अधिकांश रोबोट किसी चीज़ की तरह दिखने के लिए बनाए जाते हैं। वास्तविक दुनिया में नेविगेट करने के लिए मशीनें डिजाइन करने वाले इंजीनियर, दशकों से, एक ही संदर्भ बिंदु तक पहुंचे हैं: मानव कंकाल, कुत्ते की चार पैरों वाली चाल, कीड़ों का रेंगना। इन जैविक टेम्पलेट्स ने प्रभावशाली मशीनें तैयार की हैं, लेकिन उनमें एक अंतर्निहित धारणा है कि एक रोबोट को आगे, पीछे और यात्रा की पसंदीदा दिशा की आवश्यकता होती है। ड्यूक यूनिवर्सिटी की जनरल रोबोटिक्स लैब की एक टीम ने अब उस धारणा को सीधे चुनौती दी है, और नतीजा एक ऐसी मशीन है जो रोबोटिक्स कैटलॉग में किसी भी चीज़ के विपरीत दिखती है और, इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि यह पहले आने वाली किसी भी चीज़ के विपरीत चलती है।
ड्यूक का सर्वदिशात्मक रोबोट जिसमें कोई आगे या पीछे नहीं है
रोबोट का नाम ग्रीक पौराणिक कथाओं के सभी देखने वाले विशालकाय के नाम पर आर्गस रखा गया है, और यह नाम फिट बैठता है। इसमें 20 मॉड्यूलर, टेलीस्कोपिंग पैर हैं जो केंद्रीय कोर से बाहर की ओर निकलते हैं, प्रत्येक में एक गहराई वाला कैमरा लगा होता है, जो इसे लगभग पूर्ण गोलाकार दृश्य क्षेत्र देता है। न आगे है, न पीछे, न ऊपर, न नीचे। यह किसी भी दिशा में चल सकता है, लुढ़क सकता है, चढ़ सकता है, वस्तुओं को स्थिर कर सकता है और हेरफेर कर सकता है, बिना पहले खुद को मुड़ने या पुनर्निर्देशित करने की आवश्यकता के। डॉक्टरेट छात्र जियाक्सुन लियू और पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता बॉक्सी ज़िया के साथ इंजीनियरिंग प्रोफेसर बोयुआन चेन के नेतृत्व में यह काम जर्नल में प्रकाशित किया गया है। विज्ञान रोबोटिक्स.
आर्गस के पीछे डिज़ाइन सिद्धांत और यह वास्तव में क्या मापता है
आर्गस की वैचारिक नींव एक डिज़ाइन सिद्धांत है जिसे टीम ने डायनेमिक आइसोट्रॉपी कहा है। यह पूछने के बजाय कि रोबोट कैसा दिखना चाहिए, सिद्धांत यह पूछता है कि यह अंतरिक्ष में हर दिशा में कितनी समान रूप से गति कर सकता है। टीम ने इसे 0 से 1 तक के स्कोर के रूप में निर्धारित किया, जहां 1 सैद्धांतिक रूप से सही मशीन का प्रतिनिधित्व करता है जो बिल्कुल समान बल के साथ किसी भी दिशा में आगे बढ़ सकता है। प्रकाशित अध्ययन के अनुसार, आज उपयोग में आने वाले अधिकांश उन्नत रोबोट, जिनमें अत्याधुनिक चौपाए, ह्यूमनॉइड रोबोट और पारंपरिक ड्रोन शामिल हैं, इस माप पर 0.6 से नीचे स्कोर करते हैं। आर्गस का स्कोर 0.91 है, जो सैद्धांतिक सीमा के करीब है। जैसा कि चेन ने कहा: “जब एक रोबोट हर दिशा में समान रूप से तेजी ला सकता है, तो उसे किसी विशेष तरीके से दुनिया का सामना करने की आवश्यकता नहीं रह जाती है। आगे और पीछे एक समान हो जाते हैं। बाएँ और दाएँ एक समान हो जाते हैं। रोबोट नियंत्रण की पूरी समस्या का चरित्र बदल जाता है।”
क्यों आर्गस की डोडेकाहेड्रोन ज्यामिति लगभग पूर्ण गति समरूपता उत्पन्न करती है
0.91 के उस स्कोर तक पहुंचने के लिए पहले ज्यामिति समस्या को हल करना आवश्यक था। टीम ने यह पहचानने के लिए 1,500 से अधिक सिम्युलेटेड रोबोट कॉन्फ़िगरेशन चलाए कि पैरों की कौन सी व्यवस्था उनके सैद्धांतिक अधिकतम के सबसे करीब है। विजेता डिज़ाइन ने एक नियमित डोडेकाहेड्रोन के शीर्ष पर 20 समान केबल-चालित पैर रखे, जो 12 पंचकोणीय चेहरों वाला एक त्रि-आयामी ज्यामितीय ठोस है। यह व्यवस्था सभी दिशाओं में बल और दृश्य कवरेज दोनों का लगभग बिल्कुल समान वितरण उत्पन्न करती है। प्रत्येक पैर टेलीस्कोपिंग और केबल-चालित है, जिसका अर्थ है कि यह सतहों के खिलाफ धक्का देने के लिए विस्तार और पीछे हट सकता है, और प्रत्येक में अपना स्वयं का गहराई वाला कैमरा होता है ताकि रोबोट की धारणा एक साथ हर दिशा में उसकी भौतिक पहुंच से मेल खाए। परिणाम एक मशीन की तरह कम और समुद्री अर्चिन की तरह अधिक दिखता है, जो संयोग नहीं है। अध्ययन स्पष्ट रूप से समानता को नोट करता है, और इसके पीछे की ज्यामिति वही सिद्धांत है जो समुद्री अर्चिन को उनकी उल्लेखनीय यांत्रिक स्थिरता प्रदान करती है।
