Bio-inspired robotics
जैव-प्रेरित रोबोटिक लोकोमोशन जैव-प्रेरित डिजाइन की एक काफी नई उपश्रेणी है। यह प्रकृति से अवधारणाओं को सीखने और उन्हें वास्तविक दुनिया की इंजीनियर प्रणालियों के डिजाइन में लागू करने के बारे में है। विशेष रूप से, यह क्षेत्र ऐसे रोबोट बनाने के बारे में है जो बायोमिमिक्री सहित जैविक प्रणालियों से प्रेरित हैं। बायोमिमिक्री प्रकृति से नकल कर रही है जबकि जैव-प्रेरित डिजाइन प्रकृति से सीख रहा है और एक ऐसा तंत्र बना रहा है जो प्रकृति में देखी गई प्रणाली की तुलना में सरल और अधिक प्रभावी है। बायोमिमिक्री ने रोबोटिक्स की एक अलग शाखा का विकास किया है जिसे सॉफ्ट रोबोटिक्स कहा जाता है। जैविक प्रणालियों को उनके निवास स्थान के अनुसार विशिष्ट कार्यों के लिए अनुकूलित किया गया है। हालाँकि, वे बहुआयामी हैं और केवल एक विशिष्ट कार्यक्षमता के लिए डिज़ाइन नहीं किए गए हैं। जैव-प्रेरित रोबोटिक्स जैविक प्रणालियों का अध्ययन करने और उन तंत्रों की तलाश करने के बारे में है जो इंजीनियरिंग क्षेत्र में किसी समस्या को हल कर सकते हैं। डिजाइनर को तब रुचि के विशिष्ट कार्य के लिए उस तंत्र को सरल बनाने और बढ़ाने का प्रयास करना चाहिए। जैव-प्रेरित रोबोटिस्ट आमतौर पर बायोसेंसर में रुचि रखते हैं (जैसे। आँख), बायोएक्ट्यूएटर्स (जैसे। मांसपेशी), या जैव सामग्री (जैसे। मकड़ी रेशम)। अधिकांश रोबोटों में किसी न किसी प्रकार की गति प्रणाली होती है। इस प्रकार, इस लेख में जानवरों के चलने-फिरने के विभिन्न तरीकों और संबंधित जैव-प्रेरित रोबोटों के कुछ उदाहरणों का परिचय दिया गया है। बायोलोकोमोशन बायोलोकोमोशन या पशु लोकोमोशन को आमतौर पर नीचे दिए गए अनुसार वर्गीकृत किया जाता हैः सतह पर लोकोमोशन किसी सतह पर लोकोमोशन में स्थलीय लोकोमोशन और अर्बोरियल लोकोमोशन शामिल हो सकते हैं। हम अगले खंड में स्थलीय गति के बारे में विशेष रूप से विस्तार से चर्चा करेंगे। रक्त प्रवाह या कोशिका संवर्धन मीडिया तैराकी और उड़ान में एक तरल लोकोमोशन में लोकोमोशन। रोबोटिस्टों द्वारा डिज़ाइन किए गए और बनाए गए कई तैराकी और उड़ने वाले रोबोट हैं। उनमें से कुछ लघु मोटर या पारंपरिक एम. ई. एम. एस. एक्चुएटर (जैसे पीजोइलेक्ट्रिक, थर्मल, मैग्नेटिक, आदि) का उपयोग करते हैं, जबकि अन्य मोटर के रूप में पशु मांसपेशियों की कोशिकाओं का उपयोग करते हैं। व्यवहार वर्गीकरण (स्थलीय गति) कई जानवर और कीड़े हैं जो पैरों के साथ या बिना भूमि पर घूमते हैं। हम इस खंड में पैर और अंगहीन गति के साथ-साथ चढ़ाई और कूद पर चर्चा करेंगे। पैरों को लंगर डालना भूमि पर चलने के लिए आवश्यक है। चिकनी चट्टान के चेहरे और बर्फ जैसी सतहों पर पर्ची-मुक्त गति के लिए कर्षण बढ़ाने की क्षमता महत्वपूर्ण है, और विशेष रूप से ऊपर की ओर बढ़ने के लिए महत्वपूर्ण है। खरीद