रोबोट जो स्पर्श को महसूस कर सकते हैं और तापमान के अंतर को समझ सकते हैं' एक अप्रत्याशित सामग्री इसे वास्तविकता बना सकती है। उच्च-प्रदर्शन सिरेमिक के लिए एम्पा की प्रयोगशाला में, शोधकर्ता सिरेमिक कणों के आधार पर नरम और बुद्धिमान सेंसर सामग्री विकसित कर रहे हैं।
अधिकांश लोग “सिरेमिक” शब्द सुनते ही कॉफी कप, बाथरूम टाइल्स या फूल के बर्तनों के बारे में सोचते हैं। फ्रैंक क्लेमेंस ऐसा नहीं है. उच्च-प्रदर्शन सिरेमिक के लिए एम्पा की प्रयोगशाला में अनुसंधान समूह के नेता के लिए, सिरेमिक बिजली का संचालन कर सकता है, बुद्धिमान हो सकता है और यहां तक कि महसूस भी कर सकता है। अपनी टीम के साथ, क्लेमेंस सिरेमिक पर आधारित नरम सेंसर सामग्री विकसित कर रहा है। उदाहरण के लिए, ऐसे सेंसर तापमान, तनाव, दबाव या आर्द्रता को “महसूस” कर सकते हैं, जो उन्हें चिकित्सा के साथ-साथ सॉफ्ट रोबोटिक्स के क्षेत्र में भी उपयोग के लिए दिलचस्प बनाता है।
नरम सिरेमिक – इसे कैसे काम करना चाहिए' क्लेमेंस जैसे सामग्री वैज्ञानिक सिरेमिक को एक अकार्बनिक, गैर-धातु सामग्री के रूप में परिभाषित करते हैं जो उच्च तापमान प्रक्रिया में ढीले कणों के संग्रह से उत्पन्न होता है जिसे सिंटरिंग कहा जाता है। सिरेमिक की संरचना अलग-अलग हो सकती है – और परिणामस्वरूप उनके गुण बदल जाते हैं। लेकिन क्लेमेंस प्रयोगशाला में मिट्टी के बर्तन और चीनी मिट्टी के बर्तन कहीं नहीं दिखते। शोधकर्ता पोटेशियम सोडियम नाइओबेट और जिंक ऑक्साइड जैसी सामग्रियों के साथ-साथ कार्बन कणों के साथ भी काम करते हैं।
इनमें से कोई भी सामग्री नरम नहीं है. उन्हें लचीले सेंसर में बदलने के लिए, शोधकर्ताओं ने सिरेमिक कणों को स्ट्रेचेबल प्लास्टिक में एम्बेड किया है। क्लेमेंस कहते हैं, “हम तथाकथित अत्यधिक भरे हुए सिस्टम के साथ काम करते हैं।” “हम थर्मोप्लास्टिक से बना एक मैट्रिक्स लेते हैं और मैट्रिक्स की लोच से समझौता किए बिना इसे जितना संभव हो उतने सिरेमिक कणों से भर देते हैं।” यदि इस अत्यधिक भरे हुए मैट्रिक्स को खींचा जाता है, संपीड़ित किया जाता है या तापमान में उतार-चढ़ाव के संपर्क में लाया जाता है, तो सिरेमिक कणों के बीच की दूरी बदल जाती है, और इसके साथ सेंसर की विद्युत चालकता भी बदल जाती है। पूरे मैट्रिक्स को सिरेमिक से भरना आवश्यक नहीं है, क्लेमेंस जोर देते हैं: 3 डी प्रिंटिंग का उपयोग करके, शोधकर्ता सिरेमिक सेंसर को लचीले घटकों में एक प्रकार की “नसों” के रूप में भी एम्बेड कर सकते हैं।
