ఉత్తర కరోలినా స్టేట్ యూనివర్సిటీ పరిశోధకులు ఒక సాఫ్ట్ అండర్‌వాటర్ రోబోట్‌ను అభివృద్ధి చేశారు. దీని ఈత కదలిక ఫెదర్ స్టార్ అనే సముద్ర జీవి నుండి స్వీకరించబడింది. ఈ జీవి తన అనేక ఈకలాంటి చేతుల సున్నితమైన, లయబద్ధమైన కదలికలకు ప్రసిద్ధి చెందింది. ఈ ప్రాజెక్టు వెనుక ఉన్న బృందం ప్రకారం, ఈ యంత్రం కేవలం రెండు యాక్చువేటర్లపై ఆధారపడి నీటిలో స్వేచ్ఛగా కదలగలదు — ద్రవ వాతావరణంలో స్వయంగా నడిచి దిశను మార్చుకోవాల్సిన రోబోట్‌కు ఇది అసాధారణంగా తక్కువ హార్డ్‌వేర్.
ఈ పని జీవశాస్త్రం, పదార్థ విజ్ఞానం మరియు రోబోటిక్స్ కలిసే ప్రదేశంలో ఉంది. సంవత్సరాలుగా ఒక మోసపూరితంగా సరళమైన లక్ష్యాన్ని వెంబడిస్తున్న రంగంలో ఇది నిలుస్తుంది: సాంప్రదాయ ప్రొపెల్లర్లు మరియు డ్రైవ్‌ట్రెయిన్‌ల బరువు, శబ్దం, దృఢత్వం లేకుండా జంతువులు ఈదే విధంగానే ఈదే యంత్రాలను నిర్మించడం.
డిజైన్ నమూనాగా ఫెదర్ స్టార్
ఫెదర్ స్టార్లు సముద్ర అకశేరుకాలు; వాటి చేతులపై సూక్ష్మమైన, శాఖలుగా చీలిన ఉపాంగాలు ఉంటాయి. అవి ఈదేటప్పుడు ఒకే రెక్కను విప్పగానీ, ప్రొపెల్లర్‌ను తిప్పగానీ చేయవు. బదులుగా, అనేక సన్నని అవయవాలను ప్రయాణించే తరంగ కదలికలో సమన్వయం చేస్తాయి. శక్తివంతమైన, కేంద్రీకృత బలం కాకుండా మృదువైన, సౌకర్యవంతమైన నిర్మాణాల ద్వారా లిఫ్ట్ మరియు థ్రస్ట్‌ను సృష్టిస్తాయి.
ఈ వ్యూహం ఇంజనీర్లకు స్పష్టమైన కారణం వల్ల ఆకర్షణీయంగా ఉంటుంది: ఇది సమర్థవంతమైనది మరియు సహనశీలమైనది. దృఢమైన యంత్రాంగం ఖచ్చితంగా ఉండాలి, ఎందుకంటే ప్రతి కీలు ఆదేశించిన విధంగానే కదలాలి. మృదువైన, అనుగుణమైన నిర్మాణం అల్లకల్లోలాన్ని గ్రహించగలదు, అడ్డంకుల చుట్టూ వంగగలదు మరియు తులనాత్మకంగా సరళమైన ఇన్‌పుట్ నుండి ఉపయోగకరమైన కదలికను ఉత్పత్తి చేయగలదు. ఫెదర్ స్టార్, వాస్తవానికి, సరళ నియంత్రణ నుండి సంక్లిష్ట ప్రవర్తనను పొందడానికి ఒక బ్లూప్రింట్‌ను అందిస్తుంది.
ఉత్తర కరోలినా స్టేట్ బృందం ఆ ఆలోచనను ఒక భౌతిక వేదికగా మార్చింది. ప్రతి చేతిని వివరంగా పునరావృతం చేయడం బదులు, రోబోట్ అంతర్లీన సూత్రాన్ని సంగ్రహిస్తుంది — కనీస సమూహ యాక్చువేటర్లచే నడిపించబడే సౌకర్యవంతమైన ఉపాంగాలు — తద్వారా తక్కువ సంఖ్యలో కదిలే భాగాలు జంతువు మాదిరిగానే కనిపించే మరియు ప్రవర్తించే ఈత నడకను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
రెండు యాక్చువేటర్లు ఎందుకు పెద్ద విషయం
యాక్చువేటర్లు రోబోట్ కండరాలు. ప్రతి ఒక్కటి ద్రవ్యరాశి, వైరింగ్, సీలింగ్ అవసరాలు మరియు వైఫల్య బిందువులను జోడిస్తుంది. నీటి అడుగున ఆ జరిమానా మరింత పెరుగుతుంది: ప్రతి అదనపు భాగం నీరు చొరబడే మరో ప్రదేశం, అలసట చెందగల మరో కేబుల్, పరిమిత శక్తి బడ్జెట్‌పై మరో భారం.
