मछली को बेहतर समझने के लिए, शेफर्ड ने विली बेमिस से संपर्क किया, जो कॉर्नेल के सेवानिवृत्त इक्थियोलॉजिस्ट हैं। बेमिस, जो कृषि और जीवन विज्ञान महाविद्यालय में पारिस्थितिकी और विकासवादी जीव विज्ञान के प्रोफेसर एमेरिटस हैं, ने याद किया कि शेफर्ड ने उन्हें फोन करके ओरफिश में रुचि व्यक्त की थी — और बेमिस ने उन्हें बताया कि रुचि पारस्परिक थी। उस संक्षिप्त बातचीत ने ओरफिश के असामान्य डॉर्सल फिन रेज़ की जांच के लिए एक सहयोग की शुरुआत की।

लहर प्रणोदन के लिए बनी शारीरिक रचना

ओरफिश आकर्षक जीव हैं, जिनके शरीर रिबन के आकार के होते हैं और ये दुनिया भर में फैले हुए हैं। केवल दो प्रजातियाँ मान्यता प्राप्त हैं, और ये दुनिया भर के महासागरों में लगभग 1,000 फीट (305 मीटर) की गहराई तक रहती हैं। ये विशाल हैं: सबसे बड़े व्यक्तियों की लंबाई लगभग 8 मीटर, या लगभग 26 फीट तक होने का अनुमान है, जिससे विशाल ओरफिश जीवित सबसे लंबी अस्थिल मछली बन जाती है। फिर भी, ये विशालकाय जीव बड़े शिकार के बजाय छोटे क्रस्टेशियंस पर भोजन करते हैं।

उनका डॉर्सल फिन उन्हें अलग बनाता है। इसमें सैकड़ों अस्थि-जैसी कंकाल संरचनाएँ होती हैं जिन्हें फिन रेज़ कहा जाता है, जो मछली की पीठ से निकलती हैं। ये रेज़ केवल फिन को कठोर नहीं बनातीं; वे एक समन्वित क्रम में चलती हैं, जिससे उन्हें जोड़ने वाली झिल्ली के साथ लहरें बनती हैं। यात्रा करने वाली लहरें मछली को आगे बढ़ाती हैं। परिणाम एक सहज, निरंतर प्रणोदन है जो कई अन्य मछलियों द्वारा उपयोग की जाने वाली दोलनशील पूंछ या फड़फड़ाते अंगों से काफी अलग है।

• दो मान्यता प्राप्त ओरफिश प्रजातियाँ दुनिया के महासागरों में फैली हुई हैं।
• ये लगभग 305 मीटर (1,000 फीट) तक की गहराई में रह सकती हैं।
• विशाल ओरफिश लगभग 8 मीटर लंबाई तक पहुँच सकती है, जिससे ये सबसे लंबी अस्थिल मछली बन जाती हैं।
• उनका आहार छोटे क्रस्टेशियंस से बना होता है।
• सैकड़ों डॉर्सल फिन रेज़ मिलकर प्रणोदक लहरें बनाती हैं।

जॉयस्टिक जैसी फिन रेज़ की पहली झलक

30 सितंबर को जर्नल इक्थियोलॉजी एंड हर्पेटोलॉजी में प्रकाशित एक नए अध्ययन में ओरफिश की प्रत्येक फिन रे को पूरे वृत्त में स्वतंत्र रूप से घुमाने की अनुमति देने वाली शारीरिक रचना और मांसपेशियों की श्रृंखला का पहला विवरण दिया गया है। इस गति की तुलना जॉयस्टिक से की गई है, और यह मछली को व्यक्तिगत रेज़ पर सटीक, बहुदिशात्मक नियंत्रण देती है — एक क्षमता जो यह समझाने में मदद करती है कि फिन इतनी जटिल लहरें कैसे उत्पन्न कर सकता है।

