રોબોટિક્સમાં મોટી પ્રગતિમાં, 'નરમ' માનવ જેવા સ્નાયુઓ સાથેનો રોબોટ પ્રથમ વખત સફળતાપૂર્વક તૈયાર કરવામાં આવ્યો છે. આવા સોફ્ટ રોબોટ્સ ભવિષ્યમાં માનવ મૈત્રીપૂર્ણ રોબોટ્સ ડિઝાઇન કરવા માટે વરદાન બની શકે છે.
રોબોટ્સ એ પ્રોગ્રામેબલ મશીનો છે જે ઔદ્યોગિક એપ્લિકેશન્સમાં નિયમિતપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે, ઉદાહરણ તરીકે ઓટોમેશનના ભાગ રૂપે, ખાસ કરીને ઉત્પાદન કારણ કે તેઓ પુનરાવર્તિત કાર્યોમાં સારી રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે જેમાં ઘણી શક્તિ અને શક્તિની જરૂર હોય છે. રોબોટ્સ તેમાંના સેન્સર્સ અને એક્ટ્યુએટર્સ દ્વારા ભૌતિક વિશ્વ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે અને તે નિયમિત સિંગલ-ફંક્શન મશીનો કરતાં તેમને વધુ ઉપયોગી અને લવચીક બનાવે છે. આ રોબોટ્સ જે રીતે કામ કરવા માટે ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા છે તેના પરથી સ્પષ્ટ છે કે તેમની ગતિ અત્યંત કઠોર, કેટલીકવાર આંચકાવાળી, મશીન જેવી હોય છે અને તે ભારે, પ્રભાવશાળી હોય છે અને જ્યારે કોઈ ચોક્કસ કાર્ય માટે અલગ-અલગ સમયે બળની ચલ માત્રાની જરૂર હોય ત્યારે તે ઉપયોગી નથી. પોઈન્ટ રોબોટ્સ ક્યારેક ખતરનાક પણ હોય છે અને તેમને સુરક્ષિત બિડાણની જરૂર પડી શકે છે કારણ કે તેઓ તેમની આસપાસના વાતાવરણ પ્રત્યે સંવેદનશીલ નથી. રોબોટિક્સનું ક્ષેત્ર વિવિધ જરૂરિયાતો સાથે ઉદ્યોગ અને તબીબી તકનીકના વિવિધ ક્ષેત્રોમાં રોબોટિક મશીનોને ડિઝાઇન, નિર્માણ, પ્રોગ્રામ અને કાર્યક્ષમ રીતે ઉપયોગમાં લેવા માટે વિવિધ શાખાઓની શોધ કરી રહ્યું છે.
ક્રિસ્ટોફ કેપલિંગરની આગેવાની હેઠળના તાજેતરના જોડિયા અભ્યાસોમાં, સંશોધકો પાસે સ્નાયુઓના નવા વર્ગ સાથે ફિટ રોબોટ્સ છે જે આપણા માનવ સ્નાયુઓ જેવા જ છે અને તેઓ આપણી જેમ જ શક્તિ અને સંવેદનશીલતા ધરાવે છે અને પ્રોજેક્ટ કરે છે. કેન્દ્રિય વિચાર વધુ પ્રદાન કરવાનો છે "કુદરતી” મશીન એટલે કે રોબોટ તરફની હિલચાલ. આજે તમામ રોબોટ્સમાંથી 99.9 ટકા સ્ટીલ અથવા ધાતુમાંથી બનેલા કઠોર મશીનો છે, જ્યારે જૈવિક શરીર નરમ છે પરંતુ તેમાં અકલ્પનીય ક્ષમતાઓ છે. 'સોફ્ટ' અથવા 'વધુ વાસ્તવિક' સ્નાયુઓવાળા આ રોબોટ્સ નિયમિત અને નાજુક કાર્યો (જે માનવ સ્નાયુઓ દૈનિક ધોરણે કરે છે) કરવા માટે યોગ્ય રીતે ડિઝાઇન કરી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે ફક્ત નરમ ફળ ઉપાડવા અથવા ટોપલીમાં ઇંડા મૂકવા. પરંપરાગત રોબોટ્સની તુલનામાં, રોબોટ્સ સાથે ફીટકૃત્રિમ સ્નાયુઓ'પોતાના અને વધુ સુરક્ષિત'ના 'સોફ્ટર' વર્ઝનની જેમ હશે અને તે પછી લોકોના નિકટતામાં લગભગ કોઈ પણ કાર્ય કરવા માટે કસ્ટમાઈઝ કરી શકાય છે, જે માનવ જીવન સાથે અને તેની આસપાસ સંકળાયેલા કેટલાક સંભવિત કાર્યક્રમો સૂચવે છે. સોફ્ટ રોબોટ્સને 'સહયોગી' રોબોટ્સ તરીકે ઓળખવામાં આવી શકે છે, કારણ કે તેઓ માનવ તરીકે ખૂબ જ સમાન રીતે ચોક્કસ કાર્ય કરવા માટે અનન્ય રીતે ડિઝાઇન કરવામાં આવશે.
