उनके परिणाम आज जर्नल में प्रकाशित किये जायेंगे विज्ञानवैज्ञानिकों को यह समझने में मदद मिल सकती है कि गोता लगाने वाले पक्षी हवा और पानी के माध्यम से चलने के लिए अपनी उड़ान यांत्रिकी को कैसे अनुकूलित करते हैं – बहुत अलग भौतिक गुणों वाले माध्यम। यह डिज़ाइन ड्रोन और हाइड्रो-एरियल वाहनों की एक नई श्रेणी की शुरुआत भी कर सकता है। शोधकर्ताओं ने कल्पना की है कि ऐसे पंख वाले रोबोटों का उपयोग समुद्र विज्ञान में पानी के उन क्षेत्रों में उड़ान भरने के लिए किया जा सकता है जो अन्यथा पारंपरिक समुद्र में जाने वाले जहाजों के लिए बहुत खतरनाक होंगे।
एमआईटी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग के सहायक प्रोफेसर राफेल ज़ुफ़री कहते हैं, “समुद्र विज्ञानियों, समुद्री जीवविज्ञानी और तटीय समुदायों के सदस्यों के लिए हमारी दृष्टि इस रोबोट को नाव से या किनारे से लॉन्च करना है और इसे रुचि के क्षेत्र के पास, जैसे हिमखंड या बंदरगाह सुविधा या व्हेल के ऊपर उड़ना है।” “यह माप लेने या नमूना एकत्र करने के लिए पानी में गोता लगाता है और पारंपरिक तरीकों की लागत के एक अंश पर डेटा संचारित करने के लिए वापस आता है। फिर यह और अधिक गोता लगाने के लिए वापस आ सकता है।”
ज़ुफ़री नए अध्ययन के प्रमुख लेखक हैं, जिसमें ईपीएफएल और वाशिंगटन के बेलिंगहैम में नॉर्थवेस्टर्न इंडियन कॉलेज के सह-लेखक शामिल हैं।
फ्लाइट मैकेनिक
MIT में, ज़फ़री AURA लैब का निर्देशन करते हैं, जहाँ वह और उनके छात्र प्रकृति में बायोमैकेनिक्स से प्रेरित वायु और जल मशीनें विकसित करते हैं। उनके द्वारा बनाए गए रोबोट आकार में छोटे हैं और महासागरों और जलमार्गों के स्वास्थ्य का पता लगाने और निगरानी करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।
अपने नए काम के लिए, टीम ने एक ऐसा वाहन डिज़ाइन करना शुरू किया जो हवा में और पानी के नीचे उड़ सके। ऐसे किसी भी वाहन को दो अलग-अलग पदार्थों के अनुकूल होना होगा और उनसे गुजरना होगा। पानी हवा से 1000 गुना सघन है और गति के लिए बहुत अलग यांत्रिकी की आवश्यकता होती है। या इसलिए लोग अनुमान लगा सकते हैं।
ज़ुफ़री कहते हैं, “इस बदलाव को कारगर बनाने के लिए आपको कुछ समायोजन करने होंगे। लेकिन प्रकृति में एक समाधान है।” “पफिन्स जैसे पक्षी हवा में बहुत तेज़ उड़ सकते हैं और 3 मीटर प्रति सेकंड की गति से पानी में गोता लगा सकते हैं और तैर सकते हैं। वे आश्चर्यजनक चीजें कर सकते हैं। इसलिए हमें पता था कि यह संभव था। बात बस इतनी है कि किसी ने भी इसे मोबाइल रोबोटिक सिस्टम में आज़माया नहीं है।”
गोताखोर पक्षी कैसे उड़ते हैं इसका अंदाजा लगाने के लिए, टीम ने वैज्ञानिक साहित्य की समीक्षा की और पफिन्स, टर्न, किंगफिशर और अन्य गोताखोर पक्षियों पर मौजूदा डेटा संकलित किया। उन्होंने देखा कि छोटे पक्षी हवा में उड़ते समय प्रति सेकंड लगभग 10 बार और पानी में तैरते समय प्रति सेकंड लगभग चार बार अपने पंख फड़फड़ाते हैं। बड़े पक्षियों के पंख चौड़े होने के कारण हवा और पानी दोनों में उनकी आवृत्ति थोड़ी कम होती है।
पक्षियों के बायोमैकेनिक्स को ध्यान में रखते हुए, टीम ने एक पंख वाला रोबोट विकसित किया, जिसे वास्तविक गोताखोरी पक्षियों के समान आवृत्तियों पर उड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
कूदने के लिए
नया रोबोट एक शरीर, दो पंख और एक पूंछ के साथ लगभग एक पक्षी जैसा दिखता है। बॉडी में एक बैटरी और एक वाटरप्रूफ इलेक्ट्रिक मोटर होती है जो क्रैंकशाफ्ट को चलाती है, जो बदले में पंखों को पूर्व निर्धारित आवृत्तियों पर ऊपर और नीचे पंप करती है। पंख पानी को पीछे हटाने के लिए हाइड्रोफोबिक नैनोकणों से लेपित पतली झिल्लियों से बने होते हैं। और पूंछ मोटर चालित है, जो रोबोट को ऊपर उड़ने या नीचे गोता लगाने में मदद करने के लिए अपना कोण बदलने की अनुमति देती है।