సంఖ్యను రెండుకు తగ్గించడం వల్ల పరంపరా ప్రభావాలు ఉంటాయి:
- సరళమైన సీలింగ్ మరియు ప్యాకేజింగ్. హల్‌లోకి తక్కువ కదిలే చొరబాట్లు అంటే తుప్పు పట్టించే, అధిక పీడన వాతావరణంలో లీకేజీలకు తక్కువ అవకాశాలు.
- తక్కువ విద్యుత్ డిమాండ్. నడపడానికి తక్కువ యాక్చువేషన్ హార్డ్‌వేర్ ఉండటంతో, రోబోట్ తన నిల్వ శక్తిలో ఎక్కువ భాగాన్ని ఈతకు కేటాయించగలదు, తన యంత్రాంగాలను మోసుకెళ్లడానికి తక్కువ.
- తక్కువ వైఫల్య రీతులు. రెండు యాక్చువేటర్ వ్యవస్థలో ఇరుక్కుపోయే, తుప్పు పట్టే లేదా విరిగే అంశాలు తక్కువ, ఇది టెథర్ లేకుండా పనిచేయాల్సిన ఏ యంత్రానికైనా ముఖ్యం.
- తక్కువ ఖర్చుతో నిర్మాణాలు. తగ్గిన భాగాల సంఖ్య మరియు సరళమైన అసెంబ్లీ వల్ల ఇటువంటి రోబోట్లను ఒక్కసారి ప్రయోగశాల నమూనాలుగా కాకుండా సంఖ్యలో ఉత్పత్తి చేయడం మరింత వాస్తవికం.
ఇందులో పరిశోధన ప్రయోజనం కూడా ఉంది. ఇంత తక్కువ సెటప్‌తో ఫెదర్ స్టార్ లాంటి నడకను ఉత్పత్తి చేయవచ్చని చూపడం ద్వారా, జంతువు ఈత సామర్థ్యంలో ఎంత వరకు కండరాల సంఖ్యకు సంబంధించినది — మరియు ఎంత వరకు శరీరం యొక్క జ్యామితి మరియు అనుగుణతకు సంబంధించినది అని బృందం ప్రశ్నిస్తోంది.
మృదువైన శరీరాలు, కఠినమైన ఇంజనీరింగ్ సమస్యలు
సాఫ్ట్ రోబోటిక్స్ సూత్రప్రాయంగా ఆకర్షణీయంగా ఉంటుంది, ఆచరణలో కష్టం. సౌకర్యవంతమైన శరీరం ఖచ్చితంగా నమూనా చేయడం కష్టమైన విధంగా వికృతమవుతుంది, కాబట్టి ఇచ్చిన ఆదేశానికి అది ఎలా స్పందిస్తుందో ఖచ్చితంగా అంచనా వేయడం నిజమైన ఇంజనీరింగ్ సవాలు. డిజైనర్లు తరచుగా ఆకారాలు మరియు పదార్థ లక్షణాలను మొదటి సూత్రాల నుండి ఉత్పాదించడం బదులు పునరావృతం ద్వారా ట్యూన్ చేసుకుంటారు.
నీటి అడుగున ఆ సవాళ్లు మరింత పెరుగుతాయి. ఉప్పు నీరు తుప్పు పట్టిస్తుంది, లోతుతో పీడనం పెరుగుతుంది, దృశ్యమానత తక్కువగా లేదా లేకుండా ఉండవచ్చు. సున్నితమైన సౌకర్యవంతమైన అవయవాలపై ఆధారపడే రోబోట్ అవక్షేపం, కెల్ప్, రాళ్లు మరియు సముద్ర జీవులతో సంబంధాన్ని చిరగకుండా లేదా చిక్కుకోకుండా తట్టుకోవాలి.
ఫెదర్ స్టార్ విధానం పాక్షిక సమాధానాన్ని అందిస్తుంది. థ్రస్ట్ ఒకే తిరిగే బ్లేడ్‌లో కేంద్రీకృతం కాకుండా అనేక సౌకర్యవంతమైన ఉపాంగాలపై పంపిణీ చేయబడటంతో, యంత్రం తన పరిసరాలతో సంబంధాలు డిజైన్ ప్రకారమే మృదువుగా ఉంటాయి. ఇది సున్నితమైన పరిసరాల సమీపంలో పనిచేయడానికి — సీగ్రాస్ సర్వే చేయడం, నిర్మాణాలను పరిశీలించడం, లేదా దృఢమైన ప్రొపల్సర్ భారంగా మారే రద్దీ తీరప్రాంత జలాల్లో పనిచేయడం — నమ్మదగిన అభ్యర్థిగా చేస్తుంది.