प्रदान करने के लिए कई जैविक तंत्र मौजूद हैंः पंजे घर्षण-आधारित तंत्र पर निर्भर करते हैं; वैन डेर दीवार बलों पर गेको पैर; और कुछ कीट तरल-मध्यस्थ चिपकने वाले बलों पर पैर रखते हैं। पैर वाले लोकोमोशन पैर वाले रोबोट में अनुप्रयोग के आधार पर एक, दो, चार, छह या कई पैर हो सकते हैं। पहियों के बजाय पैरों का उपयोग करने का एक मुख्य लाभ असमान वातावरण में अधिक प्रभावी ढंग से चलना है। जैव-प्रेरित रोबोटिक्स के क्षेत्र में बाइपेडल, क्वाड्रूपेडल और हेक्सापेडल लोकोमोशन पैर वाले लोकोमोशन के सबसे पसंदीदा प्रकारों में से हैं। रेक्स, एक विश्वसनीय हेक्सापेडल रोबोट और चीता अब तक के दो सबसे तेजी से चलने वाले रोबोट हैं। एक अन्य हेक्सापेडल रोबोट है जो कॉकरोच लोकोमोशन से प्रेरित है जिसे स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में विकसित किया गया है। यह रोबोट 15 बॉडी लेंथ प्रति सेकंड तक दौड़ सकता है और 2.3 मीटर/सेकंड तक की गति प्राप्त कर सकता है। इस रोबोट का मूल संस्करण वायवीय रूप से संचालित था जबकि नई पीढ़ी गति के लिए एक ही विद्युत मोटर का उपयोग करती है। लंबाई के पैमाने की एक श्रृंखला पर स्थलाकृति से जुड़ा अंगहीन गति क्षेत्र अधिकांश जीवों और बायोमिमेटिक रोबोटों के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकता है। इस तरह के इलाकों में सांप जैसे अंगहीन जीव आसानी से गुजर जाते हैं। कीड़े, घोंघे, कैटरपिलर और सांप सहित कई जानवर और कीड़े-मकोड़े अंगहीन गति करने में सक्षम हैं। हिरोस एट अल द्वारा सांप जैसे रोबोटों की समीक्षा प्रस्तुत की गई है। इन रोबोटों को निष्क्रिय या सक्रिय पहियों वाले रोबोट, सक्रिय चाल वाले रोबोट और ऊर्ध्वाधर तरंगों या रैखिक विस्तार का उपयोग करने वाले लहरदार रोबोट के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। अधिकांश सांप जैसे रोबोट पहियों का उपयोग करते हैं, जो एक तरफ से दूसरी तरफ जाते समय घर्षण में उच्च होते हैं लेकिन आगे बढ़ते समय घर्षण में कम होते हैं (और इन्हें पीछे की ओर लुढ़कने से रोका जा सकता है)। अधिकांश सांप जैसे रोबोट या तो पार्श्व तरंग या रेक्टिलिनियर लोकोमोशन का उपयोग करते हैं और उन्हें ऊर्ध्वाधर रूप से चढ़ने में कठिनाई होती है। चोसेट ने हाल ही में एक मॉड्यूलर रोबोट विकसित किया है जो कई सांपों की चाल की नकल कर सकता है, लेकिन यह कॉन्सर्टिना गति नहीं कर सकता है। जॉर्जिया टेक के शोधकर्ताओं ने हाल ही में स्कैलिबॉट नामक दो सांप जैसे रोबोट विकसित किए हैं। इन रोबोटों का ध्यान विभिन्न दिशाओं में घर्षण गुणों को समायोजित करने में स्नेक वेंट्रल स्केल की भूमिका पर है। ये रोबोट अपने घर्षण गुणों को संशोधित करने और विभिन्न सतहों पर कुशलता से आगे बढ़ने के लिए अपने तराजू को सक्रिय रूप से नियंत्रित कर सकते हैं। सीएमयू के