हमारा रोबोट आम चंद्रमा जेलीफ़िश से प्रेरित है। विलीम ब्रैडबेरी / शटरस्टॉक 

पृथ्वी पर प्राचीन और अछूते जंगल के अंतिम क्षेत्रों में से कुछ समुद्र के नीचे मौजूद हैं। फिर भी ये समुद्री पारिस्थितिक तंत्र गहरे समुद्र में खनन परियोजनाओं, तेल रिसाव और अपतटीय पवन चक्कियों से खतरे में हैं। जब इन सुविधाओं का निर्माण और रखरखाव किया जाता है, तो वे अपने आसपास के समृद्ध पारिस्थितिक नेटवर्क को नुकसान पहुंचाते हैं।

रोबोटिक और इंजीनियर इस समस्या का समाधान करने के लिए काम कर रहे हैं, मशीनों को बनाने के नए तरीकों की खोज कर रहे हैं जो बढ़ते अपतटीय उद्योग के पानी के घटकों की मरम्मत, रखरखाव या निरीक्षण करने में मदद कर सकते हैं। साउथेम्प्टन विश्वविद्यालय के साथियों थिएरी बुजार्ड और गेब्रियल वेमाउथ द्वारा नेतृत्व, मेरी टीम के पास है एक समाधान मिला इस समस्या के लिए, प्रकृति के सबसे चतुर तैराकों से प्रेरित अंडरवाटर रोबोट डिजाइन करना: अल्ट्रा-कुशल चंद्रमा जेलीफ़िश।

पारंपरिक जलीय रोबोट दो मुख्य उद्देश्यों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं: कुशल के लिए, लंबी दूरी की नेविगेशन पानी के खुले हिस्सों में, और जलमग्न संरचनाओं के करीब उच्च गतिशीलता की आवश्यकता वाले कार्यों के लिए। दोनों प्रकार के रोबोट प्रभावी हैं, लेकिन कुछ रोबोट उच्च गतिशीलता के साथ कुशल यात्रा को जोड़ते हैं। इसका मतलब है कि अधिकांश जलीय रोबोट अंडरसीयर पर्यावरण को नुकसान पहुंचाए बिना अपतटीय उद्योग का समर्थन करने के लिए बहुत ही भद्दे और भद्दे हैं।

वास्तव में, तेजी से नाजुक वातावरण के लिए अपतटीय विकास के विस्तार के साथ, यहां तक ​​कि अत्याधुनिक समुद्री रोबोट अपने मिशनों की जटिलता से निपटने के लिए संघर्ष कर रहे हैं। वर्तमान में बहुत सारे अनुसंधान स्वायत्त गहरे समुद्री रोबोट विकसित करने जा रहे हैं, जैसी पहल के साथ एक्सप्राइज़ सबसे रोमांचक विचारों में से कुछ के लिए धन की पेशकश।

समुद्री मशीनें

इन चुनौतियों का जवाब देने के लिए, इंजीनियरों ने जीव विज्ञान के लिए रोबोटिक पानी के नीचे के प्रणोदन के नए रूपों को प्रेरित करने के लिए देखा है। लाखों वर्षों के विकास के बाद, तर्क चला जाता है, जलीय जीवों को पानी के नीचे रोबोट की वर्तमान फसल की कमजोरियों को दूर करने में मदद करने के लिए मॉडल पेश करने चाहिए।

मछली की तैराकी मोड, उनके अलग-अलग पंखों के फड़फड़ाहट के आधार पर, उन लोगों के लिए प्रेरणा का प्राथमिक स्रोत बन गया है नए पानी के नीचे वाहनों के साथ प्रयोग। लेकिन पल्स-जेट तैराकी मोड जो कि जेलीफ़िश द्वारा इष्ट है, व्यापक रूप से दुनिया का सबसे कुशल पानी के नीचे का प्रणोदन तंत्र के रूप में माना जाता है, जो एक अधिक सम्मोहक तकनीकी समाधान की पेशकश करता है जो रोबोटिकों के लिए नकल करना बहुत आसान है।

पल्स-जेटिंग चक्रीय विस्तार पर निर्भर करता है और नमूना के शरीर के एक खोखले गुहा के संकुचन होता है। यह प्रणाली पानी के अंतर्ग्रहण और निष्कासन को प्रेरित करती है, जो अंततः जेलीफ़िश को प्रणोदन का एक रूप प्रदान करती है।

अपनी सादगी के बावजूद, इस तैराकी रणनीति में अत्यधिक ऊर्जा कुशल होने के साथ ही अविश्वसनीय चपलता हो सकती है। सबसे तेज स्क्विड तक का सफर कर सकता है 8 मीटर प्रति सेकंड एक पल्स-जेट प्रणाली का उपयोग करना, जबकि जेलिफ़िश ऑरेलिया औरेटा (चांद जेलीफ़िश के नाम से भी जाना जाता है) ग्रह पर सबसे कुशल तैराक.