સંશોધકો સોફ્ટ સ્નાયુ રોબોટ્સ બનાવવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છે. આવા રોબોટને સોફ્ટની જરૂર પડશે સ્નાયુ માનવ સ્નાયુઓનો ઢોંગ કરવા માટેની તકનીક અને સંશોધકો દ્વારા આવી બે તકનીકોનો પ્રયાસ કરવામાં આવ્યો છે - ન્યુમેટિક એક્ટ્યુએટર્સ અને ડાઇલેક્ટ્રિક ઇલાસ્ટોમર એક્ટ્યુએટર્સ. 'એક્ટ્યુએટર' એ વાસ્તવિક ઉપકરણ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જે રોબોટને ખસેડે છે, અથવા રોબોટ ચોક્કસ હિલચાલ દર્શાવે છે. ન્યુમેટિક એક્ટ્યુએટર્સમાં, ચોક્કસ ચળવળ બનાવવા માટે સોફ્ટ પાઉચને ગેસ અથવા પ્રવાહી સાથે પમ્પ કરવામાં આવે છે. આ સરળ ડિઝાઇન છે પરંતુ પંપ અવ્યવહારુ હોવા છતાં શક્તિશાળી છે અને તેમાં વિશાળ જળાશયો છે. બીજી ટેક્નોલોજી - ડાઇલેક્ટ્રિક ઇલાસ્ટોમર એક્ટ્યુએટર્સ ઇન્સ્યુલેટીંગ ફ્લેક્સિબલ પ્લાસ્ટિક પર ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડ લાગુ કરીને તેને વિકૃત કરવા અને આમ ચળવળ બનાવવાની વિભાવનાનો ઉપયોગ કરે છે. આ બે ટેક્નોલોજીઓ પોતાની રીતે હજુ સુધી સફળ થઈ નથી કારણ કે જ્યારે વીજળીનો બોલ્ટ પ્લાસ્ટિકમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે આ ઉપકરણો ખરાબ રીતે નિષ્ફળ જાય છે અને તેથી યાંત્રિક નુકસાન સામે પ્રતિરોધક નથી.
