शोधकर्ता रोबोटिक वस्त्रों में लापता घटक विकसित करते हैं

शोधकर्ता रोबोटिक वस्त्रों में लापता घटक विकसित करते हैं

समय टिकट: 4 अप्रैल, 2023 4:50 पूर्वाह्न

फाइबर पंप
पहनने योग्य तरल प्रणाली फ़ाइबर पंप को वस्त्रों में निर्बाध रूप से बुना जा सकता है। (सौजन्य: © एलएमटीएस ईपीएफएल)

कई वर्षों से सॉफ्ट रोबोटिक्स के साथ समस्या यह रही है कि इसके लिए किसी प्रकार के पंप की आवश्यकता होती है, जो अब तक केवल अधिक पारंपरिक गैर-पहनने योग्य रूपों में ही उपलब्ध है। सेंसर, एक्चुएटर्स, साथ ही ऊर्जा भंडारण और उत्पादन उपकरण, सभी को नरम फाइबर के रूप में विकसित किया गया है जिन्हें कपड़ों में निर्बाध रूप से बुना जा सकता है। हालाँकि, जो सॉफ्ट पंप विकसित किए गए हैं उनमें उन्हें वास्तव में उपयोगी बनाने के लिए तरल शक्ति की कमी है, और उन्हें फाइबर के रूप में नहीं बनाया गया है।

में उनके निष्कर्षों की रिपोर्ट करना विज्ञान, माइकल स्मिथ, वीटो कैकुसिओलो और हर्बर्ट शीया स्विट्जरलैंड में इकोले पॉलिटेक्निक फेडेरेल डी लॉज़ेन (ईपीएफएल) ने एक नरम हाइड्रोलिक पंप विकसित किया है जो न केवल दस के कारक द्वारा पहले प्राप्त तरल शक्ति को मात देता है बल्कि फाइबर का रूप भी लेता है।

शीया कहती हैं, "हाइड्रोलिक एक्चुएटिंग दिलचस्प है क्योंकि यह नरम और आज्ञाकारी है, और आप इसे शरीर पर लगा सकते हैं।" वह और उनके सहकर्मी काफी हद तक नरम आरामदायक एक्सोस्केलेटन विकसित करने के दीर्घकालिक लक्ष्यों से प्रेरित थे, जिसे कोई व्यक्ति पुनर्वास या ताकत समर्थन के लिए पहन सकता है, उदाहरण के लिए, या सीमित गतिशीलता वाले किसी व्यक्ति को चलने में सक्षम बनाने के लिए।

फ़ाइबर पंप इलेक्ट्रोहाइड्रोडायनामिक्स के आधार पर संचालित होता है, यह एक ऐसा सिद्धांत है जिसे यह साझा करता है खिंचाव वाला पंप शिया के समूह ने 2019 में इसका प्रदर्शन किया। जबकि उस पंप में इलेक्ट्रोड थे जो तरल पदार्थ से भरे चैनल के अंदर इंटरलेस्ड उंगलियों की तरह घूमते थे, फाइबर पंप में तरल पदार्थ से भरे ट्यूब के अंदर चारों ओर कुंडलित सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड होते हैं। इलेक्ट्रोड के बीच संभावित अंतर तरल पदार्थ में अणुओं को आयनित करता है और उन्हें ट्यूब में तेजी लाता है। जैसे-जैसे आस-पास के अणु आयनित अणुओं में फंस जाते हैं, तरल पदार्थ दबाव पैदा करते हुए ट्यूब में ऊपर चला जाता है।

पंप का तंत्र ट्यूब के अंदर रखे गए इलेक्ट्रोड पर निर्भर करता है ताकि उनके और तरल पदार्थ के बीच सीधा संपर्क हो ताकि वे इसमें चार्ज इंजेक्ट कर सकें। चुनौती देते हुए, शोधकर्ताओं ने ट्यूब सामग्री और इलेक्ट्रोड को एक खराद के चारों ओर एक साथ घुमाकर आवश्यक ज्यामिति के लिए एक आसान रास्ता खोजा।

दबाव, प्रवाह दर, दक्षता और शक्ति में सुधार का हवाला देते हुए, कॉइलिंग ज्यामिति विकसित करने वाले स्मिथ कहते हैं, "पंप को मापने के लिए आप जो भी मीट्रिक सोच सकते हैं वह तब बेहतर हो जाता है जब आप इसे कम से कम 10 के कारक से फाइबर में बनाते हैं।" शिया बताते हैं कि यह काफी हद तक ट्यूब के साथ निरंतर पंपिंग के कारण होता है जो पेचदार संरचना देता है, जिससे तरल पदार्थ का प्रवाह सुचारू हो जाता है।

