माइक्रोबोटिक्स

Microbotics लघु रोबोटिक्स का क्षेत्र है, विशेष रूप से 1 मिमी से कम विशिष्ट आयाम वाले मोबाइल रोबोट। शब्द का उपयोग माइक्रोमीटर आकार घटकों को संभालने में सक्षम रोबोटों के लिए भी किया जा सकता है।

इतिहास
माइक्रोबॉट्स का जन्म 20 वीं शताब्दी के आखिरी दशक में माइक्रोकंट्रोलर की उपस्थिति और सिलिकॉन (एमईएमएस) पर लघु यांत्रिक प्रणालियों की उपस्थिति के कारण हुआ था, हालांकि कई माइक्रोबॉट सेंसर के अलावा यांत्रिक घटकों के लिए सिलिकॉन का उपयोग नहीं करते हैं। ऐसे छोटे रोबोटों का सबसे पहला शोध और वैचारिक डिजाइन 1 9 70 के दशक के आरंभ में अमेरिकी खुफिया एजेंसियों के लिए वर्गीकृत शोध में आयोजित किया गया था। उस समय के अनुप्रयोगों में युद्ध बचाव सहायता और इलेक्ट्रॉनिक अवरोध मिशन के कैदी शामिल थे। अंतर्निहित miniaturization समर्थन प्रौद्योगिकियों को उस समय पूरी तरह से विकसित नहीं किया गया था, ताकि प्रोटोटाइप विकास में प्रगति तुरंत गणना और अवधारणा डिजाइन के इस प्रारंभिक सेट से नहीं आ रहा था। 2008 तक, सबसे छोटे माइक्रोबोबॉट स्क्रैच ड्राइव एक्ट्यूएटर का उपयोग करते हैं।

वायरलेस कनेक्शन का विकास, विशेष रूप से वाई-फाई (यानी डोमोटिक नेटवर्क में) ने माइक्रोबॉट की संचार क्षमता में काफी वृद्धि की है, और इसके परिणामस्वरूप अधिक जटिल कार्यों को करने के लिए अन्य माइक्रोबॉट्स के साथ समन्वय करने की उनकी क्षमता में वृद्धि हुई है। दरअसल, हाल के शोध ने माइक्रोबॉट संचार पर ध्यान केंद्रित किया है, जिसमें हार्वर्ड विश्वविद्यालय में 1,024 रोबोट झुंड शामिल है जो स्वयं को विभिन्न आकारों में जोड़ता है; और डीआरपीए के “माइक्रो फैक्ट्री फॉर मैक्रो प्रोडक्ट्स” प्रोग्राम के लिए एसआरआई इंटरनेशनल में माइक्रोबॉट्स का विनिर्माण जो हल्के, उच्च-शक्ति संरचनाओं का निर्माण कर सकता है।

रचना विवेचन
जबकि ‘माइक्रो’ उपसर्ग का उपयोग सामान्य रूप से छोटे से किया जाता है, लंबाई के पैमाने पर मानकीकरण भ्रम से बचाता है। इस प्रकार एक नैनोरोबॉट में 1 माइक्रोमीटर पर या नीचे विशेष आयाम होते हैं, या 1 से 1000 एनएम आकार सीमा पर घटकों का उपयोग करते हैं। एक माइक्रोबोबॉट में 1 मिलीमीटर से कम वर्णक आयाम होते हैं, एक मिलिरोबॉट में सेमी से कम आयाम होते हैं, एक मिनीरोबोट में 10 सेमी (4 इंच) से कम आयाम होते हैं, और एक छोटे रोबोट में 100 सेमी से कम आयाम (3 9) ।

उनके छोटे आकार के कारण, माइक्रोबॉट संभावित रूप से बहुत सस्ते होते हैं, और बड़े पैमाने पर (झुंड रोबोटिक्स) में उन वातावरणों का पता लगाने के लिए उपयोग किया जा सकता है जो लोगों या बड़े रोबोटों के लिए बहुत छोटे या खतरनाक होते हैं। यह उम्मीद की जाती है कि भूकंप के बाद ध्वस्त इमारतों में बचे हुए लोगों की तलाश में, या पाचन तंत्र के माध्यम से क्रॉलिंग जैसे अनुप्रयोगों में माइक्रोबॉट उपयोगी होंगे। ब्रायन या कम्प्यूटेशनल पावर में माइक्रोबॉट्स की कमी क्या है, वे माइक्रोबॉट्स के झुंड के रूप में बड़ी संख्या में उपयोग करके बना सकते हैं।

