বার্ডবট একটি মডেল হিসাবে প্রকৃতিকে শক্তি-দক্ষ ধন্যবাদ

বার্ডবট একটি মডেল হিসাবে প্রকৃতিকে শক্তি-দক্ষ ধন্যবাদ

আলেক্সান্ডার বদ্রি-স্প্রোভিৎস, আলবোর্জ আগামালেকি সার্ভেস্তানি, মেটিন সিত্তি এবং লিন্ডা বেহরিঙ্গার দ্বারা

যদি 66 মিলিয়ন বছর আগে বসবাসকারী টাইরানোসরাস রেক্স আজ সাভানাতে উটপাখির মতো একটি পায়ের কাঠামো বৈশিষ্ট্যযুক্ত করে, তাহলে আমরা ধরে নিতে পারি পাখির পা সময়ের পরীক্ষায় দাঁড়িয়েছে – বিবর্তনীয় নির্বাচনের একটি ভাল উদাহরণ।

লাবণ্যময়, মার্জিত, শক্তিশালী – উটপাখির মতো উড়ন্ত পাখি একটি যান্ত্রিক বিস্ময়। উটপাখি, যার কিছু ওজন 100 কেজির বেশি, সাভানার মধ্য দিয়ে 55 কিমি/ঘন্টা বেগে চলে। উটপাখির অসামান্য লোকোমোটর কর্মক্ষমতা প্রাণীর পায়ের গঠন দ্বারা সক্ষম বলে মনে করা হয়। মানুষের বিপরীতে, পাখিরা তাদের পাগুলিকে তাদের শরীরের দিকে টানানোর সময় তাদের পা পিছনে ভাঁজ করে। পশুরা কেন এমন করে? কেন এই পায়ের নড়াচড়া প্যাটার্ন হাঁটা এবং দৌড়ানোর জন্য শক্তি-দক্ষ? এবং পাখির পায়ের গঠন তার সমস্ত হাড়, পেশী এবং টেন্ডন সহ হাঁটা রোবটে স্থানান্তর করা যেতে পারে?

আলেকজান্ডার বদ্রি-স্প্রোভিটজ এই প্রশ্নগুলির জন্য পাঁচ বছরেরও বেশি সময় ব্যয় করেছেন। ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট ফর ইন্টেলিজেন্ট সিস্টেমে (এমপিআই-আইএস), তিনি ডায়নামিক লোকোমোশন গ্রুপের নেতৃত্ব দেন। তার দল বায়োমেকানিক্স এবং নিউরোকন্ট্রোলের ক্ষেত্রে জীববিজ্ঞান এবং রোবোটিক্সের মধ্যে ইন্টারফেসে কাজ করে। প্রাণী এবং রোবটের গতিশীল গতিশীলতা গ্রুপের প্রধান ফোকাস।

তার ডক্টরাল ছাত্র আলবোর্জ আগামালেকি সারভেস্তানির সাথে, বদ্রি-স্প্রোভিটজ একটি রোবট পা তৈরি করেছে যা তার প্রাকৃতিক মডেলের মতোই শক্তি-দক্ষ: বার্ডবট-এর অন্যান্য মেশিনের তুলনায় কম মোটর প্রয়োজন এবং তাত্ত্বিকভাবে, বড় আকারে স্কেল করতে পারে। 16ই মার্চ, Badri-Spröwitz, Aghamaleki Sarvestani, রোবোটিস্ট মেটিন সিট্টি, MPI-IS-এর একজন পরিচালক, এবং ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের জীববিজ্ঞানের অধ্যাপক মনিকা এ. ডেলি, আরভিন, বিখ্যাত জার্নাল সায়েন্স রোবোটিক্স-এ তাদের গবেষণা প্রকাশ করেছেন৷