आर्गस ने वास्तविक दुनिया के परीक्षणों में जंगलों, रेत और गीली सतहों का पता लगाया
सिमुलेशन में अच्छा प्रदर्शन करने वाला रोबोट बनाना एक बात है; ड्यूक टीम ने वास्तविक दुनिया में बड़े पैमाने पर आर्गस का परीक्षण किया, इसे ड्यूक परिसर और आसपास के इलाके में चलाया। अध्ययन के अनुसार, आर्गस अपने अभिविन्यास की परवाह किए बिना स्थिरता खोए बिना कंक्रीट, घास, घने पत्ते, नरम रेत, गीली सतहों और पेड़ की छाल पर लुढ़क गया। इसने पाँच इंच तक की बाधाओं को साफ़ कर दिया। यह बारी-बारी से अपने पैरों के विभिन्न उपसमुच्चयों के साथ मजबूती से और जोर लगाकर दो करीबी समानांतर दीवारों के बीच लंबवत चढ़ गया। यह लगभग पूरी गति से दस पाउंड का पेलोड ले गया और लगातार लुढ़कते हुए एक बड़े घन को एक स्थान के चारों ओर धकेल दिया। पेपर के सह-प्रथम लेखक, डॉक्टरेट छात्र जियाक्सुन लियू ने कहा: “पहली बार जब हमने इसे पेड़ों और उबड़-खाबड़ इलाकों के बीच, यहां तक कि भारी टक्करों के बावजूद, नेविगेट करते देखा, तो हमें पता चला कि यह कुछ अलग था।”
जब आर्गस के पैर टूट जाते हैं या उसकी मोटरें ख़राब हो जाती हैं तब भी वह कैसे चलता रहता है
शोध से अधिक व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण निष्कर्षों में से एक रोबोट की क्षति के प्रति लचीलापन से संबंधित है। क्योंकि इसके 20 पैर प्रत्येक कुल गति का केवल एक अंश योगदान करते हैं, और क्योंकि डिज़ाइन कम संख्या में महत्वपूर्ण अंगों पर निर्भर होने के बजाय बल को समान रूप से वितरित करता है, एक या अधिक मोटर विफल होने, या एक पैर टूट जाने पर भी आर्गस कार्य करना जारी रखता है। ये कोई मामूली फायदा नहीं है. कम अंगों वाले अधिकांश रोबोटों को एक महत्वपूर्ण जोड़ खो जाने पर क्षमता में महत्वपूर्ण गिरावट या पूर्ण विफलता का सामना करना पड़ता है। आर्गस की वास्तुकला इसे एक तरह से आंशिक विफलता के प्रति संरचनात्मक रूप से सहिष्णु बनाती है जो उसी गणित को प्रतिबिंबित करती है जो इसे सर्वव्यापी बनाती है: कुछ भी इतना प्रभावशाली नहीं है कि इसे खोने से सिस्टम टूट जाए।
जैविक डिज़ाइन टेम्पलेट्स से परे रोबोटिक्स का भविष्य
टीम स्पष्ट है कि आर्गस एक तैयार उत्पाद के बजाय अवधारणा का प्रमाण है, लेकिन रोबोटिक्स डिजाइन के लिए निहितार्थ पर्याप्त हैं। पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता बॉक्सी ज़िया ने कहा कि रोबोट साबित करता है कि गतिशील समरूपता सिर्फ एक सैद्धांतिक अभ्यास नहीं है; यह वास्तविक दुनिया की चुनौतियों से निपटने में सक्षम एक तैनाती योग्य मशीन का उत्पादन करता है। चेन ने आर्गस को गतिशील रूप से सममित मशीनों के व्यापक परिवार के रूप में कल्पना करने वाले पहले सदस्य के रूप में वर्णित किया: “रोबोट जिन्हें चुस्त, कठोर और उपयोगी होने के लिए कुत्तों या मनुष्यों की नकल करने की आवश्यकता नहीं है।“शोधकर्ताओं ने 40 पैरों तक के डिजाइन भी तैयार किए हैं जो गतिशील आइसोट्रॉपी पर और भी अधिक स्कोर करते हैं, हालांकि अतिरिक्त यांत्रिक जटिलता को देखते हुए ये अभी प्रोटोटाइप के रूप में अव्यावहारिक हैं। हालांकि, आर्गस की डोडेकाहेड्रल वास्तुकला सैद्धांतिक आदर्श तक पहुंचने के लिए एक उपयोगी इन्फ्लेक्शन बिंदु जटिल पर बैठती है, जो वास्तव में क्षेत्र में निर्माण और परीक्षण करने के लिए काफी सरल है।