बेमिस इस पेपर के वरिष्ठ लेखक हैं। शेफर्ड, कॉर्नेल डफील्ड कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के जॉन एफ. कैर प्रोफेसर, सह-लेखक हैं। गेब्रियल अफोंसो, जो बेमिस की प्रयोगशाला में पूर्व विजिटिंग शोधकर्ता थे और अब वर्जीनिया इंस्टीट्यूट ऑफ मरीन साइंस में डॉक्टरेट छात्र हैं, पहले लेखक हैं।

एकल रे के स्तर पर स्वतंत्र नियंत्रण

प्रत्येक रे की पूरे वृत्त में घूमने की क्षमता का मतलब है कि फिन एक निष्क्रिय शीट नहीं है। इसके बजाय, यह सैकड़ों गतिशील तत्वों की सक्रिय रूप से नियंत्रित सरणी है। व्यक्तिगत रेज़ के अभिविन्यास को समायोजित करके, मछली फिन झिल्ली के साथ यात्रा करने वाली लहर को आकार दे सकती है, और उत्पन्न थ्रस्ट को ट्यून कर सकती है। इंजीनियरों के लिए, इस प्रकार का वितरित, सूक्ष्म नियंत्रण आकर्षक है: यह एक ऐसी प्रणोदन प्रणाली का सुझाव देता है जिसे बड़े, शोर करने वाले गतिशील भागों के बिना संशोधित किया जा सकता है।

ओरफिश का अध्ययन करना इतना कठिन क्यों है

ओरफिश के बारे में बहुत कुछ रहस्यमय बना हुआ है, और उनका अध्ययन करने की कठिनाई एक प्रमुख कारण है। जब मछलियाँ मरती हैं, तो उनके शरीर खंडों में टूट जाते हैं, इसलिए अक्षत नमूने दुर्लभ होते हैं। यह शारीरिक कार्य को चुनौतीपूर्ण बनाता है, और यह समझाने में मदद करता है कि उनके फिन रेज़ के बारे में बुनियादी प्रश्न इतने लंबे समय तक अनुत्तरित क्यों रहे। इसलिए नए पेपर का फिन रे मांसपेशियों का विस्तृत विवरण एक उल्लेखनीय अंतराल को भरता है।

जानवरों का गहरा आवास एक और बाधा जोड़ता है। सतह से सैकड़ों फीट नीचे रहने के कारण, वे शायद ही कभी जीवित देखे जाते हैं, और उनका आकार और नाजुकता उन्हें इकट्ठा करने या जांचने के प्रयासों को जटिल बनाती है। एक रोबोटिक्स विशेषज्ञ और एक इक्थियोलॉजिस्ट के बीच सहयोग ने आगे बढ़ने का रास्ता दिया: प्रणोदन के बारे में इंजीनियरिंग प्रश्नों ने उन शारीरिक विशेषताओं को उजागर किया जिनका पूरी तरह से वर्णन नहीं किया गया था, जबकि मछली के जीव विज्ञान ने रोबोट के लिए एक प्राकृतिक मॉडल प्रदान किया।

गहरे समुद्र की मछली से इंजीनियरिंग डिज़ाइन तक

रोबोटिक्स के लिए ओरफिश का आकर्षण इसकी शांति में है। एक बड़ा पानी के अंदर चलने वाला रोबोट जो लचीले फिन के साथ यात्रा करने वाली लहरों के साथ चलता है, कम अचानक, उच्च-ऊर्जा गतियों के साथ काम कर सकता है, जिससे यह जो अशांति पैदा करता है उसे कम करता है। यह उन मिशनों के लिए मायने रखता है जिनमें लक्ष्य समुद्री जीवन को उसके व्यवहार को बदले बिना देखना है। एक वाहन जो निरंतर, लहर जैसी गति के साथ पानी में फिसलता है, प्रोपेलर या दोलनशील फॉइल द्वारा संचालित वाहन की तुलना में पर्यावरण में अधिक घुलमिल सकता है।