ఫీల్డ్ రోబోటిక్స్‌లో విస్తృత తరంగం
ఫెదర్ స్టార్ ప్రాజెక్ట్, అసంఘటిత, వాస్తవ ప్రపంచ సెట్టింగ్‌ల కోసం రూపొందించిన రోబోట్లపై విస్తృత ఆసక్తి పెరుగుతున్న సమయంలో వచ్చింది. ఈ పనిని వెలుగులోకి తెచ్చిన అదే AI మరియు రోబోటిక్స్ కవరేజ్ స్ట్రీమ్‌లో, ఫ్లీట్-సామర్థ్యం గల డ్రిల్లింగ్ రోబోట్ సాధారణ వేగం కంటే పది రెట్లు ఎక్కువ వేగాన్ని 99 శాతం ఖచ్చితత్వంతో చేరుకుందని ఒక హెడ్‌లైన్ ప్రచారం చేసింది — ఫ్యాక్టరీ ఫ్లోర్ నుండి సముద్ర అడుగు వరకు ఫీల్డ్ రోబోటిక్స్ ఒకేసారి అనేక రంగాల్లో ముందుకు సాగుతోందని ఇది గుర్తు చేస్తుంది.
ఈ ప్రయత్నాలను ఏకం చేసేది ప్రాధాన్యతలో మార్పు. ప్రారంభ పారిశ్రామిక రోబోట్లు ప్రతి వేరియబుల్ నిర్దిష్టం చేయగల కఠినంగా నియంత్రిత వాతావరణాల్లో రాణించాయి. కొత్త తరం తడిగా, అసమానంగా, అనూహ్యంగా లేదా మనుషులు ఎక్కువ కాలం ఉండటానికి ప్రమాదకరంగా ఉండే ప్రదేశాల కోసం నిర్మించబడుతోంది. జీవ ప్రేరణ ఆ ప్రాంతంలోకి వెళ్లే అత్యంత ఉత్పాదక మార్గాలలో ఒకటి, ఎందుకంటే పరిణామం ఇంకా కఠినమైన పరిమితుల్లో అదే సమస్యలను ఇప్పటికే పరిష్కరించింది.
తర్వాత ఏమి వస్తుంది
ప్రయోగశాల ప్రదర్శనను ఉపయోగకరమైన వేదికగా మార్చడం తెలిసిన ప్రశ్నల సమూహాన్ని లేవనెత్తుతుంది:
- సహనం. చిన్న, మృదువైన ఈతగాడు తన శక్తి మూలం అయిపోయే ముందు ఎంత కాలం పనిచేయగలదు?
- నియంత్రణ. రెండు యాక్చువేటర్ నడకను పరిశీలన లేదా నమూనా పనుల కోసం సరిపడా ఖచ్చితంగా నడిపించగలమా, లేక అది కదలిక, అన్వేషణ కదలికకు మరింత సరిపోతుందా?
- మన్నిక. వారాలు లేదా నెలల పాటు నీటిలో మునిగి, సంబంధంలో ఉన్నప్పుడు సౌకర్యవంతమైన ఉపాంగాలు ఎలా నిలబడతాయి?
- స్వయంప్రతిపత్తి. ప్రవాహాలు, అడ్డంకులు మరియు మారుతున్న లక్ష్యాలకు అనుగుణంగా రోబోట్ తన ఈతను మార్చుకోవడానికి ఏ సెన్సింగ్ మరియు ఆన్‌బోర్డ్ నిర్ణయ తీసుకోవడం అవసరం?
- స్కేల్. పేలోడ్‌ల కోసం పెద్దగా, లేదా స్వార్మ్‌ల కోసం చిన్నగా తయారు చేసినప్పుడు డిజైన్ అంతే బాగా పనిచేస్తుందా?
వీటిలో ఏదీ అల్పమైనది కాదు, మరియు ఉత్తర కరోలినా స్టేట్ పనిని పూర్తయిన ఉత్పత్తిగా కాకుండా ఒక సూత్రం యొక్క ప్రదర్శనగా అర్థం చేసుకోవడం ఉత్తమం. అయినప్పటికీ, ఆసక్తికరమైన భాగం ఆ సూత్రమే. ఫెదర్ స్టార్ యొక్క సౌందర్యాన్ని రెండు యాక్చువేటర్లు మరియు అనుగుణమైన శరీరంతో సుమారుగా సాధించగలిగితే, సమర్థవంతమైన అండర్‌వాటర్ రోబోట్ల ప్రవేశ ఖర్చు గణనీయంగా తగ్గవచ్చు.
ఎక్కువగా గమనించబడని సముద్రానికి, అది ముఖ్యం. సముద్రంలో ఎక్కువ భాగం ఇప్పటికీ ప్రభావవంతంగా మ్యాప్ చేయబడలేదు మరియు పర్యవేక్షించబడలేదు, మరియు పరిమితి కారకం అరుదుగా ఉత్సుకత — అది చూడటానికి పంపిన యంత్రాల ఖర్చు మరియు దుర్బలత్వం. సరళంగా, చౌకగా మరియు జీవుల పక్కన ఈదగలిగేంత సున్నితంగా ఉండే డిజైన్లు అన్వేషించడానికి ఆచరణీయమైనది ఏమిటి, మరియు ఎంత తరచుగా అనేది మార్చగలవు.
ఈ వ్యాసం Interesting Engineering యొక్క రిపోర్టింగ్ ఆధారంగా రూపొందించబడింది. అసలు వ్యాసాన్ని చదవండి.
Originally published on interestingengineering.com