“जो प्रकृति के अलावा एक मॉडल से प्रेरित हैं, सभी स्वामियों के ऊपर एक मालकिन, व्यर्थ का श्रम कर रही हैं।”
-लियोनार्डो दा विंसी
इस बारे में क्या बात हो रही थी, हालांकि उस समय इसे बायोमिमिक्री नहीं कहा गया था। क्या वे आज भी जीवित हैं, इसमें कोई संदेह नहीं है कि श्री मैक्सिकन बायोमिमिक्री का एक बड़ा प्रस्तावक होगा।
प्रकृति और अधिक आकर्षक है जितना आप इसे देख रहे हैं। जब हम प्रकृति में गहराई से देखते हैं, तो हम एक प्रयोगशाला में 3 अरब साल से अधिक पुराने हैं, जहां समस्याओं के समाधान को कार्यान्वित किया गया है, परीक्षण किया गया है, और विकास के दौरान संशोधित किया गया है। यही कारण है कि बायोमिमिक्री बहुत सुरुचिपूर्ण है: पृथ्वी पर, प्रकृति को समस्याओं को हल करने में 3 बिलियन से अधिक वर्षों का समय लगा है, उसी तरह की समस्याओं को हमें अंतरिक्ष अन्वेषण में आगे बढ़ने के लिए हल करना होगा।
हमारी तकनीक जितनी अधिक शक्तिशाली होगी, हम प्रकृति में उतनी ही गहराई से देख सकते हैं। जैसा कि अधिक विस्तार से पता चला है, इंजीनियरिंग समस्याओं के समाधान के लिए और अधिक टैंटलाइजिंग स्वयं उपस्थित हैं। इंजीनियरिंग और डिजाइन समस्याओं के समाधान के लिए प्रकृति को देखने वाले वैज्ञानिक पुरस्कारों को वापस ले रहे हैं, और अंतरिक्ष अन्वेषण से संबंधित कई क्षेत्रों में बढ़त बना रहे हैं।
फ्लैप-विंग माइक्रो एयर वाहन (MAVs)
MAV छोटे होते हैं, आमतौर पर लंबाई में 15 सेमी और वजन में 100 ग्राम से अधिक नहीं होते हैं। MAV केवल छोटे नहीं हैं, वे शांत हैं। रासायनिक स्निफर्स, कैमरों या अन्य उपकरणों से सुसज्जित, इनका उपयोग किसी मानव के उपयोग के लिए, या चुपके से किसी भी आकार के क्षेत्रों का पता लगाने के लिए सीमित स्थानों का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। स्थलीय उपयोगों में बंधक स्थितियों, फुकुशिमा जैसी औद्योगिक दुर्घटनाओं का आकलन या सैन्य उपयोग शामिल हो सकते हैं। लेकिन इसका दुनिया के अन्य स्थानों पर अभी तक उपयोग किए जाने की संभावना है, जो सबसे अधिक आकर्षक हैं।
MAV विज्ञान कथा पुस्तकों और फिल्मों में वर्षों में दिखाई दिए हैं। दून में शिकारी-साधकों के बारे में सोचें, या प्रोमेथियस में जांच करें जो कि मनुष्यों के आगे के चैम्बर को मैप करने के लिए उपयोग किए गए थे। उन डिज़ाइनों पर वर्तमान में काम किया जा रहा है की तुलना में अधिक उन्नत हैं, लेकिन फ्लैप-विंग एमएवी पर अभी शोध किया जा रहा है और भविष्य में और अधिक उन्नत डिज़ाइनों के अग्रदूत हैं।
उच्च गति वाले कैमरों ने फ्लैपिंग-विंग एमएवी के विकास पर अंकुश लगाया है। उच्च गति वाले कैमरों से विस्तृत चित्रों ने शोधकर्ताओं को पक्षी और कीट उड़ान का महान विस्तार से अध्ययन करने की अनुमति दी है। और जैसा कि यह पता चला है, फ्लैपिंग-विंग फ्लाइट शुरू में सोचने की तुलना में बहुत अधिक जटिल है। लेकिन यह बहुत अधिक बहुमुखी और लचीला है। यह प्रकृति में इसकी दृढ़ता और MAV डिजाइन में इसकी बहुमुखी प्रतिभा को स्पष्ट करता है। यहाँ उड़ान में मधुमक्खियों को पकड़ने वाले एक उच्च गति वाले कैमरे के कुछ वीडियो हैं।