जिस तरह से microrobots चारों ओर घूमते हैं उनके उद्देश्य और आवश्यक आकार का एक कार्य है। Submicron आकारों पर, भौतिक दुनिया के आसपास घूमने के बजाय विचित्र तरीके की मांग है। एयरबोर्न रोबोट के लिए रेनॉल्ड्स संख्या एकता के करीब है; चिपचिपा बलों जड़ें बलों पर हावी है, इसलिए “उड़ान” लिफ्ट के बर्नौली के सिद्धांत के बजाए हवा की चिपचिपाहट का उपयोग कर सकती है। तरल पदार्थों के माध्यम से चलने वाले रोबोटों को ई कोलाई के मोटे रूप के रूप में घूर्णन वाले फ्लैगेला की आवश्यकता हो सकती है। होपिंग चुपके और ऊर्जा कुशल है; यह रोबोट को विभिन्न इलाकों की सतहों पर बातचीत करने की अनुमति देता है। पायनियरिंग गणना (सोलेम 1994) ने भौतिक वास्तविकताओं के आधार पर संभावित व्यवहार की जांच की।

एक माइक्रोबायोट विकसित करने में प्रमुख चुनौतियों में से एक बहुत सीमित बिजली आपूर्ति का उपयोग करके गति प्राप्त करना है। माइक्रोबोबॉट सिक्का सेल जैसे छोटे हल्के बैटरी स्रोत का उपयोग कर सकते हैं या कंपन या प्रकाश ऊर्जा के रूप में आसपास के पर्यावरण से बिजली को छिड़का सकते हैं। माइक्रोबोबॉट अब जैविक मोटर्स का उपयोग बिजली स्रोतों के रूप में कर रहे हैं, जैसे फ्लैगेलेटेड सेरातिया मार्सेसेन्स, आसपास के तरल पदार्थ से रासायनिक शक्ति को रोबोटिक डिवाइस को क्रियान्वित करने के लिए। इन बायोरोबॉट को सीधे कई नियंत्रण योजनाओं के साथ उत्तेजना द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है जैसे कि केमोटेक्सिस या गैल्वेनोटैक्सिस। ऑन-बोर्ड बैटरी का एक लोकप्रिय विकल्प रोबोट को बाहरी प्रेरित शक्ति का उपयोग करके शक्ति देना है। उदाहरणों में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक फ़ील्ड्स, अल्ट्रासाउंड और माइक्रो रोबोट को सक्रिय और नियंत्रित करने के लिए प्रकाश शामिल है।

आकार और परिभाषा
उपसर्ग “सूक्ष्म” का उपयोग छोटे रोबोटों को विषयपरक रूप से निर्दिष्ट करने के लिए किया गया है, लेकिन बहुत ही परिवर्तनीय आकार। आकार के पैमाने से संबंधित नामों को मानकीकृत करने के लिए एक परियोजना भ्रम से बचाती है। इसलिए:

एक नैनोरोबॉट में 1 माइक्रोमीटर के बराबर या उससे कम आयाम होते हैं, या आकार में 1 से 1000 एनएम की सीमा में घटकों को हेरफेर करने की अनुमति देते हैं।
एक माइक्रो-रोबोट में 1 मिलीमीटर से कम के विशिष्ट आयाम होंगे,
एक मिलिरोबॉट में एक सेमी से भी कम आयाम होते हैं (यह मिलीमीटर में मापा जाता है)
एक मिनीरोबोट में 10 सेमी से कम आयाम होंगे,
एक छोटे रोबोट में 100 सेमी से कम आयाम होंगे।

