2021 کے موسم گرما میں، سانتا باربرا، کیلیفورنیا کی ساحلی چٹانوں کے اوپر، کرس کیلی، جو اس وقت قریبی یونیورسٹی میں انڈرگریجویٹ تھا، اپنے بیگ سے دھات اور ربڑ کا بنڈل نکالنے کے لیے جھک گیا۔ یہ ایک روبوٹ تھا، جسے اس نے سمیٹنے میں کئی منٹ گزارے۔
جب اس کا کام ہو گیا، اس نے اپنے آئی فون کے کیمرے پر ریکارڈ مارا اور روبوٹ کو خود کو ہوا میں بلند کرتے، آسمان میں ایک لمبا قوس کھینچتا اور اپنے پیروں کے قریب صاف ستھرا اترتے دیکھا۔ کیلی کو سکون ملا۔ کئی پچھلے ٹیسٹ جمپ ناکام ہو چکے تھے۔ اس رات کے بعد جب وہ اپنے سونے کے کمرے میں واپس آیا اور اپنے لیپ ٹاپ پر جمپ ڈیٹا ڈاؤن لوڈ کیا تو اسے احساس ہوا کہ اس نے کتنا اچھا کام کیا ہے۔
جمپر تقریباً 32.9 میٹر کی ریکارڈ توڑنے والی اونچائی تک پہنچ گیا تھا، کیونکہ کیلی اور اس کے ساتھیوں کی قیادت میں ایلیٹ ہاکس۔، یونیورسٹی آف کیلیفورنیا، سانتا باربرا میں مکینیکل انجینئرنگ کے محقق، اپریل میں رپورٹ in فطرت، قدرت. اس نے نہ صرف اس کام کے لیے بنائے گئے دیگر تجرباتی روبوٹس سے تین گنا زیادہ چھلانگ لگائی تھی بلکہ اس نے جانوروں کی بادشاہی میں موجود کسی بھی مخلوق کے مقابلے میں 14 گنا زیادہ چھلانگ لگائی تھی۔ تمام امکانات میں، ان کے روبوٹ نے زمین پر کسی بھی چیز سے زیادہ چھلانگ لگائی۔
"میرے خیال میں یہ ان چند روبوٹوں میں سے ایک ہے جو حقیقت میں حیاتیات سے بہتر کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے، اور جس طرح سے یہ حیاتیات کو پیچھے چھوڑتا ہے وہ ناقابل یقین حد تک ہوشیار ہے۔" ریان سینٹ پیئر، یونیورسٹی آف بفیلو میں مکینیکل اور ایرو اسپیس انجینئرنگ کے شعبہ میں ایک اسسٹنٹ پروفیسر جو مطالعہ میں شامل نہیں تھا۔
روبوٹ کی کامیابی ان جسمانی حدود کو نمایاں کرتی ہے جن کا جنگلی میں حیاتیاتی چھلانگ لگانے والوں کو سامنا کرنا پڑتا ہے۔ اگرچہ یہ پابندیاں انسانوں کو گروسری اسٹور تک جانے سے روکتی ہیں گویا وہ پوگو کی چھڑیوں پر ہیں اور مینڈکوں کو بادلوں سے گرنے سے روکتے ہیں، حیاتیات نے اپنے ایسے ذہین کاموں کے ساتھ سامنے آیا ہے جو چھلانگ کی اونچائی اور لمبائی کو اس حد تک بڑھاتا ہے جہاں تک وہ جا سکتے ہیں۔ ، ہر جانور کی کودنے کی ضروریات کے مطابق چھوٹے بائیو مکینیکل ٹویکس کے ذریعے۔
یہاں تک کہ دنیا کے سب سے بڑے جمپر کے پیچھے انجینئر بھی حیاتیات کے اپنے ڈیزائن سے خوفزدہ ہیں۔ اب، "میں جہاں بھی دیکھتا ہوں، میں کودتا ہوا دیکھتا ہوں،" کیلی نے کہا۔ "میں اپنی مدد نہیں کر سکتا۔"
چھلانگ لگانے کا ایکٹ
