चुंबकीय तरल धातु रोबोट से मिलें जो जीवित कोशिका की तरह छोटे अंतरालों के माध्यम से विभाजित, विलय और निचोड़ सकता है |

वैज्ञानिकों ने एक अद्भुत तरल रोबोट विकसित किया है जो मशीनों और जीवित जीवों के बीच की रेखा को धुंधला कर देता है। सियोल नेशनल यूनिवर्सिटी और गैचॉन यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं द्वारा बनाया गया, रोबोट तरल धातु से बना है जो सूक्ष्म कणों के घने कवच से लेपित है और चुंबकीय कणों से जुड़ा हुआ है जो इसे दूर से नियंत्रित करने की अनुमति देता है। कठोर घटकों से निर्मित पारंपरिक रोबोटों के विपरीत, यह नरम रोबोट नाटकीय रूप से अपना आकार बदल सकता है, अपने व्यास से छोटे छिद्रों के माध्यम से निचोड़ सकता है, कई बूंदों में विभाजित हो सकता है, वापस एक शरीर में विलीन हो सकता है और यहां तक ​​​​कि उन्हें दूर ले जाने से पहले विदेशी वस्तुओं को निगल सकता है। अध्ययन, में प्रकाशित विज्ञान उन्नतिकण-बख्तरबंद तरल रोबोटों की एक नई श्रेणी पेश करता है जो ठोस पदार्थों की स्थिरता के साथ तरल पदार्थों की तरलता को जोड़ता है। जैविक कोशिकाओं के व्यवहार से प्रेरित होकर, प्रौद्योगिकी अंततः न्यूनतम आक्रामक चिकित्सा से लेकर औद्योगिक निरीक्षण और आपदा प्रतिक्रिया तक के क्षेत्रों को बदल सकती है।

क्या बनाता है कण-बख्तरबंद तरल रोबोट अलग?

सॉफ्ट रोबोटिक्स पिछले एक दशक में तेजी से आगे बढ़ा है, लेकिन एक चुनौती से पार पाना मुश्किल बना हुआ है: ऐसे रोबोट बनाना जो अत्यधिक विकृत और यांत्रिक रूप से स्थिर दोनों हों। पारंपरिक कठोर रोबोट मजबूत और पूर्वानुमानित होते हैं लेकिन सीमित या अनियमित वातावरण के अनुकूल नहीं हो सकते। मौजूदा नरम रोबोट झुक सकते हैं और खिंच सकते हैं, फिर भी कई बड़े विकृतियों के अधीन होने पर अपनी संरचनात्मक अखंडता खो देते हैं।नया रोबोट कण-बख्तरबंद तरल रोबोट (पीबी) नामक एक अद्वितीय सामग्री वास्तुकला का उपयोग करके इस समस्या का समाधान करता है। इसके मूल में तरल धातु की एक बूंद है, जिसे इसकी उत्कृष्ट विद्युत चालकता, उच्च सतह तनाव और तरल की तरह बहने की क्षमता के लिए चुना गया है। बूंद चुंबकीय कणों से युक्त है, जो वैज्ञानिकों को बाहरी चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके इसमें हेरफेर करने में सक्षम बनाती है।

छवि: एआई जेनरेटेड

हालाँकि, परिभाषित करने वाली विशेषता इसका बाहरी आवरण है। तरल धातु को खुला छोड़ने के बजाय, शोधकर्ताओं ने इसे सुपरहाइड्रोफोबिक, या जल-विकर्षक, कणों की असामान्य रूप से घनी परत से घेर दिया। यह सूक्ष्म कवच रोबोट को एक सुरक्षात्मक त्वचा देता है जो इसकी तरल प्रकृति का त्याग किए बिना नाटकीय रूप से इसकी स्थिरता में सुधार करता है।शोधकर्ताओं के अनुसार, कण खोल रोबोट को अत्यधिक संपीड़न, खिंचाव और विरूपण से गुजरते हुए भी अपनी समग्र संरचना को बनाए रखने की अनुमति देता है। यह उन गतिविधियों को सक्षम बनाता है जो पारंपरिक ठोस रोबोटों के लिए असंभव हैं, साथ ही ऑपरेशन के दौरान बूंदों को टूटने से भी रोकता है।