डेल्फ़्ट यूनिवर्सिटी ऑफ़ डेल्फ़्ट टेक्नोलॉजी का डेल्फी एक्सप्लोरर फ्लैपिंग-विंग MAV का एक पेचीदा डिज़ाइन है। इसकी छोटी और हल्की स्टीरियो दृष्टि प्रणाली इसे बाधाओं से बचने और अपने स्वयं के ऊंचाई को बनाए रखने की अनुमति देती है।
फ्लैप-विंग MAVs को रनवे की आवश्यकता नहीं होती है। उन्हें ऊर्जा के संरक्षण के लिए छोटे स्थानों पर पर्च करने में सक्षम होने का भी फायदा है। और उनमें बहुत शांत रहने की क्षमता है। इस वीडियो में एक फ्लैपिंग-विंग वाहन को विकसित किया गया है, जिसे एयरवर्थ द्वारा विकसित किया गया है।
फड़फड़ाना-विंग एमएवी अत्यधिक manoeuvrable हैं। क्योंकि वे आगे की गति के बजाय विंग आंदोलन से अपनी लिफ्ट उत्पन्न करते हैं, वे बहुत धीरे-धीरे यात्रा कर सकते हैं, और यहां तक कि होवर भी। वे उन तरीकों से टकराव से भी उबर सकते हैं जो फिक्स्ड विंग या रोटरी विंग MAVs नहीं कर सकते। जब एक निश्चित पंख वाला वाहन किसी चीज से टकराता है, तो वह अपने एयरस्पीड और लिफ्ट को खो देता है। जब एक रोटरी विंग वाहन किसी चीज से टकराता है, तो वह अपनी रोटर गति और अपनी लिफ्ट खो देता है।
उनके छोटे आकार के कारण, फड़फड़ाने वाले पंख वाले MAV के उत्पादन के लिए सस्ते होने की संभावना है। वे कभी भी उस पेलोड को ले जाने में सक्षम नहीं होंगे जो एक बड़ा वाहन कर सकता है, लेकिन अन्य दुनिया की खोज में उनकी भूमिका होगी।
रोबोटिक जांच ने लोगों को भेजने की तुलना में बहुत सस्ती कीमत पर, अन्य दुनिया पर हमारे लिए खोज की है। वर्तमान में फ्लैपिंग विंग MAV को स्थलीय प्रदर्शन को ध्यान में रखते हुए बनाया जा रहा है, यह अन्य दुनिया और अन्य स्थितियों के लिए डिज़ाइन करने के लिए इससे आसान छलांग है। फ्लैपिंग-विंग वाहनों के एक छोटे से बेड़े की कल्पना करें, जो एक पतले वातावरण और कमजोर गुरुत्वाकर्षण के लिए डिज़ाइन किया गया है, जो कि गुफाओं या अन्य कठिन क्षेत्रों तक पहुंचने के लिए जारी किया गया है, पानी या खनिजों का पता लगाने के लिए, या अन्य सुविधाओं को मैप करने के लिए।
चींटी कालोनियों और सामूहिक प्रणाली
जब आप उन्हें व्यक्तिगत रूप से देखते हैं तो चींटियाँ नासमझ लगती हैं। लेकिन वे अद्भुत चीजें एक साथ करते हैं। न केवल वे जटिल और कुशल कालोनियों का निर्माण करते हैं, वे अपने शरीर का उपयोग फ्लोटिंग ब्रिज, और मध्य-हवा में निलंबित पुल का निर्माण करने के लिए भी करते हैं। इस व्यवहार को स्व-असेंबली कहा जाता है।
चींटी कालोनियों और चींटी का व्यवहार हमें सिखाने के लिए बहुत कुछ है। एंट कॉलोनी ऑप्टिमाइज़ेशन नामक अनुसंधान का एक पूरा क्षेत्र है जिसमें सर्किट और सिस्टम, संचार, कम्प्यूटेशनल इंटेलिजेंस, नियंत्रण प्रणाली और औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए निहितार्थ हैं।
