बेडकासारखा छोटा रोबोट वाकलेल्या लवचिक दांड्यांचा वापर करून उडी मारतो, पोहतो आणि ओल्या पृष्ठभागावर चालतो

रोबोटिक्स तज्ञांनी चांगल्या प्रणोदनासाठी घोडे, कीटक आणि इतर असंख्य प्राण्यांपासून प्रेरणा घेतली आहे. आता बेडकांनीही या यादीत स्थान मिळवले आहे. संशोधकांच्या एका चमूने तळहाताएवढा रोबोट तयार केला आहे, जो उभयचर प्राण्यांच्या अचानक, जोरदार उडी मारण्याच्या कौशल्याचा वापर करतो. यासाठी वाकलेल्या लवचिक दांड्यांभोवती तयार केलेली यंत्रणा वापरली जाते, जी एका आकारातून दुसऱ्या आकारात स्नॅप होते.

१८ सप्टेंबर रोजी सायन्स अ‍ॅडव्हान्सेस जर्नलमध्ये प्रकाशित झालेल्या या कामात, लवचिक दांड्यांना वळवणे आणि वाकवणे यामुळे ऊर्जा कशी साठवली जाऊ शकते आणि नंतर क्षणार्धात कशी सोडली जाऊ शकते — एक "स्नॅपिंग मोशन" ज्यामुळे एक छोटे यंत्र स्वतःला पुढे झोकून देऊ शकते किंवा पाण्यातून पुढे जाऊ शकते — याचा शोध घेतला आहे. संशोधकांनी ही कल्पना प्रत्यक्षात दाखवण्यासाठी एक कार्यरत नमुना देखील तयार केला.

बेडके चांगले रोबोट का ठरतात

बेडके असामान्यपणे कार्यक्षम उडी मारणारे असतात. ते उडी मारण्यासाठी प्रचंड स्नायूंवर अवलंबून नसतात; त्याऐवजी ते त्यांच्या टेंडन्समध्ये साठवलेल्या लवचिक ऊर्जेचा वापर करतात आणि शिकारीपासून दूर पळण्यासाठी किंवा तलाव ओलांडण्यासाठी ती झपाट्याने सोडतात. ही जैविक युक्ती अभियंत्यांना आकर्षक वाटते कारण ती लहान रोबोट्सची मूलभूत मर्यादा टाळते: यंत्र जितके लहान होते, तितके शक्तिशाली मोटर्स आणि त्यांना नियंत्रित करण्यासाठी आवश्यक इलेक्ट्रॉनिक्स बसवणे कठीण होते.

या अभ्यासाचे लेखक असा युक्तिवाद करतात की जैव-प्रेरित स्नॅपिंग यंत्रणा एक मध्यम मार्ग उघडू शकतात. मोटर्स मोठ्या करण्याऐवजी, ते असे रोबोट तयार करण्याचा सल्ला देतात ज्यांची स्वतःची भौतिक रचना गतीचे काही काम हाताळते — ही अशी रणनीती आहे जी मर्यादित ऊर्जा बजेट असलेल्या यंत्रांना किंवा असमान जमीन आणि अगदी पाण्यावरून जाणाऱ्या यंत्रांना फायदा करू शकते.

स्नॅपिंग रॉड कसा काम करतो

या रचनेचा गाभा एक लवचिक दांडा आहे. जेव्हा दांडा वक्राकार वाकवला जातो आणि त्याची टोके फिरवली जातात, तेव्हा सामग्रीमध्ये तणाव निर्माण होतो. शेवटी दांडा एका उंबरठ्यावर पोहोचतो जिथे तो नवीन आकारात उलटतो आणि त्या साठवलेल्या ऊर्जेचा स्फोट सेकंदाच्या अंशात करतो.

ही प्रणाली मनोरंजक — आणि अभियांत्रिकीसाठी अवघड — बनवणारी गोष्ट म्हणजे हे संक्रमण पूर्णपणे अंदाज करण्यायोग्य नाही. वाकवणे आणि वळवणे कसे एकत्र केले जाते यावर अवलंबून, दांडा आपली साठवलेली ऊर्जा एकापेक्षा जास्त प्रकारे मुक्त करू शकतो. संशोधकांनी या संयोगांचा शोध घेतला आणि कोणत्या संरचना विश्वासार्ह, पुनरावृत्तीयोग्य स्नॅप तयार करतात ज्याचा उडी म्हणून वापर केला जाऊ शकतो हे समजून घेतले.

परिणामी, दांडा एक यांत्रिक स्प्रिंग आणि ट्रिगर एकत्रितपणे काम करतो. ऊर्जा कधी साठवली जाईल आणि कधी सोडली जाईल याचे वेळापत्रक प्रोग्राम केल्यास, रोबोटला मोटरकडून सतत उच्च उत्पादनाची मागणी न करता तीव्र, शक्तिशाली हालचाली मिळतात.

तळहाताएवढा नमुना

ही संकल्पना प्रत्यक्षात दाखवण्यासाठी, चमूने एक संक्षिप्त यंत्र एकत्र केले ज्याची परिमाणे पारंपरिक रोबोटपेक्षा खेळण्याच्या जवळ आहेत. अभ्यास आणि नमुन्यातील महत्त्वाचे आकडे खालीलप्रमाणे:

• वजन: सुमारे ३.४ औंस, पत्त्यांच्या डेकइतकेच.
• आकार: तळहातात बसण्याइतका लहान.
• वेग: सुमारे तीन शरीर-लांबी प्रति सेकंद, लहान उड्यांच्या मालिकेद्वारे.
• क्षमता: ओल्या पृष्ठभागावर उडी मारणे, पोहणे आणि अडथळ्यांची शर्यत पार करणे.