बेलनाकार समरूपता द्रव प्रतिबाधा को भी कम करती है, जबकि तार फ्लैट इलेक्ट्रोड की तुलना में अधिक आयनीकरण क्षेत्र वितरण भी प्रदान कर सकते हैं। डिवाइस द्वारा प्रदान की गई तरल शक्ति में छलांग शोधकर्ताओं के लिए एक स्वागत योग्य आश्चर्य के रूप में आई, क्योंकि - जैसा कि स्मिथ बताते हैं - इसमें शामिल सभी "युग्मित भौतिकी" के कारण पंप को सटीक रूप से अनुकरण करना बहुत मुश्किल है।

एक हैप्टिक अनुभूति

पंप अभी भी नरम एक्सोस्केलेटन के लिए आवश्यक दक्षता से थोड़ा दूर है, लेकिन शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया है कि यह हैप्टिक उत्तेजना पैदा करने के लिए कितना प्रभावी हो सकता है - किसी वस्तु को छूने की अनुभूति। टच स्क्रीन पर टाइप करने का गुंजायमान एहसास स्पर्श स्पर्श का एक रोजमर्रा का उदाहरण है, लेकिन, जैसा कि शीया बताती हैं, "हम दुनिया को जिस तरह से समझते हैं, वह वास्तव में तापीय चालकता है।" आभासी दुनिया में, इन थर्मल अनुभवों को फिर से बनाने से विसर्जन की भावना में सुधार हो सकता है, लेकिन इसे लागू करना मुश्किल हो गया है। फाइबर पंप स्थानीय रूप से ठंडे तरल पदार्थ को प्रसारित कर सकते हैं, जिससे अलग-अलग पंपों और वाल्वों की एक विशाल श्रृंखला की आवश्यकता के बिना स्थानीय थर्मल हैप्टिक उत्तेजनाएं पैदा हो सकती हैं।

जून ज़ू चीन में स्टेट की लैब ऑफ फ्लुइड पावर एंड मेक्ट्रोनिक सिस्टम्स में प्रोफेसर हैं जिन्होंने सॉफ्ट पंपों पर भी काम किया है। हालाँकि वे इस शोध में शामिल नहीं हैं, लेकिन वे इसे "पहनने योग्य अनुप्रयोगों के लिए सक्रियता और स्टिचबिलिटी का एक प्रभावी एकीकरण" के रूप में वर्णित करते हैं।

एंड्रयू कॉनयूके में ब्रिस्टल विश्वविद्यालय में सॉफ्ट रोबोटिक्स के विशेषज्ञ, जो इसमें शामिल नहीं थे, इस काम को शारीरिक सहायता और थर्मल विनियमन के लिए आरामदायक पहनने योग्य प्रौद्योगिकियों की दिशा में "एक रोमांचक कदम" के रूप में वर्णित करते हैं। उन्होंने सरल निर्माण विधि पर प्रकाश डाला, जो उत्पादित फाइबर पंप की लंबाई को बढ़ा सकता है। उन्होंने आगे कहा, "इससे इस तकनीक को प्रयोगशाला से बाहर व्यावहारिक पहनने योग्य अनुप्रयोगों में और अधिक तेजी से अनुवाद करने में मदद मिलेगी," हालांकि वह यह भी बताते हैं कि बड़े विद्युत क्षेत्र और विशेष पंप वाले तरल पदार्थ वर्तमान डिजाइन की सीमाएं हो सकते हैं।

जवाब में स्मिथ कहते हैं, "हम उच्च वोल्टेज पर काम करते हैं, लेकिन पंपों की बिजली खपत बहुत मामूली है।" उन्होंने आगे कहा कि फाइबर पंप बैटरी चालित हो सकते हैं और मानव संपर्क के लिए किसी भी सुरक्षा सीमा से काफी नीचे करंट प्रवाहित कर सकते हैं।

शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया है कि फाइबर पंप कृत्रिम मांसपेशियों को सक्रिय करने, दस्ताने में थर्मल हैप्टिक उत्तेजना प्रदान करने और सक्रिय शीतलन वस्त्र बनाने के लिए आवश्यक दबाव लागू कर सकते हैं। भविष्य में वे अपने द्वारा उपयोग किए जाने वाले तरल पदार्थों के चयन को व्यापक बनाने की उम्मीद करते हैं, लेकिन अब वे मुख्य रूप से फाइबर पंपों की दक्षता में सुधार करने, उन्हें लंबा बनाने और उन्हें सेंसर और एक्चुएटर्स जैसे अन्य सक्रिय फाइबर के साथ जोड़ने के तरीकों पर विचार कर रहे हैं। एक दिन एक नरम और आरामदायक बाह्यकंकाल तैयार करें।

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