यहां वीवर्स चींटियों का एक वीडियो बनाया गया है, जो दो निलंबित छड़ियों के बीच की खाई को पाटने के लिए एक पुल का निर्माण करता है। इसे पाने में उन्हें थोड़ा समय लगता है। देखें कि क्या आप उन्हें खुश किए बिना देख सकते हैं।
चींटी कॉलोनियों को सामूहिक प्रणाली कहा जाता है, इसका एक उदाहरण है। प्रकृति में सामूहिक प्रणालियों के अन्य उदाहरण मधुमक्खी और ततैया के छत्ते, दीमक के टीले और यहां तक कि मछली के स्कूल भी हैं। अगले वीडियो में रोबोट प्राकृतिक सामूहिक प्रणालियों की नकल करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। ये रोबोट अकेले बहुत कम कर सकते हैं, और त्रुटि के लिए प्रवण होते हैं, लेकिन जब वे एक साथ काम करते हैं, तो वे जटिल आकृतियों में आत्म-संयोजन करने में सक्षम होते हैं।
स्व-संयोजन प्रणाली बदलती परिस्थितियों के लिए अधिक अनुकूल हो सकती है। जब अन्य दुनिया की खोज करने की बात आती है, तो रोबोट जो स्वयं को इकट्ठा कर सकते हैं, वे अपने परिवेश और अन्य दुनिया के वातावरण में अप्रत्याशित परिवर्तनों का जवाब देने में सक्षम होंगे। यह निश्चित लगता है कि सामूहिक प्रणालियों द्वारा स्व-असेंबली हमारे भविष्य के रोबोट खोजकर्ताओं को ट्रैवर्स के वातावरण और जीवित रहने की स्थिति में रहने की अनुमति देगा, जिन्हें हम विशेष रूप से अग्रिम रूप से उनके लिए डिज़ाइन नहीं कर सकते हैं। इन रोबोटों के पास न केवल समस्याओं के माध्यम से अपना रास्ता सोचने के लिए कृत्रिम बुद्धिमत्ता होगी, बल्कि बाधाओं को दूर करने के लिए खुद को विभिन्न तरीकों से आत्म-इकट्ठा करने में भी सक्षम होगा।
रोबोट जानवरों पर मॉडलिंग की
रोबोट को रोवर्स के साथ मंगल की खोज एक आश्चर्यजनक उपलब्धि है। जब क्यूरियोसिटी मंगल पर उतरा तो मैंने अपनी रीढ़ को नीचे की ओर झुका लिया। लेकिन हमारे वर्तमान रोवर भंगुर और कमजोर दिखाई देते हैं, और उन्हें मंगल की सतह के चारों ओर धीरे-धीरे और अनाड़ी रूप से चलते हुए देखना आपको आश्चर्यचकित करता है कि वे भविष्य में कितना बेहतर हो सकते हैं। जानवरों पर रोबोट रोवर्स के लिए बायोमिमिक्री का उपयोग करके, हमें वर्तमान में हमारे मुकाबले बहुत बेहतर रोवर्स बनाने में सक्षम होना चाहिए।
पहिए मानवता की सबसे पुरानी और सबसे बड़ी तकनीकों में से एक हैं। लेकिन क्या हमें मंगल ग्रह पर भी पहियों की जरूरत है? पहिए जाम हो जाते हैं, ऊंचाई में अचानक परिवर्तन नहीं हो सकते हैं, और अन्य समस्याएं हैं। प्रकृति में पहिए नहीं हैं।
हरकत के समस्या के लिए सांपों का अपना अनूठा समाधान है। जमीन पर, ऊपर और बाधाओं पर आगे बढ़ने की उनकी क्षमता, तंग जगहों के माध्यम से निचोड़ना, और यहां तक कि तैरना, उन्हें बहुत कुशल शिकारी बनाता है। और मैंने कभी भी सांप को टूटे हुए, या फटे हुए धुरा के साथ नहीं देखा। क्या भविष्य के रोवर्स को स्थलीय सांपों पर बनाया जा सकता है?