چھلانگ کسی بھی بڑے پیمانے پر نقصان کے بغیر زمین پر طاقت کے استعمال کی وجہ سے حرکت کا ایک عمل ہے، محققین نے لکھا؛ اس طرح ایک راکٹ، جو لانچ کے وقت ایندھن کھو دیتا ہے، یا ایک تیر، جو اپنی کمان چھوڑ دیتا ہے، شمار نہیں ہوتا۔
عضلات حیاتیاتی موٹرز ہیں جو حرکت کے لیے توانائی فراہم کرتے ہیں۔ چھلانگ لگانے کے لیے، آپ نیچے جھک جاتے ہیں، اپنے بچھڑوں اور دیگر عضلات کو سکڑتے ہیں، ایسا عمل جو پٹھوں میں موجود کیمیائی توانائی کو میکانی توانائی. کنڈرا، کھینچے ہوئے ٹشوز جو کہ پٹھوں کو کنکال سے جوڑتے ہیں، اس میکانکی توانائی کو ہڈیوں میں منتقل کرتے ہیں، جو اس توانائی کو زمین کے خلاف دھکیلنے کے لیے استعمال کرتے ہیں تاکہ جسم کو اوپر کی طرف لے جا سکے۔
جمپنگ جانوروں کی بادشاہی میں سائز اور ترازو میں حیرت انگیز طور پر اسی طرح کے طریقوں سے کام کرتی ہے - لیکن کچھ بائیو مکینیکل ڈیزائن کی خصوصیات بعض مخلوقات کو حیاتیاتی حدود کو آگے بڑھانے کی اجازت دیتی ہیں۔ چھلانگ کی طاقت اس کے مساوی ہے کہ پش آف کے دوران فی یونٹ جمپنگ میکانزم کو کتنی توانائی دستیاب ہے۔ آپ کے پٹھے جتنی زیادہ توانائی پیدا کریں گے اور جتنی تیزی سے آپ زمین سے اتریں گے، چھلانگ اتنی ہی طاقتور ہوگی۔
لیکن جیسے جیسے جانور چھوٹے ہوتے جاتے ہیں، ان کی ٹانگیں چھوٹی ہوتی جاتی ہیں اور لانچ کے دوران کم وقت کے لیے زمین سے رابطے میں رہتی ہیں۔ لہذا انہیں دھماکہ خیز اچانک کے ساتھ چھلانگ لگانے کے لئے توانائی جاری کرنے کے قابل ہونے کی ضرورت ہے۔ ان چھوٹی مخلوقات کے لیے، قدرت نے ایک تخلیقی حل نکالا: زیادہ تر جمپ انرجی کو انتہائی لچکدار ٹشوز میں محفوظ کرنا۔ حیاتیاتی چشموں کے طور پر کام کرتے ہیں۔، وضاحت کی گریگ سوٹنانگلینڈ کی لنکن یونیورسٹی میں پروفیسر اور ریسرچ فیلو۔
جب اپنی اصل لمبائی پر واپس آتے ہیں تو، چشمے اس ذخیرہ شدہ توانائی کو پٹھوں کے مقابلے میں بہت تیزی سے جاری کر سکتے ہیں، جس سے چھلانگ لگانے کے لیے دستیاب طاقت میں اضافہ ہوتا ہے۔ نتیجے کے طور پر، حیاتیاتی دنیا میں کچھ بہترین جمپر وہ ہیں جو چشموں کا استعمال کرتے ہیں۔
مثال کے طور پر، ایک ٹڈڈی اپنی پچھلی ٹانگوں کے پٹھوں کی توانائی کو جوڑوں پر واقع چشموں میں ذخیرہ کرتا ہے۔ وہ چشمے، جو لیما پھلیاں کی طرح نظر آتے ہیں، ٹڈڈی کو اس قابل بناتے ہیں کہ وہ انسانی پٹھوں کے مقابلے میں 20 سے 40 گنا زیادہ طاقت فی یونٹ ماس میں ڈال سکے۔ اگرچہ ٹڈڈی کی کل طاقت ایک چھلانگ لگانے والے انسان سے بہت کم ہے، لیکن اس کی طاقت کی کثافت، یا طاقت فی یونٹ ماس کے حساب سے بہت زیادہ ہے۔ نتیجتاً، ٹڈّی تقریباً 0.5 میٹر کی اونچائی تک چھلانگ لگا سکتا ہے – جو اوسطاً انسان کر سکتے ہیں، لیکن ٹڈّی کے جسم کی لمبائی سے کئی گنا زیادہ۔
