एक शेरोनफ़िश चालू के खिलाफ तैरती है, इसकी पूंछ धीमी गति में एक पेंडुलम की तरह चलती है। लेकिन यह मछली अपने ठंडे खून वाले समकक्षों की तरह नहीं है। यह एक रोबोट है, और इसकी नसों के माध्यम से चलने वाले रक्त के बजाय, यह अपनी बैटरी को शक्ति देने के लिए एक ऊर्जा-घने तरल को प्रसारित करता है और अपने पंखों को धक्का देता है। जर्नल नेचर में आज वर्णित रोबोट, रोबोटिक्स में दो प्रमुख बाधाओं को दूर करने में पहला कदम हो सकता है - शक्ति और नियंत्रण - एक समाधान के साथ। और इसके छद्म संवहनी प्रणाली के माध्यम से ऊर्जावान तरल पंपिंग के लिए धन्यवाद, यह रोबोट हमारे जैसा थोड़ा और हो सकता है।
रोबोट आमतौर पर उसी तरह से काम नहीं करते हैं जैसे जीवित चीजें करते हैं। मल्टीफंक्शनल पार्ट्स के जटिल नेटवर्क के बजाय, रोबोट अलग-अलग घटकों से बने होते हैं जो प्रत्येक एक ही उद्देश्य की पूर्ति करते हैं, कॉर्नेल यूनिवर्सिटी के मैकेनिकल इंजीनियर रॉबर्ट शेफर्ड, नए अध्ययन के प्रमुख अन्वेषक बताते हैं। उदाहरण के लिए, उनके पास शक्ति को नियंत्रित करने के लिए एक प्रणाली हो सकती है और दूसरी गति को नियंत्रित करने के लिए, जो हमेशा कुशल नहीं होती है। इसके विपरीत, मानव संचार प्रणाली बहुक्रियाशील है: यह हमारे पूरे शरीर में रक्त पंप करता है और ऐसा करने से, यह हमारे शरीर के तापमान को विनियमित करने में मदद करता है और संक्रमण से लड़ने के लिए कोशिकाओं को स्थानांतरित करता है।
प्रकृति में संचार प्रणालियों के उदाहरण हैं जो हमारे अपने से भी अधिक कुशल हैं। वास्तव में, शेफर्ड की रबो-शेरफिश के लिए प्रारंभिक प्रेरणा वास्तव में एक तैराक की ज्यादा नहीं थी। बल्कि, वह उच्च-उड़ान वाले बार-पूंछ वाले गॉडविट, एक प्रवासी पक्षी से मोहित हो गया जिसे वह "सुपर एथलीट" कहता है। एक गॉडविट एक सप्ताह तक बिना रुके उड़ान भर सकता है, लेकिन उड़ान के लिए तैयार करने के लिए पहले वसा में अपना वजन दोगुना कर देता है।
शेफर्ड कहते हैं, "यह वास्तव में मेरे साथ अटक गया है कि आप एक जानवर में ऊर्जा को एक बहुतायत से जोड़ सकते हैं - दोनों थर्मल इन्सुलेशन और भंडारण ऊर्जा, और फिर इसे इस तरह से वितरित करना कि यह कुशल है।" "अगर आप हमारी बैटरी [रोबोट में] से तुलना करते हैं, तो वे अक्सर ऊर्जा प्रदान करने और वजन जोड़ने के अलावा कोई अन्य कार्य नहीं करते हैं।"
इसे ध्यान में रखते हुए, शेफर्ड ने सोचा कि क्या रोबोटों में बैटरी बनाने का एक तरीका सफलतापूर्वक शक्ति और नियंत्रण दोनों है। रोबोट के बहुत सारे पहले से ही हाइड्रोलिक तरल पदार्थ पंप करते हैं, जैसे कि पानी, अपने सिस्टम के माध्यम से बल लागू करने के लिए जो उनके कुछ हिस्सों को स्थानांतरित करता है। यदि वे एक विशिष्ट हाइड्रोलिक द्रव को बदल सकते हैं जो ऊर्जा को संग्रहीत करता है, तो उसने सोचा कि द्रव तब यांत्रिक गति को सुविधाजनक बना सकता है। मल्टीफंक्शनल हाइड्रोलिक का उपयोग करने से भी लंबे समय तक ऊर्जा की बचत हो सकती है, क्योंकि ठोस बैटरी वाले पारंपरिक रोबोटों को अक्सर दीर्घकालिक ऑपरेशन के लिए अतिरिक्त बैटरी पैक की आवश्यकता होती है, जो अतिरिक्त वजन और प्रदर्शन को कम करते हैं।
शेफर्ड और उनकी टीम, जिन्होंने अपने डिजाइन पर पेटेंट के लिए आवेदन किया है, ने जिंक आयोडाइड रिडॉक्स फ्लो बैटरी का उपयोग किया है, जिसमें एक तरल इलेक्ट्रोलाइट समाधान होता है जो एक ऊर्जा आरक्षित के रूप में कार्य करता है। ऊर्जा-समृद्ध तरल रासायनिक प्रतिक्रियाओं में योगदान देता है जो बैटरी को चार्ज करते हैं, जबकि एक हाइड्रोलिक तरल पदार्थ के रूप में भी काम करते हैं जो शेरफिश के माध्यम से घूमता है और अपने पंख को स्थानांतरित करता है। आंदोलन की अनुमति देने के लिए, पंख लचीले इलेक्ट्रोड और एक नरम सिलिकॉन त्वचा से बने होते हैं। पूंछ के एक तरफ हाइड्रोलिक तरल पदार्थ को पंप करना त्वचा को फुलाता है और पंख को दूसरी तरफ की ओर स्टिफ़र केंद्र वर्गों के चारों ओर मोड़ने का कारण बनता है। द्रव की दिशा को उल्टा करने से पंख दूसरे तरीके से झुक जाता है, जिससे मछली द्रव के रूप में तैरने लगती है। पेक्टोरल पंख भी तरल पदार्थ द्वारा संचालित होते हैं, और बाहर की तरफ पंखे लगा सकते हैं, संचार करने के लिए लियनफ़िश उपयोग के अंतिम आंदोलनों की नकल करते हैं।