ओरफिश यह भी प्रदर्शित करती है कि ऐसी प्रणाली बड़े पैमाने पर काम कर सकती है। मछली का शरीर कई मीटर लंबाई तक पहुँच सकता है, और इसका फिन अभी भी सैकड़ों रेज़ की समन्वित क्रिया के माध्यम से प्रभावी प्रणोदन उत्पन्न करता है। यह सुझाव देता है कि अंतर्निहित सिद्धांत को बड़े पैमाने पर बढ़ाया जा सकता है, जो एक बड़े के रूप में वर्णित रोबोट के लिए प्रासंगिक है।

शोध का समुद्री रोबोटिक्स के लिए क्या अर्थ हो सकता है

यह अध्ययन एक तैयार रोबोट प्रस्तुत नहीं करता; यह उस शारीरिक आधार को स्थापित करता है जो एक रोबोट को सूचित कर सकता है। यह दस्तावेज करके कि प्रत्येक फिन रे कैसे मांसपेशीयुक्त और नियंत्रित होती है, शोधकर्ता इंजीनियरों को एक टेम्पलेट देते हैं जिससे वे प्रेरणा ले सकते हैं। एक भविष्य का वाहन फिन रेज़ की नकल व्यक्तिगत रूप से सक्रिय तत्वों के साथ कर सकता है जो यात्रा करने वाली लहर उत्पन्न करने के लिए घूमते हैं। ऐसा डिज़ाइन स्टील्थ और गतिशीलता दोनों प्रदान कर सकता है, जिससे एक रोबोट प्रोपेलर की गति बदलने के बजाय लहर को पुनः कॉन्फ़िगर करके मंडरा सकता है, मुड़ सकता है या गति कर सकता है।

अभी भी व्यावहारिक प्रश्नों को संबोधित करना बाकी है। एक समुद्री वाहन में सैकड़ों स्वतंत्र रूप से घूमने वाले तत्वों का निर्माण करने के लिए मजबूत, कॉम्पैक्ट एक्चुएटर और उन्हें समन्वित करने में सक्षम नियंत्रण प्रणाली की आवश्यकता होगी। महासागर का वातावरण संक्षारक और अप्रत्याशित है, और एक लचीली फिन झिल्ली को बार-बार झुकने को सहना होगा। फिर भी जैविक प्रणाली दिखाती है कि ये चुनौतियाँ सिद्धांत रूप में हल करने योग्य हैं: ओरफिश लाखों वर्षों से ऐसा कर रही है।

शांत प्रणोदन के लिए एक मॉडल जीव

यह शोध अंतरविषयक कार्य के मूल्य को भी रेखांकित करता है। शेफर्ड एक इंजीनियरिंग समस्या लेकर आए — बड़े पैमाने पर चुपचाप कैसे तैरें — बेमिस के पास, जो दशकों की इक्थियोलॉजिकल विशेषज्ञता लेकर आए। अफोंसो के पहले लेखक के रूप में उनके संयुक्त प्रयास ने फिन रे शारीरिक रचना का विवरण तैयार किया जो गायब था। यह एक अनुस्मारक है कि कुछ सबसे उपयोगी डिज़ाइन विचार उन जीवों में छिपे हो सकते हैं जो शायद ही कभी देखे जाते हैं और जिन्हें इकट्ठा करना कठिन है।

फिलहाल, ओरफिश का फिन एक जैविक पहेली और एक इंजीनियरिंग प्रेरणा दोनों बना हुआ है। जैसे-जैसे रोबोटिक्स विशेषज्ञ न्यूनतम व्यवधान के साथ महासागर का पता लगाने के तरीके खोजते हैं, मछली का रिबन जैसा फिन और उसकी सैकड़ों जॉयस्टिक जैसी रेज़ एक सम्मोहक मॉडल प्रस्तुत करते हैं — जो अंततः बड़े पानी के अंदर चलने वाले रोबोटों को उन जानवरों की तरह चुपचाप तैरने में मदद कर सकता है जिन्हें देखने के लिए उन्हें बनाया गया है।

यह लेख Phys.org की रिपोर्टिंग पर आधारित है। मूल लेख पढ़ें।