طاقت کا فروغ جو ٹڈڈیوں کو ان کے چشموں سے حاصل ہوتا ہے اس کے مقابلے میں اس کے مقابلے میں جو کچھ دوسرے چھوٹے جمپر جمع کر سکتے ہیں۔ پسو انسانی پٹھوں کی طاقت کی کثافت سے 80 سے 100 گنا زیادہ طاقت حاصل کر سکتے ہیں، جب کہ فراو ہاپر نامی کیڑے 600 سے 700 گنا زیادہ طاقت پیدا کر سکتے ہیں۔ مینڈکوں کا راز یہ ہے کہ ان کی چھلانگ توانائی کو ذخیرہ کرنے کا چشمہ ان کے سینے میں ہے۔ پٹھوں کے سنکچن کے لئے اضافی فاصلہ زیادہ طاقت کی فراہمی کے قابل بناتا ہے۔ سوٹن نے کہا، "یہ ایسا ہی ہوگا جیسے آپ کے کولہے کے پٹھے، آپ کے شرونی سے منسلک ہونے کے بجائے، آپ کے کندھوں سے جڑے ہوئے ہوں۔"
کچھ جانور، جیسے کینگرو، کے بائیو مکینیکل ڈیزائن میں الگ الگ چشمے نہیں ہوتے ہیں، لیکن ان میں زیادہ لچکدار عضلاتی نظام ہوتے ہیں، جیسے ٹینڈن جو اونچی چھلانگ لگانے کے لیے بہت زیادہ توانائی ذخیرہ کرتے ہیں۔ کم گالاگو، مثال کے طور پر - فقرے کے درمیان ایک سپر اسٹار جمپر - میں انتہائی کھنچاؤ والے کنڈرا ہوتے ہیں جن کی مدد سے یہ 2 میٹر سے زیادہ اونچائی، اور اپنے جسم کی لمبائی سے 12 گنا زیادہ چھلانگ لگا سکتا ہے۔ (انسانی کنڈرا تھوڑی بہت توانائی ذخیرہ کرتے ہیں اور چشموں کی طرح کام کر سکتے ہیں، لیکن وہ دور دراز سے اتنے موثر نہیں ہوتے جتنے دوسرے جانوروں میں ہوتے ہیں۔)
چھیڑنا
کم از کم نصف صدی تک، محققین نے ان میں سے کچھ حیرت انگیز حیاتیاتی جمپرز کی کارکردگی کا تجزیہ کیا ہے تاکہ ان کے مکینیکل جمپرز کے ڈیزائن سے آگاہ کیا جا سکے۔ لیکن یہ نیا مطالعہ پہلی بار نشان زد ہو سکتا ہے جب مکینیکل جمپر ڈیزائن کرنے والے انجینئروں نے محسوس کیا ہے کہ "آپ کو وہ کرنے کی ضرورت نہیں ہے جو حیاتیات کر رہی ہے،" کہا۔ شیلا پاٹیکڈیوک یونیورسٹی میں حیاتیات کے پروفیسر۔
نیا روبوٹ حیاتیاتی ڈیزائن کی رکاوٹ کو عبور کرکے اور جو جانور نہیں کر سکتے وہ کر کے ریکارڈ چھلانگ کی بلندیوں تک پہنچ گیا۔ سٹن نے کہا کہ "پٹھے نہیں چل سکتے۔ یہاں تک کہ اگر پٹھے اپنے سنکچن کی توانائی کو منسلک چشمے میں منتقل کرتے ہیں، جب وہ دوبارہ لمبا ہو جاتے ہیں، تو وہ توانائی جاری ہو جاتی ہے۔ اس لیے چھلانگ چلانے کے لیے دستیاب توانائی اس حد تک محدود ہے جو پٹھوں کا ایک لچک فراہم کر سکتا ہے۔