एक नमक पानी की टंकी में शेर के बच्चे को रखकर, टीम ने देखा कि रोबोट वर्तमान के खिलाफ सफलतापूर्वक तैर सकता है। प्रयोगों में, उन्होंने रोबोट को दो घंटे तक तैरने दिया, लेकिन गणना की कि यह सैद्धांतिक रूप से 36 घंटे तक काम कर सकता है। उन्होंने यह भी अनुमान लगाया कि रोबोट का ऊर्जा प्रदर्शन पानी की तरह एक सामान्य हाइड्रोलिक तरल पदार्थ का उपयोग करके पारंपरिक डिजाइन की तुलना में लगभग तीन से चार गुना बेहतर था।
शेफर्ड बताते हैं कि ठोस बैटरी का बहुपयोगी उपयोग नया नहीं है। उदाहरण के लिए, फोर्कलिफ्ट में बैटरी ऊर्जा स्रोत के रूप में कार्य करती है, जबकि भारी उठाने के दौरान मशीन को स्थिर करने के लिए वजन भी प्रदान करती है। लेकिन अब तक तरल बैटरी के विविध उपयोग की खोज नहीं की गई है। शेफर्ड कहते हैं, "अब यह विचार बाहर है, " हमें उम्मीद है कि जब लोग जलगति विज्ञान का उपयोग करेंगे, तो वे पूछ सकते हैं, 'क्या मैं हाइड्रोलिक द्रव को इलेक्ट्रोलाइटिक तरल पदार्थ से बदल सकता हूं - क्या इससे ऊर्जा लागत बनाम भार के साथ कोई मतलब नहीं है मेरे सिस्टम में सघन तरल पदार्थ? ''
"बैट्री के रूप में तरल का उपयोग करने का विचार बहुत बढ़िया है, " एक रोबोटिक ईटीएच ज्यूरिख के रॉबर्ट काटज़स्मान कहते हैं, जिन्होंने अन्य रोबोट मछली पर काम किया है, लेकिन इस शोध में शामिल नहीं थे। हालांकि, काटज़स्मान बैटरी की दक्षता के बारे में चिंताओं को बनाए रखता है, और जोर देकर कहता है कि अवधारणा को बेहतर तरीके से पानी से बाहर निकाला जा सकता है, जहां ठोस बैटरी पैक के अतिरिक्त वजन से बचना उछाल के बिना महत्वपूर्ण हो जाता है।
"सिद्धांत में यह बहुत अच्छा है, क्योंकि आप एक रोबोट बना सकते हैं जो पानी के नीचे नहीं है, " काट्ज़स्मान कहते हैं। “यदि आप एक चलने वाला रोबोट बनाना चाहते हैं, तो यह थोड़ा मुश्किल है। और किसी ने भी पूरी तरह से नरम रोबोट नहीं दिखाया है जो उड़ सकता है, इसलिए यह पानी के नीचे एक विचार के रूप में दिखाने के लिए समझ में आता है, लेकिन उनके लिए अभी भी बहुत काम करना है। "
शेफर्ड बैटरी के सुधार के बारे में आशावादी है। वह इस बात पर जोर देता है कि उनकी बैटरी की केमिस्ट्री संभालना सुरक्षित है, लेकिन "उतनी ऊर्जा नहीं जितनी घनी हो सकती है।"
"चुनौती सुरक्षित रहते हुए ऊर्जा घनत्व बढ़ा रही है, " वे कहते हैं। "हम जानते हैं कि यह कहाँ जा सकता है, लेकिन हमें वहाँ और अधिक सावधानी से जाना होगा।" और काट्ज़स्मान की तरह, वह इस काम को भविष्य के रोबोट को जमीन पर योगदान करने के लिए लागू करता है, जिसका उपयोग संभवतः खोज और बचाव मिशन में किया जा सकता है। शेफर्ड ने कहा, "हमने एक स्ट्रेचेबल सिस्टम बनाया है, इसलिए जिस फॉर्म को आप वर्तमान में सीमित कर सकते हैं उसे बदल सकते हैं।" "निश्चित रूप से, भविष्य हाइब्रिड सिस्टम है, कम से कम स्थलीय प्रणालियों के लिए ... जहां नरम भागों का उपयोग इलेक्ट्रोकेमिकल और द्रव एक्ट्यूएटर्स पर संवेदन और अतिव्यापी के लिए किया जाता है।"
जबकि सॉफ्ट रोबोटिक्स के क्षेत्र में कई प्रगति की जानी है, शेफर्ड के शेरफिश का सुझाव है कि, अब तक कम से कम, चीजें तैराकी के साथ आगे बढ़ रही हैं।