अडथळ्यांच्या शर्यतीचे प्रात्यक्षिक लक्षणीय आहे कारण ते नियंत्रित प्रयोगशाळेबाहेर रोबोटची चाचणी करते. उडी मारू शकणारे, उतरू शकणारे, पुनर्स्थित होऊ शकणारे आणि पुढे जाऊ शकणारे यंत्राला अंदाज न करता येणाऱ्या गोष्टींना तोंड द्यावे लागते — निसरडी जमीन, अडथळे आणि कोरड्या भूभागावरून पाण्यात संक्रमण — जटिल ऑनबोर्ड गणनेऐवजी साध्या यांत्रिक कौशल्याचा वापर करून.

यांत्रिकीकडून काम करून घेणे

मिशिगन विद्यापीठातील रोबोटिक्सचे सहाय्यक प्राध्यापक आणि या अभ्यासाचे सह-प्रथम लेखक झिओनान (शॉन) हुआंग यांनी हा प्रकल्प हार्डवेअर आणि नियंत्रण सॉफ्टवेअर यांच्यातील प्रयत्नांचे पुनर्वितरण करण्याचा मार्ग म्हणून मांडला. एका निवेदनात ते म्हणाले की, व्यापक संधी म्हणजे रोबोटच्या यांत्रिकीला असे काही काम हाताळू देणे ज्यासाठी अन्यथा मोठ्या मोटर्स किंवा अधिक सविस्तर नियंत्रण प्रणालींची आवश्यकता भासेल.

लवचिक रचना कधी ऊर्जा साठवते आणि कधी ती झपाट्याने सोडते याचे प्रोग्रामिंग करून, अभियंते लहान रोबोट्सना मोटर्सना सतत त्यांच्या मर्यादेपर्यंत नेण्याची गरज न देता शक्तिशाली आणि पुनरावृत्तीयोग्य हालचाली देऊ शकतात, असे हुआंग यांनी स्पष्ट केले. हे विधान रोबोटिक्स संशोधनातील मोठ्या कलाकडे निर्देश करते: अधिक अ‍ॅक्ट्युएटर्स आणि गणना जोडण्याऐवजी, डिझाइनर यंत्राच्या शरीरातच बुद्धिमत्ता आणि क्षमता निर्माण करण्याचे मार्ग शोधत आहेत.

उडी मारणारे, पोहणारे रोबोट कुठे उपयुक्त ठरू शकतात

संशोधकांनी अशी अनेक ठिकाणे वर्णन केली आहेत जिथे उभयचर कौशल्य असलेले लहान, ऊर्जा-किफायतशीर यंत्र उपयुक्त ठरू शकते:

• चाके आणि ट्रॅक्स अडकतात अशा गर्दीच्या भूभागावर, जसे की ढिगारा किंवा दाट वनस्पती.
• जलद अडथळा टाळणे किंवा अचानक पुनर्स्थिती आवश्यक असलेली वातावरणे.
• जमीन आणि पाणी यांच्यात संक्रमण करणारी मोहिमा, जिथे एकच हालचाल धोरण पुरेसे नाही.
• बॅटरी क्षमता किंवा मोटर उत्पादन आकारामुळे गंभीरपणे मर्यादित असलेली तैनाती.

हे तत्त्व शेवटी गोंधळलेल्या, अडथळ्यांनी भरलेल्या जमिनीवरून जाणाऱ्या, अडथळे पार करणाऱ्या, स्वतःला पटकन वळवणाऱ्या किंवा स्थलीय आणि जलीय अशा दोन्ही वातावरणात कार्यरत राहणाऱ्या रोबोट्सना आधार देऊ शकते, असे हुआंग यांनी नमूद केले. चपळता आणि कार्यक्षमता यांचे हे संयोजनच बेडकांना नैसर्गिक जगात इतके प्रभावी सर्वसाधारण बनवते.

पुढे काय

हा अभ्यास तयार उत्पादनाऐवजी संकल्पनेचा पुरावा आहे. स्नॅपिंग यंत्रणा अचूकपणे नियंत्रित करणे स्वाभाविकपणे कठीण आहे, आणि वाकलेला व वळवलेला दांडा नेहमी त्याच प्रकारे ऊर्जा सोडत नाही ही गोष्ट विश्वासार्ह चाली तयार करू इच्छिणाऱ्या अभियंत्यांसाठी संधी आणि आव्हान दोन्ही आहे.

तरीही, नमुन्याची कामगिरी — ओल्या जमिनीवर आणि पाण्यात सुमारे तीन शरीर-लांबी प्रति सेकंद — दर्शवते की या दृष्टिकोनात वाढीची जागा आहे. संशोधकांनी वाकवणे, वळवणे आणि स्नॅपिंग यांच्यातील संबंध अधिक सखोलपणे मांडल्यावर, ते मागणीनुसार विशिष्ट, पुनरावृत्तीयोग्य उडी देणाऱ्या लवचिक रचना तयार करू शकतील. असे झाल्यास, साधा बेडूक मोठ्या यंत्रे अनुसरू शकत नाहीत अशा ठिकाणी उडी मारणाऱ्या लहान रोबोट्सच्या पिढीला आकार देऊ शकतो.

हा लेख लाइव्ह सायन्सच्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.