पंखों को विभिन्न आकारों से बदला जा सकता है। शोधकर्ताओं ने पंखों के तीन सेट बनाए और परीक्षण किए: छोटे (लगभग 60 सेंटीमीटर), मध्यम (80 सेंटीमीटर) और बड़े (100 सेंटीमीटर)। उन्होंने पहले एक छोटे पानी के टैंक में प्रयोग किए, फिर स्विट्जरलैंड के लेक जिनेवा में।
अपने परीक्षणों में, उन्होंने रोबोट को सतह से लगभग आधा मीटर नीचे पानी के नीचे रखा। उन्होंने रोबोट की उड़ान के दौरान पंखों को निश्चित आवृत्तियों पर फड़फड़ाने और पूंछ को निश्चित कोणों पर ऊपर उठाने के लिए प्रोग्राम किया। फिर उन्होंने देखा कि किन परिस्थितियों में रोबोट सफलतापूर्वक पानी की सतह पर तैरा और उड़ान भरी।
रोबोट ने विभिन्न पंख आकार, फड़फड़ाहट आवृत्तियों और पूंछ कोणों के साथ कई उड़ानें भरीं। कुल मिलाकर, टीम ने पाया कि रोबोट मध्यम आकार के पंखों के साथ उड़ान भरते समय मज़बूती से उड़ने, तैरने और मौसम में बदलाव करने में सक्षम था। पंखों में लचीलापन महत्वपूर्ण है; पानी में फ्लिप के आयाम को कम करने के लिए पंख पर्याप्त लचीले होने चाहिए और रोबोट को हवा में रखने के लिए पर्याप्त स्थिर भी होने चाहिए।
शोधकर्ताओं ने यह भी पाया कि रोबोट लगभग 1 मीटर प्रति सेकंड की गति से पानी में तैर सकता है, जबकि यह लगभग 5 हर्ट्ज़ या प्रति सेकंड पांच फ्लिप की आवृत्ति पर उछल सकता है। समान आवृत्ति पर उड़ान भरने पर रोबोट लगभग 6 मीटर प्रति सेकंड की गति से हवा में उड़ सकता है। रोबोट फ्लिप की गति और आवृत्ति वास्तविक गोताखोर पक्षियों की गति के समान थी।
पानी से हवा में छलांग लगाने के लिए, उन्होंने पाया कि रोबोट को 70 डिग्री पर स्थित होना चाहिए – एक अपेक्षाकृत तीव्र कोण जो हवा में उड़ते समय रोबोट के पंखों की युक्तियों को पानी की सतह को छूने से रोक देगा। कोई भी तेज गति वाला रोबोट वापस पानी में गिर जाता है।
दिलचस्प बात यह है कि पंख के आकार, स्वीप आवृत्ति और पूंछ की ऊंचाई के इस संयोजन ने रोबोट को पानी के नीचे तैरने, सतह पर सरकने और कई गोताखोर पक्षियों द्वारा आवश्यक प्रयास के बिना उड़ने की अनुमति दी। जब बत्तख और बत्तख जैसे पक्षी पानी की सतह से उठते हैं, तो वे अपने पैरों को पंखों से फड़फड़ाते हैं और अपनी पूंछ को फड़फड़ाते हैं। आश्चर्यजनक रूप से, ज़ुफ़री और उनके सहयोगियों ने पाया कि, कम से कम रोबोटिक्स में, पानी से बाहर उड़ने की क्रिया के लिए नाव चालन की आवश्यकता नहीं होती है।
ज़फ़री कहते हैं, “यदि आप पक्षियों को देखें, तो अधिकांश पक्षियों को उड़ने के लिए ज़मीन पर तैरना पड़ता है। और सवाल यह था कि क्या हमें रोबोट के लिए इसकी ज़रूरत है? और यह पता चला कि हमें इसकी ज़रूरत नहीं है।”
इसके बाद, टीम पंखों के डिज़ाइन में सुधार करेगी ताकि उन्हें फ़्लिप करने के अलावा ऊपर और नीचे फ़्लिप करने की अनुमति मिल सके। उन्होंने अशांत परिस्थितियों में भी रोबोट के प्रदर्शन का परीक्षण किया, जैसे कि अशांत पानी में तैरना और हवा में उड़ना। फिर, वे समुद्र विज्ञान में सवालों के जवाब देने के लिए मशीन का उपयोग करने की उम्मीद करते हैं।
ज़ुफ़री कहते हैं, “समुद्र विज्ञान में सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक बार-बार और कई स्थानों पर डेटा एकत्र करना है, जो यह रोबोट भविष्य में कर सकता है।” “आप इसे न केवल हर हफ्ते, बल्कि हर घंटे भेज सकते हैं। यह तेज़ गति से उड़ सकता है, वापस उड़ सकता है, डेटा संचारित कर सकता है और कई बार वापस आ सकता है।”
इस कार्य को, आंशिक रूप से, मैरी स्कोलोडोव्स्का-क्यूरी फ़ेलोशिप अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था।
