EPFL चा धाग्यासारखा पातळ FiberMotor दुर्बिणीसारखा सरकतो, मऊ रोबोट्सना ऊर्जा देतो

यंत्रसामग्रीपेक्षा धाग्यासारखा दिसणारा मोटर

स्वित्झर्लंडमधील EPFL येथील अभियंत्यांनी धाग्यासारखा दिसणारा लवचिक मोटर तयार केला आहे, हा आकार "मोटर" या शब्दाने सहसा मनात येणाऱ्या जवळपास सर्व गोष्टींशी विसंगत आहे. संघाने FiberMotor असे नाव दिलेले हे उपकरण कडक नसून लवचिक आहे आणि ते दुर्बिणीच्या सरकत्या भागांसारखे पसरते. या रचनेमागील उद्देश मऊ रोबोट्स आणि परिधान करण्यायोग्य उपकरणांना ऊर्जा देणे हा आहे, या दोन्ही तंत्रज्ञान श्रेणी त्यांच्या गाभ्यात असलेल्या कडक, चौकोनी ड्राइव्हमुळे बराच काळ मागे राहिल्या आहेत.

हा प्रस्ताव मांडणे सोपे पण अभियांत्रिकी करणे कठीण आहे: जर तयार होणारे यंत्र मऊ असेल, तर ते हलवणारी वस्तू संपूर्ण जोडणीतील सर्वात कठीण वस्तू नसावी. FiberMotor हे पारंपरिक हार्डवेअरभोवती लवचिकता उपरोध म्हणून लावण्याऐवजी अॅक्च्युएटरपासूनच सुरुवात करून ही तफावत भरून काढण्याचा प्रयत्न आहे.

मऊ रोबोट्सना कडक मोटर्सचा सतत सामना का करावा लागतो

मऊ रोबोटिक्सने वाकणारे, ताणणारे, नाजूक वस्तू पकडणारे आणि तडकल्याशिवाय आघात शोषून घेणारे शरीर विकसित करण्यात वर्षे घालवली आहेत. या क्षेत्रातील सामग्रीची बाजू वेगाने पुढे गेली आहे, इलास्टोमर्स, कापड आणि लवचिक रचना ज्या धातूच्या जोडण्या करू शकत नाहीत अशा प्रकारे वळवता आणि वाकवता येतात. समस्या अॅक्च्युएशनच्या क्षणी येते. मोटर्स, गिअरबॉक्सेस आणि त्यांना जोडणाऱ्या ट्रान्समिशन लाइन्स सामान्यतः कडक असतात, आणि त्या लवचिक शरीरावर बसवल्यास यांत्रिक विसंगती निर्माण होते.

ही विसंगती अनेक व्यावहारिक मार्गांनी दिसून येते:

• कडक घटक तथाकथित मऊ प्रणालीचा सर्वात जड आणि सर्वात ठिसूळ भाग बनतात, ज्यामुळे संपूर्ण यंत्र किती लवचिक असू शकते यावर मर्यादा येते.
• मोटर बसलेल्या सांध्यांवर वजन केंद्रित होते, ज्यामुळे डिझाइनर कोणते आकार बनवू शकतो आणि उपकरण सुरक्षितपणे कोणत्या हालचाली करू शकते यावर बंधन येते.
• कडक हार्डवेअर आणि मऊ सामग्रीमधील इंटरफेस घासण्याचे ठिकाणे बनतात, जिथे उपकरण थकवा किंवा अपयशाची शक्यता सर्वाधिक असते.
• आकारमानामुळे मऊ रोबोट जैविक अवयवाची किती जवळून नक्कल करू शकतो यावर मर्यादा येते, ज्यात सामान्यतः एकच घनदाट ड्राइव्ह नसून वितरित स्नायू असतात.