لیکن ونڈ اپ روبوٹ میں، ایک کنڈی پھیلی ہوئی بہار کو کرینکنگ حرکتوں کے درمیان پوزیشن میں رکھتی ہے، اس لیے ذخیرہ شدہ توانائی بڑھتی رہتی ہے۔ یہ چھلانگ لگانے کا عمل حتمی چھلانگ شروع کرنے کے لئے دستیاب ذخیرہ شدہ توانائی کی مقدار کو ضرب دیتا ہے۔ مزید برآں، سوٹن نے کہا، روبوٹ کے اسپرنگ کا مربع کراس سیکشن اسے حیاتیاتی چشموں سے دوگنا زیادہ توانائی ذخیرہ کرنے کے قابل بناتا ہے، جن کا ڈیزائن زیادہ تکونی ہے۔
حیاتیاتی مخلوقات نے اپنے پٹھوں کو تیز کرنے یا بصورت دیگر خود کو اونچا، دور اور تیز تر کرنے کی صلاحیت کیوں پیدا نہیں کی؟
مسلز ارتقائی طور پر بہت پرانے ہیں۔ وہ کیڑوں اور انسانوں میں اتنا فرق نہیں رکھتے۔ سوٹن نے کہا، "ہمیں اپنے عظیم، عظیم-عظیم-عظیم-عظیم-عظیم-عظیم-عظیم-عظیم ریڑھ کی ہڈی سے محروم آباؤ اجداد سے عضلات ملے ہیں۔ "بٹس کی بنیادی خصوصیات کو تبدیل کرنا ارتقاء کے لیے واقعی مشکل ہے۔"
اگر واقعی اونچی چھلانگ لگانے کے لیے زیادہ ارتقائی دباؤ ہوتا تو، "مجھے لگتا ہے کہ ہم واقعی ہائی جمپر تیار کر چکے ہوتے،" کہا چارلی ژاؤ، ایک ڈاکٹریٹ طالب علم اور کیلی اور دیگر کے ساتھ نئے روبوٹ مطالعہ پر شریک مصنف۔ لیکن مینڈکوں، ٹڈوں اور انسانوں کو نہ صرف چھلانگ لگانے کے لیے بلکہ دوبارہ پیدا کرنے، خوراک تلاش کرنے، شکاریوں سے بچنے اور ہر وہ کام کرنے کی ضرورت ہے جس کی زندگی کی ضرورت ہوتی ہے۔
رچرڈ ایسنرسدرن الینوائے یونیورسٹی ایڈورڈز وِل میں حیاتیاتی علوم کے پروفیسر نے وضاحت کی کہ یہ تجارت کیسے کام کر سکتی ہے۔ انہوں نے کہا کہ بہت سے ایسے حالات نہیں ہیں جہاں آپ سیدھا اوپر کودنا چاہیں گے۔ اکثر، جب مینڈکوں اور دیگر چھوٹی مخلوقات کو کودنے کی طاقت کی ضرورت ہوتی ہے، اس کی وجہ یہ ہے کہ وہ اپنے پیچھے شکاری سے بچنے کی کوشش کر رہے ہوتے ہیں۔ پھر مینڈک اپنے اور شکاری کے درمیان جلد سے زیادہ فاصلہ رکھنا چاہتا ہے۔ مینڈک ممکنہ طور پر اپنے ٹیک آف کے زاویے کو کم کر دے گا، اس کی رفتار کو اونچی ہونے کی بجائے زیادہ چھلانگ لگانے کے لیے چپٹا کر دے گا — لیکن شاید اس سے زیادہ دور نہیں ہو سکتا، کیونکہ حفاظت کی طرف جانے میں عام طور پر ہاپس کا ایک سلسلہ شامل ہوتا ہے۔ زیادہ تر مینڈک اپنی ٹانگیں اپنے جسم کے نیچے ہوا میں موڑ لیتے ہیں تاکہ لینڈنگ کے فوراً بعد وہ دوبارہ چھلانگ لگانے کے لیے تیار ہو جائیں۔
