प्रकृति ने हमें मेंढकों से लेकर अन्य बहु-पर्यावरण प्राणियों तक विभिन्न रूपों में उभयचर दिए हैं, फिर भी कुछ चीजें पृथ्वी के विभिन्न डोमेन को पार कर जाती हैं, जैसे कि गोताखोर पक्षी जिन्होंने एमआईटी और ईपीएफएल शोधकर्ताओं को प्रेरित किया। बहुत समय से, वैज्ञानिक एक ऐसी मशीन का सपना देख रहे थे जो पक्षियों की तरह बादलों के बीच से उड़ सके, समुद्र की गहराई में तैर सके और फिर निर्बाध रूप से आकाश में वापस आ सके। ‘अटलांटिक पफिन’ जैसे पानी में गोता लगाने वाले पक्षी, दोनों वातावरणों में अलग-अलग भौतिक गुण होने के बावजूद, हवा और समुद्र के बीच सहजता से सरकते हैं। अब इंजीनियरों की एक टीम एमआईटी और स्विस फेडरल इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (ईपीएफएल) अंततः एक हल्का, पंखों वाला रोबोट बनाया है जिसमें यह जैविक क्षमता है, जो दर्शाता है कि एक ही पंख दोनों दुनियाओं में नेविगेट कर सकता है। यह सफलता हमारे विशाल, रहस्यमय महासागरों की खोज और निगरानी करने में एक बड़ा कदम है।
यह एमआईटी रोबोट इतना खास क्यों है?
इस उपलब्धि के महत्व को समझने के लिए हमें पहले विज्ञान पर नजर डालनी होगी। पानी हवा से लगभग 1,000 गुना अधिक सघन है। आमतौर पर, रोबोट को हवा में उठाने के लिए डिज़ाइन किया गया पंख पानी के भारी प्रतिरोध को पार करने के लिए बहुत नाजुक या अक्षम होगा। ‘उभयचर’ ड्रोन के अधिकांश पिछले प्रयासों में प्रोपेलर और पंखों की दो अलग-अलग प्रणालियाँ एक साथ काम करती थीं, जो उन्हें भारी और जटिल बनाती थीं।राफेल ज़फ़री की अध्यक्षता वाली एमआईटी की टीम ने पफिन को देखकर एक अलग दृष्टिकोण अपनाया। उनकी रचना, जिसे ‘फ्लैपिंग-विंग एरियल-एक्वाटिक व्हीकल (एफएएवी)’ के नाम से जाना जाता है, का वजन 300 ग्राम से भी कम है, जो एक बड़े सेब के बराबर है। इसमें प्रोपेलर या अतिरिक्त इंजन का उपयोग नहीं होता है; इसके बजाय, यह उड़ने और तैरने दोनों के लिए पूरी तरह से पंखों की एक जोड़ी पर निर्भर करता है। गोताखोर पक्षियों की लगभग 100 प्रजातियों का अध्ययन करके, शोधकर्ताओं ने एक ऐसी मशीन बनाई जो हवा और पानी के बीच बदलाव को सुचारू रूप से संभालती है।
यह उभयचर रोबोट हवा और पानी को एक साथ कैसे संभालता है
इसका रहस्य पंखों के लचीलेपन में छिपा है। एक वास्तविक पक्षी की तरह पानी के भीतर अपने पंखों को मोड़ने के लिए यांत्रिक जोड़ों का उपयोग करने के बजाय, रोबोट कार्बन फाइबर स्ट्रट्स के साथ प्रबलित ‘लचीले झिल्ली पंखों’ का उपयोग करता है। जब रोबोट हवा में होता है, तो ये पंख रोबोट को उड़ान के लिए उठाने के लिए पर्याप्त मजबूत होते हैं। हालाँकि, जैसे ही यह पानी से टकराता है, पंख निष्क्रिय रूप से 90 डिग्री तक झुक जाते हैं। यह त्वरित बदलाव पंख की सतह के क्षेत्र को कम कर देता है, जिससे मोटर पर भार कम हो जाता है, जिससे यह बिना टूटे पानी के माध्यम से चल सकता है।एक अन्य चतुर डिजाइन विकल्प ‘ओपन-बॉडी फ्रेम’ था। इलेक्ट्रॉनिक्स की सुरक्षा के लिए एक भारी, वायुरोधी आवरण बनाने की कोशिश करने के बजाय, इंजीनियरों ने पूरे सिस्टम में पानी भर जाने दिया। मोटर, बैटरी और सेंसर जैसे प्रत्येक व्यक्तिगत घटक को सिलिकॉन से अलग से वॉटरप्रूफ किया जाता है। यह रोबोट को पानी में बिना डूबे या सतह पर तैरे ठीक वहीं रहने की अनुमति देता है जहां वह है। इससे पहले फ्लोटिंग से बचने के लिए आवश्यक भारी मात्रा में बैटरी पावर की बचत होती है।
छवि क्रेडिट: जॉन फ़्रीडाह
क्या वाकई ये रोबोट बिना रन-अप के उड़ान भर सकता है
एमआईटी अध्ययन के सबसे प्रभावशाली हिस्सों में से एक ‘जल निकास’ था। यदि आपने कभी किसी झील से बत्तख या पफिन को उड़ते हुए देखा है, तो आपने उन्हें उड़ने के लिए पर्याप्त गति पाने के लिए अपने पैरों से तेजी से चप्पू चलाते हुए देखा होगा। शोधकर्ताओं ने शुरू में सोचा था कि उनके रोबोट को कुछ इसी तरह की आवश्यकता होगी।हालाँकि, उन्होंने एक यांत्रिक शॉर्टकट खोज लिया। रोबोट को 70-डिग्री के तीव्र कोण पर ऊपर की ओर पिच करने के लिए प्रोग्राम करके, अकेले पंख उसे एक सेकंड से भी कम समय में पानी से बाहर और हवा में खींचने के लिए पर्याप्त जोर उत्पन्न कर सकते हैं। इसे प्राप्त करने के लिए, रोबोट को पानी की सतह के तनाव से मुक्त होने के लिए एक सेकंड में लगभग 10 बार फड़फड़ाना पड़ता है। यह बिजली की खपत करने वाला कदम है, लेकिन यह मशीन को हल्का रखते हुए भारी रोबोटिक पैरों की आवश्यकता को समाप्त कर देता है।
इस रोबोट ने हमें हमारे स्वभाव के बारे में क्या सिखाया है?
