યંત્રમાનવ (robot)

યંત્રમાનવ (robot) : માનવની માફક કાર્ય કરતું માનવસર્જિત યંત્ર. યંત્રમાનવની ઘણી વ્યાખ્યાઓમાં ‘ફરી ફરી પ્રોગ્રામ કરી બહુવિધ કાર્ય કરી શકે તેવું કૌશલ્યધારી યંત્ર’ એવી વ્યાખ્યા સ્વીકારાઈ છે. અહીં કૌશલ્યનો અર્થ છે – ફેરફારો કરી જરૂરી કાર્ય કરવાની ક્ષમતા.

અઢારમી સદીના અંતભાગમાં વરાળયંત્રો શોધાયાં અને ત્યારબાદ ઓગણીસમી સદીમાં અનેક પ્રકારનાં યંત્રો વિકસતાં માનવશરીર દ્વારા કરવાનું થતું કાર્ય (physical work) યંત્રો દ્વારા કરાવવાનું શરૂ થયું. વીસમી સદીના પૂર્વાર્ધમાં વરાળયંત્રનો વિકાસ થવા ઉપરાંત ડીઝલ અને પેટ્રોલ-એન્જિનો શોધાયાં અને તે સાથે મોટરકાર, બસ અને મોટરસાઇકલો વિકસતાં પરિવહનક્ષેત્રે આમૂલ પરિવર્તન થયું. વીસમી સદીના ઉત્તરાર્ધમાં ઇલેક્ટ્રૉનિક્સ અને તેમાં ખાસ કમ્પ્યૂટરે ઘણાં બધાં ક્ષેત્રોમાં જબરજસ્ત પરિવર્તન આણ્યું. મશીનોમાં નિયંત્રણક્ષેત્રે ઘણા ફેરફાર થયા તેમાં બહુ મોટો ભાગ કમ્પ્યૂટરાઇઝ્ડ ન્યૂમેરિકલ કંટ્રોલ સિસ્ટમે (CNC system) ભજવ્યો. યંત્રમાનવ એ મશીનમાં CNC પદ્ધતિના ઉપયોગની ચરમ સીમાનું શ્રેષ્ઠ ઉદાહરણ છે.

1920માં ચેક લેખક કારેલ ચાપેકે (1890–1938) તેમના નાટક Rossum’s Universal Robots(RUR)માં સૌપ્રથમ ‘રોબૉટ’ શબ્દ વાપર્યો. ચેક ભાષામાં ‘રોબૉટ’નો અર્થ થાય છે ‘વર્કર’. અલબત્ત રોબૉટ એ એવો ‘વર્કર’ છે જે કામ કરતાં થાકે નહિ અને કામ કરવામાં ભૂલ કરે નહિ !

જાપાનમાં રોબૉટનો ઉપયોગ સૌથી વધુ પ્રમાણમાં થયો. ત્યારબાદ અમેરિકા, જર્મની, ફ્રાંસ, ઇંગ્લૅંડ જેવા વિકસિત દેશોમાં પણ રોબૉટનો ઉપયોગ એ સામાન્ય બાબત બની રહી છે. ભારતમાં પણ મોટી ફૅક્ટરીઓ, ખાસ કરીને એન્જિનિયરિંગ મૅન્યુફૅક્ચરિંગ ઉદ્યોગમાં રોબૉટનો ઉપયોગ શરૂ થઈ ગયો છે. એક અંદાજ મુજબ વર્ષ 1981માં બધા દેશોમાંના કુલ આશરે 23,000 રોબૉટ ફૅક્ટરીમાં કામ કરતા હતા, જેની વર્ષ 2002–03માં સંખ્યા ત્રણગણી થવા જાય છે.

માનવયંત્ર રોબૉટમાં મુખ્યત્વે પુનર્ભરણ પદ્ધતિ (feedback system) વડે યાંત્રિક ભાગો કે જે ખરેખર કાર્ય કરે છે તેનું નિયંત્રણ થાય છે. જેમ જેમ નિયંત્રણ-પદ્ધતિઓ(control systems)માં વિકાસ થયો અને સ્વનિયંત્રણ(autocontrol)ની માત્રા વધી તેમ રોબૉટમાં પણ વિકાસ થતો ગયો. ‘રોબૉટિક્સ’ને સ્વતંત્ર શાખા(discipline)નો દરજ્જો મળતાં તેમાં બહુ ઝડપથી વિકાસ થયો. પ્રથમ તબક્કામાં રોબૉટ એ CNC મશીનોમાં એક વિશેષ પ્રકારનું મશીન છે અને મિકૅનિકલ એન્જિનિયર તેનો ઉપયોગ કરે છે તેમ થયું, પરંતુ હવે બહુ જટિલ નિયમન-પદ્ધતિનો ઉપયોગ થતાં, અનેક ક્ષેત્રોમાં કામ કરતા રોબૉટ ઉપલબ્ધ છે.

મિકૅનિકલ ડિઝાઇન : લગભગ બધા રોબૉટમાં એક યા બીજા પ્રકારની યાંત્રિક ગતિની જરૂર પડે છે, જે દ્વારા વસ્તુ લેવી-મૂકવી, ગોઠવવી, જોડવી, ચકાસવી જેવાં કાર્યો શક્ય બને છે. મિકૅનિકલ ડિઝાઇનમાં રોબૉટનો ‘આર્મ’ કેટલી દિશામાં–degree of freedom(માણસના હાથની માફક) – ફરી શકશે, કેટલી ઝડપથી અને કેટલું વજન ઊંચકી શકશે, ગોઠવણીમાં કેટલી ચોકસાઈ મળી શકશે વગેરે બાબતો આવરી લેવાય છે.