यह रोबोट फर्श पर उसी तरह चलता है जिस तरह से सांप करते हैं।
यहां सांपों पर आधारित एक और रोबोट है, जिसमें पानी में घर होने की अतिरिक्त क्षमता है। यह एक ऐसा लग रहा है कि यह खुद का आनंद ले रहा है।
यह रोबोट न केवल सांपों पर आधारित है, बल्कि इंचवर्म और कीड़े भी हैं। यहां तक कि इसमें स्व-संयोजन के तत्व भी हैं। पहिए ही इसे वापस पकड़ेंगे। कुछ खंड निश्चित रूप से सेंसर पकड़ सकते हैं, और यह विश्लेषण के लिए नमूने भी प्राप्त कर सकते हैं। बाधाओं को दूर करने के लिए खुद को आश्वस्त करने के रूप में देखें।
सांपों के बॉट के कई उपयोगों के बारे में सोचना काफी आसान है। MSL क्यूरियोसिटी के समान एक बड़े मंच की कल्पना करें। अब कल्पना करें कि यदि उसके पैर वास्तव में कई स्वतंत्र साँप बॉट थे जो खुद को अलग कर सकते थे, क्षेत्रों तक पहुंचने और नमूने को पुनः प्राप्त करने के लिए कठिन कार्य करना, फिर बड़े मंच पर वापस आना जैसे कार्य करते थे। फिर वे नमूने जमा करेंगे, डेटा डाउनलोड करेंगे, और खुद को फिर से संलग्न करेंगे। तब पूरे वाहन एक अलग स्थान पर जा सकते थे, साँप बोट्स को प्लेटफ़ॉर्म पर ले जाता था।
अगर यह विज्ञान गल्प जैसा लगता है, तो क्या? हमें साइंस फिक्शन बहुत पसंद है।
सौर ऊर्जा: अंतरिक्ष में सूरजमुखी
सूर्य से ऊर्जा का प्रवाह एक ट्रिकल के लिए पतला होता है जो हम सौर मंडल में जाते हैं। जब हम सूरज की ऊर्जा को इकट्ठा करने में अधिक कुशल होते रहते हैं, तो बायोमिमिक्री सूरजमुखी की नकल करते हुए, सौर पैनल अंतरिक्ष में आवश्यक 20% की कमी का वादा करता है।
केंद्रित सौर पौधे (CSP) दर्पणों की एक सरणी से बने होते हैं, जिन्हें हेलिओस्टैट्स कहा जाता है, जो सूर्य को पृथ्वी के घूमने के रूप में ट्रैक करते हैं। हेलीओस्टैट्स को गाढ़ा हलकों में व्यवस्थित किया जाता है, और वे सूर्य के प्रकाश को पकड़ते हैं और इसे एक केंद्रीय टॉवर की ओर दर्शाते हैं, जहां गर्मी बिजली में परिवर्तित हो जाती है।
जब एमआईटी के शोधकर्ताओं ने सीएसपी का अधिक विस्तार से अध्ययन किया, तो उन्होंने पाया कि हेलियोस्टेट्स में से प्रत्येक ने छायांकित समय का कुछ हिस्सा बिताया, जिससे वे कम प्रभावी हो गए। जैसा कि उन्होंने समस्या को हल करने के लिए कंप्यूटर मॉडल के साथ काम किया, उन्होंने देखा कि संभव समाधान प्रकृति में पाए जाने वाले सर्पिल पैटर्न के समान थे। वहां से, उन्होंने प्रेरणा के लिए सूरजमुखी को देखा।
सूरजमुखी एक भी फूल नहीं है। यह छोटे फूलों का एक संग्रह है, जिसे फ्लोरेट्स कहा जाता है, एक सीएसपी में व्यक्तिगत दर्पण की तरह। इन पुष्पों को एक सर्पिल पैटर्न में व्यवस्थित किया जाता है, जिसमें प्रत्येक पुष्प एक दूसरे से 137 डिग्री पर उन्मुख होता है। इसे 'गोल्डन एंगल' कहा जाता है, और जब फ़्लोरेट्स को इस तरह व्यवस्थित किया जाता है, तो वे इंटरकनेक्टेड सर्पिल की एक सरणी बनाते हैं जो फाइबोनैचि अनुक्रम के अनुरूप होता है। MIT के शोधकर्ताओं का कहना है कि CSP में एक ही तरह से व्यक्तिगत दर्पणों के आयोजन से 20% की जरूरत वाले स्थान में कमी आएगी।
