আমাদের পেশী প্রকৃতির মুভার্স। সাইনুস টিস্যু এমন শক্তি তৈরি করে যা আমাদের শরীরকে নড়াচড়া করে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, প্রকৌশলীরা জীবন্ত টিস্যু এবং সিন্থেটিক উভয় অংশ দিয়ে তৈরি সক্রিয় “বায়োহাইব্রিড রোবট” তৈরি করতে আসল পেশী টিস্যু ব্যবহার করেছেন। সিন্থেটিক কঙ্কালের সাথে ল্যাব-উত্থিত পেশীগুলিকে একত্রিত করে, গবেষকরা পেশী-চালিত ক্রলার, ওয়াকার, সাঁতারু এবং গ্রিপারের একটি অ্যারের প্রকৌশল করছেন৷
কিন্তু বেশিরভাগ অংশের জন্য, এই নকশাগুলি তারা যে গতি এবং শক্তি উৎপন্ন করতে পারে তার মধ্যে সীমাবদ্ধ। এখন, এমআইটি প্রকৌশলীরা বায়ো-বটকে কৃত্রিম টেন্ডন সহ একটি পাওয়ার লিফ্ট দেওয়ার লক্ষ্য রাখছেন।
জার্নালে আজ প্রকাশিত এক গবেষণায় ড উন্নত বিজ্ঞান, গবেষকরা শক্ত এবং নমনীয় হাইড্রোজেল দিয়ে তৈরি কৃত্রিম টেন্ডন তৈরি করেছেন। তারা ল্যাব-উত্থিত পেশীর একটি ছোট অংশের উভয় প্রান্তে রাবার ব্যান্ডের মতো টেন্ডন সংযুক্ত করে, একটি “পেশী-টেন্ডন ইউনিট” তৈরি করে। তারপরে তারা প্রতিটি কৃত্রিম টেন্ডনের প্রান্তগুলি একটি রোবোটিক গ্রিপারের আঙ্গুলের সাথে সংযুক্ত করে।
যখন তিনি কেন্দ্রীয় পেশীকে সংকোচনের জন্য উদ্দীপিত করেছিলেন, তখন টেন্ডনগুলি গ্রিপারের আঙ্গুলগুলিকে একসাথে টেনে নিয়েছিল। রোবটটি তার আঙ্গুলগুলিকে তিনগুণ দ্রুত এবং 30 গুণ বেশি শক্তি দিয়ে টেন্ডনগুলিকে সংযুক্ত না করেই অনুরূপ ডিজাইনের তুলনায় সংযুক্ত করেছে।
গবেষকরা কল্পনা করেছেন যে নতুন পেশী-টেন্ডন ইউনিটটি একটি সর্বজনীন প্রকৌশল উপাদানের মতো বিস্তৃত বায়োহাইব্রিড রোবট ডিজাইনের মধ্যে ফিট করতে পারে।
“আমরা পেশী অ্যাকচুয়েটর এবং রোবোটিক কঙ্কালের মধ্যে বিনিময়যোগ্য সংযোগকারী হিসাবে কৃত্রিম টেন্ডনগুলি প্রবর্তন করছি,” বলেছেন প্রধান লেখক রিতু রমন, MIT-এর মেকানিক্যাল ইঞ্জিনিয়ারিং (MeCE) এর সহকারী অধ্যাপক৷ “এই ধরনের মডুলারিটি মাইক্রো সার্জিকাল যন্ত্র থেকে অভিযোজিত, স্বায়ত্তশাসিত অনুসন্ধানী মেশিনে বিস্তৃত রোবোটিক অ্যাপ্লিকেশন ডিজাইন করা সহজ করে তুলতে পারে।”
গবেষণার এমআইটি সহ-লেখকদের মধ্যে রয়েছে স্নাতক ছাত্র নিকোলাস কাস্ত্রো, মাহিরা বাওয়া, বাস্তিয়ান আয়মন, সোনিকা কোহলি এবং অ্যাঞ্জেল বু; স্নাতক অ্যানিকা মার্শনার; পোস্টডক রোনাল্ড হেইজার; প্রাক্তন ছাত্র সারা জে. উ ’19, এসএম ’21, পিএইচডি ’24 এবং লরা রোসাডো ’22, এসএম ’25; এবং MECA অধ্যাপক মার্টিন কুলপেপার এবং জুয়ানহে ঝাও।
পেশী লাভ