વધુ "માનવ જેવા" સમાન સ્નાયુઓવાળા રોબોટ્સ
માં અહેવાલ જોડિયા અભ્યાસમાં વિજ્ઞાન1 અને વિજ્ઞાન રોબોટિક્સ2, સંશોધકોએ બે ઉપલબ્ધ સોફ્ટ સ્નાયુ તકનીકોના સકારાત્મક પાસાઓ લીધા અને એક સરળ સોફ્ટ સ્નાયુ જેવા એક્ટ્યુએટર બનાવ્યું જે નાના પાઉચની અંદર પ્રવાહીની હિલચાલને બદલવા માટે વીજળીનો ઉપયોગ કરે છે. આ લવચીક પોલિમર પાઉચમાં ઇન્સ્યુલેટીંગ પ્રવાહી હોય છે, ઉદાહરણ તરીકે સુપરમાર્કેટમાંથી નિયમિત તેલ (વનસ્પતિ તેલ અથવા કેનોલા તેલ), અથવા કોઈપણ સમાન પ્રવાહીનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. એકવાર પાઉચની બે બાજુઓ વચ્ચે મૂકવામાં આવેલા હાઇડ્રોજેલ ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, તે બાજુઓ એકબીજા તરફ દોરવામાં આવે છે, તેલની ખેંચાણ થાય છે, તેમાં રહેલા પ્રવાહીને સ્ક્વિઝ કરે છે અને તેને પાઉચની અંદરની આસપાસ વહે છે. આ તણાવ એક કૃત્રિમ સ્નાયુ સંકોચન બનાવે છે અને એકવાર વીજળી કાપી નાખવામાં આવે છે, તેલ ફરીથી આરામ કરે છે, તેની નકલ કરે છે. કૃત્રિમ સ્નાયુ આરામ. એક્ટ્યુએટર આ રીતે આકાર બદલે છે, અને ઑબ્જેક્ટ જે એક્ટ્યુએટર સાથે જોડાયેલ છે તે હલનચલન દર્શાવે છે. તેથી, આ 'કૃત્રિમ સ્નાયુ' એ જ રીતે અને વાસ્તવિક હાડપિંજરના માનવ સ્નાયુઓની સમાન ચોકસાઈ અને બળ સાથે મિલિસેકન્ડમાં તરત જ સંકોચન કરે છે અને મુક્ત કરે છે (ફ્લેક્સ). આ હલનચલન માનવ સ્નાયુઓની પ્રતિક્રિયાઓની ગતિને પણ હરાવી શકે છે કારણ કે માનવીય સ્નાયુઓ એક સાથે મગજ સાથે વાતચીત કરે છે જેના કારણે વિલંબ થાય છે, છતાં ધ્યાન ન આવે. તેથી, આ ડિઝાઇન દ્વારા, એક પ્રવાહી સિસ્ટમ પ્રાપ્ત કરવામાં આવી હતી જેમાં વર્સેટિલિટી અને ઉચ્ચ પ્રદર્શન દર્શાવતું સીધું વિદ્યુત નિયંત્રણ હતું.
પ્રથમ અભ્યાસમાં1 in વિજ્ઞાન, એક્ટ્યુએટર્સ ડોનટના આકારમાં ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યા હતા અને તેમની પાસે રોબોટિક ગ્રિપર (અને ફળને વિસ્ફોટ કરતા નથી!) દ્વારા રાસ્પબેરીને ઉપાડવા અને પકડી રાખવાની ક્ષમતા અને કુશળતા હતી. ઇન્સ્યુલેટીંગ લિક્વિડ (અગાઉ ડિઝાઇન કરેલ એક્ટ્યુએટર્સ સાથે એક મુખ્ય સમસ્યા)માંથી પસાર થવા પર વીજળીના બોલ્ટ દ્વારા જે સંભવિત નુકસાન થયું હતું તેની પણ વર્તમાન ડિઝાઇનમાં કાળજી લેવામાં આવી હતી અને કોઈપણ વિદ્યુત નુકસાન સ્વ-સાજા અથવા ફક્ત નવા દ્વારા તરત જ સમારકામ કરવામાં આવ્યું હતું. પુનઃવિતરણની સરળ પ્રક્રિયા દ્વારા 'ક્ષતિગ્રસ્ત' ભાગમાં