पारंपरिक मशीनों में उपयोग होने वाली कठोर धातु और तारों की बनावट से अलग, आधुनिक शोधकर्ताओं ने ऐसे लचीले यंत्रों को विकसित किया है जिन्हें सॉफ्ट एक्चुएटर्स कहा जाता है। ये उपकरण बिजली, रोशनी या गर्मी जैसी ऊर्जा को आसानी से यांत्रिक गति में बदल देते हैं। मानव बाइसेप्स की तरह सिकुड़ने और फैलने के अलावा इनमें मानव हाथ जैसी बारीक चीजों को छूने की क्षमता भी होती है। इन जैविक मशीनों में एक खास श्रेणी बायोएचुएटर्स की है, जो जीवित कोशिकाओं के कार्यों का उपयोग करके गति उत्पन्न करती है। हाल के वर्षों में इस तकनीक ने वैज्ञानिकों का ध्यान अपनी ओर खींचा है।
इसी कड़ी में नीदरलैंड्स की डेलफ्ट यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने एक नया कारनामा किया है। उन्होंने एक ऐसी सॉफ्ट रोबोटिक बाजू बनाई है जिसकी सतह पर शैवाल उपनिवेश बनाकर रहते हैं। जब ये सूक्ष्मजीव प्रकाश संश्लेषण की प्रक्रिया पूरी करते हैं, तो वह कृत्रिम बाजू गति करने लगती है। इस अनोखी खोज का उद्देश्य जीवंत सामग्रियों के अनुसंधान को एक नए मुकाम पर ले जाना है। शोध दल का नेतृत्व करने वाली मैरी-ईव औबिन-टैम ने स्पष्ट किया कि उन्होंने किसी खास उद्देश्य से इसकी शुरुआत नहीं की थी, बल्कि वे यह देखना चाहते थे कि जीवित कोशिकाओं को कार्यात्मक सामग्रियों में मिलाने से क्या संभव हो सकता है।
तैयार की गई यह रोबोटिक बाजू आकार में बेहद छोटी है, जो लगभग तीन चौथाई इंच लंबी और एक क्रेडिट कार्ड जितनी मोटी है। इसका निर्माण हाइड्रोेल की दो परतों से किया गया है जिनके ऊपर शैवाल की कोशिकाएं जीवित रहती हैं। इन दोनों में से एक परत पीएच मान में होने वाले बदलावों पर प्रतिक्रिया देती है, जो शैवाल के चयापचय द्वारा नियंत्रित होता है। जैसे ही इस पर रोशनी पड़ती है, शैवाल प्रकाश संश्लेषण शुरू कर देता है। इस प्रक्रिया के दौरान कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करने और नाइट्रोजन को स्थिर करने से स्थानीय पीएच अधिक क्षारीय हो जाता है, जिससे संवेदनशील हाइड्रोेल फूल जाती है। इसके विपरीत, अंधेरा होने पर शैवाल श्वसन के जरिए कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ते हैं, जिससे पीएच वापस अम्लीय हो जाता है और हाइड्रोेल सिकुड़ जाती है।
हाइड्रोेल की दोनों परतों के आयतन में आने वाला अंतर ही इसके झुकने और मुड़ने की क्रिया को नियंत्रित करता है। वैज्ञानिकों के अनुसार, शैवाल की गतिविधि से पीएच संवेदनशील परत में उल्लेखनीय बदलाव आया। अम्लीय परिस्थितियों में, जैसे कि पीएच 3 और 7 के बीच, यह परत अपने मूल वजन का लगभग 37 प्रतिशत रह गई थी, जबकि पीएच 11 पर इसका वजन चार गुना तक बढ़ गया था। यद्यपि अन्य शोधकर्ताओं ने भी पीएच के प्रति प्रतिक्रिया करने वाले सॉफ्ट रोबोट बनाए हैं, लेकिन आमतौर पर इसके लिए आसपास के सभी तरल पदार्थों की रसायन शास्त्र को बदलना पड़ता है। शैवाल पर आधारित इन बॉट्स के मामले में ऐसा बिल्कुल नहीं होता है।
इनकी प्रकाश संश्लेषक गतिविधि का प्रभाव बहुत स्थानीय स्तर पर पड़ता है, जिसका अर्थ है कि यह उन क्षेत्रों के लिए अधिक उपयुक्त हो सकता है जहां न्यूनतम पर्यावरणीय प्रभाव जरूरी होता है। हालांकि, ये रोबोट बहुत अधिक तेज गति वाले नहीं होते हैं। रासायनिक बदलाव की शुरुआत जल्दी हो जाती है, यानी रोशनी मिलने के लगभग 20 सेकंड बाद और अंधेरा होने के लगभग 10 सेकंड बाद प्रक्रिया शुरू हो जाती है, लेकिन हाइड्रोेल को पर्याप्त रूप से मुड़ने में कई घंटे का समय लग जाता है।
इस प्रारंभिक अवधारणा के सफल होने के बाद, शोध दल ने शैवाल से चलने वाले कई अन्य उपकरण भी तैयार किए। इनमें एक चार उंगलियों वाला ग्रिपर शामिल था जो रोशनी के संपर्क में आने पर बंद हो जाता है। इसने एक खोखली धातु की गेंद को सफलतापूर्वक पकड़ा और उठाया, तथा रोशनी बंद होने पर उसे छोड़ दिया। एक अन्य हुक के आकार का ग्रिपर रबर की अंगूठी को उठाकर नीचे रख सकता था। ये वस्तुएं बेहद हल्की थीं और एक छोटे पेपरक्लिप से भी कम वजन की थीं, लेकिन रोबोटिक बाजू ने उन्हें अत्यधिक निपुणता के साथ पकड़ लिया।
इन सॉफ्ट रोबोटों को प्रकाश के अलावा किसी अन्य बाहरी ऊर्जा स्रोत की आवश्यकता नहीं होती है और इनमें किसी जटिल यांत्रिक पुर्जे का भी इस्तेमाल नहीं किया जाता है। मैरी-ईव औबिन-टैम ने बताया कि माइक्रोकैल्गी पौधे जैसे जीव हैं जो काफी हद तक खुद पर निर्भर रहते हैं, जिससे इस एक्चुएटर को न्यूनतम बाहरी इनपुट के साथ लंबे समय तक संचालन की क्षमता मिलती है। सिद्धांत रूप में, इस तकनीक पर आधारित सिस्टम को चलाने के लिए बहुत अधिक ऊर्जा की आवश्यकता नहीं होगी।
लंबे समय में अनुसंधान दल को उम्मीद है कि इससे अधिक स्वायत्त और पर्यावरण के प्रति संवेदनशील सॉफ्ट रोबोटों के विकास में मदद मिलेगी। इनका उपयोग स्वचालित कृषि उपकरणों के रूप में, लैब-ऑन-ए-चिप उपकरणों में द्रव नियंत्रण के लिए या किसी भी पानी के भीतर रोबोटिक्स सिस्टम के हिस्से के रूप में किया जा सकता है। चूँकि इन शैवालों को आनुवंशिक रूप से संशोधित करने की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए सूक्ष्मजीव आधारित तकनीकों से जुड़ी जैव सुरक्षा संबंधी चिंताएं भी यहाँ लागू नहीं होती हैं। कुल मिलाकर यह बेहद पर्यावरण अनुकूल मशीनें हैं, क्योंकि ये जीव सूर्य की रोशनी से ऊर्जा प्राप्त करते हुए वायुमंडल से कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित कर सकते हैं।