এমআইটিতে রামন এবং তার সহকর্মীরা বায়োহাইব্রিড রোবোটিক্সের অগ্রভাগে রয়েছেন, একটি অপেক্ষাকৃত নতুন ক্ষেত্র যা গত দশকে আবির্ভূত হয়েছে। তারা প্রাকৃতিক অ্যাকুয়েটর হিসাবে জীবন্ত পেশী টিস্যুর সাথে সিন্থেটিক, কাঠামোগত রোবোটিক অংশগুলিকে একত্রিত করার দিকে মনোনিবেশ করে।
“অধিকাংশ অ্যাকুয়েটর যেগুলির সাথে ইঞ্জিনিয়াররা সাধারণত কাজ করে তাদের ছোট করা সত্যিই কঠিন,” রমন বলেছেন৷ “একটি নির্দিষ্ট আকারের পরে, মৌলিক পদার্থবিদ্যা কাজ করে না। পেশী সম্পর্কে দুর্দান্ত জিনিস হল যে প্রতিটি কোষ একটি স্বাধীন অ্যাকচুয়েটর যা শক্তি তৈরি করে এবং আন্দোলন তৈরি করে। তাই, তত্ত্বগতভাবে, আপনি রোবট তৈরি করতে পারেন যা সত্যিই ছোট।”
পেশী অ্যাকচুয়েটরগুলি অন্যান্য সুবিধার সাথেও আসে, যা রমনের দল ইতিমধ্যেই দেখিয়েছে: টিস্যুগুলি কাজ করার সাথে সাথে শক্তিশালী হতে পারে এবং আহত হলে স্বাভাবিকভাবে নিরাময় করতে পারে। এই কারণে, রমন এবং অন্যরা কল্পনা করেন যে মাস্কলি ড্রয়েডগুলি একদিন এমন পরিবেশ অন্বেষণ করতে পাঠানো যেতে পারে যা মানুষের জন্য খুব দূরবর্তী বা বিপজ্জনক। এই ধরনের পেশী-আবদ্ধ রোবটগুলি অপ্রত্যাশিত ভ্রমণের জন্য তাদের নিজস্ব শক্তি তৈরি করতে পারে বা যখন সাহায্য পাওয়া যায় না তখন নিজেকে ঠিক করতে পারে। বায়োহাইব্রিড বটগুলি ক্ষুদ্র, অস্ত্রোপচার সহকারী হিসাবেও কাজ করতে পারে যা শরীরের ভিতরে সূক্ষ্ম, মাইক্রোস্কোপিক পদ্ধতিগুলি সম্পাদন করে।
এই সমস্ত ভবিষ্যত পরিস্থিতি রমন এবং অন্যদেরকে সিন্থেটিক কঙ্কালের সাথে জীবন্ত পেশীগুলিকে একত্রিত করার উপায় খুঁজে বের করতে অনুপ্রাণিত করছে। এখন পর্যন্ত ডিজাইনের মধ্যে পেশীর একটি ব্যান্ড বাড়ানো এবং উভয় প্রান্তকে একটি সিন্থেটিক কঙ্কালের সাথে সংযুক্ত করা জড়িত, যেমন দুটি পোস্টের চারপাশে একটি রাবার ব্যান্ড লুপ করা। যখন একটি পেশী সংকোচনের জন্য উদ্দীপিত হয়, তখন এটি কাঙ্খিত আন্দোলন তৈরি করতে কঙ্কালের অংশগুলিকে একসাথে টানতে পারে।
কিন্তু রামন বলেছেন যে এই পদ্ধতিটি প্রচুর নষ্ট পেশী তৈরি করে যা টিস্যু সরানোর পরিবর্তে কঙ্কালের সাথে সংযুক্ত করতে ব্যবহৃত হয়। এবং সেই সংযোগ সবসময় নিরাপদ নয়। পেশীগুলি কঙ্কালের কাঠামোর তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে নরম, এবং পার্থক্যের কারণে পেশীগুলি ছিঁড়ে যেতে পারে বা আলাদা হতে পারে। অধিকন্তু, এটি প্রায়শই পেশীর মাঝখানের অংশে সংকোচন হয় যা যেকোনো কাজ সম্পাদন করে – একটি আয়তন যা তুলনামূলকভাবে ছোট এবং অল্প বল তৈরি করে।