इन जीवों की नकल करके जब हम पानी के नीचे रोबोट बनाते हैं, तो हम बेजोड़ दक्षता के साथ उच्च पैंतरेबाज़ी के संयोजन में सक्षम नए पानी के नीचे के वाहनों को डिजाइन कर सकते हैं। हमारे में हाल ही में किए गए अनुसंधान, हमने एक नया जैव-प्रेरित रोबोट विकसित किया, जो की प्रणोदन क्षमता से मेल खा सकता है ऑरेलिया औरेटा। ऐसा करने के लिए, हमने उस प्रमुख सिद्धांत की नकल की, जो जेलीफ़िश को उनकी उच्च प्रणोदन दक्षता प्राप्त करने में सक्षम बनाता है: अनुनाद।

ऑरेलिया औरिटा या मून जेलिफ़िश को पृथ्वी पर सबसे कुशल तैराक माना जाता है। रिचर्ड ए मैकमिलिन / शटरस्टॉक

गुंजयमान रोबोटिक्स

अनुनाद एक शारीरिक घटना है जो आम तौर पर कई रोज़मर्रा की गतिविधियों में सामना किया जाता है जैसे चलना, झूले पर खेलना और गाना भी। यदि हम एक झूलते हुए पेंडुलम को देखते हैं, उदाहरण के लिए, हम अनुभव से जानते हैं कि यह तब तक दोलन करता रहेगा जब तक कि यह आराम से न हो जाए, एक ऊर्ध्वाधर स्थिति में लटका हुआ है जैसा कि गुरुत्वाकर्षण द्वारा निर्धारित किया गया है। जिस आवृत्ति के साथ पेंडुलम दोलन करता है उसे इसकी "प्राकृतिक आवृत्ति" कहा जाता है।

अनुभव से, हम यह भी जानते हैं कि यदि हम पेंडुलम को दोलन रखना चाहते हैं, तो ऐसा करने का सबसे आसान तरीका यह है कि इसे हर बार एक उपयोगी कुहनी देकर इसे अपने दोलन के उच्चतम बिंदु तक पहुँचा दिया जाए, जैसे हम एक बच्चे को उच्च धक्का देते हैं एक झूले पर। जब हम ऐसा करते हैं, तो हम "प्रतिध्वनि" के लिए पेंडुलम या स्विंग की अनुमति दे रहे हैं।

तो, अनुनाद तब होता है जब एक बाहरी बल अपनी प्राकृतिक आवृत्ति पर एक प्रणाली को प्रभावित करता है, जिससे सिस्टम को आवश्यक बल के एक अंश पर बड़े आयाम दोलनों को प्राप्त करने में मदद मिलती है। यही कारण है कि अनुनाद पर संचालन इतना कुशल है। हमने अपने जेलीफ़िश-प्रेरित रोबोट के प्रणोदन के लिए एक ही सिद्धांत लागू किया।

हमने इस बात की परिकल्पना की थी कि एक लोचदार जूलरी प्रणाली के साथ एक रोबोट जेलीफ़िश डिजाइन करके, हम तंत्र को प्रतिध्वनि में चलाने के लिए उस लोचदार की अंतर्निहित प्राकृतिक आवृत्ति का फायदा उठा सकते हैं। अनुनाद में, हमारे रोबोट ऊर्जा लागत के एक अंश पर शक्तिशाली स्पंदित जेट जारी करेंगे।

हमारे द्वारा विकसित किए गए रोबोट में एक लोचदार आंतरिक कक्ष है, जो एक छाता जैसी तंत्र के प्रभाव में फैलता है और ढह जाता है। जब पानी की टंकी में परीक्षण किया गया, तो रोबोट को अपनी तैराकी की गति बढ़ाने के लिए पाया गया जिस गति से वह स्पंदित हुआ वह रोबोट जेलीफ़िश के लोचदार कक्ष की प्राकृतिक आवृत्ति के करीब पहुंच गया। यह साबित हुआ कि हमारे रोबोट जेलीफ़िश ने प्रतिध्वनि हासिल की थी।

एक प्रणाली की दक्षता जो खुद को प्रेरित करती है, यह यांत्रिक या जैविक है, एक समीकरण पर आधारित है जो अवशोषित शक्ति, सिस्टम की गति और इसके द्रव्यमान को जोड़ती है। जब हमारे रोबोट पर लागू किया जाता है, तो उस समीकरण ने हमारे रोबोट जेलीफ़िश को सममूल्य पर रखा ऑरेलिया औरेटा जेलिफ़िश।

यह एक दुगना प्रभाव के साथ एक महत्वपूर्ण परिणाम है। एक तरफ, यह पहली बार दिखाता है कि एक यांत्रिक प्रणाली प्रकृति के तैराकों में से सबसे अच्छा की प्रणोदन दक्षता प्राप्त कर सकती है। दूसरी ओर, हमारे रोबोट ने अपने जैविक समकक्षों के उत्कृष्ट तैराकी को समझाया है - जो अब पूरी तरह से नए परिप्रेक्ष्य के साथ जेलिफ़िश और स्क्वीड के अध्ययन में लौटने में जीवविज्ञानी की मदद कर सकता है।

प्रकृति के तैराकों के सबसे कुशल से प्रेरित एक प्रणाली द्वारा संचालित, हमारा रोबोट जेलीफ़िश एक गतिशील और कुशल पानी के नीचे रोबोट का एक प्रोटोटाइप प्रदान करता है, जो अपतटीय विंडफार्म उद्योग अपने बुनियादी ढांचे के हिस्सों को बनाए रखने के लिए एक दिन का उपयोग कर सकता है जो लहरों के नीचे झूठ बोलते हैं।

लेखक के बारे में

फ्रांसेस्को जियोर्जियो-सेरची, रोबोटिक्स और स्वायत्त प्रणालियों में चांसलर के साथी, यूनिवर्सिटी ऑफ एडिंबर्ग

इस लेख को 24 फरवरी 2021 को यूनिवर्सिटी ऑफ़ साउथम्पटन की टीम को क्रेडिट करने के लिए अपडेट किया गया था जिन्होंने इस शोध पर भी काम किया था।

इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.

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