পেশী এবং টেন্ডন দিয়ে তৈরি অনুগত স্প্রিং-টেন্ডন নেটওয়ার্ক

হাঁটার সময়, মানুষ তাদের পা উপরে টেনে নেয় এবং তাদের হাঁটু বাঁকিয়ে রাখে, কিন্তু পা এবং পায়ের আঙ্গুলগুলি প্রায় অপরিবর্তিত সামনের দিকে নির্দেশ করে। এটা জানা যায় যে পাখিগুলি আলাদা – দোলনা পর্যায়ে, তারা তাদের পা পিছনের দিকে ভাঁজ করে। কিন্তু এই গতির কাজ কি? Badri-Spröwitz এবং তার দল এই আন্দোলনকে একটি যান্ত্রিক সংযোগকে দায়ী করে। “এটি স্নায়ুতন্ত্র নয়, এটি বৈদ্যুতিক প্রবণতা নয়, এটি পেশী কার্যকলাপ নয়,” বদ্রি-স্প্রোভিটজ ব্যাখ্যা করেন। “আমরা একাধিক জয়েন্ট জুড়ে প্রসারিত পেশী এবং টেন্ডনগুলির একটি নেটওয়ার্কের মাধ্যমে পা-পা জোড়ার একটি নতুন ফাংশন অনুমান করেছি”। এই মাল্টি-জয়েন্ট পেশী-টেন্ডনগুলি সুইং পর্বে পা ভাঁজ করে। আমাদের রোবটে, আমরা পায়ে এবং পায়ে জোড়া মেকানিক্স প্রয়োগ করেছি, যা শক্তি-দক্ষ এবং শক্তিশালী রোবট হাঁটা সক্ষম করে। আমাদের ফলাফল একটি রোবটে এই প্রক্রিয়াটি প্রদর্শন করে আমাদের বিশ্বাস করে যে অনুরূপ দক্ষতার সুবিধাগুলি পাখিদের জন্যও সত্য, “তিনি ব্যাখ্যা করেন।

পা এবং পায়ের জয়েন্টগুলির সংযোগ এবং জড়িত শক্তি এবং নড়াচড়ার কারণ হতে পারে যে উটপাখির মতো একটি বড় প্রাণী কেবল দ্রুত দৌড়াতে পারে না, ক্লান্ত না হয়ে দাঁড়াতেও পারে, গবেষকরা অনুমান করেছেন। 100 কেজির বেশি ওজনের একজন ব্যক্তিও ভালভাবে এবং দীর্ঘ সময়ের জন্য দাঁড়াতে পারেন, তবে শুধুমাত্র হাঁটুকে বর্ধিত অবস্থানে ‘লক’ রেখে। যদি ব্যক্তিটি সামান্য স্কোয়াট করে তবে কয়েক মিনিটের পরে এটি শক্ত হয়ে যায়। পাখিটি অবশ্য তার বাঁকানো পায়ের গঠন মনে করে না; অনেক পাখি এমনকি ঘুমানোর সময় সোজা হয়ে দাঁড়ায়। একটি রোবোটিক পাখির পা একই কাজ করতে সক্ষম হওয়া উচিত: কাঠামোটি সোজা রাখতে কোন মোটর শক্তির প্রয়োজন হবে না।

রোবট ট্রেডমিলে হাঁটছে

তাদের অনুমান পরীক্ষা করার জন্য, গবেষকরা একটি উড়ন্ত পাখির পায়ের অনুকরণে একটি রোবোটিক পা তৈরি করেছেন। তারা তাদের কৃত্রিম পাখির পা তৈরি করেছে যাতে এর পায়ে মোটর থাকে না, বরং একটি স্প্রিং এবং তারের মেকানিজম দিয়ে সজ্জিত একটি জয়েন্ট থাকে। পা যান্ত্রিকভাবে তারের এবং পুলির মাধ্যমে পায়ের বাকি জয়েন্টগুলির সাথে মিলিত হয়। প্রতিটি পায়ে মাত্র দুটি মোটর থাকে- নিতম্বের জয়েন্টের মোটর, যা পাকে সামনে পিছনে দুলিয়ে দেয় এবং একটি ছোট মোটর যা হাঁটুর জয়েন্টকে ফ্লেক্স করে পাকে উপরে টেনে নিয়ে যায়। সমাবেশের পরে, গবেষকরা বার্ডবটকে একটি ট্রেডমিলে হাঁটতেন রোবটের পা ভাঁজ করা এবং উন্মোচন পর্যবেক্ষণ করতে। আগামালেকি সারভেস্তানি বলেন, “স্ট্যান্স পর্বে পা এবং পায়ের জয়েন্টগুলির অ্যাকচুয়েশনের প্রয়োজন নেই।” “স্প্রিংস এই জয়েন্টগুলোকে শক্তি দেয় এবং মাল্টি-জয়েন্ট স্প্রিং-টেন্ডন মেকানিজম জয়েন্টের গতিবিধি সমন্বয় করে। যখন পা দুলতে টানতে হয়, তখন পা পায়ের স্প্রিং – বা পেশী-টেন্ডন স্প্রিংকে বিচ্ছিন্ন করে দেয়, যেমনটি আমরা বিশ্বাস করি এটি প্রাণীদের মধ্যে ঘটে,” বদ্রি-স্প্রোভিটজ যোগ করেন। একটি ভিডিওতে বার্ডবটকে গবেষণা গোষ্ঠীর পরীক্ষাগারে হাঁটতে দেখা যাচ্ছে৷