एक नई विनिर्माण तकनीक ने लंबे समय से चली आ रही समस्या का समाधान कर दिया

अध्ययन का सबसे महत्वपूर्ण नवाचार यह है कि कण खोल कैसे बनाया जाता है। पिछले तरल रोबोट आमतौर पर पहले से बनी तरल बूंद को कणों से कोटिंग करके तैयार किए जाते थे। हालाँकि इस पद्धति ने कुछ सुरक्षा प्रदान की, लेकिन इसके परिणामस्वरूप अक्सर असमान कण कवरेज होता था, जिससे स्थायित्व और लचीलापन दोनों सीमित हो जाते थे।इस सीमा को पार करने के लिए, शोधकर्ताओं ने एक पूरी तरह से अलग निर्माण प्रक्रिया विकसित की।उन्होंने इसकी सतह पर हाइड्रोफोबिक कणों की परत चढ़ाने से पहले तरल को एक ठोस बर्फ के ढांचे में जमा दिया। एक बार कोटिंग पूरी हो जाने के बाद, बर्फ को पिघलने दिया गया, जिससे तरल धातु कोर के चारों ओर एक असाधारण घना और समान कण आवरण रह गया।इस दृष्टिकोण ने पहले के तरीकों की तुलना में अधिक मजबूत सुरक्षात्मक परत तैयार की। शोधकर्ताओं ने पाया कि घने कवच ने रोबोट के तरल व्यवहार को संरक्षित करते हुए बार-बार होने वाली विकृति को झेलने की क्षमता में काफी सुधार किया है।पेपर बताता है कि यह निर्माण रणनीति एक मजबूत तरल-कण मिश्रित बनाती है जो रोबोटिक संचालन की मांग के दौरान संरचनात्मक अखंडता बनाए रखने में सक्षम है, जो इसे आकार में बार-बार परिवर्तन की आवश्यकता वाले कार्यों के लिए उपयुक्त बनाती है।

जीवित कोशिकाओं की उल्लेखनीय क्षमताओं से प्रेरित

पारंपरिक मशीनरी से प्रेरणा लेने के बजाय, शोधकर्ताओं ने जीव विज्ञान की ओर ध्यान दिया।कई जीवित कोशिकाओं में असाधारण क्षमताएं होती हैं। वे सूक्ष्म छिद्रों के माध्यम से निचोड़ सकते हैं, अपने पर्यावरण के आधार पर अपना आकार बदल सकते हैं, फागोसाइटोसिस के माध्यम से विदेशी कणों को निगल सकते हैं और कुछ जैविक प्रक्रियाओं के तहत फिर से विलय करने से पहले विभाजित भी कर सकते हैं।कण-बख्तरबंद तरल रोबोट एक कृत्रिम प्रणाली में इनमें से कई व्यवहारों को पुन: उत्पन्न करता है। प्रयोगशाला प्रदर्शनों के दौरान, रोबोट ने धातु की सलाखों से बने संकीर्ण अंतराल से गुजरने के लिए खुद को सफलतापूर्वक विकृत कर लिया, जो इसके सामान्य आयामों से काफी छोटे थे। एक बार जब यह बाधा को पार कर गया, तो यह स्वाभाविक रूप से अपने मूल आकार में लौट आया।शोधकर्ताओं ने यह भी प्रदर्शित किया कि एक अकेला रोबोट कई छोटी बूंदों में विभाजित हो सकता है और बाद में कार्यक्षमता खोए बिना एक बड़े रोबोट में मिल सकता है। विभाजित और विलय करने की यह क्षमता कठोर यांत्रिक घटकों से इकट्ठे पारंपरिक रोबोटों के लिए अनुपलब्ध संभावनाएं प्रदान करती है।एक अन्य आश्चर्यजनक प्रदर्शन में रोबोट को विदेशी वस्तुओं को अन्यत्र ले जाने से पहले निगलते हुए दिखाया गया। व्यवहार जैविक फागोसाइटोसिस जैसा दिखता है, वह प्रक्रिया जिसके द्वारा प्रतिरक्षा कोशिकाएं हानिकारक कणों या रोगजनकों को घेरती हैं और उनका उपभोग करती हैं।ये प्रयोग बताते हैं कि कैसे तरल रोबोट नियंत्रित हेरफेर के साथ तरल गति को जोड़ता है, जिससे यह एक स्थिर समग्र संरचना को बनाए रखते हुए जटिल शारीरिक कार्य करने की अनुमति देता है।

