रूसी एंटी-फ्रिक्शन सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स का उपयोग एक्सोस्केलेटन उत्पादन में किया जाता है

एक्सोस्केलेटन। इतिहास

अभी हाल ही में 'आयरन मैन' केवल कॉमिक्स और फिक्शन फिल्मों का नायक था। आजकल, रोबोटिक्स में उन्नत तकनीकों के कारण, हम में से कोई भी महाशक्तियाँ प्राप्त कर सकता है। मानवीय क्षमताओं को बढ़ाने की अवधारणा एक सपने से वास्तविकता में बदल गई है, जिसका श्रेय एक्सोस्केलेटन के डेवलपर्स को जाता है - ऐसे उपकरण जिनका उद्देश्य खोए हुए कार्यों की भरपाई करना, मानव मांसपेशियों की शक्ति को बढ़ाना और गति के आयाम को विस्तृत करना है।

प्रथम एक्सोस्केलेटन का निर्माण 1960 के दशक में जनरल इलेक्ट्रिक और यूएसए के बीसी के संयुक्त प्रयासों से किया गया था। हार्डीमैन नाम का यह निर्माण एक बड़े हैंडलर वाली इकाई थी, और इसे नियंत्रित करने के लिए इसमें एक हाथ डालना पड़ता था।

वह हैंडलर 110 किलोग्राम का भार उठाने में सक्षम था, जिसमें केवल 4.5 किलोग्राम के बराबर प्रयास की आवश्यकता होती थी। हालाँकि, उस एक्सोस्केलेटन की गति अपने स्वयं के वजन (680 किलोग्राम) के कारण नियंत्रण से बाहर थी, और इस प्रकार, इसे कोई सफलता नहीं मिली।

आगे के शोध एक हाथ पर केंद्रित थे, हालाँकि, इसका वजन (750 किलोग्राम) इसकी उठाने की क्षमता (340 किलोग्राम) से दोगुने से भी अधिक था। इसलिए, उस निर्माण का व्यावहारिक अनुप्रयोग भी सीमित था।

रीवॉक रोबोटिक्स कंपनी का रीवॉक (ReWalk) एक्सोस्केलेटन सबसे सफल विकास बना। उस इकाई ने मानव बायोमैकेनिक्स की नकल की और लकवाग्रस्त व्यक्तियों को चलने में सक्षम बनाया।

एक्सोस्केलेटन वर्गीकरण

आधुनिक एक्सोस्केलेटन मनुष्यों को तेज़, मजबूत और अधिक संवेदनशील बनाते हैं।

उनके ऊर्जा स्रोत और संचालन सिद्धांत के अनुसार निष्क्रिय (passive) और सक्रिय (active) एक्सोस्केलेटन होते हैं। अनुप्रयोग के बिंदु (स्थान) के अनुसार, कंकालों को ऊपरी अंगों और निचले अंगों के साथ-साथ पूरे सूट वाले एक्सोस्केलेटन में विभाजित किया गया है।

ये निर्माण स्वयं हल्के (5 किलोग्राम तक), मध्यम (5 से 30 किलोग्राम) और भारी (30 किलोग्राम से ऊपर) हो सकते हैं।

उनके उद्देश्य के आधार पर सैन्य, चिकित्सा, औद्योगिक, अंतरिक्ष एक्सोस्केलेटन का निर्माण किया जाता है।

आधुनिक विकास की मुख्य दिशा सैन्य है - एक्सोस्केलेटन सैनिकों पर उच्च शारीरिक तनाव की भरपाई करके पैदल सेना की सामरिक इकाइयों की गतिशीलता और सहनशक्ति को बढ़ा देते हैं।

सैन्य पोशाक में एकीकृत एक्सोस्केलेटन बहुआयामी प्रणाली हैं: अपने मुख्य मिशन के अलावा, वे इलेक्ट्रिक जनरेटर, बैटरी भंडारण स्थान, कवच सुरक्षा मॉड्यूल के लिए फास्टनिंग फ्रेम, दूरसंचार साधन, सेंसर और नियंत्रक, रेडियो सिग्नल ट्रांसमिट और रिसीव सिस्टम के कार्य करते हैं।

कुछ एक्सोस्केलेटन संशोधनों का उपयोग बचाव कार्यों के दौरान ढह गई इमारतों के मलबे को साफ करने की प्रक्रिया को आसान बनाने के लिए किया जाता है। साथ ही, यह निर्माण बचावकर्मी को मलबे गिरने से बचाता है।