शोधकर्ताओं ने स्केल्ड और पारंपरिक सक्रिय सांप जैसे रोबोट विकसित किए हैं। चढ़ाई एक विशेष रूप से कठिन कार्य है क्योंकि पर्वतारोही द्वारा की गई गलतियों के कारण पर्वतारोही अपनी पकड़ खो सकता है और गिर सकता है। अधिकांश रोबोटों को उनके जैविक समकक्षों में देखी गई एक ही कार्यक्षमता के आसपास बनाया गया है। गेकोबोट आमतौर पर वैन डेर वाल्स बलों का उपयोग करते हैं जो केवल चिकनी सतहों पर काम करते हैं। गेकोस से प्रेरित होकर, स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने कृत्रिम रूप से एक गेको के चिपकने वाले गुण को फिर से बनाया है। गेको के पैर में सेता के समान, लाखों माइक्रोफाइबर रखे गए थे और एक स्प्रिंग से जुड़े हुए थे। माइक्रोफाइबर की नोक सामान्य परिस्थितियों में तेज और नुकीली होगी, लेकिन सक्रियण पर, एक स्प्रिंग की गति एक तनाव पैदा करेगी जो इन माइक्रोफाइबर को मोड़ती है और एक कांच या दीवार की सतह पर उनके संपर्क क्षेत्र को बढ़ाती है। एक ही तकनीक का उपयोग करते हुए, नासा के वैज्ञानिकों द्वारा अंतरिक्ष में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए गेको ग्रिपर का आविष्कार किया गया था। स्टिकीबॉट्स दिशात्मक सूखे चिपकने का उपयोग करते हैं जो चिकनी सतहों पर सबसे अच्छा काम करते हैं। स्पाइनबोट और आर. आई. एस. ई. रोबोट कीट जैसे रोबोटों में से हैं जो इसके बजाय रीढ़ का उपयोग करते हैं। पैर वाले चढ़ाई करने वाले रोबोट की कई सीमाएँ होती हैं। वे बड़ी बाधाओं को संभाल नहीं सकते क्योंकि वे लचीले नहीं होते हैं और उन्हें आगे बढ़ने के लिए एक विस्तृत स्थान की आवश्यकता होती है। वे आमतौर पर चिकनी और खुरदरी दोनों सतहों पर चढ़ नहीं सकते हैं या ऊर्ध्वाधर से क्षैतिज परिवर्तनों को भी संभाल नहीं सकते हैं। कूदना आमतौर पर विभिन्न प्रकार के जीवित जीवों द्वारा किए जाने वाले कार्यों में से एक है कूदना। भरल, खरगोश, कंगारू, टिड्डी, पिस्सू और टिड्डी सबसे अच्छे कूदने वाले जानवरों में से हैं। ई. पी. एफ. एल. में टिड्डी से प्रेरित एक लघु 7 ग्राम कूदने वाला रोबोट विकसित किया गया है जो 138 सेमी तक कूद सकता है। कूद प्रतियोगिता स्प्रिंग के तनाव को मुक्त करके प्रेरित होती है। सबसे ऊँचा कूदने वाला लघु रोबोट टिड्डी से प्रेरित है, जिसका वजन 23 ग्राम है और इसकी उच्चतम छलांग 365 सेमी है "टी. ए. यू. बी". (तेल-अवीव विश्वविद्यालय और ब्रूड कॉलेज ऑफ इंजीनियरिंग)। यह ऊर्जा भंडारण के रूप में मरोड़ स्प्रिंग्स का उपयोग करता है और इसमें स्प्रिंग्स को संपीड़ित करने और छोड़ने के लिए एक तार और कुंडी तंत्र शामिल है। ई. टी. एच. ज्यूरिख ने मीथेन और लाफिंग गैस के दहन पर आधारित एक नरम कूदने वाले रोबोट की सूचना दी है। नरम दहन कक्ष के अंदर तापीय गैस का विस्तार कक्ष की मात्रा को काफी बढ़ाता है। इसके कारण 2 किलो का