પ્રવાહીનો પ્રવાહ. આ પ્રવાહી સામગ્રીના ઉપયોગને આભારી છે, જે વધુ સ્થિતિસ્થાપક છે, અગાઉની ઘણી ડિઝાઇનમાં ઉપયોગમાં લેવાતા ઘન ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તરની જગ્યાએ અને જે તરત જ નુકસાન થયું હતું. આ પ્રક્રિયામાં કૃત્રિમ સ્નાયુ એક મિલિયનથી વધુ સંકોચન ચક્રમાં બચી ગયા. આ ચોક્કસ એક્ટ્યુએટર, ડોનટ આકારનું હોવાથી સરળતાથી રાસ્પબેરી પસંદ કરવામાં સક્ષમ હતું. તેવી જ રીતે, આ સ્થિતિસ્થાપક પાઉચના આકારને અનુરૂપ બનાવીને, સંશોધકોએ અનન્ય હલનચલન સાથે એક્ચ્યુએટર્સની વિશાળ શ્રેણી બનાવી, ઉદાહરણ તરીકે, ચોકસાઇ અને ચોક્કસ જરૂરી બળ સાથે નાજુક ઇંડાને ચૂંટવું. આ લવચીક સ્નાયુઓને "હાઈડ્રોલિકલી-એમ્પ્લીફાઈડ સેલ્ફ-હીલિંગ ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક" એક્ટ્યુએટર્સ અથવા HASEL એક્ટ્યુએટર્સ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. બીજા અભ્યાસમાં2 માં પ્રકાશિત વિજ્ઞાન રોબોટિક્સ,તે જ ટીમે આગળ બે અન્ય સોફ્ટ સ્નાયુ ડિઝાઇન બનાવી જે રેખીય રીતે સંકુચિત થાય છે, જે માનવ દ્વિશિર જેવી જ હોય છે, આમ તેમના પોતાના વજન કરતા ભારે વસ્તુઓને વારંવાર ઉપાડવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.
A સામાન્ય અભિપ્રાય એ છે કે રોબોટ્સ મશીન છે તેથી તેઓ ચોક્કસપણે માનવીઓ પર ધાર ધરાવતા હોવા જોઈએ, પરંતુ, જ્યારે તે આપણા સ્નાયુઓ દ્વારા આપણને પ્રદાન કરવામાં આવેલી આશ્ચર્યજનક ક્ષમતાઓની વાત આવે છે, ત્યારે કોઈ પણ એવું કહી શકે છે કે રોબોટ્સ સરખામણીમાં નિસ્તેજ છે. માનવ સ્નાયુ અત્યંત શક્તિશાળી છે અને આપણું મગજ આપણા સ્નાયુઓ પર અસાધારણ નિયંત્રણ ધરાવે છે. આ જ કારણ છે કે માનવ સ્નાયુઓ જટિલ કાર્યો કરવા માટે સક્ષમ છે જેમ કે લેખન. ભારે કાર્ય કરતી વખતે આપણા સ્નાયુઓ વારંવાર સંકોચાય છે અને આરામ કરે છે અને એવું કહેવાય છે કે આપણે ખરેખર આપણા સ્નાયુઓની લગભગ 65 ટકા ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરીએ છીએ અને આ મર્યાદા મુખ્યત્વે આપણી વિચારસરણી દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. જો આપણે એવા રોબોટની કલ્પના કરીએ કે જેની પાસે માનવ જેવા નરમ સ્નાયુઓ હોય, તો તેની શક્તિ અને ક્ષમતાઓ પ્રચંડ હશે. આ અભ્યાસોને એક્ટ્યુએટર વિકસાવવા માટેના પ્રથમ પગલા તરીકે જોવામાં આવે છે જે એક સંભવિત દિવસ વાસ્તવિક જૈવિક સ્નાયુઓની પ્રચંડ ક્ષમતાઓ પ્રાપ્ત કરી શકે છે.