“আমরা ভেবেছিলাম, কীভাবে আমরা পেশীর উপাদানকে নষ্ট হওয়া বন্ধ করব, এটিকে আরও মডুলার করব যাতে এটি যে কোনও কিছুর সাথে সংযুক্ত করতে পারে এবং এটি আরও দক্ষতার সাথে কাজ করতে পারে?” রমন বলে। “শরীরটি যে সমাধানটি খুঁজে পেয়েছে তা হল পেশী এবং হাড়ের মধ্যে শক্ত হওয়ার অর্ধেক টেন্ডন থাকা, যা আপনাকে নরম পেশী এবং শক্ত কঙ্কালের মধ্যে এই যান্ত্রিক অমিলকে সেতু করতে দেয়। এগুলি পাতলা তারের মতো যা জয়েন্টগুলির চারপাশে দক্ষতার সাথে মোড়ানো হয়।”
“চতুরভাবে সংযুক্ত”
তাদের নতুন কাজে, রমন এবং তার সহকর্মীরা প্রাকৃতিক পেশী টিস্যুকে একটি কৃত্রিম গ্রিপার কঙ্কালের সাথে সংযুক্ত করার জন্য কৃত্রিম টেন্ডন ডিজাইন করেছেন। তাদের পছন্দের উপাদান ছিল হাইড্রোজেল – একটি স্কুইশি কিন্তু শক্তিশালী পলিমার-ভিত্তিক জেল। রমন তার সহকর্মী এবং সহ-লেখক জুয়ানহে ঝাওর কাছ থেকে হাইড্রোজেল নমুনা পেয়েছিলেন, যিনি এমআইটিতে হাইড্রোজেলের বিকাশের পথপ্রদর্শক ছিলেন। ঝাও-এর গোষ্ঠী বিভিন্ন দৃঢ়তা এবং প্রসারিতযোগ্যতার হাইড্রোজেলগুলির জন্য রেসিপি তৈরি করেছে যা সিন্থেটিক এবং জৈবিক উপকরণ সহ একাধিক পৃষ্ঠের সাথে লেগে থাকতে পারে।
একটি গ্রিপার ডিজাইনে কাজ করার জন্য কৃত্রিম টেন্ডনগুলি কতটা শক্ত এবং নমনীয় হওয়া দরকার তা বোঝার জন্য, রমনের দল প্রথমে তিন ধরনের স্প্রিংসের একটি সাধারণ সিস্টেম হিসাবে নকশাটি স্কেচ করে, প্রতিটি একটি কেন্দ্রীয় পেশী, দুটি সংযোগকারী টেন্ডন এবং গ্রিপার কঙ্কালকে প্রতিনিধিত্ব করে। তিনি পেশী এবং কঙ্কালের জন্য একটি নির্দিষ্ট দৃঢ়তা নির্ধারণ করেছিলেন, যা আগে থেকেই জানা ছিল, এবং এটি ব্যবহার করে সংযোগকারী টেন্ডনগুলির দৃঢ়তা গণনা করতে যা গ্রিপারটিকে পছন্দসই পরিমাণে সরানোর জন্য প্রয়োজন হবে।
এই মডেলিং থেকে, দলটি একটি নির্দিষ্ট দৃঢ়তার হাইড্রোজেলের জন্য একটি রেসিপি তৈরি করেছে। জেলটি তৈরি হয়ে গেলে, গবেষকরা কৃত্রিম টেন্ডন তৈরি করার জন্য জেলটিকে সাবধানে পাতলা তারের মধ্যে খোদাই করেছিলেন। তারা পেশী টিস্যুর একটি ছোট নমুনার উভয় প্রান্তে দুটি টেন্ডন সংযুক্ত করেছিল, যা তারা পরীক্ষাগার-মান কৌশল ব্যবহার করে বৃদ্ধি করেছিল। তারপরে তারা একটি রোবোটিক গ্রিপারের প্রতিটি আঙুলের শেষে একটি ছোট পোস্টের চারপাশে প্রতিটি টেন্ডন আবৃত করে – মেকাই প্রফেসর মার্টিন কুলপেপার দ্বারা তৈরি একটি কঙ্কালের নকশা, যা নির্ভুল মেশিনের নকশা এবং নির্মাণে বিশেষজ্ঞ।