حیرت انگیز طور پر، ایک بڑی چھلانگ کے بعد مناسب طریقے سے اترنے کے لیے ہمیشہ قدرتی انتخاب کا دباؤ نہیں ہوتا ہے۔ حال ہی میں سائنس ایڈوانسزایسنر اور ان کی ٹیم نے رپورٹ کیا کہ امفبیئنز کو کدو ٹوڈلیٹ کہتے ہیں، جن میں سے کچھ تیز پنسل کی نوک سے بھی چھوٹے ہوتے ہیں، جب وہ چھلانگ لگاتے ہیں تو تقریبا ہمیشہ ہی کریش لینڈ کرتے ہیں۔ ان کا چھوٹا سائز ان کے مسئلے کی جڑ ہے: دوسرے جانوروں کی طرح، مینڈکوں کو اپنے اندرونی کان میں ویسٹیبلر سسٹم سے توازن کا احساس ہوتا ہے۔ لیکن چونکہ ان کا ویسٹیبلر نظام چھوٹا ہے، یہ زاویہ سرعت کے لیے نسبتاً غیر حساس ہے، جس کی وجہ سے مینڈک چھلانگ کے دوران گرنے کے لیے ایڈجسٹ نہیں ہو پاتے۔
سوٹن نے کہا کہ وہ بری طرح سے اترنے میں اکیلے نہیں ہیں: ٹڈڈی بھی "اس میں خوفناک" ہیں۔
گریجویٹ طالب علم چلو گوڈ کی سربراہی میں ایک پروجیکٹ میں، سوٹن کا گروپ فی الحال اس بات کا مطالعہ کر رہا ہے کہ ٹڈڈی اپنی چھلانگ کے دوران بے قابو کیوں گھومتے ہیں۔ اپنے تجربات میں، انہوں نے کیڑوں کو اپنی کشش ثقل کے مرکز کو منتقل کرنے کے لیے چھوٹے وزنی ٹاپ ٹوپیاں پہنائیں۔ محققین نے پایا کہ یہ ٹڈڈیوں کو ہوا میں گھومنے سے روکنے کے لیے کافی ہے، جس سے نظریہ طور پر ٹڈڈیوں کو ان کے اترنے پر زیادہ کنٹرول مل سکتا ہے۔ سوٹن اور ان کی ٹیم کو اندازہ نہیں ہے کہ اس استحکام کے لیے کیڑے اپنے سر میں تھوڑا زیادہ وزن لے کر کیوں تیار نہیں ہوئے۔
لیکن جب کہ کریش لینڈنگ ہمارے لیے خطرناک معلوم ہوتی ہے کیونکہ نسبتاً بڑی مخلوق کی ہڈیاں ٹوٹنے کا خطرہ ہوتا ہے، لیکن یہ چھوٹی مخلوقات کے لیے کم پریشانی کا باعث ہے۔ ایسنر نے کہا کہ "یہ ایک پیمانے کا رجحان ہے۔ انہوں نے کہا کہ بڑھتے ہوئے سائز کے ساتھ، جسم کا وزن معاون ہڈیوں کے کراس سیکشنل ایریا سے زیادہ تیزی سے بڑھتا ہے، جو ان کی طاقت کا تعین کرتا ہے۔ ایک ہاتھی کے مقابلے میں، ایک چوہے کے پاس بہت زیادہ ہڈیاں ہوتی ہیں جو اس کے کم سے کم بڑے پیمانے پر ہوتی ہیں۔
ایسنر نے کہا کہ چھوٹی مخلوق "صرف گرنے سے کسی نقصان کا تجربہ نہیں کرتی ہے۔" ایسنر نے مزید کہا کہ ٹڈڈیوں اور کدو کے بچوں کو مناسب طریقے سے لینڈ کرنے کی صلاحیت کو تیار کرنے کے لیے مجبور کرنے کے لیے انتخاب کا اتنا مضبوط دباؤ نہیں تھا، جس نے انھیں اپنی بقا کے لیے زیادہ اہم دیگر صلاحیتوں کو تیار کرنے کے لیے آزاد کیا۔
حدود پر دوبارہ غور کرنا
ہاکس ٹیم روبوٹ اپنے ارتقاء سے گزر رہا ہے۔ محققین ناسا کے ساتھ مل کر کام کر رہے ہیں تاکہ اپنے آلے کو مکمل طور پر کام کرنے والے روبوٹ کے طور پر تیار کیا جا سکے جو دوسری دنیاوں کے نمونے اکٹھا کر سکے، کنٹرولڈ چھلانگ کا استعمال کرتے ہوئے لمبی دوری کو تیزی سے طے کر سکے۔ ژاؤ نے کہا کہ چاند پر، جہاں کوئی ماحول نہیں، ہوا نہیں ہے اور زمین کی کشش ثقل کا صرف چھٹا حصہ ہے، روبوٹ نظریاتی طور پر 400 میٹر سے زیادہ چھلانگ لگا سکتا ہے۔ ان کی امید ہے کہ اسے اگلے پانچ سالوں میں چاند پر بھیج دیا جائے گا۔