स्वतः लवचिक आणि धाग्यासारखा मोटर या विसंगतीला मुळातच संबोधित करतो. कडक ठोकळ्याभोवती डिझाइन करण्याऐवजी, अभियंते अशा अॅक्च्युएटरसह काम करतील जो स्नायू किंवा केबलप्रमाणे मार्गक्रमण, वाकवण आणि लवचिक रचनेत एकत्रित करता येईल.

दुर्बिणीचे वर्तन, सोप्या शब्दांत समजावून सांगितले

संशोधक जे तुलना करतात ती दुर्बिण आहे, आणि ही उपमा उपकरण लांबी कशी बदलते याबद्दल आहे. दुर्बिण एकमेकांवर सरकणाऱ्या घटकांद्वारे पसरते, त्या पूर्ण लांबीचे एकच कडक शरीर न वाढवता पोहोच मिळवते. FiberMotor तुलनात्मक पद्धतीने सरकतो असे वर्णन केले आहे, जे पारंपरिक शाफ्ट किंवा रोटरवर अवलंबून न राहता संक्षिप्त, लवचिक स्वरूपातून बाहेर पसरणारी यंत्रणा सूचित करते.

हे गती डिझाइनसाठी महत्त्वाचे आहे. दुर्बिणीसारखे विस्तारण मऊ प्रणालीला अक्षावर पोहोचणे, ढकलणे किंवा लांबण्याचा मार्ग देते, तर अॅक्च्युएटर स्वतः लवचिक राहतो. संकुचित जागांमध्ये पसरणे आवश्यक असलेल्या रोबोट्ससाठी, किंवा हलणाऱ्या शरीराच्या आराखड्याचे अनुसरण करणे आवश्यक असलेल्या परिधान करण्यायोग्य उपकरणांसाठी, कडक कणा न लादता मागणीनुसार लांबी बदलणारा अॅक्च्युएटर हा कडक लीड स्क्रूसह जोडलेल्या मोटरपेक्षा अर्थपूर्णपणे वेगळा बांधकाम घटक आहे.

परिधान करण्यायोग्य उपकरणे ही पैजेचा दुसरा अर्धा भाग

परिधान करण्यायोग्य तंत्रज्ञानात समांतर समस्या आहे. शरीरावर परिधान केलेल्या उपकरणांचे मूल्यांकन आराम, वजन आणि नैसर्गिक हालचालींमध्ये किती कमी अडथळा आणतात यावर केले जाते, तरीही ऊर्जा देणारी सहाय्यक परिधान करण्यायोग्य उपकरणे पारंपरिकपणे कडक चौकटी आणि नितंब, गुडघा किंवा पाठीवर ठळकपणे बसलेल्या मोटर्सपासून बनवली जातात. याउलट, कपड्यांशी निगडित रोबोटिक्सला अशा ड्राइव्हची आवश्यकता असेल जी कापडात विणता येईल किंवा दाबाचा बिंदू किंवा कडक किनार निर्माण न करता अवयवावर ठेवता येईल.

धाग्यासारखा मोटर संकल्पनात्मकदृष्ट्या या आवश्यकतेशी जुळतो. कापड उत्पादन आधीच लवचिक, लांबट सामग्री मोठ्या प्रमाणावर हाताळते, त्यामुळे तंतूसारख्या आकाराचा अॅक्च्युएटर वस्त्र निर्मितीच्या पद्धतीशी किमान सुसंगत आहे. FiberMotor मऊ रोबोटमध्ये उपयुक्त ठरणारे गुणधर्म — लवचिकता, पातळ रूपरेषा, स्वतःच्या लांबीने पसरण्याची क्षमता — हेच परिधान करण्यायोग्य ड्राइव्हला आवश्यक असलेले गुणधर्म आहेत.