দলটি যখন পেশীগুলিকে সংকোচনের জন্য উদ্দীপিত করেছিল, তখন টেন্ডনগুলি গ্রিপারটিকে টেনে নিয়েছিল এবং এর আঙ্গুলগুলিকে একত্রে সংযুক্ত করেছিল। বেশ কয়েকটি পরীক্ষায়, গবেষকরা দেখেছেন যে পেশী-টেন্ডন গ্রিপারটি তিনগুণ দ্রুত কাজ করে এবং গ্রিপারকে শুধুমাত্র একটি পেশী টিস্যু (এবং কোনো কৃত্রিম টেন্ডন ছাড়া) দিয়ে সক্রিয় করার চেয়ে 30 গুণ বেশি শক্তি তৈরি করে। নতুন টেন্ডন-ভিত্তিক নকশাটি 7,000 চক্র বা পেশী সংকোচনের সময়ও এই কর্মক্ষমতা বজায় রাখতে সক্ষম হয়েছিল।
সামগ্রিকভাবে, রমন লক্ষ্য করেছেন যে কৃত্রিম টেন্ডন যোগ করার ফলে রোবটের পাওয়ার-টু-ওয়েট অনুপাত 11 গুণ বেড়ে যায়, যার অর্থ একই পরিমাণ কাজ করার জন্য সিস্টেমের অনেক কম পেশীর প্রয়োজন হয়।
“আপনার যা দরকার তা হল একটি ছোট টুকরো অ্যাকচুয়েটর যা চতুরতার সাথে কঙ্কালের সাথে সংযুক্ত,” রমন বলেছেন। “সাধারণত, যদি একটি পেশী সত্যিই নরম হয় এবং উচ্চ প্রতিরোধের কিছুর সাথে সংযুক্ত থাকে তবে এটি কিছু নড়াচড়া করার আগেই এটি নিজেই ছিঁড়ে যাবে। কিন্তু আপনি যদি এটিকে একটি টেন্ডনের মতো কিছুর সাথে সংযুক্ত করেন যা ছিঁড়ে যাওয়া প্রতিরোধ করতে পারে তবে এটি আসলে টেন্ডনের মাধ্যমে তার শক্তি সঞ্চার করতে পারে এবং এটি একটি কঙ্কালকে সরাতে পারে যা অন্যথায় এটি নড়াচড়া করতে সক্ষম হবে না।”
ইটিএইচ জুরিখের স্বাস্থ্য বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির সহযোগী অধ্যাপক বায়োমেডিকাল ইঞ্জিনিয়ার সিমোন শুরলে-ফিঙ্ক বলেছেন, দলের নতুন পেশী-টেন্ডন ডিজাইন সফলভাবে জীববিজ্ঞানকে রোবোটিক্সের সাথে একত্রিত করেছে।
“কঠিন-হাইড্রোজেল টেন্ডনগুলি আরও শারীরবৃত্তীয় পেশী-টেন্ডন-বোন আর্কিটেকচার তৈরি করে, যা উল্লেখযোগ্যভাবে বল ট্রান্সমিশন, স্থায়িত্ব এবং মডুলারিটি উন্নত করে,” বলেছেন শুরলে-ফিঙ্ক, যিনি গবেষণায় জড়িত ছিলেন না। “এটি ক্ষেত্রটিকে বায়োহাইব্রিড সিস্টেমের দিকে নিয়ে যায় যা বারবার কাজ করতে পারে এবং অবশেষে পরীক্ষাগারের বাইরে কাজ করতে পারে।”
নতুন কৃত্রিম টেন্ডনের সাথে সাথে, রমনের গোষ্ঠী অন্যান্য উপাদানগুলি যেমন ত্বকের মতো প্রতিরক্ষামূলক আবরণ তৈরি করতে অগ্রসর হচ্ছে, যাতে পেশী-চালিত রোবটগুলি ব্যবহারিক, বাস্তব-বিশ্বের সেটিংসে সক্ষম হয়।
এই গবেষণাটি আংশিকভাবে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ডিফেন্স আর্মি রিসার্চ অফিস, এমআইটি রিসার্চ সাপোর্ট কমিটি এবং ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন দ্বারা সমর্থিত ছিল।
