एक वनस्पती-प्रेरित नियंत्रक जो वास्तविक-जगातील वातावरणात रोबोटिक शस्त्रे चालविण्यास सुलभ करू शकतो

अनेक विद्यमान रोबोटिक्स प्रणाली निसर्गाकडून प्रेरणा घेतात, विशिष्ट उद्दिष्टे साध्य करण्यासाठी जैविक प्रक्रिया, नैसर्गिक संरचना किंवा प्राणी वर्तन कृत्रिमरित्या पुनरुत्पादित करतात. याचे कारण असे आहे की प्राणी आणि वनस्पती जन्मजात क्षमतांनी सुसज्ज आहेत जे त्यांना त्यांच्या संबंधित वातावरणात टिकून राहण्यास मदत करतात आणि त्यामुळे प्रयोगशाळेच्या सेटिंग्जच्या बाहेर रोबोट्सची कार्यक्षमता देखील सुधारू शकते.

"सॉफ्ट रोबोट आर्म्स ही रोबोटिक मॅनिपुलेटरची एक नवीन पिढी आहे जी ऑक्टोपस तंबू, हत्तीची सोंड, वनस्पती इत्यादींसारख्या 'बोनलेस' जीवांद्वारे प्रदर्शित केलेल्या प्रगत हाताळणी क्षमतेपासून प्रेरणा घेतात," एन्रिको डोनाटो, संशोधकांपैकी एक आहे. अभ्यास, Tech Xplore सांगितले. “या तत्त्वांचे अभियांत्रिकी समाधानांमध्ये भाषांतर केल्याने अशा प्रणाली तयार होतात ज्या लवचिक हलक्या वजनाच्या सामग्रीपासून बनलेल्या असतात ज्या सुसंगत आणि निपुण गती निर्माण करण्यासाठी गुळगुळीत लवचिक विकृतीचा सामना करू शकतात. या वांछनीय वैशिष्ट्यांमुळे, या प्रणाली पृष्ठभागाशी सुसंगत आहेत आणि संभाव्यतः कमी किमतीत भौतिक मजबूती आणि मानवी-सुरक्षित ऑपरेशन प्रदर्शित करतात.

सॉफ्ट रोबोट आर्म्स वास्तविक-जगातील समस्यांच्या विस्तृत श्रेणीसाठी लागू केले जाऊ शकतात, ते विशेषतः अशा स्वयंचलित कार्यांसाठी उपयुक्त असू शकतात ज्यात कठोर रोबोट्ससाठी अगम्य असलेल्या इच्छित स्थानांपर्यंत पोहोचणे समाविष्ट आहे. अनेक संशोधन कार्यसंघ अलीकडे असे नियंत्रक विकसित करण्याचा प्रयत्न करत आहेत जे या लवचिक हातांना ही कार्ये प्रभावीपणे हाताळू देतील.

"सामान्यत:, अशा नियंत्रकांचे कार्य संगणकीय फॉर्म्युलेशनवर अवलंबून असते जे रोबोटच्या दोन ऑपरेशनल स्पेस, म्हणजे, टास्क-स्पेस आणि ॲक्ट्युएटर-स्पेस दरम्यान वैध मॅपिंग तयार करू शकतात," डोनाटो यांनी स्पष्ट केले. "तथापि, या नियंत्रकांचे योग्य कार्य सामान्यत: दृष्टी-अभिप्रायावर अवलंबून असते जे प्रयोगशाळेच्या वातावरणात त्यांची वैधता मर्यादित करते, नैसर्गिक आणि गतिमान वातावरणात या प्रणालींची तैनाती मर्यादित करते. हा लेख या अप्रत्याशित मर्यादांवर मात करण्याचा आणि या प्रणालींची पोहोच असंरचित वातावरणापर्यंत वाढवण्याचा पहिला प्रयत्न आहे.”

डोनाटो म्हणाले, "झाडे हलत नाहीत या सामान्य गैरसमजाच्या विरुद्ध, वनस्पती सक्रियपणे आणि हेतुपुरस्सर वाढीच्या आधारे हालचालींच्या धोरणांचा वापर करून एका बिंदूपासून दुसऱ्या बिंदूकडे जातात," डोनाटो म्हणाले. “या रणनीती इतक्या प्रभावी आहेत की वनस्पती पृथ्वीवरील जवळजवळ सर्व अधिवासांमध्ये वसाहत करू शकतात, ज्याची क्षमता प्राणी साम्राज्यात नाही. विशेष म्हणजे, प्राण्यांच्या विपरीत, वनस्पतींच्या हालचालीची रणनीती मध्यवर्ती मज्जासंस्थेतून उद्भवत नाही, तर त्या विकेंद्रित संगणकीय यंत्रणेच्या अत्याधुनिक स्वरूपामुळे उद्भवतात."

संशोधक नियंत्रकाच्या कार्यप्रणालीवर आधारित नियंत्रण धोरण वनस्पतींच्या हालचालींवर आधारित अत्याधुनिक विकेंद्रित यंत्रणेची प्रतिकृती बनवण्याचा प्रयत्न करते. संघाने विशेषत: वर्तन-आधारित कृत्रिम बुद्धिमत्ता साधने वापरली, ज्यात विकेंद्रित संगणकीय एजंट्स तळाशी-अप संरचनेत एकत्रित असतात.