सॉफ्ट सिरेमिक सेंसर का उत्पादन कोई मामूली बात नहीं है। आमतौर पर, सॉफ्ट सेंसर एक ही समय में विभिन्न पर्यावरणीय प्रभावों, जैसे तापमान, तनाव और आर्द्रता के प्रति संवेदनशील होते हैं। क्लेमेंस कहते हैं, “यदि आप उन्हें व्यवहार में उपयोग करना चाहते हैं, तो आपको यह जानना होगा कि आप क्या माप रहे हैं।” उनका अनुसंधान समूह नरम सेंसर का उत्पादन करने में सफल रहा है जो केवल दबाव या केवल तापमान पर बहुत चुनिंदा प्रतिक्रिया करता है। शोधकर्ताओं ने इन सेंसरों को एक कृत्रिम हाथ में एकीकृत किया। कृत्रिम अंग अपनी उंगलियों के लचीलेपन को “महसूस” करता है और जब यह गर्म सतह को छूता है तो नोटिस करता है। ऐसी “संवेदनशीलता” रोबोटिक ग्रिपिंग टूल और मानव कृत्रिम अंग दोनों के लिए फायदेमंद होगी।
एम्पा टीम नरम “रोबोट त्वचा” के विकास के साथ एक कदम और आगे बढ़ गई। मानव त्वचा के समान, बहुस्तरीय प्लास्टिक त्वचा स्पर्श और तापमान के अंतर पर प्रतिक्रिया करती है। जटिल डेटा का मूल्यांकन करने के लिए, शोधकर्ताओं ने कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के साथ मिलकर एक एआई मॉडल विकसित किया और लगभग 4,500 मापों के डेटा का उपयोग करके इसे प्रशिक्षित किया। यह मानवीय धारणा की भी याद दिलाता है, क्योंकि हमारी त्वचा से तंत्रिका आवेगों का मूल्यांकन और मस्तिष्क में एक्सट्रपलेशन किया जाता है।
अपने सबसे हालिया प्रोजेक्ट में, शोधकर्ता सिरेमिक सेंसर को कृत्रिम मांसपेशियों के साथ संयोजित करने में सक्षम थे। ईटीएच ज्यूरिख और टोक्यो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं के साथ मिलकर, उन्होंने एक बायो-हाइब्रिड रोबोट विकसित किया है जो एक नरम, बायोकंपैटिबल, ऊतक-एकीकृत पीज़ोरेसिस्टिव सेंसर की मदद से इसके संकुचन की स्थिति को पहचानता है। यह कार्य एडवांस्ड इंटेलिजेंट सिस्टम्स जर्नल में प्रकाशित हुआ था।
फ्रैंक क्लेमेंस का कहना है कि इसका उद्देश्य इंसानों और मशीनों को सुरक्षित और सामंजस्यपूर्ण ढंग से एक साथ काम करना है। शोधकर्ता बताते हैं, “आज के रोबोटिक सिस्टम बड़े, भद्दे और बहुत मजबूत हैं। वे इंसानों के लिए खतरनाक हो सकते हैं।” यदि भविष्य में हमें अपने कार्यस्थलों को रोबोटों के साथ अधिकाधिक साझा करना है, तो उन्हें छूने पर त्वरित और संवेदनशील प्रतिक्रिया देनी होगी। क्लेमेंस कहते हैं, “यदि आप गलती से किसी अन्य व्यक्ति को छू लेते हैं, तो आप स्वतः ही दूर हो जाते हैं।” “हम रोबोटों को भी वही प्रतिक्रिया देना चाहते हैं।” शोधकर्ता अब रोबोटिक ग्रिपिंग सिस्टम के क्षेत्र में औद्योगिक भागीदारों की तलाश कर रहे हैं। लेकिन मेडिसिन में सॉफ्ट सेंसर की भी मांग है – टीम ने हाल ही में इनोसुइसे पूरा किया है
काम अभी ख़त्म नहीं हुआ है: शोधकर्ता अपने नरम सिरेमिक सेंसर को और भी अधिक संवेदनशील और बुद्धिमान बनाना चाहते हैं। इसमें नई सिरेमिक सामग्री और नरम पॉलिमर का संयोजन और उनके सेंसर गुणों को अनुकूलित करना शामिल है। सफलता का रहस्य इन दो घटकों की परस्पर क्रिया में निहित है।