चुंबकीय क्षेत्र और ध्वनिक तरंगों का उपयोग करके दूर से नियंत्रित किया जाता है

रोबोट में पूरे तरल धातु में बिखरे हुए चुंबकीय कण होते हैं, जो शोधकर्ताओं को किसी भी ऑनबोर्ड इलेक्ट्रॉनिक्स या पावर स्रोत के बिना इसके आंदोलन को नियंत्रित करने की अनुमति देता है।बाहरी चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके, टीम ने रोबोट को ठोस सतहों, सीमित स्थानों और बाधाओं के आसपास उच्च परिशुद्धता के साथ निर्देशित किया।अध्ययन से यह भी पता चला कि ध्वनि तरंगें रोबोट की गति को प्रभावित कर सकती हैं। अल्ट्रासाउंड के साथ चुंबकीय हेरफेर को जोड़कर, शोधकर्ताओं ने इस पर अधिक नियंत्रण हासिल किया कि रोबोट विभिन्न वातावरणों में कैसे यात्रा करता है।क्योंकि रोबोट आंतरिक मोटर, गियर या बैटरी पर निर्भर नहीं करता है, इसकी परिष्कृत क्षमताओं के बावजूद इसका समग्र डिज़ाइन बेहद सरल रहता है।शोधकर्ताओं ने एक सैद्धांतिक मॉडल भी विकसित किया है जिसमें बताया गया है कि कण-बख्तरबंद रोबोट विभिन्न परिस्थितियों में कैसे व्यवहार करता है। यह ढांचा रोबोट के आकार, चाल और बाहरी ताकतों के साथ बातचीत में बदलाव की भविष्यवाणी करता है, जिससे इंजीनियरों को भविष्य के तरल रोबोटिक सिस्टम को डिजाइन करने के लिए एक मूल्यवान उपकरण मिलता है।केवल परीक्षण-और-त्रुटि प्रयोगों पर निर्भर रहने के बजाय, वैज्ञानिक अब विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए रोबोट के प्रदर्शन को अनुकूलित करने के लिए इस पूर्वानुमानित मॉडल का उपयोग कर सकते हैं।

तरल की तरह व्यवहार करने के बावजूद असाधारण स्थायित्व

अध्ययन के सबसे आश्चर्यजनक निष्कर्षों में से एक यह है कि कण-बख्तरबंद रोबोट यांत्रिक रूप से कितना लचीला साबित हुआ।तरल पदार्थ आमतौर पर नाजुकता से जुड़े होते हैं क्योंकि वे आसानी से आकार बदलते हैं। हालाँकि, घने कण का खोल नाटकीय रूप से रोबोट की मजबूती को बढ़ाता है।प्रयोगशाला परीक्षणों से पता चला कि रोबोट सामान्य रूप से कार्य करते हुए बार-बार संपीड़न और महत्वपूर्ण विरूपण को सहन कर सकता है। सीमित स्थानों से गुजरने या पर्याप्त बाहरी ताकतों का अनुभव करने के बाद भी, इसने तेजी से अपनी मूल बूंद के आकार को पुनः प्राप्त कर लिया।विकृति और लचीलेपन का यह संयोजन सॉफ्ट रोबोटिक्स में केंद्रीय चुनौतियों में से एक को संबोधित करता है।पिछले तरल रोबोटों को अक्सर लचीलेपन और स्थिरता के बीच व्यापार-बंद का सामना करना पड़ता था। जो डिज़ाइन अत्यधिक विकृत थे, वे अक्सर अपनी संरचनात्मक अखंडता खो देते थे, जबकि अधिक स्थिर प्रणालियों ने अनुकूलनशीलता का त्याग कर दिया था।कण-बख़्तरबंद डिज़ाइन सफलतापूर्वक दोनों गुणों को संतुलित करता है, जिससे एक रोबोटिक प्लेटफ़ॉर्म तैयार होता है जो ऐसे वातावरण में काम करने में सक्षम होता है जहां कठोर मशीनें विफल हो जाएंगी।