यह परियोजना जैविक खोज का एक उपकरण है। वैज्ञानिक लंबे समय से इस बात पर बहस करते रहे हैं कि गोताखोर पक्षी पानी के अंदर अपने पंखों का क्षेत्र कम क्यों कर देते हैं। क्या यह ऊर्जा बचाने के लिए है, या गति प्राप्त करने के लिए? अपने रोबोट पर विभिन्न पंखों के आकार और लचीलेपन का परीक्षण करके, टीम ने पाया कि छोटे पंख वास्तव में ऊर्जा नहीं बचाते हैं। इसके बजाय, वे पानी के भीतर गति और नेविगेशन में उल्लेखनीय वृद्धि करते हैं। इससे पता चलता है कि जब एक पफिन अपने पंख फड़फड़ाता है, तो वह कुशल होने की कोशिश नहीं कर रहा होता है, बल्कि तेज़ होने की कोशिश कर रहा होता है। रोबोट ने यह भी पुष्टि की कि बड़े गोताखोर पक्षियों को उड़ान भरने के लिए संभवतः अपने पैरों का उपयोग करना होगा क्योंकि केवल पंख वाले प्रक्षेपण के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। केवल किंगफिशर जैसे सबसे छोटे, सबसे हल्के पक्षी, पैर आधारित टेकऑफ़ को छोड़ने का जोखिम उठा सकते हैं, जो कि शोधकर्ताओं ने अपने पक्षी-स्केल रोबोट में जो देखा उससे बिल्कुल मेल खाता है।
समुद्री अनुसंधान के भविष्य के लिए इसका क्या अर्थ है?
FAAV के लिए संभावित अनुप्रयोग विशाल हैं। पारंपरिक समुद्री अनुसंधान के लिए अक्सर बड़े, महंगे जहाजों या धीमी गति से चलने वाले पानी के नीचे रोबोट की आवश्यकता होती है। ज़फ़री का दृष्टिकोण बहुत सस्ता और तेज़ विकल्प प्रदान करना है। इन ‘हवाई-जलीय रोबोटों’ के एक समूह की कल्पना करें जो छह मीटर प्रति सेकंड की गति से रुचि के एक विशिष्ट क्षेत्र, जैसे कि सुदूर मूंगा चट्टान, या व्हेल की एक पॉड तक उड़ सकता है। वे गोता लगा सकते हैं, पानी के नमूने या तापमान रीडिंग ले सकते हैं, और फिर डेटा देने के लिए बेस पर वापस उड़ सकते हैं। एक बार चार्ज करने पर, वर्तमान प्रोटोटाइप लगभग चार मील तक उड़ सकता है या एक मील से थोड़ा अधिक तक तैर सकता है। सबसे अच्छी बात यह है कि शोधकर्ताओं ने अपने डिज़ाइन को ओपन-सोर्स बना दिया है। लगभग £230 ($300) सामग्री और एक 3डी प्रिंटर के साथ, तटीय समुदाय और समुद्री जीवविज्ञानी हवाई-जलीय रोबोटों का अपना बेड़ा बना सकते हैं।गोता लगाने वाले पक्षियों की अद्भुत क्षमताओं की नकल करके, हम अंततः ऐसी तकनीक बना रहे हैं जो हमारे ग्रह को जानवरों की तरह आसानी से नेविगेट कर सकती है, जिससे समुद्र विज्ञान के एक नए युग की शुरुआत हो रही है जो पहले से कहीं अधिक तेज़, सस्ता और कहीं अधिक विस्तृत है।