اور اگر دوسرے سیاروں پر زندگی ہے تو اس میں ہمیں کودنے کے بارے میں سکھانے کے لیے نئی چیزیں ہوسکتی ہیں۔ سوٹن نے کہا کہ کم کشش ثقل پر، کودنا اڑنے سے زیادہ آسان اور تیز تر ہو سکتا ہے، اس لیے جاندار "ماریو جیسے جمپنگ کردار" تیار کر سکتے ہیں۔
اجنبی زندگی میں عضلات بھی ہوسکتے ہیں جو مختلف طریقے سے کام کرتے ہیں، شاید توانائی کے ذخیرہ کرنے کے لیے ان کے اپنے شافٹ جیسے حل کے ساتھ۔ "شاید ان کے پاس واقعی مضحکہ خیز بایو مکینیکل ڈھانچے ہیں، [اس طرح] کہ وہ توانائی کو زیادہ پیچیدہ طریقے سے ذخیرہ کرسکتے ہیں،" سینٹ پیئر نے کہا۔
لیکن زمین پر بھی جانور محققین کو حیران کرتے رہتے ہیں۔ جیسا کہ ایک احتیاطی مطالعہ سے پتہ چلتا ہے، کسی جانور کی زیادہ سے زیادہ چھلانگ لگانے کی کارکردگی ہمیشہ وہ نہیں ہوتی جو ہم سوچ سکتے ہیں۔
ہر سال، کیلی فورنیا کی کیلاویرس کاؤنٹی، جن سے متاثر ہو کر ایک جمپنگ فراگ جوبلی کی میزبانی کرتی ہے۔ مارک ٹوین کی مشہور مختصر کہانی. ان میلوں میں، بیلفروگ کے بارے میں بتایا جاتا ہے کہ وہ 2 میٹر افقی طور پر چھلانگ لگاتے ہیں، "اس کے دائرے سے باہر جو ہونا چاہیے،" کہا۔ ہنری ایسٹلیاکرون یونیورسٹی میں اسسٹنٹ پروفیسر۔ بلفروگ پہلے زیادہ سے زیادہ 1.3 میٹر تک چھلانگ لگاتے تھے۔ چنانچہ تقریباً ایک دہائی قبل، جب ایسٹلی نے اپنے ڈاکٹریٹ کے کام کا آغاز کیا، تو اس نے اس مسئلے کو حل کرنے کے لیے کیلیفورنیا کا سفر کیا۔
جوبلی پر، اس نے اور اس کے ساتھی کارکنوں نے کچھ مینڈک کرائے پر لیے، کچھ کیک کھایا اور کام پر لگ گئے۔ مسابقتی ٹیموں اور عام لوگوں کے ممبران کے مینڈک جمپ ڈیٹا کا تجزیہ کرکے، انہوں نے دریافت کیا کہ رپورٹس مبالغہ آرائی نہیں تھیں۔ نصف سے زیادہ چھلانگیں جو انہوں نے ریکارڈ کیں وہ ادب کی چھلانگوں سے کہیں زیادہ تھیں۔ آخرکار انہیں احساس ہوا (اور بعد میں تفصیلی جس میں سوٹن نے "اب تک لکھا ہوا سب سے بڑا جمپنگ پیپر" کہا ہے) کہ کم از کم اس تضاد کی وجہ یہ تھی کہ مینڈکوں کے محرکات مختلف تھے۔ کیلاویرس کاؤنٹی مقابلے کی بیرونی ترتیب میں، مینڈک "فروگ جاکیز" سے خوفزدہ تھے، وہ لوگ جنہوں نے تیز رفتاری سے مینڈکوں کی طرف پورے جسم کے پھیپھڑے کا مظاہرہ کیا۔ لیکن لیبارٹری میں، جہاں ایسی ڈرامائی حرکتیں عام نہیں تھیں، مینڈک کسی سے نہیں گھبراتے تھے۔ وہ صرف تنہا چھوڑنا چاہتے تھے۔
