एक नए प्रकार का रोबोट समुद्र में तैरता है और आसमान में उड़ता है

एमआईटी में मैकेनिकल इंजीनियर राफेल ज़फ़री की प्रयोगशाला में चमकीले फ़िरोज़ा पानी से भरा एक विशाल टैंक, शक्तिशाली हवा को चलाने वाले पंखों की एक श्रृंखला, और जहाँ भी आप देखते हैं छोटे उड़ने वाले रोबोट बैठे हैं।

यह रोबोट ही हैं जो यहां शो के सितारे हैं और वे अटलांटिक पफिन जैसे गोताखोर समुद्री पक्षियों से प्रेरित हैं, जो उड़ने और तैरने दोनों के लिए अपने पंखों का उपयोग करते हैं।

ज़फ़री कहते हैं, “ये पफ़िन घनत्व में भारी अंतर के बावजूद हवा, पानी में चलने के इस चुनौतीपूर्ण कार्य को हल करते हैं।”

वह और उनके सहकर्मी यह देखना चाहते थे कि क्या वे एक पक्षी के आकार का रोबोट बना सकते हैं जो दोनों माध्यमों से गुजर सके और उनके बीच संक्रमण कर सके। यह कुछ ऐसा है जो पहले कभी किसी ने नहीं किया था।

जर्नल में गुरुवार को प्रकाशित एक पेपर में विज्ञानवे ऐसे ही एक हवाई-जलीय रोबोट की इंजीनियरिंग का वर्णन करते हैं। इसका वजन लगभग आधा पाउंड है और इसके पंखों का फैलाव सिरे से सिरे तक तीन फीट से भी कम है।

“यह एक सुंदर रोबोट है,” ओरेगॉन में पोर्टलैंड विश्वविद्यालय के पशु आंदोलन जीवविज्ञानी ग्लेना क्लिफ्टन कहते हैं, जो रोबोटिस्टों के साथ सहयोग करते हैं लेकिन इस शोध परियोजना में शामिल नहीं थे। वह कहती हैं कि रोबोट इस बात की अंतर्दृष्टि प्रदान करता है कि गोता लगाने वाले पक्षियों की उड़ान जीव विज्ञान को क्या अद्वितीय बनाता है।

इसके कई संभावित अनुप्रयोग भी हैं जिनमें तटीय महासागर का अवलोकन करना और दूरस्थ मूंगा चट्टान जैसी किसी चीज़ की निगरानी करना शामिल है। रोबोट चट्टान तक उड़ सकता है – या व्हेल की फली या शैवाल खिलने जैसा कुछ – और फिर पानी का नमूना ले सकता है और डेटा एकत्र कर सकता है।

ऐसे जैव-प्रेरित रोबोट प्रकृति और इंजीनियरिंग दोनों के बारे में सीखने के लिए उपजाऊ जमीन हैं। क्लिफ्टन कहते हैं, “जीव विज्ञान रोबोटिक्स को प्रेरित करता है, लेकिन फिर भी जीव विज्ञान को समझने के लिए रोबोटिक्स का उपयोग किया जाता है।”

एक अनोखा रोबोट डिज़ाइन करना

इस रोबोट को बनाने में दो साल का समय लगा। “एक ऐसे विंग के बारे में सोच रहा हूं जो दोनों में काम कर सके [air and water] कुछ हद तक कुशलतापूर्वक असंभव लगता है,” ज़फ़री सोच को याद करते हैं।

लेकिन वह और उनके सहयोगी निश्चिन्त थे। उन्होंने रोबोट की समग्र शारीरिक योजना को एक गोताखोर पक्षी पर आधारित किया, लेकिन कुछ महत्वपूर्ण प्रस्थान किए।

सबसे पहले, उन्होंने किसी भी पैर को शामिल नहीं करने का फैसला किया क्योंकि रोबोटिक्स में, रोबोट में पैरों को बनाना, नियंत्रित करना और वांछित गति प्राप्त करना मुश्किल होता है। “इसके बजाय, हमने सोचा, ‘क्या हम पंखों की मदद से पानी से सीधे हवा में जा सकते हैं?” ज़फ़री कहते हैं।

दूसरा, अनुसंधान दल ने उन पंखों को मोड़ने योग्य न बनाने का निर्णय लिया क्योंकि वे कई गोताखोर पक्षियों में होते हैं। ज़फ़री कहते हैं, यह बहुत जटिल होता। “आपको जोड़ जोड़ने की ज़रूरत है, आपको मोटरें जोड़ने की ज़रूरत है। इसलिए इसके बजाय हम पंखों के लचीलेपन पर भरोसा करते हैं।”