"आमच्या जैव-प्रेरित नियंत्रकाची नवीनता त्याच्या साधेपणामध्ये आहे, जिथे आम्ही एकंदर पोहोचणारे वर्तन निर्माण करण्यासाठी सॉफ्ट रोबोट आर्मच्या मूलभूत यांत्रिक कार्यक्षमतेचा वापर करतो," डोनाटो म्हणाले. “विशेषतः, सॉफ्ट रोबोट आर्ममध्ये सॉफ्ट मॉड्यूल्सची अनावश्यक मांडणी असते, ज्यापैकी प्रत्येक त्रिज्यात्मकरित्या व्यवस्था केलेल्या ॲक्ट्युएटरच्या ट्रायडद्वारे सक्रिय केला जातो. हे सर्वज्ञात आहे की अशा कॉन्फिगरेशनसाठी, सिस्टम सहा तत्त्व वाकण्याच्या दिशानिर्देश तयार करू शकते.

संघाच्या नियंत्रकाच्या कार्यप्रणालीचा आधार घेणारे संगणकीय एजंट दोन वेगवेगळ्या प्रकारच्या वनस्पतींच्या हालचालींचे पुनरुत्पादन करण्यासाठी ऍम्प्लीट्यूड आणि ॲक्ट्युएटर कॉन्फिगरेशनचे वेळेचे शोषण करतात, ज्याला परिक्रमा आणि फोटोट्रॉपिझम म्हणतात. परिक्रमा ही सामान्यतः वनस्पतींमध्ये आढळणारी दोलन असतात, तर फोटोट्रॉपिझम ही दिशात्मक हालचाल असतात जी वनस्पतीच्या फांद्या किंवा पाने प्रकाशाच्या जवळ आणतात.

डोनाटो आणि त्याच्या सहकाऱ्यांनी तयार केलेला कंट्रोलर या दोन वर्तनांमध्ये स्विच करू शकतो, दोन टप्प्यांमध्ये पसरलेल्या रोबोटिक शस्त्रांचे अनुक्रमिक नियंत्रण साध्य करू शकतो. यातील पहिला टप्पा शोधाचा टप्पा आहे, जेथे शस्त्रे त्यांच्या सभोवतालचा परिसर शोधतात, तर दुसरा पोहोचण्याचा टप्पा आहे, जेथे ते इच्छित स्थान किंवा वस्तूपर्यंत पोहोचतात.

"कदाचित या विशिष्ट कार्यातून सर्वात महत्वाची गोष्ट म्हणजे, अत्यंत सोप्या नियंत्रण फ्रेमवर्कसह, प्रयोगशाळेच्या वातावरणाबाहेरील क्षमतांपर्यंत पोहोचण्याची अनावश्यक सॉफ्ट रोबोट आर्म्स सक्षम करण्याची ही पहिलीच वेळ आहे," डोनाटो म्हणाले. “याशिवाय, कंट्रोलर कोणत्याही सॉफ्टला लागू आहेरोबोटहाताने समान क्रिया व्यवस्था प्रदान केली. सातत्य आणि सॉफ्ट रोबोट्समध्ये एम्बेडेड सेन्सिंग आणि वितरित नियंत्रण धोरणांच्या वापराच्या दिशेने हे एक पाऊल आहे.

आतापर्यंत, संशोधकांनी 9 अंश स्वातंत्र्य (9-DoF) सह मॉड्यूलर केबल-चालित, हलके आणि मऊ रोबोटिक हात वापरून चाचणीच्या मालिकेत त्यांच्या नियंत्रकाची चाचणी केली. त्यांचे परिणाम अत्यंत आशादायक होते, कारण नियंत्रकाने हाताला त्याच्या सभोवतालचा परिसर एक्सप्लोर करण्याची आणि भूतकाळात प्रस्तावित केलेल्या इतर नियंत्रण धोरणांपेक्षा अधिक प्रभावीपणे लक्ष्य स्थानापर्यंत पोहोचण्याची परवानगी दिली.

भविष्यात, नवीन नियंत्रक इतर सॉफ्ट रोबोटिक शस्त्रांवर लागू केला जाऊ शकतो आणि गतिशील पर्यावरणीय बदलांना सामोरे जाण्याच्या क्षमतेचे अधिक मूल्यांकन करण्यासाठी प्रयोगशाळा आणि वास्तविक-जागतिक सेटिंग्जमध्ये चाचणी केली जाऊ शकते. दरम्यान, डोनाटो आणि त्यांचे सहकारी त्यांचे नियंत्रण धोरण आणखी विकसित करण्याची योजना आखत आहेत, जेणेकरून ते अतिरिक्त रोबोटिक हाताच्या हालचाली आणि वर्तन तयार करू शकतील.

डोनाटो पुढे म्हणाले, “आम्ही सध्या अधिक क्लिष्ट वर्तणूक जसे की लक्ष्य ट्रॅकिंग, पूर्ण-आर्म ट्विनिंग इत्यादी सक्षम करण्यासाठी कंट्रोलरची क्षमता वाढविण्याचा विचार करत आहोत, ज्यामुळे अशा प्रणालींना नैसर्गिक वातावरणात दीर्घ कालावधीसाठी कार्य करता येईल.”