Bio-inspired robotics
بائیو سے متاثر روبوٹک لوکوموشن بائیو سے متاثر ڈیزائن کا کافی نیا ذیلی زمرہ ہے۔ یہ فطرت سے تصورات سیکھنے اور انہیں حقیقی دنیا کے انجینئرڈ سسٹمز کے ڈیزائن پر لاگو کرنے کے بارے میں ہے۔ مزید خاص طور پر، یہ شعبہ ایسے روبوٹ بنانے کے بارے میں ہے جو حیاتیاتی نظاموں سے متاثر ہیں، بشمول بائیومیمیکری۔ بائیو امیکری فطرت سے نقل کر رہی ہے جبکہ بائیو متاثر ڈیزائن فطرت سے سیکھ رہا ہے اور ایک ایسا طریقہ کار بنا رہا ہے جو فطرت میں مشاہدہ کردہ نظام سے زیادہ آسان اور زیادہ موثر ہے۔ بائیومیمیکری روبوٹکس کی ایک مختلف شاخ کی ترقی کا باعث بنی ہے جسے سافٹ روبوٹکس کہا جاتا ہے۔ حیاتیاتی نظاموں کو ان کے مسکن کے مطابق مخصوص کاموں کے لیے بہتر بنایا گیا ہے۔ تاہم، وہ کثیر فعال ہیں اور صرف ایک مخصوص فعالیت کے لیے ڈیزائن نہیں کیے گئے ہیں۔ حیاتیاتی طور پر متاثر روبوٹکس حیاتیاتی نظاموں کا مطالعہ کرنے اور انجینئرنگ کے میدان میں کسی مسئلے کو حل کرنے والے میکانزم کی تلاش کرنے کے بارے میں ہے۔ اس کے بعد ڈیزائنر کو دلچسپی کے مخصوص کام کے لیے اس طریقہ کار کو آسان بنانے اور بڑھانے کی کوشش کرنی چاہیے۔ حیاتیاتی طور پر متاثر روبوٹسٹ عام طور پر بائیو سینسرز میں دلچسپی رکھتے ہیں (مثال کے طور پر۔ آنکھ)، بائیو ایکٹیوٹرز (مثال کے طور پر۔ پٹھوں)، یا بائیو میٹریل (مثال کے طور پر۔ مکڑی ریشم)۔ زیادہ تر روبوٹس میں کسی نہ کسی قسم کا لوکوموشن سسٹم ہوتا ہے۔ اس طرح، اس مضمون میں جانوروں کی نقل و حرکت کے مختلف طریقے اور متعلقہ حیاتیاتی طور پر متاثر روبوٹ کی چند مثالیں متعارف کرائی گئی ہیں۔ بائیولوکوموشن بائیولوکوموشن یا جانوروں کے لوکوموشن کو عام طور پر ذیل میں درجہ بندی کیا جاتا ہے: کسی سطح پر لوکوموشن میں زمینی لوکوموشن اور اربوریل لوکوموشن شامل ہو سکتے ہیں۔ ہم اگلے حصے میں زمینی نقل و حرکت کے بارے میں خاص طور پر تفصیل سے بات کریں گے۔ خون کے بہاؤ یا سیل کلچر میڈیا تیراکی اور پرواز میں سیال لوکوموشن میں لوکوموشن۔ بہت سے تیراکی اور اڑنے والے روبوٹ ہیں جنہیں روبوٹسٹس نے ڈیزائن اور بنایا ہے۔ ان میں سے کچھ چھوٹے موٹروں یا روایتی ایم ای ایم ایس ایکچوایٹرز (جیسے پیزو الیکٹرک، تھرمل، مقناطیسی، وغیرہ) کا استعمال کرتے ہیں، جبکہ دوسرے جانوروں کے پٹھوں کے خلیوں کو موٹروں کے طور پر استعمال کرتے ہیں۔ طرز عمل کی درجہ بندی (زمینی حرکت) بہت سے جانور اور کیڑے زمین پر ٹانگوں کے ساتھ یا اس کے بغیر حرکت کرتے ہیں۔ ہم اس حصے میں ٹانگوں والی اور بغیر اعضاء والی حرکت کے ساتھ ساتھ چڑھنے اور چھلانگ لگانے پر بھی تبادلہ خیال کریں گے۔ زمین پر حرکت کرنے کے لیے پیروں کو لنگر لگانا بنیادی بات ہے۔ ہموار چٹان کے چہروں اور برف جیسی سطحوں پر پھسلن سے پاک حرکت کے لیے کرشن کو بڑھانے کی صلاحیت اہم ہے، اور خاص طور پر اوپر کی طرف بڑھنے کے لیے اہم ہے۔ خریداری فراہم کرنے کے لیے متعدد حیاتیاتی میکانزم موجود ہیں: پنجے رگڑ پر مبنی میکانزم پر انحصار کرتے ہیں ؛ وین ڈیر دیواروں کی قوتوں پر گیکو فٹ ؛ اور کچھ کیڑے سیال کی ثالثی والی چپکنے والی قوتوں پر پاؤں رکھتے ہیں۔ ٹانگوں والے روبوٹ میں درخواست کے لحاظ سے ایک، دو، چار، چھ، یا کئی ٹانگیں ہو سکتی ہیں۔ پہیوں کے بجائے ٹانگوں کا استعمال کرنے کا ایک اہم فائدہ ناہموار ماحول میں زیادہ مؤثر طریقے سے حرکت کرنا ہے۔ بائیو-متاثر روبوٹکس کے میدان میں بائیپیڈل، کواڈروپڈل، اور ہیکساپڈل لوکوموشن ٹانگوں والے لوکوموشن کی سب سے پسندیدہ اقسام میں سے ہیں۔ ریکس، ایک قابل اعتماد ہیکسپیڈل روبوٹ اور چیتا اب تک دو سب سے تیزی سے چلنے والے روبوٹ ہیں۔ ایک اور ہیکساپیڈل روبوٹ ہے جو کاکروچ لوکوموشن سے متاثر ہے جسے اسٹینفورڈ یونیورسٹی میں تیار کیا گیا ہے۔ یہ روبوٹ 15 جسم کی لمبائی فی سیکنڈ تک چل سکتا ہے اور 2.3 میٹر فی سیکنڈ تک کی رفتار حاصل کر سکتا ہے۔ اس روبوٹ کا اصل ورژن نیومیٹک طور پر چلایا گیا تھا جبکہ نئی نسل حرکت کے لیے ایک واحد برقی موٹر کا استعمال کرتی ہے۔ لمبائی کے پیمانے کی ایک رینج پر ٹپوگرافی پر مشتمل لمبے لمبے لوکوموشن ٹیرین زیادہ تر حیاتیات اور بائیومیمیٹک روبوٹ کے لیے چیلنج ہو سکتا ہے۔ اس طرح کے خطوں سے سانپ جیسے بغیر اعضاء والے جاندار آسانی سے گزر جاتے ہیں۔ کیڑے، گھونگھے، کیٹرپلر اور سانپوں سمیت کئی جانور اور کیڑے بغیر اعضاء کے حرکت کرنے کی صلاحیت رکھتے ہیں۔ سانپ جیسے روبوٹ کا جائزہ ہیروس اور دیگر نے پیش کیا ہے۔ ان روبوٹس کو غیر فعال یا فعال پہیوں والے روبوٹس، فعال ٹریڈز والے روبوٹس، اور عمودی لہروں یا لکیری توسیع کا استعمال کرتے ہوئے لہردار روبوٹس کے طور پر درجہ بندی کیا جا سکتا ہے۔ زیادہ تر سانپ نما روبوٹ پہیے استعمال کرتے ہیں، جو ایک طرف سے دوسری طرف جاتے وقت رگڑ میں زیادہ ہوتے ہیں لیکن آگے بڑھتے وقت رگڑ میں کم ہوتے ہیں (اور اسے پیچھے کی طرف گرتے ہوئے روکا جا سکتا ہے)۔ سانپ جیسے روبوٹ کی اکثریت یا تو لیٹرل انڈولیشن یا ریکٹلینیر لوکوموشن کا استعمال کرتی ہے اور عمودی طور پر چڑھنے میں دشواری ہوتی ہے۔ چوسیٹ نے حال ہی میں ایک ماڈیولر روبوٹ تیار کیا ہے جو کئی سانپ کے گائٹس کی نقل کر سکتا ہے، لیکن یہ کنسرٹینا موشن انجام نہیں دے سکتا۔ جارجیا ٹیک کے محققین نے حال ہی میں دو سانپ نما روبوٹ تیار کیے ہیں جن کا نام اسکالی بوٹ ہے۔ ان روبوٹس کی توجہ مختلف سمتوں میں رگڑ کی خصوصیات کو ایڈجسٹ کرنے پر سانپ کے وینٹرل اسکیل کے کردار پر مرکوز ہے۔ یہ روبوٹ اپنے رگڑ کی خصوصیات میں ترمیم کرنے اور مختلف سطحوں پر مؤثر طریقے سے حرکت کرنے کے لیے اپنے ترازو کو فعال طور پر کنٹرول کر سکتے ہیں۔ سی ایم یو کے محققین نے سکیلڈ اور روایتی متحرک سانپ جیسے روبوٹ تیار کیے ہیں۔ چڑھنا ایک خاص طور پر مشکل کام ہے کیونکہ کوہ پیما کی غلطیوں کی وجہ سے کوہ پیما اپنی گرفت کھو سکتا ہے اور گر سکتا ہے۔ زیادہ تر روبوٹ اپنے حیاتیاتی ہم منصبوں میں مشاہدہ کردہ ایک ہی فعالیت کے ارد گرد بنائے گئے ہیں۔ گیکو بوٹس عام طور پر وین ڈیر والز قوتوں کا استعمال کرتے ہیں جو صرف ہموار سطحوں پر کام کرتی ہیں۔ گیکو سے متاثر ہو کر، اسٹینفورڈ یونیورسٹی کے سائنس دانوں نے مصنوعی طور پر گیکو کی چپکنے والی خاصیت کو دوبارہ تخلیق کیا ہے۔ گیکو کی ٹانگ میں سیٹا کی طرح، لاکھوں مائیکرو فائبر رکھے گئے اور ایک اسپرنگ سے منسلک کیے گئے۔ مائیکرو فائبر کی نوک عام حالات میں تیز اور نکیلی ہوگی، لیکن ایکچوایشن پر، اسپرنگ کی حرکت ایک تناؤ پیدا کرے گی جو ان مائیکرو فائبر کو موڑ دیتی ہے اور شیشے یا دیوار کی سطح پر ان کے رابطے کے علاقے کو بڑھا دیتی ہے۔ ایک ہی ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے، گیکو گرپرز کو ناسا کے سائنسدانوں نے خلا میں مختلف ایپلی کیشنز کے لیے ایجاد کیا تھا۔ اسٹیکی بوٹس دشاتمک خشک چپکنے کا استعمال کرتے ہیں جو ہموار سطحوں پر بہترین کام کرتے ہیں۔ سپینی بوٹ اور رائس روبوٹ ان کیڑوں جیسے روبوٹس میں شامل ہیں جو اس کے بجائے ریڑھ کی ہڈی استعمال کرتے ہیں۔ ٹانگوں والے چڑھنے والے روبوٹ کی کئی حدود ہوتی ہیں۔ وہ بڑی رکاوٹوں کو سنبھال نہیں سکتے کیونکہ وہ لچکدار نہیں ہیں اور انہیں حرکت کرنے کے لیے وسیع جگہ کی ضرورت ہوتی ہے۔ وہ عام طور پر ہموار اور کھردری دونوں سطحوں پر نہیں چڑھ سکتے یا عمودی سے افقی منتقلی کو بھی سنبھال نہیں سکتے۔ چھلانگ لگانا مختلف قسم کے جانداروں کے ذریعہ عام طور پر انجام دیے جانے والے کاموں میں سے ایک ہے چھلانگ لگانا۔ بھرال، خرگوش، کینگرو، ٹڈھا، پسو اور ٹڈی دل چھلانگ لگانے والے بہترین جانوروں میں سے ہیں۔ ای پی ایف ایل میں ٹڈی دل سے متاثر ایک چھوٹا 7 جی جمپنگ روبوٹ تیار کیا گیا ہے جو 138 سینٹی میٹر تک چھلانگ لگا سکتا ہے۔ چھلانگ کا واقعہ بہار کے تناؤ کو آزاد کرنے سے متاثر ہوتا ہے۔ سب سے اونچا چھلانگ لگانے والا چھوٹا روبوٹ ٹڈی دل سے متاثر ہے، جس کا وزن 23 گرام ہے اور اس کی سب سے زیادہ چھلانگ 365 سینٹی میٹر تک ہے "ٹی اے یو بی" (تل اویو یونیورسٹی اور براڈ کالج آف انجینئرنگ)۔ یہ ٹورسن اسپرنگس کو توانائی کے ذخیرے کے طور پر استعمال کرتا ہے اور اس میں اسپرنگس کو کمپریس کرنے اور چھوڑنے کے لیے ایک تار اور لیچ میکانزم شامل ہوتا ہے۔ ای ٹی ایچ زیورخ نے میتھین اور ہنسنے والی گیس کے دہن پر مبنی سافٹ جمپنگ روبوٹ کی اطلاع دی ہے۔ نرم دہن چیمبر کے اندر تھرمل گیس کی توسیع چیمبر کے حجم میں زبردست اضافہ کرتی ہے۔ اس کی وجہ سے 2 کلوگرام کا روبوٹ 20 سینٹی میٹر تک چھلانگ لگاتا ہے۔ رولی پولی کھلونے سے متاثر نرم روبوٹ لینڈنگ کے بعد خود کو سیدھی پوزیشن میں بدل دیتا ہے۔ طرز عمل کی درجہ بندی (آبی حرکت) تیراکی (پسین) اس کا حساب لگایا جاتا ہے کہ تیراکی کرتے وقت کچھ مچھلیاں 90 فیصد سے زیادہ پروپلسو کارکردگی حاصل کر سکتی ہیں۔ مزید برآں، وہ کسی بھی انسان ساختہ کشتی یا آبدوز سے کہیں بہتر طریقے سے تیز اور حرکت کر سکتے ہیں، اور کم شور اور پانی کی خلل پیدا کر سکتے ہیں۔ لہذا، پانی کے اندر روبوٹ کا مطالعہ کرنے والے بہت سے محققین اس قسم کے لوکوموشن کی نقل کرنا چاہیں گے۔ قابل ذکر مثالیں ایسیکس یونیورسٹی کمپیوٹر سائنس روبوٹک فش جی 9، اور انسٹی ٹیوٹ آف فیلڈ روبوٹکس کے ذریعہ بنایا گیا روبوٹ ٹونا ہیں، جو تھونیفارم حرکت کا تجزیہ اور ریاضیاتی ماڈل بناتے ہیں۔ ایکوا پینگوئن، جسے جرمنی کے فیسٹو نے ڈیزائن اور بنایا تھا، پینگوئنوں کے سامنے والے "فلیپرز" کے ذریعے ہموار شکل اور پروپلشن کی نقل کرتا ہے۔ فیسٹو نے ایکوا رے اور ایکوا جیلی بھی بنائی ہے، جو بالترتیب مانتا رے اور جیلی فش کی نقل و حرکت کی تقلید کرتی ہیں۔ 2014 میں، آئی اسپلیش-II کو ایسیکس یونیورسٹی میں پی ایچ ڈی کے طالب علم رچرڈ جیمز کلاپھم اور پروفیسر ہوشینگ ہو نے تیار کیا تھا۔ یہ پہلی روبوٹک مچھلی تھی جو اوسط زیادہ سے زیادہ رفتار (جسم کی لمبائی/سیکنڈ میں ماپا جاتا ہے) اور برداشت کے لحاظ سے حقیقی کرینجفارم مچھلی کو پیچھے چھوڑنے کی صلاحیت رکھتی تھی، جس مدت میں اعلی رفتار برقرار رکھی جاتی ہے۔ اس عمارت نے 11.6BL/s کی تیراکی کی رفتار حاصل کی۔ 3. 7 میٹر/سیکنڈ)۔ پہلی تعمیر، آئی اسپلیش-I (2014) پہلا روبوٹک پلیٹ فارم تھا جس نے پورے جسم کی لمبائی کیرنگیفارم سوئمنگ موشن کا اطلاق کیا تھا جو کہ پچھلی محدود لہر کی شکل کے روایتی نقطہ نظر کے مقابلے میں تیراکی کی رفتار میں 27 فیصد اضافہ کرتا ہے۔ مورفولوجیکل درجہ بندی ماڈیولر ماڈیولر روبوٹ عام طور پر کئی کام انجام دینے کے قابل ہوتے ہیں اور خاص طور پر تلاش اور بچاؤ یا تحقیقی مشنوں کے لیے مفید ہوتے ہیں۔ اس زمرے کے کچھ نمایاں روبوٹس میں ای پی ایف ایل میں تیار کردہ سلامینڈر سے متاثر روبوٹ شامل ہے جو چل اور تیر سکتا ہے، کارنیگی میلن یونیورسٹی میں تیار کردہ سانپ سے متاثر روبوٹ جس میں زمینی حرکت کے چار مختلف طریقے ہیں، اور کاکروچ سے متاثر روبوٹ مختلف قسم کے پیچیدہ علاقوں پر دوڑ اور چڑھ سکتا ہے۔ ہیومنائڈ ہیومنائڈ روبوٹ ایسے روبوٹ ہیں جو انسان کی طرح نظر آتے ہیں یا انسانی شکل سے متاثر ہوتے ہیں۔ ایپلی کیشنز کے لیے بہت سے مختلف قسم کے ہیومنائڈ روبوٹ ہیں جیسے ذاتی مدد، استقبال، صنعتوں میں کام، یا صحبت۔ اس قسم کے روبوٹ تحقیقی مقاصد کے لیے بھی استعمال کیے جاتے ہیں اور اصل میں انسانوں کے لیے بہتر آرتھوسس اور پروستھیسس بنانے کے لیے تیار کیے گئے تھے۔ پیٹ مین بوسٹن ڈائنامکس میں تیار کیے گئے پہلے اور جدید ترین ہیومنائڈ روبوٹس میں سے ایک ہے۔ کچھ ہیومنائڈ روبوٹ جیسے ہونڈا ایسمو زیادہ متحرک ہیں۔ دوسری طرف، کارنیل یونیورسٹی میں تیار کردہ روبوٹ جیسے کچھ ہیومنائڈ روبوٹ موجود ہیں جن میں کوئی ایکچوایٹر نہیں ہوتے ہیں اور وہ غیر فعال طور پر اتلی ڈھلوان سے اترتے ہوئے چلتے ہیں۔ جانوروں کا اجتماعی طرز عمل کئی سالوں سے محققین کے لیے دلچسپی کا باعث رہا ہے۔ چیونٹیاں دریاؤں پر زندہ رہنے کے لیے رافٹ جیسے ڈھانچے بنا سکتی ہیں۔ مچھلیاں بڑے گروہوں میں اپنے ماحول کو زیادہ مؤثر طریقے سے محسوس کر سکتی ہیں۔ سوارم روبوٹکس ایک بالکل نیا شعبہ ہے اور اس کا مقصد ایسے روبوٹ بنانا ہے جو مل کر کام کر سکیں اور ڈیٹا منتقل کر سکیں، ایک گروپ کے طور پر ڈھانچے بنا سکیں وغیرہ۔ سافٹ سافٹ روبوٹ وہ روبوٹ ہوتے ہیں جو مکمل طور پر نرم مواد پر مشتمل ہوتے ہیں اور نیومیٹک دباؤ سے گزرتے ہیں، جو آکٹوپس یا اسٹار فش کی طرح ہوتے ہیں۔ اس طرح کے روبوٹ بہت محدود جگہوں (جیسے انسانی جسم میں) میں حرکت کرنے کے لیے کافی لچکدار ہوتے ہیں۔ پہلا ملٹی گیٹ سافٹ روبوٹ 2011 میں تیار کیا گیا تھا اور پہلا مکمل طور پر مربوط، آزاد سافٹ روبوٹ (سافٹ بیٹریوں اور کنٹرول سسٹم کے ساتھ) 2015 میں تیار کیا گیا تھا۔ جانوروں کی نقل و حرکت بائیومیمیٹکس بائیوروبوٹکس حیاتیاتی طور پر متاثر انجینئرنگ روبوٹک مواد روبوٹ کی اقسام کی فہرستیں بیرونی لنکس سافٹ روبوٹکس ٹول کٹ بوسٹن ڈائنامکس ریسرچ اس ویکیپیڈیا اندراج کے لیے لوکوموشن نیورو میکینکس کورس (اے پی پی ایچ 6232) کے ایک حصے کے طور پر منعقد کیا گیا تھا جو جارجیا ٹیک ریسرچ لیبز کے اسکول آف اپلائیڈ فزیولوجی میں پیش کیا گیا تھا۔ پولی پیڈل لیب (پروفیسر باب فل) بائیومیمیٹک ملی سسٹمز لیب (پروفیسر رون فیرنگ) بائیومیمیٹکس اینڈ ڈیکسٹرس مینیپولیشن لیب (پروفیسر مارک کٹکوسکی) بائیومیمیٹک روبوٹکس لیب (پروفیسر سنگبی کم) ہارورڈ مائیک روب ووڈ) ہارورڈ بائیوڈیزائن لیب (پروفیسر کونور والش) ای ٹی ایچ فنکشنل میٹریل لیب (پروفیسر وینڈلن اسٹارک) جارجیا ٹیک میں ایم آئی ٹی سینٹر فار بائیولوجیکل انسپائرڈ ڈیزائن میں لیگ لیب بائیولوجیکل انسپائرڈ روبوٹکس لیب، کیس ویسٹرن ریزرو یونیورسٹی بائیوروبوٹکس ریسرچ گروپ (ایس وائلیٹ/ایف رفیئر)، انسٹی ٹیوٹ آف موومنٹ سائنس، سی این آر ایس/ایکس مارسیل یونیورسٹی (فرانس) سینٹر فار بائیوروبوٹکس، ٹالن یونیورسٹی آف ٹیکنالوجی بائیوروب ای پی ایف ایل (پروفیسر آکے ایجسپیرٹ) روبوٹ لوکوموشن بائیوکس بائیو انسپریشن