चूँकि हम अभी भी अंतरिक्ष में अन्वेषण के लिए जो कुछ भी चाहते हैं, उसे पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से बाहर निकाल कर अच्छी तरह से नष्ट कर दिया गया है, जो कि महंगे रॉकेटों से काफी अधिक है, एकत्र सौर ऊर्जा की समान मात्रा के लिए अंतरिक्ष में 20% की कमी एक महत्वपूर्ण सुधार है।
एक्सट्रीमोफाइल और बायोमिमिक्री
एक्सट्रीमोफिल्स जीव हैं जो अत्यधिक पर्यावरणीय परिस्थितियों में पनपने के लिए अनुकूलित हैं। 2013 तक, 865 एक्सट्रोफिलिक सूक्ष्मजीवों की पहचान की गई है। उनकी मान्यता ने अन्य दुनिया पर चरम वातावरण में जीवन खोजने की नई आशा दी है। लेकिन इससे भी अधिक, चरम सीमाओं की नकल करने से हमें इन वातावरणों का पता लगाने में मदद मिल सकती है।
कड़ाई से बोलने पर, टार्डिग्रेड बिल्कुल चरम सीमा पर नहीं हैं, क्योंकि हालांकि वे चरम सीमा तक जीवित रह सकते हैं, लेकिन वे उनमें पनपने के लिए अनुकूलित नहीं हैं। हालांकि, पर्यावरणीय चरम को झेलने की उनकी क्षमता का मतलब है कि हमारे पास उन्हें सिखाने के लिए बहुत कुछ है। टार्डिग्रेड्स की लगभग 1,150 प्रजातियां हैं, और वे उन परिस्थितियों में जीवित रहने की क्षमता रखते हैं जो मनुष्यों को मार देंगे, और जल्दी से किसी भी रोबोट जांच के कामकाज को खराब कर देंगे जो हम चरम वातावरण में भेज सकते हैं।
टार्डिग्रेड वास्तव में छोटे, जलीय, आठ पैर वाले सूक्ष्म जंतु हैं। वे पानी के उबलते बिंदु पर अच्छी तरह से निरपेक्ष शून्य से ऊपर तापमान का सामना कर सकते हैं। वे पृथ्वी पर सबसे गहरी महासागरीय खाइयों के तल पर दबाव से लगभग छह गुना अधिक जीवित रह सकते हैं। टार्डिग्रेड भोजन या पानी के बिना भी दस साल तक जा सकते हैं, और 3% से कम पानी तक सूख सकते हैं।
वे मूल रूप से पृथ्वी के सबसे छोटे सुपर हीरो हैं।
लेकिन जहां तक अंतरिक्ष की खोज होती है, यह मनुष्यों की तुलना में हजारों गुना अधिक आयनीकृत विकिरण को झेलने की उनकी क्षमता है, यह हमारे लिए सबसे अधिक रुचि रखता है। टार्डिग्रेड को प्रकृति का सबसे कठिन जीव कहा जाता है, और यह देखना आसान है कि क्यों।
यह संभवत: एक ऐसे भविष्य की कल्पना करने के लिए विज्ञान कथा के दायरे में है जहाँ मनुष्य आनुवंशिक रूप से अन्य दुनिया में विकिरण का सामना करने के लिए टार्डिग्रेड जीन के साथ इंजीनियर हैं। लेकिन अगर हम लंबे समय तक जीवित रहते हैं, तो मेरे मन में कोई संदेह नहीं है कि हम अन्य दुनिया में विस्तार करने में मदद करने के लिए अन्य स्थलीय जीवन से जीन उधार लेंगे। यह केवल तार्किक है। लेकिन यह एक लंबा रास्ता तय करता है, और टार्डिग्रेड सर्वाइवल मैकेनिज्म बहुत जल्दी चल सकता है।