ખર્ચ અસરકારક 'સોફ્ટ' રોબોટિક્સ
લેખકો કહે છે કે પોટેટો-ચીપ્સ પોલિમર પાઉચ, તેલ અને ઇલેક્ટ્રોડ જેવી સામગ્રી સસ્તી અને સરળતાથી ઉપલબ્ધ છે જેની કિંમત માત્ર 0.9 USD (અથવા 10 સેન્ટ) છે. વર્તમાન ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન એકમો અને સંશોધકો માટે તેમની કુશળતાને આગળ વધારવા માટે આ પ્રોત્સાહક છે. ઓછી કિંમતની સામગ્રી વર્તમાન ઉદ્યોગ પદ્ધતિઓ સાથે માપી શકાય તેવી અને સુસંગત છે અને આવા ઉપકરણોનો ઉપયોગ કૃત્રિમ ઉપકરણો અથવા માનવ સાથી તરીકે સંખ્યાબંધ એપ્લિકેશનો માટે થઈ શકે છે. આ એક ખાસ કરીને રસપ્રદ પાસું છે, કારણ કે રોબોટિક્સ શબ્દ હંમેશા ઊંચા ખર્ચ સાથે સમાન છે. આવા કૃત્રિમ સ્નાયુઓ સાથે સંકળાયેલ ખામી એ તેના ઓપરેશન માટે જરૂરી વીજળીની ઊંચી માત્રા છે અને જો રોબોટ તેની શક્તિનો વધુ પડતો અનામત રાખે તો બળી જવાની શક્યતાઓ પણ છે. સોફ્ટ રોબોટ્સ તેમના પરંપરાગત રોબોટ સમકક્ષો કરતાં વધુ નાજુક હોય છે જે તેમની ડિઝાઇનને વધુ પડકારજનક બનાવે છે, ઉદાહરણ તરીકે પંચરિંગ, પાવર ગુમાવવાની અને તેલ ફેલાવવાની શક્યતાઓ. આ સોફ્ટ રોબોટ્સને ચોક્કસપણે સ્વ-હીલિંગ પાસાની જરૂર છે, જેમ કે ઘણા સોફ્ટ રોબોટ્સ પહેલાથી જ કરે છે.
કાર્યક્ષમ અને મજબૂત સોફ્ટ રોબોટ્સ માનવ જીવનમાં ખૂબ જ ઉપયોગી હોઈ શકે છે કારણ કે તેઓ માનવોને પૂરક બનાવી શકે છે અને તેમની સાથે "સહયોગી" રોબોટ્સની જેમ કામ કરી શકે છે, જે રોબોટ્સને બદલે છે. ઉપરાંત, પરંપરાગત કૃત્રિમ હાથ વધુ નરમ, સુખદ અને સંવેદનશીલ હોઈ શકે છે. આ અભ્યાસો આશાસ્પદ છે અને જો પાવરની ઉચ્ચ માંગને પહોંચી વળવામાં આવી શકે, તો તે રોબોટ્સના ભાવિમાં તેમની ડિઝાઇન અને તેઓ કેવી રીતે આગળ વધે છે તેના સંદર્ભમાં ક્રાંતિ લાવવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.
***
{તમે ટાંકેલા સ્ત્રોત(ઓ)ની સૂચિમાં નીચે આપેલ DOI લિંક પર ક્લિક કરીને મૂળ સંશોધન પેપર વાંચી શકો છો}
સ્રોત (ઓ)
1. એકોમ એટ અલ. 2018. સ્નાયુ જેવી કામગીરી સાથે હાઇડ્રોલિકલી એમ્પ્લીફાઇડ સ્વ-હીલિંગ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક એક્ટ્યુએટર્સ. વિજ્ઞાન. 359(6371). https://doi.org/10.1126/science.aao6139
2. કેલારિસ એટ અલ. 2018. Peano-HASEL એક્ટ્યુએટર્સ: મસલ-મીમેટિક, ઇલેક્ટ્રોહાઇડ્રોલિક ટ્રાન્સડ્યુસર્સ જે સક્રિયકરણ પર લીનિયરલી કોન્ટ્રાક્ટ કરે છે. વિજ્ઞાન રોબોટિક્સ. 3 (14). https://doi.org/10.1126/scirobotics.aar3276