Microrobotics के विकास के लिए विशिष्ट स्थितियों
माइक्रोबॉट्स के विकास में इन तराजू पर खेलने पर कुछ शारीरिक घटनाओं की बेहतर समझ और नियंत्रण शामिल है, क्योंकि माइक्रो-रोबोट को उन बलों के अधीन किया जाता है जो माइक्रोमैट्रिक स्केल पर बहुत महत्वपूर्ण हैं और इससे बड़े आकार की वस्तु को परेशान नहीं किया जाएगा;

वैन डेर वाल्स बल,
स्थैतिक बिजली,
सतह तनाव,
हवा की सांस,
सौर गर्मी या ठंड, संक्षेपण, आदि के अधिक उत्तेजित और क्रूर प्रभाव)।

माइक्रोबायोटिक्स में विनिर्माण प्रक्रियाओं का अध्ययन शामिल है (माइक्रो-सिस्टम या यहां तक ​​कि नैनो-सिस्टम, जिनमें सूक्ष्म या नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स भी शामिल हैं) बहुत छोटे पैमाने के तत्वों के लिए आवश्यक हैं।

बायोमिमिरी एक अनुशासन है जो माइक्रोबोबोटिक्स को प्रेरित करता है,

माइक्रो-यांत्रिकी
इसे रोबोट को अपने पर्यावरण के साथ आगे बढ़ने और बातचीत करने की अनुमति देनी चाहिए, उदाहरण के लिए:

हैप्पीक्स में जो रोबोट को रोबोट का पालन करने की अनुमति देता है, और संभवतः ऑब्जेक्ट्स को समझने के लिए, एक और माइक्रोबोबॉट इकट्ठा करने के लिए, या एक सब्सट्रेट के लिए लगाया जाता है;
माइक्रोमैटर्स के मोबाइल तत्वों को स्वतंत्रता के एक या एक से अधिक डिग्री के साथ स्थानांतरित करने में सक्षम बनाता है;
माइक्रो-जीरोस्कोप या समान कार्य करने वाले वैकल्पिक उपकरणों की खोज की जाती है;
यात्रा के अभिनव तरीके; उदाहरण के लिए, गेरिस के रूप में, माइक्रोबॉट पहले से ही इस तरल “सब्सट्रेट” के सतह तनाव का लाभ लेने वाले पानी पर जा सकते हैं। हम geckos के suckers की नकल करने की भी कोशिश करते हैं, ताकि छत पर या किसी भी समर्थन (कार्नेगी मेलॉन विश्वविद्यालय के कार्यक्रम Geckohair नैनोलैब) पर चलने के लिए कई ग्राम या दस ग्राम ग्राम के रोबोट की अनुमति दें। छात्र ढलान की अलग-अलग डिग्री को अपनाने वाले चिपकने वाले सिस्टम पर काम करते हैं, जो एक निलंबित चलने की अनुमति देता है (छत पर, चादर के नीचे …)।

biomimetic
रोबोटिक्स के लिए प्रेरणा का स्रोत प्रकृति स्वयं है जिसने कुछ रुचि रोबोटिक्स, कई तंत्र और व्यवहार का परीक्षण किया। तंत्रिका नेटवर्क और तंत्रिका केंद्रों के कामकाज की नकल करना और प्राचीन जानवरों के रीढ़ की हड्डी के केंद्रीय जनरेटर पहले से चलने, तैराकी, दौड़ने, क्रॉलिंग जैसे कुछ तंत्रों का अनुकरण कर सकते हैं। मांसपेशी समूहों को सर्वोमोटर्स द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, लेकिन वे तंत्रिका नेटवर्क की नकल करने वाले कंप्यूटर माइक्रोक्रिककिट्स में वितरित दालों के अनुसार चलने, तैराकी, क्रॉलिंग या चलने की गति को पुन: उत्पन्न करके एनिमेटेड होते हैं।

नकल कभी-कभी आगे भी जाती है। उदाहरण के लिए:

