ओअरफिशच्या पंखांच्या शरीररचनेतून शांत पाणबुडी-रोबोटची रचना प्रेरित

ओअरफिशचे पंख अधिक शांत पाणबुडी-रोबोटला प्रेरणा देतात

रोबोटिक्स तज्ज्ञ रॉब शेफर्ड यांनी समुद्री प्राण्यांना घाबरवू नये म्हणून शांतपणे पोहणारा मोठा पाणबुडी-रोबोट तयार करण्यास सुरुवात केली, तेव्हा त्यांनी अनपेक्षित ठिकाणी रचनेचे संकेत शोधले: ओअरफिश. माणसांना क्वचितच दिसणारा हा मीटर-लांब मासा पाण्यात फितीसारख्या पाठीच्या पंखाने लाटांमध्ये डोलत पुढे सरकतो. शेफर्ड यांना वाटले की, लाटांद्वारे चालणारी ही प्रणोदन प्रणाली धडपडण्याऐवजी सरकणाऱ्या यंत्रासाठी अभियांत्रिकी तत्त्वांमध्ये रूपांतरित होऊ शकते.

या माशाची अधिक चांगली समज मिळवण्यासाठी शेफर्ड यांनी कॉर्नेलचे निवृत्त मत्स्यशास्त्रज्ञ विली बेमिस यांच्याशी संपर्क साधला. कृषी व जीवनविज्ञान महाविद्यालयातील पर्यावरण व उत्क्रांती जीवशास्त्राचे प्राध्यापक एमेरिटस असलेल्या बेमिस यांना आठवले की, शेफर्ड यांनी ओअरफिशबद्दल आस्था व्यक्त करण्यासाठी फोन केला होता — आणि बेमिस यांनी त्यांना सांगितले की, ही आस्था परस्पर आहे. त्या थोडक्यात संवादातून ओअरफिशच्या असामान्य पाठीच्या पंख-किरणांच्या तपासासाठी सहकार्य सुरू झाले.

लाट-प्रणोदनासाठी घडलेली शरीररचना

ओअरफिश हे ठळक दिसणारे प्राणी आहेत, त्यांचे शरीर फितीसारखे असून ते जगभर आढळतात. त्यांच्या फक्त दोन प्रजाती मान्य आहेत, आणि त्या जगभरातील महासागरांमध्ये सुमारे १,००० फूट (३०५ मीटर) खोलीपर्यंत राहतात. ते प्रचंड असतात: सर्वात मोठे व्यक्ती सुमारे ८ मीटर, म्हणजे जवळपास २६ फूट, लांबीपर्यंत पोहोचतात, त्यामुळे राक्षसी ओअरफिश हा जिवंत असलेला सर्वात लांब हाडांचा मासा ठरतो. तरीही, हे राक्षस मोठ्या भक्ष्याऐवजी सूक्ष्म क्रस्टेशियन्सवर उपजीविका करतात.

त्यांचा पाठीचा पंख त्यांना वेगळा करतो. त्यात माशाच्या पाठीतून बाहेर पडणाऱ्या हाडांसारख्या सांगाड्यातील रचना असतात, ज्यांना पंख-किरण म्हणतात. हे किरण पंखाला केवळ कडक करत नाहीत; ते त्यांना जोडणाऱ्या पडद्यावर लाटा निर्माण करत समन्वित क्रमाने हलतात. प्रवास करणाऱ्या लाटा माशाला पुढे ढकलतात. परिणामी अनेक इतर माशांमध्ये आढळणाऱ्या दोलायमान शेपट्या किंवा फडफडणाऱ्या अवयवांपेक्षा वेगळा, गुळगुळीत व सतत चालणारा प्रणोदन प्रकार साधला जातो.

• ओअरफिशच्या दोन मान्य प्रजाती जगभरातील महासागरांमध्ये पसरलेल्या आहेत.
• ते सुमारे ३०५ मीटर (१,००० फूट) खोलीपर्यंत राहू शकतात.
• राक्षसी ओअरफिश सुमारे ८ मीटर लांबीपर्यंत पोहोचू शकतात, त्यामुळे ते सर्वात लांब हाडांचे मासे ठरतात.
• त्यांचा आहार लहान क्रस्टेशियन्सचा बनलेला असतो.
• प्रणोदक लाटा तयार करण्यासाठी शेकडो पाठीचे पंख-किरण एकत्र काम करतात.