उद्योग में, एक्सोस्केलेटन का उपयोग वजन उठाने के साथ-साथ अन्य जटिल कार्यों को करने के लिए किया जाता है।

उदाहरण के लिए, हुंडई का एच-लेक्स (H-Lex) उपकरण मनुष्य को 60 किलोग्राम तक आसानी से उठाने में सक्षम बनाता है; एक लचीली और गतिशील चेयरलेस चेयर (Chairless Chair) एक्सोचेयर लंबे समय तक खड़े रहने या आधे झुके हुए बैठने की स्थिति में मांसपेशियों के तनाव को कम करती है। लोडिंग श्रमिकों के लिए मैक्स सूटएक्स (MAX SuitX) एक्सोस्केलेटन मानव मस्कुलोस्केलेटल सिस्टम की नकल करता है जिससे मानव का भार कम हो जाता है। यह निर्माण ऑपरेशन शुरू होने के क्षण का स्वचालित रूप से पता लगाता है और उचित समय पर चालू हो जाता है।

चिकित्सा एक्सोस्केलेटन उन लोगों की मदद करने के लिए बनाए गए हैं जो जन्म से ही चलने में असमर्थ थे, या गंभीर आघात के परिणामस्वरूप, या बुढ़ापे के कारण चलने की शक्ति खो चुके हैं।

ऐसा ही एक मॉडल होंडा कंपनी द्वारा तीन वजन श्रेणियों के लिए तैयार किया गया है: छोटा, मध्यम (2.8 किलोग्राम) और बड़ा।

हाइब्रिड असिस्टिव लिम्ब (HAL) निर्माण बहुत लोकप्रिय हैं। पैरों के लिए या हाथ-पैर-धड़ के लिए HAL उपलब्ध है। ऐसा एक्सोस्केलेटन उस भार को उठाने में सक्षम बनाता है जो मानवीय क्षमताओं से 5 गुना अधिक है। यह उपकरण मांसपेशियों के आवेगों (impulses) से संचालित होता है। HAL का उपयोग विकलांग और बुजुर्ग लोगों के पुनर्वास के साथ-साथ निर्माण और बचाव कार्यों के दौरान किया जा सकता है।

हमारे देश में, एक्सोएथलीट (ExoAtlet) प्रोजेक्ट के वैज्ञानिकों की टीम मेडिकल एक्सोस्केलेटन के विकास में लगी हुई है। उनकी वस्तुएं निचले अंगों की मोटर खराबी वाले लोगों के पुनर्वास, सामाजिक अनुकूलन और एकीकरण के लिए लक्षित हैं।

छवि स्रोत: VE.Studio /www.shutterstock.com/ru

डेवलपर्स का दावा है कि उनके एक्सोस्केलेटन उन लोगों के लिए फिट होंगे जिन्हें रीढ़ की हड्डी में चोट लगी है और स्ट्रोक हुआ है। फिलहाल कई कार्यात्मक मॉडल तैयार किए जा चुके हैं। नवीनतम एक्सोएथलीट अल्बर्ट (ExoAtlet Albert) संशोधन को बैसाखी से नियंत्रित किया जाता है जिससे व्यक्ति अपने आप चल सकता है, बैठ सकता है और खड़ा हो सकता है।

डेवलपर्स के सामने आने वाली समस्याएँ?

आजकल, पूर्ण मूल्यवान एक्सोस्केलेटन का उत्पादन शुरू करने में मुख्य बाधा ऐसे ऊर्जा स्रोतों की अनुपस्थिति है जो मशीन को लंबे समय तक स्वतंत्र रूप से संचालित करने में सक्षम बना सके।

कार्यात्मक एक्सोस्केलेटन प्रोटोटाइप पहले ही बनाए जा चुके हैं, हालाँकि, उनका व्यापक अनुप्रयोग असंभव है। उदाहरण के लिए, सरकोस (Sarcos) कंपनी का XOS एक्सोस्केलेटन संयुक्त राज्य अमेरिका की सेना के आदेश के आधार पर विकसित किया गया था। विशेषज्ञों का कहना है कि डिवाइस को बहुत सफलतापूर्वक डिजाइन किया गया है, हालांकि, काफी बड़ी क्षमता वाले संचायकों (accumulators) की कमी के कारण इसका प्रदर्शन भी मुख्य बिजली आपूर्ति मोड में ही आयोजित करना पड़ा।