पृथ्वी जैसे संसारों को एक मैग्नेटोस्फीयर द्वारा ढालने के लिए भाग्यशाली है, जो जैवमंडल को विकिरण से बचाता है। लेकिन कई दुनियाएँ, और हमारे सौर मंडल में अन्य ग्रहों के सभी चन्द्रमा - जो गेनीमेड के अलावा-एक मैग्नेटोस्फीयर की कमी है। मंगल स्वयं पूरी तरह से असुरक्षित है। अंतरिक्ष में विकिरण की उपस्थिति, और बिना किसी सुरक्षात्मक मैग्नेटोस्फीयर के साथ दुनिया पर, न केवल जीवित चीजों को मारता है, बल्कि इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को उनके प्रदर्शन को कम करके, उनके जीवनकाल को छोटा कर सकता है, या पूर्ण विफलता का कारण बन सकता है।
जूनो जांच के कुछ उपकरण, जो अभी बृहस्पति के रास्ते में हैं, विशाल गैस ग्रह के चारों ओर अत्यधिक विकिरण के कारण मिशन की अवधि तक जीवित रहने की उम्मीद नहीं है। सौर पैनल स्वयं, जिसे कार्य करने के लिए सूर्य के संपर्क में होना चाहिए, विशेष रूप से आयनकारी विकिरण के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं, जो समय के साथ उनके प्रदर्शन को नष्ट कर देते हैं। आयनकारी विकिरण से इलेक्ट्रॉनिक्स की रक्षा अंतरिक्ष यान और जांच डिजाइन का एक अनिवार्य हिस्सा है।
आमतौर पर, अंतरिक्ष यान और जांच में संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स को एल्यूमीनियम, तांबे या अन्य सामग्रियों द्वारा परिरक्षित किया जाता है। जूनो जांच अपने सबसे संवेदनशील इलेक्ट्रॉनिक्स की सुरक्षा के लिए एक अभिनव टाइटेनियम वॉल्ट का उपयोग करती है। यह जांच में थोक और वजन जोड़ता है, और फिर भी पूर्ण सुरक्षा प्रदान नहीं करता है। टार्डिग्रेड्स के पास खुद को ढालने का कुछ और तरीका है जो शायद इससे कहीं अधिक सुरुचिपूर्ण है। यह कहना जल्द ही ठीक है कि टार्डीग्रैड इसे कैसे करते हैं, लेकिन अगर पिगमेंटेशन परिरक्षण के साथ कुछ करना है, और हम इसका पता लगा सकते हैं, टार्डिग्रेड्स की नकल करने से हम अंतरिक्ष यान और जांच को डिजाइन करने के तरीके को बदल देंगे, और अत्यधिक विकिरण वातावरण में अपने जीवनकाल का विस्तार करेंगे।
तो इसके बारे में कैसे? क्या हमारे भविष्य के अन्वेषण मिशनों में साँपों के बॉट्स शामिल होंगे जो क्षेत्रों तक पहुँचने के लिए कठिन खोज करने के लिए लंबी श्रृंखलाओं में आत्म-इकट्ठा हो सकते हैं? क्या हम विस्तृत मानचित्र या सर्वेक्षण बनाने के लिए एक साथ काम करने वाले फ़्लैपिंग-विंग एमएवी के स्वार्स को प्राप्त करेंगे? क्या हमारी जांच विकिरण से टैर्डिग्रेड जैसी सुरक्षा के लिए धन्यवाद, लंबे समय तक चरम वातावरण का पता लगाने में सक्षम होगी? क्या सूरज या अन्य दुनिया पर हमारा पहला आधार सूरजमुखी से प्रेरित केंद्रित सौर संयंत्रों द्वारा संचालित होगा?
अगर लियोनार्डो मैक्सिकन के रूप में मैं सोचता था कि वह स्मार्ट था, तो उन सभी सवालों का जवाब हां है।