रोबोट 20 सेंटीमीटर तक कूदता है। एक रोली-पॉली खिलौने से प्रेरित नरम रोबोट फिर उतरने के बाद खुद को एक सीधी स्थिति में पुनर्निर्देशित करता है। व्यवहार वर्गीकरण (जलीय गति) तैराकी (पिस्किन) यह गणना की जाती है कि तैरते समय कुछ मछलियाँ 90 प्रतिशत से अधिक प्रणोदक दक्षता प्राप्त कर सकती हैं। इसके अलावा, वे किसी भी मानव निर्मित नाव या पनडुब्बी की तुलना में कहीं बेहतर गति और पैंतरेबाज़ी कर सकते हैं, और कम शोर और पानी की गड़बड़ी पैदा करते हैं। इसलिए, पानी के नीचे रोबोट का अध्ययन करने वाले कई शोधकर्ता इस प्रकार के चलन की नकल करना चाहेंगे। उल्लेखनीय उदाहरण हैं एसेक्स यूनिवर्सिटी कंप्यूटर साइंस रोबोटिक फिश जी9 और इंस्टीट्यूट ऑफ फील्ड रोबोटिक्स द्वारा निर्मित रोबोट ट्यूना, जो थुनिफॉर्म गति का विश्लेषण और गणितीय रूप से मॉडल करते हैं। एक्वा पेंगुइन, जिसे जर्मनी के फेस्टो द्वारा डिजाइन और निर्मित किया गया है, पेंगुइन के सामने के "फ़्लिपर्स" द्वारा सुव्यवस्थित आकार और प्रणोदन की नकल करता है। फेस्टो ने एक्वा रे और एक्वा जेली का भी निर्माण किया है, जो क्रमशः मंता रे और जेलीफ़िश की गति का अनुकरण करते हैं। 2014 में, आईस्प्लैश-II को एसेक्स विश्वविद्यालय में पीएचडी छात्र रिचर्ड जेम्स क्लैफम और प्रो. हुओशेंग हू द्वारा विकसित किया गया था। यह पहली रोबोटिक मछली थी जो औसत अधिकतम वेग (शरीर की लंबाई/सेकंड में मापा जाता है) और सहनशक्ति, शीर्ष गति बनाए रखने की अवधि के मामले में वास्तविक कैरेंजीफॉर्म मछली से बेहतर प्रदर्शन करने में सक्षम थी। इस निर्माण ने 11.6BL/s की तैराकी गति प्राप्त की। 3. 7 मी/से)। पहला निर्माण, आईस्प्लैश-I (2014) एक पूर्ण शरीर की लंबाई कैरेंजीफॉर्म तैराकी गति को लागू करने वाला पहला रोबोटिक मंच था जो एक पश्च सीमित तरंग के पारंपरिक दृष्टिकोण की तुलना में तैराकी की गति को 27 प्रतिशत तक बढ़ाता है। मॉर्फोलॉजिकल वर्गीकरण मॉड्यूलर मॉड्यूलर रोबोट आम तौर पर कई कार्यों को करने में सक्षम होते हैं और विशेष रूप से खोज और बचाव या खोज अभियानों के लिए उपयोगी होते हैं। इस श्रेणी के कुछ विशिष्ट रोबोटों में ई. पी. एफ. एल. में विकसित एक सैलामैंडर प्रेरित रोबोट शामिल है जो चल और तैर सकता है, कार्नेगी-मेलन विश्वविद्यालय में विकसित एक सांप प्रेरित रोबोट जिसमें स्थलीय गति के चार अलग-अलग तरीके हैं, और एक कॉकरोच प्रेरित रोबोट विभिन्न प्रकार के जटिल इलाकों पर दौड़ और चढ़ाई कर सकता है। ह्यूमनॉइड ह्यूमनॉइड रोबोट ऐसे रोबोट हैं जो मनुष्य की तरह दिखते हैं या मानव रूप से प्रेरित होते हैं। व्यक्तिगत सहायता, स्वागत, उद्योगों में काम, या साहचर्य जैसे अनुप्रयोगों के लिए कई अलग-अलग प्रकार के ह्यूमनॉइड रोबोट हैं। इस प्रकार के रोबोट का उपयोग अनुसंधान उद्देश्यों के लिए भी किया जाता है और मूल रूप