नैनोलैब जानवरों द्वारा संश्लेषित कुछ अत्यधिक चिपकने वाले कोलाइडियल अणुओं की पहचान और पुनरुत्पादन करने के लिए काम करता है (घोंघे, स्लग, कुछ कोलोप्टेरा दृढ़ता से अस्थायी रूप से अस्थायी रूप से ऐसे अणुओं के लिए धन्यवाद का पालन करते हैं)। यह इस प्रकार के चिपकने वाले के प्रदर्शन के माप के लिए अनुकूलित एक उपकरण विकसित करता है।
नैनोलाब ने चिपकने वाले कैटरपिलर के साथ एक छोटा टैंक-आकार का रोबोट बनाया है जो दीवारों पर चिपके हुए दीवारों पर चढ़ सकता है;
नैनोलाब ने चिपकने वाला सूक्ष्म फाइबर भी विकसित किया है जो एक गैर क्षैतिज विमान पर एक बहुत ही प्रबलित आसंजन की अनुमति देता है, लेकिन एक ऐसा प्रदर्शन जो पुन: पेश करने में सक्षम होने से दूर है, वह जीवित प्रणालियों की क्षमता को ठीक करने, खिलाने और पुनरुत्पादन करने की क्षमता है, जो क्षमताएं नए नैतिक प्रश्न भी उत्पन्न करती हैं जो बायोएथिक्स के सामान्य क्षेत्र से आगे जाते हैं।
सैलामैंडर द्वारा प्रेरित एक रोबोट आसानी से जलीय से स्थलीय पर्यावरण तक विकसित होता है; एक चिकन अपने सिर काटकर रिफ्लेक्सिव रूप से दौड़ना जारी रख सकता है, यह दिखाता है कि रीढ़ और रीढ़ की हड्डी में आवश्यक मोटर केंद्र होते हैं।
रोबोट्स (सैलामैंडर या सांप) नकल की नकल 8. इस सिद्धांत पर, जोसेफ एयर्स (बोस्टन में पूर्वोत्तर विश्वविद्यालय) ने भी रोबोट विकसित किए हैं जो लैंपरी और लॉबस्टर की गतिविधियों की नकल करते हैं।

जोखिम और सीमाएं
बायोमेमेटिक्स के जोखिमों में से एक यह है कि जानवरों की तरह रोबोट बहुत अधिक उनके मॉडल के साथ भ्रमित हैं और वास्तविक शिकारियों द्वारा शिकार किए जाते हैं।

माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक
माइक्रोप्रोसेसर रोबोट को स्वायत्तता देने वाले कंप्यूटर सॉफ़्टवेयर के निष्पादन की अनुमति देता है। माइक्रोबॉट्स के लिए बहुत कम बिजली माइक्रोप्रोसेसरों की आवश्यकता होती है क्योंकि उन्हें प्रकाश रहना पड़ता है और उनके साथ ऊर्जा का एक महत्वपूर्ण स्रोत नहीं ले सकता है।

जैवयांत्रिकी
शोधकर्ताओं ने चूहे न्यूरॉन्स की संस्कृतियों के माध्यम से बाधाओं या रोशनी के लिए रोबोट पर प्रतिक्रिया करने के लिए रोबोट को एनिमेट करने में कामयाब रहे हैं।

सूक्ष्म- या नैनो-सेंसर
उन्हें रोबोट को अपने पर्यावरण में स्वयं को व्यवस्थित करने (या इसका पता लगाने) की अनुमति देनी होगी;
ये, उदाहरण के लिए, प्रकाश प्रतिक्रियाशील कोशिकाओं, तापमान सेंसर, दबाव सेंसर, तरंग सेंसर, रेडियो एंटेना, और इसी तरह हैं। यहां तक ​​कि एक माइक्रो कैमरा भी।

संभावित उपयोग
यह आशा की जाती है कि वे स्वचालित रूप से उन कार्यों को निष्पादित कर सकते हैं जो खतरनाक, दर्दनाक, दोहराव या इंसानों के लिए असंभव हैं (छोटी जगहों में, वैक्यूम में), या सरल हैं जो काम करते हैं लेकिन यह उन्हें मानव की तुलना में बेहतर प्रदर्शन करता है।