जॉयस्टिकसारख्या पंख-किरणांवर पहिली नजर

३० सप्टेंबर रोजी इक्थियोलॉजी अँड हर्पेटोलॉजी या नियतकालिकात प्रकाशित झालेल्या नव्या अभ्यासात ओअरफिशच्या प्रत्येक पंख-किरणाला पूर्ण वर्तुळात स्वतंत्रपणे फिरण्यास अनुमती देणाऱ्या शरीररचनेचे आणि स्नायूंच्या मालिकेचे पहिले वर्णन दिले आहे. या हालचालीची तुलना जॉयस्टिकशी केली गेली आहे, आणि ती माशाला वैयक्तिक किरणांवर अचूक, बहुदिशात्मक नियंत्रण देते — ही क्षमता पंख इतक्या गुंतागुंतीच्या लाटा कशा निर्माण करू शकतो हे समजावून सांगण्यास मदत करते.

बेमिस हे या शोधनिबंधाचे वरिष्ठ लेखक आहेत. कॉर्नेल डफिल्ड कॉलेज ऑफ इंजिनिअरिंगमधील यांत्रिक अभियांत्रिकीचे जॉन एफ. कार प्राध्यापक असलेले शेफर्ड सह-लेखक आहेत. बेमिस यांच्या प्रयोगशाळेतील माजी अभ्यागत संशोधक आणि सध्या व्हर्जिनिया इन्स्टिट्यूट ऑफ मरीन सायन्समध्ये डॉक्टरेट विद्यार्थी असलेले गॅब्रिएल अफोन्सो हे पहिले लेखक आहेत.

एका किरणाच्या पातळीवर स्वतंत्र नियंत्रण

प्रत्येक किरणाची पूर्ण वर्तुळात फिरण्याची क्षमता म्हणजे पंख निष्क्रिय पत्रक नाही. त्याऐवजी, तो शेकडो हलत्या घटकांचा सक्रियपणे नियंत्रित केलेला समूह आहे. वैयक्तिक किरणांची दिशा समायोजित करून, मासा पंखाच्या पडद्यावर प्रवास करणाऱ्या लाटेला आकार देऊ शकतो आणि तो निर्माण करणारा प्रेरक बल समायोजित करू शकतो. अभियंत्यांसाठी अशा प्रकारचे वितरित, सूक्ष्म नियंत्रण आकर्षक आहे: ते मोठ्या, गोंगाट करणाऱ्या हलत्या भागांशिवाय नियंत्रित करता येणाऱ्या प्रणोदन प्रणालीचे संकेत देते.

ओअरफिशचा अभ्यास इतका कठीण का आहे

ओअरफिशबद्दल बरेच काही रहस्यमय राहिले आहे, आणि त्यांचा अभ्यास करण्यातील अडचण हे एक प्रमुख कारण आहे. मासे मेल्यावर त्यांची शरीरे तुकड्यांमध्ये फुटतात, त्यामुळे अखंड नमुने दुर्मिळ असतात. यामुळे शरीररचनेचे काम आव्हानात्मक होते, आणि त्यांच्या पंख-किरणांबद्दलच्या मूलभूत प्रश्नांची उत्तरे इतक्या काळ का मिळाली नाहीत हे समजावून सांगण्यास मदत होते. त्यामुळे नव्या शोधनिबंधातील पंख-किरणांच्या स्नायूंचे तपशीलवार वर्णन एक उल्लेखनीय पोकळी भरून काढते.

प्राण्यांचे खोल अधिवास आणखी एक अडथळा ठरतो. पृष्ठभागाच्या शेकडो फूट खाली राहत असल्याने, ते जिवंतपणे क्वचितच दिसतात, आणि त्यांचा आकार व नाजूकपणा त्यांना गोळा करण्याच्या किंवा तपासण्याच्या प्रयत्नांना गुंतागुंतीचे करतो. रोबोटिक्स तज्ज्ञ आणि मत्स्यशास्त्रज्ञ यांच्यातील सहकार्याने पुढे जाण्याचा मार्ग दाखवला: प्रणोदनाबद्दलच्या अभियांत्रिकी प्रश्नांनी पूर्णपणे वर्णन न झालेल्या शरीररचनेची वैशिष्ट्ये अधोरेखित केली, तर माशाच्या जीवशास्त्राने रोबोटसाठी नैसर्गिक नमुना पुरवला.