से मनुष्यों के लिए बेहतर ऑर्थोसिस और प्रोस्थेसिस बनाने के लिए विकसित किए गए थे। पेटमैन बोस्टन डायनेमिक्स में विकसित पहले और सबसे उन्नत ह्यूमनॉइड रोबोटों में से एक है। होंडा एसिमो जैसे कुछ ह्यूमनॉइड रोबोट अत्यधिक सक्रिय हैं। दूसरी ओर, कॉर्नेल विश्वविद्यालय में विकसित रोबोट जैसे कुछ ह्यूमनॉइड रोबोट हैं जिनमें कोई एक्चुएटर नहीं हैं और एक उथली ढलान पर निष्क्रिय रूप से उतरते हुए चलते हैं। झुंड जानवरों का सामूहिक व्यवहार कई वर्षों से शोधकर्ताओं के लिए रुचि का विषय रहा है। चींटियाँ नदियों पर जीवित रहने के लिए राफ्ट जैसी संरचनाएँ बना सकती हैं। मछलियाँ बड़े समूहों में अपने पर्यावरण को अधिक प्रभावी ढंग से महसूस कर सकती हैं। स्वार्म रोबोटिक्स एक काफी नया क्षेत्र है और इसका लक्ष्य ऐसे रोबोट बनाना है जो एक साथ काम कर सकें और डेटा स्थानांतरित कर सकें, एक समूह के रूप में संरचनाएं बना सकें, आदि। सॉफ्ट सॉफ्ट रोबोट पूरी तरह से सॉफ्ट सामग्री से बने रोबोट होते हैं और ऑक्टोपस या स्टारफिश के समान वायवीय दबाव से गुजरते हैं। इस तरह के रोबोट बहुत सीमित स्थानों (जैसे मानव शरीर में) में चलने के लिए पर्याप्त लचीले होते हैं। पहला मल्टीगेट सॉफ्ट रोबोट 2011 में विकसित किया गया था और पहला पूरी तरह से एकीकृत, स्वतंत्र सॉफ्ट रोबोट (सॉफ्ट बैटरी और नियंत्रण प्रणालियों के साथ) 2015 में विकसित किया गया था। एनिमल लोकोमोशन बायोमिमेटिक्स बायरोबोटिक्स बायोमेकाट्रॉनिक्स बायोलॉजिकली इंस्पायर्ड इंजीनियरिंग रोबोटिक मैटेरियल्स रोबोट के प्रकारों की सूची संदर्भ बाहरी लिंक इस विकिपीडिया प्रविष्टि के लिए सॉफ्ट रोबोटिक्स टूलकिट बोस्टन डायनेमिक्स रिसर्च एक लोकोमोशन न्यूरोमैकेनिक्स पाठ्यक्रम (एपीपीएच 6232) के एक हिस्से के रूप में आयोजित किया गया था जो जॉर्जिया टेक रिसर्च लैब्स में स्कूल ऑफ एप्लाइड फिजियोलॉजी में पेश किया गया था पॉली-पी. ई. डी. ए. एल. लैब (प्रो. बॉब फुल) बायोमिमेटिक मिलिसिस्टम्स लैब (प्रो. रॉन फियरिंग) बायोमिमेटिक्स एंड डेक्सटेरस मैनिपुलेशन लैब (प्रो. मार्क कटकोस्की) बायोमिमेटिक रोबोटिक्स लैब (प्रो. सांगबे किम) हार्वर्ड माइक रॉब वुड) हार्वर्ड बायोडिज़ाइन लैब (प्रो. कॉनर वॉल्श) ई. टी. एच. फंक्शनल मैटेरियल लैब (प्रो. वेंडलिन स्टार्क) एम. आई. टी. सेंटर फॉर बायोलॉजिकली इंस्पायर्ड डिज़ाइन में लेग लैब जॉर्जिया टेक बायोलॉजिकली इंस्पायर्ड रोबोटिक्स लैब, केस वेस्टर्न रिजर्व यूनिवर्सिटी बायोरोबोटिक्स रिसर्च ग्रुप (एस. वायलेट/एफ. रफियर), इंस्टीट्यूट ऑफ मूवमेंट साइंस, सी. एन. आर. एस./ऐक्स-मार्सिले यूनिवर्सिटी (फ्रांस) सेंटर फॉर बायोरोबोटिक्स, टैलिन यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी बायोरोब ई. पी. एफ. एल. (प्रो. औक इजस्पीर्ट) रोबोट लोकोमोशन बायॉनिक्स बायोइन्स्पिरेशन