कम महत्वपूर्ण कारक जो एक्सोस्केलेटन के उपयोग को सीमित करते हैं, वे उनकी उच्च लागत और जटिल रखरखाव हैं।

मुख्य समस्या स्वच्छ आवश्यकताओं का उल्लंघन किए बिना लंबी अवधि के लिए डिवाइस की उत्कृष्ट तकनीकी स्थिति प्रदान करना है। यह विशेष रूप से चिकित्सा एक्सोस्केलेटन से संबंधित है।

एक्सोस्केलेटन के लिए MODENGY समाधान

कम गतिशीलता वाले लोगों के लिए निर्माण यथासंभव विश्वसनीय, एर्गोनोमिक और सुरक्षित होना चाहिए।

एक्सोस्केलेटन संचालन की विश्वसनीयता असेंबली गुणवत्ता, उपयोग की जाने वाली सामग्री और प्रौद्योगिकियों पर निर्भर करती है। डिजाइनिंग के समय, उन इकाइयों पर बहुत ध्यान दिया जाता है जो भारी भार का अनुभव करती हैं, घर्षण और टूट-फूट के अधीन होती हैं।

सबसे पहले, ये एक्सोस्केलेटन के समायोजन तत्व (adjusting elements) हैं। आयताकार धातु की प्लेटें कंकाल के केस के विशेष खांचों के भीतर चलती हैं। उन्हें छिद्रों के माध्यम से पिन के साथ आवश्यक स्थिति में एक साथ खींचा जाता है।

एक्सोस्केलेटन के संचालन के दौरान, प्लेटों और केस की सतहों के बीच अनिवार्य रूप से सूक्ष्म हलचलें उत्पन्न होती हैं। परिणामस्वरूप, समायोजन तत्व चरमराने लगते हैं, जल्दी घिस जाते हैं और खराब हो जाते हैं।

चरमराहट और घिसाव की समस्या को हल करने के लिए समायोजन प्लेटों को एक विशेष सॉलिड-फिल्म कोटिंग के साथ उपचारित किया जाता है। इसे एक पतली परत (0.2 से 0.3 मिमी से कम) के रूप में लगाया जाता है, और भार द्वारा निचोड़े बिना संपर्क सतहों की रक्षा करता है, और कई समायोजनों का सामना करता है।

मॉडलिंग एंड इंजीनियरिंग कंपनी रूस में ऐसे एंटी-फ्रिक्शन सॉलिड-फिल्म कोटिंग्स (ASCs) जारी करती है। एक्सोस्केलेटन असेंबली में MODENGY 1014 और MODENGY 1066 ASCs का उपयोग किया जाता है।

इन दोनों कोटिंग्स के आधार में मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड है - उच्च भार वहन क्षमता और निम्न घर्षण गुणांक वाला पदार्थ। МоS₂ के अलावा, MODENGY 1014 में पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन (PTFE) और MODENGY 1066 में ध्रुवीकृत ग्रेफाइट शामिल है।

उल्लिखित ASCs 40 मिनट के भीतर गर्म करने पर सूख जाते हैं। जैसे ही यह सामग्री पूरी तरह से पॉलिमराइज़ हो जाती है, समायोजन प्लेट की सतहों पर एक मजबूत और चिकनी सुरक्षात्मक परत बन जाती है। सामान्य ग्रीस के विपरीत, यह कोटिंग मिट्टी को नहीं पकड़ती और न ही मानव पर विषाक्त प्रभाव डालती है।

ASC का उपयोग करने के कारण, समायोजन तत्वों और एल्यूमीनियम केस के बीच संपर्क में कोई चरमराहट उत्पन्न नहीं होती है, घर्षण गुणांक न्यूनतम संभव पाया जाता है, भागों को विश्वसनीय संक्षारण-रोधी सुरक्षा प्राप्त होती है।

इस प्रकार, MODENGY कोटिंग्स उपकरणों के रखरखाव से संबंधित एक्सोस्केलेटन डेवलपर्स की प्रासंगिक चुनौतियों में से एक का समाधान करती हैं। उन्हें बस एक बार लगाना पर्याप्त है, और किसी और नवीनीकरण की आवश्यकता नहीं है जो रखरखाव को काफी आसान बनाता है, और एक्सोस्केलेटन उपयोगकर्ता के आराम के स्तर में सुधार करता है।

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