वह अंतिम रोबोट को पकड़ता है। यह सुंदर है. केंद्रीय निकाय, जिसमें मोटर और बैटरी होती है, पूरी तरह से खुला है, जिसका अर्थ है कि इसके इलेक्ट्रॉनिक कण दिखाई दे रहे हैं।

ज़फ़री बताते हैं, “तो पानी यहां पूरे सिस्टम में बाढ़ ला देता है।” “आपको प्रत्येक घटक को व्यक्तिगत रूप से वॉटरप्रूफ करना होगा।” इस तरह का दृष्टिकोण रोबोट को हवा में आसानी से उड़ने के लिए पर्याप्त हल्का होने के साथ-साथ न्यूट्रल रूप से उत्साही भी बनाता है, जिसका अर्थ है कि यह सतह पर तैरेगा या नीचे नहीं डूबेगा। यह पानी में ही पड़ा रहता है.

रोबोट को उड़ने में मदद करने के लिए उसकी एक पूँछ होती है। पंख कार्बन फाइबर स्ट्रट्स के साथ प्रबलित पारभासी नायलॉन कपड़े से बने होते हैं। ज़फ़री रोबोट के शरीर को पकड़ता है जबकि उसके पंख तेजी से और तेजी से ऊपर-नीचे फड़फड़ाते हैं। “आप वास्तव में ताकतों को महसूस कर सकते हैं,” वह कहते हैं।

उड़ान बनाए रखने के लिए रोबोट एक सेकंड में पांच से छह बार फ़्लैप करता है। हालाँकि, पानी छोड़ने और खुद को हवा में उछालने के लिए, पर्याप्त गति और जोर उत्पन्न करने के लिए इसे अपने पंखों को एक सेकंड में दस बार हिलाना पड़ता है।

अधिकांश गोताखोर पक्षी अकेले अपने पंखों से उस प्रकार की शक्ति उत्पन्न नहीं कर सकते हैं, यही कारण है कि वे पानी की सतह पर दौड़ने के लिए अपने पैरों का उपयोग करते हैं। (ज़फ़री कहते हैं, किंगफ़िशर एक अपवाद है लेकिन यह विशेष रूप से हल्का पक्षी है।)

“एक स्मारकीय कदम”

ज़फ़री ने एक वीडियो कॉल किया जिसे उन्होंने और उनके सहयोगियों ने स्विट्जरलैंड में लेक जिनेवा में फिल्माया था। आल्प्स दूर तक ऊपर उठे हुए हैं और पानी की सतह शांत है।

रोबोट के पानी से बाहर निकलकर हवा में आने से पहले थोड़ी सी लहरें होती हैं – सब कुछ एक सेकंड से भी कम समय में। यह वास्तव में एक पक्षी के उड़ने जैसा लगता है।

शोधकर्ताओं ने इष्टतम लॉन्च कोण और विंग आकार की गणना की। और उनका अनुमान है कि एक बार चार्ज करने पर, रोबोट लगभग चार मील तक उड़ सकता है या एक मील से थोड़ा अधिक तैर सकता है, “जो स्प्रिंट ट्रायथलॉन के दौड़ने और तैरने वाले हिस्से से अधिक लंबा है,” क्लिफ्टन का मानना ​​है।

वह कुल मिलाकर रोबोट से प्रभावित थी। वह कहती हैं, “यह हल्का और शक्तिशाली है और तैराकी, उड़ान और दोनों के बीच संक्रमण के प्रदर्शन में एक महत्वपूर्ण कदम है।”

आगे चलकर, ज़फ़री हानिकारक शैवाल खिलने, मछली स्टॉक और तटीय कटाव की निगरानी सहित कई अनुप्रयोगों के लिए इस तरह के रोबोट का उपयोग करने को लेकर उत्साहित हैं। वह ऐसे डेटा एकत्रण को सक्षम करने के लिए डिवाइस को मुट्ठी भर ऑनबोर्ड सेंसर से लैस करने की योजना बना रहा है।

इसके अलावा, ज़फ़री और उनकी टीम अपने हवाई-जलीय रोबोटों को परिष्कृत और बेहतर बना रही है – प्रयोग द्वारा परिष्कृत लेकिन फिर भी प्राकृतिक दुनिया से प्रेरित। “आप देखते हैं कि यह जीव विज्ञान में पहले ही किया जा चुका है,” वे कहते हैं।

“तो यह आपको एक रोबोटिक्स शोधकर्ता के रूप में आशा देता है। यह आपको बताता है कि यह संभव होना चाहिए।”