দাঁড়ানোর সময় শূন্য প্রচেষ্টা, এবং পা এবং হাঁটু নমনীয় করার সময়

দাঁড়ালে পা শূন্য শক্তি ব্যয় করে। “আগে, আমাদের রোবটগুলিকে স্প্রিং-এর বিরুদ্ধে বা মোটর দিয়ে কাজ করতে হত যখন দাঁড়ানো অবস্থায় বা পা টানতে টানতে, লেগ সুইংয়ের সময় পা মাটির সাথে ধাক্কা ঠেকাতে। বার্ডবটের পায়ে এই শক্তির ইনপুট প্রয়োজনীয় নয়,” বলেছেন বদ্রি-স্প্রোভিটজ এবং আগামালেকি সারভেস্তানি যোগ করেছেন: “সামগ্রিকভাবে, নতুন রোবটটির পূর্বসূরির শক্তির মাত্র এক চতুর্থাংশ প্রয়োজন।”

ট্রেডমিলটি এখন আবার চালু করা হয়েছে, রোবটটি দৌড়াতে শুরু করে এবং প্রতিটি পায়ের সুইংয়ের সাথে পাটি পায়ের স্প্রিংকে বিচ্ছিন্ন করে দেয়। বিচ্ছিন্ন করার জন্য, পায়ের বড় নড়াচড়া তারের স্থবির হয়ে পড়ে এবং বাকি পায়ের জয়েন্টগুলি আলগাভাবে দুলতে থাকে। স্ট্যান্ডিং এবং লেগ সুইং এর মধ্যে অবস্থার এই রূপান্তরটি বেশিরভাগ রোবটে জয়েন্টে একটি মোটর দ্বারা সরবরাহ করা হয়। এবং একটি সেন্সর একটি নিয়ামককে একটি সংকেত পাঠায়, যা রোবটের মোটরগুলিকে চালু এবং বন্ধ করে। “আগে, পা সুইং বা স্ট্যান্স পর্যায়ে ছিল কিনা তার উপর নির্ভর করে মোটরগুলি স্যুইচ করা হয়েছিল। এখন পা হাঁটার মেশিনে এই ফাংশনটি গ্রহণ করে, যান্ত্রিকভাবে অবস্থান এবং সুইংয়ের মধ্যে পরিবর্তন করে। আমাদের শুধুমাত্র হিপ জয়েন্টে একটি মোটর এবং সুইং পর্বে হাঁটু বাঁকানোর জন্য একটি মোটর প্রয়োজন। আমরা পাখি-অনুপ্রাণিত মেকানিক্সের কাছে লেগ স্প্রিং ব্যস্ততা এবং বিচ্ছিন্নতা ছেড়ে দিই। এটি শক্তিশালী, দ্রুত এবং শক্তি-দক্ষ,” বদ্রি-স্প্রোভিটজ বলেছেন।

বার্ডবটের পায়ের গতির ক্রম; বাম হল টাচ-ডাউন, তারপর স্ট্যান্স (বাম দিকে তিনটি প্রথম স্ন্যাপশট), তারপর পায়ের বৈশিষ্ট্যযুক্ত পায়ের নমনীয় ভঙ্গি সহ মিড-সুইং এবং ডানদিকে টাচ-ডাউনে ফিরে যান। স্প্রিংস এবং স্প্রিং-টেন্ডন উপরে দেখানো হয়।