अद्याप काय सिद्ध झाले नाही

प्रारंभिक टप्प्यातील उपकरणाची घोषणा अभियांत्रिकी प्रश्न खुले ठेवते. EPFL चा FiberMotor मऊ रोबोटिक्स आणि परिधान करण्यायोग्य उपकरणांसाठी धाग्यासारखा दिसणारा आणि दुर्बिणीसारखा पसरणारा लवचिक मोटर म्हणून सादर केला आहे, परंतु मुख्य वर्णन असे ठरवत नाही की असा मोटर किती बल निर्माण करू शकतो, तो ऊर्जेचे गतीत किती कार्यक्षमतेने रूपांतर करतो, लवचिक घटक खराब होण्यापूर्वी तो किती चक्रे टिकू शकतो, किंवा वास्तविक प्रणालीत त्याला ऊर्जा कशी दिली जाते आणि नियंत्रित केले जाते.

हीच आकडेवारी ठरवते की हुशार अॅक्च्युएटर व्यावहारिक घटक बनतो का. मऊ अॅक्च्युएटर सामान्यतः लवचिकतेसाठी बल घनता आणि अचूकता यांची देवाणघेवाण करतात, आणि FiberMotor साठी मनोरंजक प्रश्न हा आहे की तो या देवाणघेवाणीत कुठे येतो. उदाहरणार्थ, सांध्याला सहाय्य करणाऱ्या परिधान करण्यायोग्य उपकरणाला महत्त्वाचे ठरण्यासाठी पुरेसे बल हवे, तर नाजूक वस्तू हाताळणाऱ्या मऊ रोबोटला सूक्ष्म नियंत्रण हवे. दुर्बिणीसारखा पसरणारा धाग्यासारखा मोटर यापैकी कोणतेही उपयुक्त पातळीवर देऊ शकतो का, हे पुढे पाहण्याची गोष्ट आहे.

अॅक्च्युएटर संशोधनातील परिचित नमुना

FiberMotor हा अॅक्च्युएशनला ते चालवणाऱ्या रचनांच्या मऊपणाशी जुळवण्याच्या व्यापक प्रयत्नाचा भाग आहे. युरोप, आशिया आणि उत्तर अमेरिकेतील संशोधन गटांनी कृत्रिम स्नायू, केबल-चालित स्नायू, वायवीय कक्ष आणि इलेक्ट्रोस्टॅटिक अॅक्च्युएटरवर प्रयोग केले आहेत, सर्व वेगवेगळ्या दृष्टिकोनातून समान ध्येयाकडे वाटचाल करत आहेत: लवचिक यंत्रांना लवचिक हार्डवेअरने हलवणे. EPFL चे योगदान त्या यादीत तंतू-आकाराचा, दुर्बिणीसारखा पसरणारा पर्याय जोडते.

नवीन अॅक्च्युएटर श्रेणीचे मूल्य क्वचितच ते विद्यमान मोटर्सना पूर्णपणे बदलते यात असते. ते डिझाइन जागा उघडते यात असते. जर मोटर धाग्याइतका पातळ आणि लवचिक असू शकतो, तर रोबोटचे अवयव, एक्सोसूट्स आणि परिधान करण्यायोग्य सहाय्यक उपकरणे यांना सांध्यावर कडक ड्राइव्हभोवती व्यवस्थित करण्याची गरज राहत नाही. ती वितरित, कापड-सुसंगत अॅक्च्युएशनभोवती व्यवस्थित करता येतात — जैविक स्नायू कसे व्यवस्थित असतात त्याच्या अधिक जवळ.

सध्या, FiberMotor हा सिद्ध उत्पादनापेक्षा आशादायक आकार आहे. धागा सरकतो, दुर्बिण पसरते, आणि नामनिर्देशित उपयोग मऊ रोबोट्स आणि परिधान करण्यायोग्य उपकरणे आहेत. पुढील काम हा अनाकर्षक भाग आहे: टिकाऊपणा, आउटपुट आणि नियंत्रण मोजणे, नंतर उपकरण वास्तविक यंत्रात विश्वासार्हपणे वागत असल्याचे दाखवणे.

हा लेख Interesting Engineering च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.