खोल-समुद्री माशापासून अभियांत्रिकी रचनेपर्यंत

रोबोटिक्ससाठी ओअरफिशचे आकर्षण त्याच्या शांततेत आहे. लवचिक पंखावर प्रवास करणाऱ्या लाटांसह हलणारा मोठा पाणबुडी-रोबोट कमी अचानक, उच्च-ऊर्जा हालचालींसह कार्य करू शकतो, ज्यामुळे तो निर्माण करणारा त्रास कमी होतो. ज्या मोहिमांमध्ये सागरी जीवनाचे वर्तन न बदलता निरीक्षण करणे हे ध्येय असते, त्यांसाठी हे महत्त्वाचे आहे. सतत, लाटेसारख्या हालचालीने पाण्यातून सरकणारे वाहन प्रोपेलर किंवा दोलायमान पात्रांद्वारे चालणाऱ्यापेक्षा पर्यावरणात अधिक सहज मिसळू शकते.

ओअरफिश हे देखील दर्शवते की अशी प्रणाली मोठ्या प्रमाणात कार्य करू शकते. माशाचे शरीर अनेक मीटर लांबीपर्यंत पोहोचू शकते, आणि त्याचा पंख शेकडो किरणांच्या समन्वित क्रियेद्वारे प्रभावी प्रणोदन तयार करतो. यावरून असे सूचित होते की मूलभूत तत्त्व मोठ्या प्रमाणात वाढवता येते, जे मोठा म्हणून वर्णन केलेल्या रोबोटसाठी संबंधित आहे.

या संशोधनाचा सागरी रोबोटिक्ससाठी अर्थ काय असू शकतो

या अभ्यासात तयार रोबोट सादर केलेला नाही; तो एकाचा मार्गदर्शक ठरू शकणारा शरीररचनात्मक आधार प्रस्थापित करतो. प्रत्येक पंख-किरणाला स्नायू कसे आहेत आणि तो कसा नियंत्रित केला जातो हे नोंदवून, संशोधक अभियंत्यांना आधार घेण्यासाठी एक नमुना देतात. भविष्यातील वाहन पंख-किरणांची नक्कल वैयक्तिकरित्या कार्यरत घटकांद्वारे करू शकते, जे प्रवास करणारी लाट निर्माण करण्यासाठी फिरतात. अशी रचना गुप्तता आणि युक्ती दोन्ही देऊ शकते, ज्यामुळे रोबोट प्रोपेलरचा वेग बदलण्याऐवजी लाट पुनर्रचित करून स्थिर राहू, वळू किंवा गती वाढवू शकतो.

अजूनही काही व्यावहारिक प्रश्न सोडवायचे आहेत. सागरी वाहनात शेकडो स्वतंत्रपणे फिरणारे घटक बसवण्यासाठी मजबूत, संक्षिप्त अ‍ॅक्च्युएटर आणि त्यांना समन्वयित करण्यास सक्षम नियंत्रण प्रणाली आवश्यक असेल. महासागराचे वातावरण संक्षारक आणि अनिश्चित आहे, आणि लवचिक पंख-पडद्याला वारंवार वाकणे सहन करावे लागते. तरीही जैविक प्रणाली दर्शवते की ही आव्हाने तत्त्वतः सोडवता येण्यासारखी आहेत: ओअरफिश लाखो वर्षांपासून हे करत आहे.

शांत प्रणोदनासाठी एक नमुना जीव

हे संशोधन आंतरविद्याशाखीय कामाचे मूल्यही अधोरेखित करते. शेफर्ड यांनी बेमिस यांच्याकडे एक अभियांत्रिकी समस्या आणली — मोठ्या प्रमाणात शांतपणे कसे पोहावे — आणि बेमिस यांनी दशकांचे मत्स्यशास्त्रीय कौशल्य आणले. अफोन्सो हे पहिले लेखक असलेल्या त्यांच्या संयुक्त प्रयत्नांनी पंख-किरणांच्या शरीररचनेचे वर्णन तयार केले, जे गायब होते. हे एक स्मरण आहे की काही सर्वात उपयुक्त रचना कल्पना क्वचित दिसणाऱ्या आणि गोळा करणे कठीण असलेल्या जीवांमध्ये लपलेल्या असू शकतात.

सध्या, ओअरफिशचा पंख जैविक कोडे आणि अभियांत्रिकी प्रेरणा दोन्हीही राहिला आहे. रोबोटिक्स तज्ज्ञ कमीत कमी व्यत्ययासह महासागराचा शोध घेण्याचे मार्ग शोधत असताना, माशाचा फितीसारखा पंख आणि त्याचे शेकडो जॉयस्टिकसारखे किरण एक प्रबळ नमुना देतात — जो अखेरीस मोठ्या पाणबुडी-रोबोटना ते ज्या प्राण्यांचे निरीक्षण करण्यासाठी बनवले जातात त्यांच्यासारखेच शांतपणे पोहण्यास मदत करू शकतो.

हा लेख Phys.org च्या अहवालावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.