মনিকা ডেলি তার আগের বেশ কয়েকটি জীববিজ্ঞান গবেষণায় দেখেছেন যে পাখির পায়ের গঠন কেবল হাঁটা এবং দাঁড়ানোর সময় শক্তি সঞ্চয় করে না বরং এটি প্রকৃতির দ্বারা অভিযোজিত হয় যাতে প্রাণীটি খুব কমই হোঁচট খেয়ে নিজেকে আহত করে। লুকানো গর্তের উপর দিয়ে ছুটে চলা গিনিফাউলের ​​সাথে পরীক্ষায়, তিনি পাখিদের অসাধারণ গতিশীলতার পরিমাপ করেছেন। একটি রূপতাত্ত্বিক বুদ্ধিমত্তা সিস্টেমের মধ্যে তৈরি করা হয়েছে যা প্রাণীটিকে দ্রুত কাজ করতে দেয় – এটি সম্পর্কে চিন্তা না করেই। ডেলি দেখিয়েছিলেন যে প্রাণীরা স্নায়ুতন্ত্রের সাহায্যে নয় কেবল গতির সময় তাদের পা নিয়ন্ত্রণ করে। পথে যদি অপ্রত্যাশিতভাবে কোনো বাধা এসে পড়ে, তবে প্রাণীর স্পর্শ বা দৃষ্টিশক্তি সবসময়ই কার্যকর হয় না।

“এর মাল্টি-জয়েন্টেড পেশী-টেন্ডন এবং এর অনন্য পায়ের নড়াচড়ার কাঠামো ব্যাখ্যা করতে পারে কেন এমনকি ভারী, বড় পাখিগুলি এত দ্রুত, দৃঢ়ভাবে এবং শক্তি-দক্ষভাবে দৌড়ায়। যদি আমি অনুমান করি যে পাখির সবকিছুই সংবেদন এবং কর্মের উপর ভিত্তি করে, এবং প্রাণীটি একটি অপ্রত্যাশিত বাধার দিকে চলে যায়, তবে প্রাণীটি যথেষ্ট দ্রুত প্রতিক্রিয়া জানাতে সক্ষম হবে না। উপলব্ধি এবং সংবেদন, এমনকি উদ্দীপকের সংক্রমণ, এবং প্রতিক্রিয়া খরচ সময়,” ডেলি বলেছেন।

তবুও 20 বছরেরও বেশি সময় ধরে পাখি চালানোর বিষয়ে ডেলির কাজ দেখায় যে পাখিরা স্নায়ুতন্ত্রের অনুমতির চেয়ে বেশি দ্রুত সাড়া দেয়, যা নিয়ন্ত্রণে যান্ত্রিক অবদানের ইঙ্গিত দেয়। এখন যেহেতু দলটি বার্ডবট তৈরি করেছে, যা একটি শারীরিক মডেল যা সরাসরি দেখায় যে এই প্রক্রিয়াগুলি কীভাবে কাজ করে, এটি সবই আরও অর্থপূর্ণ করে: মাটিতে কোনও বাম্প থাকলে পা যান্ত্রিকভাবে সুইচ করে। সুইচ অবিলম্বে এবং সময় বিলম্ব ছাড়াই ঘটে। পাখির মতো, রোবটটি উচ্চ গতিশীলতার বৈশিষ্ট্যযুক্ত।

তা টাইরানোসরাস রেক্সের স্কেলে হোক বা একটি ছোট কোয়েল, বা একটি ছোট বা বড় রোবোটিক পা। তাত্ত্বিকভাবে, মিটার-উচ্চ পাগুলি এখন বেশ কয়েক টন ওজনের রোবট বহন করার জন্য প্রয়োগ করা যেতে পারে, যেগুলি অল্প শক্তি ইনপুট দিয়ে ঘুরে বেড়ায়।

ডাইনামিক লোকোমোশন গ্রুপ এবং ইউনিভার্সিটি অফ ক্যালিফোর্নিয়া, আরভিনে বার্ডবটের মাধ্যমে অর্জিত জ্ঞান প্রাণীদের সম্পর্কে নতুন অন্তর্দৃষ্টির দিকে নিয়ে যায়, যা বিবর্তন দ্বারা অভিযোজিত হয়। রোবটগুলি পরীক্ষা এবং কখনও কখনও জীববিজ্ঞান থেকে অনুমান নিশ্চিত করার অনুমতি দেয় এবং উভয় ক্ষেত্রেই অগ্রসর হয়।


ট্যাগ: জৈব-অনুপ্রাণিত, গ-গবেষণা-উদ্ভাবন


ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট ফর ইন্টেলিজেন্ট সিস্টেমের লক্ষ্য হল বুদ্ধিমান সিস্টেমের সংগঠিত নীতিগুলি এবং অন্তর্নিহিত উপলব্ধি-অ্যাকশন-লার্নিং লুপ তদন্ত এবং বোঝা।