संभावनावादी कल्पना करते हैं कि उनका उपयोग किया जा सकता है

औद्योगिक और तकनीकी रोबोट (उदाहरण के लिए बहुत छोटे हिस्सों या तंत्र बनाने के लिए सक्षम, उदाहरण के बिना एक मशीन के अंदर निदान या मरम्मत करने के लिए, अंदर से एक पाइपिंग का निरीक्षण करने के लिए, आदि। उनमें से एक संभवतः उन्हें वैक्यूम में काम करने में सक्षम बनाता है या हवा की अनुपस्थिति में, आदि)
रोबोट वैक्यूम क्लीनर या वर्तमान में मौजूद लोगों की तुलना में छोटे और अधिक बुद्धिमान घर
चंचल रोबोट (कार्यक्रम के लिए रोबोट शिक्षण … इस पल के लिए, वे केवल रोबोटों की छवि के साथ खिलौनों के रूप में मौजूद हैं, लेकिन जो खुद नहीं हैं) या शैक्षिक रोबोट प्रकार बीएएम (संक्षिप्त शब्द “सौंदर्यशास्त्र और मैकेनिकल इलेक्ट्रॉनिक जीवविज्ञान”) हैं रोबोट जो बहुत बुद्धिमान नहीं हैं, माइक्रोकंट्रोलर या किसी भी प्रकार के एम्बेडेड प्रोग्राम के बिना; एक वसंत या एक साधारण लोचदार छोटी प्रयोगात्मक परियोजनाओं के लिए यांत्रिक ऊर्जा का स्रोत हो सकता है।
चिकित्सा रोबोट या चिकित्सा सहायता। एक सूक्ष्म रोबोट शायद एक दिन जीवित जीव में काम कर सकता है।
अंतरिक्ष पर कब्जा करने और अंतरिक्ष अन्वेषण में दूर-दूर लोड को बचाने के लिए अंतरिक्ष में स्थानिक माइक्रो-प्रोब या माइक्रो-रोबोट भेजे जाएंगे

स्वराज्य
स्वायत्त होने के लिए, माइक्रो-रोबोट में होना चाहिए:

पर्याप्त कुशल सेंसर (सूक्ष्म या नैनोसेन्सर)
ऊर्जा स्वायत्तता जिसके लिए कुशल सूक्ष्म बैटरी, कम ऊर्जा खपत या ऊर्जा के बाहरी स्रोत को खोजने और उसका उपयोग करने की क्षमता (सौर, माइक्रोवेव बीम, हाइड्रोजन स्रोत अपने हाइड्रोजन ईंधन सेल की आपूर्ति, कार्बनिक पदार्थ से ऊर्जा निकालने की बायोमेमेटिक क्षमता ..) की आवश्यकता होती है। ऊर्जा बचाने के लिए एक तरीका यह सुनिश्चित करना है कि माइक्रोबोबॉट के विभिन्न कार्यों को केवल तभी सक्रिय किया जाए जब आवश्यक हो, और बेहतर रूप से। शेष समय उन्हें स्टैंडबाय में रखा जाता है, जो संभावित रूप से इसे निष्क्रिय तरीके से स्थानांतरित करने से नहीं रोकता है (हवा, वर्तमान, वाहन द्वारा ले जाया जाता है ..)
एक एम्बेडेड इंटेलिजेंस सिस्टम (एक एंटी हिल की चींटियों के तरीके में संगीत कार्यक्रम में काम करने वाले पूरक कार्यों के साथ रोबोट के मामले में व्यक्तिगत या सामूहिक) और / या संचार या रिमोट कंट्रोल की अनुमति देने वाला संचार।
निर्देशक कार्यक्रम सरल घटनाओं और पर्यावरण में परिवर्तन (उत्तेजना) की घटनाओं के जवाब देने के लिए पर्याप्त परिष्कृत होना चाहिए और उचित प्रतिक्रियाओं से उन्हें (व्यक्तिगत रूप से या सामूहिक रूप से, उदाहरण के लिए चींटियों द्वारा उदाहरण के लिए किया जाएगा) का जवाब देना चाहिए।

साहित्य और सिनेमा में माइक्रोबाट्स
विज्ञान उपन्यास और सिनेमा के विभिन्न लेखकों ने अपने उपन्यासों, समाचारों या फिल्मों में माइक्रो या यहां तक ​​कि नैनोबॉट्स का उपयोग किया है, उदाहरण के लिए सूक्ष्म ड्रोन के रूप में।