मानव शरीर के अंदर संभावित चिकित्सा अनुप्रयोग

अध्ययन में उजागर किए गए सबसे आशाजनक अनुप्रयोगों में से एक में चिकित्सा शामिल है। मानव शरीर के अंदर कई क्षेत्रों तक पारंपरिक सर्जिकल उपकरणों का उपयोग करना बेहद कठिन है। रक्त वाहिकाओं, संकीर्ण नलिकाओं और नाजुक ऊतकों को ऐसे उपकरणों की आवश्यकता होती है जो बिना किसी नुकसान के सीमित मार्गों को नेविगेट कर सकें।क्योंकि कण-बख्तरबंद तरल रोबोट छोटे छिद्रों के माध्यम से निचोड़ सकता है, बाधाओं के आसपास विकृत हो सकता है और बाद में अपना आकार पुनः प्राप्त कर सकता है, यह अंततः एक न्यूनतम आक्रामक चिकित्सा उपकरण के रूप में काम कर सकता है।शोधकर्ता भविष्य के ऐसे संस्करणों की कल्पना करते हैं जो सीधे रोगग्रस्त ऊतकों तक दवाएं पहुंचाने, रुकावटों को दूर करने, चिकित्सीय एजेंटों को ले जाने या माइक्रोसर्जिकल प्रक्रियाओं में सहायता करने में सक्षम हों।चुंबकीय नियंत्रण प्रणाली एक और महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती है। डॉक्टर संभावित रूप से बाहरी रूप से उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्रों का उपयोग करके इन रोबोटों को दूर से चला सकते हैं, जिससे आक्रामक सर्जिकल पहुंच की आवश्यकता कम हो जाती है। यद्यपि प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला स्तर पर बनी हुई है, अनुसंधान भविष्य के बायोमेडिकल रोबोटों के लिए आवश्यक कई भौतिक व्यवहारों को प्रदर्शित करता है।

चिकित्सा से परे: औद्योगिक निरीक्षण और आपदा प्रतिक्रिया

प्रौद्योगिकी की उपयोगिता स्वास्थ्य सेवा से कहीं आगे तक फैली हुई है। औद्योगिक सुविधाओं में अक्सर संकीर्ण पाइप, जटिल मशीनरी और खतरनाक वातावरण होते हैं जिनका निरीक्षण करना मनुष्यों के लिए मुश्किल या खतरनाक होता है।सीमित स्थानों से बहने में सक्षम तरल रोबोट संरचनात्मक क्षति का निरीक्षण कर सकते हैं, लीक की पहचान कर सकते हैं या दुर्गम क्षेत्रों में सेंसर ले जा सकते हैं।इसी तरह, आपदा क्षेत्रों में अक्सर छोटी-छोटी खुली जगहों वाली ढही हुई इमारतें होती हैं जो पारंपरिक रोबोटों को फंसे हुए बचे लोगों तक पहुंचने से रोकती हैं।क्योंकि कण-बख्तरबंद रोबोट संरचनात्मक रूप से बरकरार रहते हुए संकीर्ण अंतराल के माध्यम से निचोड़ सकता है, भविष्य की पीढ़ियों को भूकंप या औद्योगिक दुर्घटनाओं के बाद अस्थिर वातावरण का पता लगाने में मदद मिल सकती है।शोधकर्ता पर्यावरण निगरानी, ​​सूक्ष्म-विनिर्माण, कार्गो परिवहन और जटिल प्रणालियों के भीतर छोटी वस्तुओं के हेरफेर से जुड़े अनुप्रयोगों का भी सुझाव देते हैं।बाद में पुन: एकजुट होने से पहले कई रोबोटों में विभाजित होने की इसकी क्षमता सहकारी रोबोटिक कार्यों के लिए विशेष रूप से मूल्यवान साबित हो सकती है जिनके लिए अनुकूलन क्षमता की आवश्यकता होती है।