બહુ સાદા રોબૉટમાં બહુ સાદા હલનચલનની જરૂર પડે છે, જ્યારે જટિલ કાર્ય કરતા રોબૉટમાં બધી દિશાઓમાં હલનચલનની જરૂર પડે છે. એટલે કે તેમાં – degrees of freedom (for movements) વધુ હોય છે. આકૃતિ (અ)માં બધી દિશાઓમાં ગતિ કરી શકાય તેવા સાંધા(joints)વાળો આર્મ દર્શાવ્યો છે. જ્યારે આકૃતિ (આ)માં સરકતો (sliding) આર્મ દર્શાવ્યો છે. જેમ માનવીના હાથના છેડે પહોંચો (wrist) અને આંગળીઓ (grippers) હોય છે તેમ રોબૉટના આર્મમાં પણ હોય છે. આકૃતિમાં આ દર્શાવેલ છે.

સાંધાના પ્રકાર (types of joint) : સરકતા (sliding) તેમજ પરિભ્રામી (rotating) એમ બંને પ્રકારના સાંધાઓ રોબૉટની સંરચનામાં વપરાય છે. ઘણાખરા રોબૉટમાં પરિભ્રામી સાંધા (માનવીના હાથના સાંધાઓ છે તેવા) વપરાય છે. માત્ર સરકતા સાંધાઓ વાપરવાથી મર્યાદિત ગતિક્રિયા મળે. બધા સાંધા અને તેને જોડાયેલ કડીઓ(links)ને ચલાવવા માટે ઇલેક્ટ્રિકલ, હાઇડ્રૉલિક કે ન્યુમૅટિક્સ શક્તિનો ઉપયોગ થાય છે. આ શક્તિ-સાધનોનાં કેન્દ્રીય ધોરણો રોબૉટના પાયા(બેઠક)માં ગોઠવવામાં આવે છે અથવા તો મોટા રોબૉટમાં મોટા સાંધામાં જે તે સાંધા માટે આગવાં મૂકવામાં આવે છે. પહેલા પ્રકારમાં કેન્દ્રીય શક્તિ-સાધનમાંથી જે તે સાંધા સુધી શક્તિસંચારણ (ગતિસંચારણ) માટે પટ્ટાઓ, દંડો, દાંતા-ચક્રો, દાબ-નળીઓ, હાઇડ્રૉલિક સિલિન્ડરો જેવાં અનેક સાધનોનો ઉપયોગ અનેક રીતો દ્વારા થાય છે.

અંત–અસરકર્તાઓ (end effectors) :  રોબૉટ જે કાંઈ કામ કરે છે તે છેવટે તેના અંત-અસરકર્તાઓ દ્વારા જ કરે છે. જેમ માનવીની આંગળીઓ, તેમ રોબૉટમાં પણ આંગળીઓ–અંત-અસરકર્તાઓ–નો સમાવેશ કરવામાં આવે છે. કયા પ્રકારનું કામ છે તે ધ્યાનમાં લઈ અંત-અસરકર્તાઓની ડિઝાઇન તૈયાર કરાય છે, જેથી તે રોબૉટમાં અંત-અસરકર્તાઓ બદલાવી જુદાં જુદાં કાર્યો થઈ શકે. રોબૉટની ડિઝાઇનમાં અંત-અસરકર્તાઓની ડિઝાઇન ઘણી અટપટી અને અઘરી ગણાય છે, કારણ કે તે માટેની કડી – ગતિ-સંરચના અને તેનું પ્રોગ્રામિંગ ઘણું અઘરું પડે છે.

નિયંત્રણ–પદ્ધતિઓ (control systems) : જુદા જુદા ભાગોનું હલનચલન તેમજ ગતિનું નિયંત્રણ જરૂરી છે. તે માટે જરૂરિયાત મુજબ જુદા જુદા પ્રકારની પદ્ધતિઓ વપરાય છે. સાદા મિકૅનિકલ ‘સ્ટૉપ’થી માંડીને સર્વો કંટ્રોલ સિસ્ટમ અને કમ્પ્યૂટર કંટ્રોલ સિસ્ટમનો બહોળા પ્રમાણમાં ઉપયોગ થાય છે. સુધારેલી નિયંત્રણ-પદ્ધતિઓને લીધે માનવયંત્રના જે ભાગોનું હલનચલન (movements) કરવાનું હોય તે નિશ્ચિત દિશામાં ચોકસાઈપૂર્વક અને પુનર્વર્તિત (with accuracy and repeatability) રીતે થઈ શકે છે. આ કારણસર જ ખૂબ ઝીણાં, ચોકસાઈવાળાં કામ જેવાં કે ઑપરેશનો, ‘આઇ. સી.’ ચિપ્સ બનાવવી વગેરેમાં રોબૉટનો ઉપયોગ શક્ય બન્યો છે.

સંવેદી/સંવેદના–રીતો (sensory systems) : રોબૉટનું કાર્ય મુખ્યત્વે અંત-અસરકર્તાઓ (end effectors) દ્વારા થાય છે. અંત-અસરકર્તાઓનું હલનચલન નિયંત્રણની કોઈ એક રીતથી નિયંત્રિત હોય છે. શું, ક્યારે અને કેટલું નિયંત્રણ કરવું તે માટે નિયંત્રકોને વિગત આપવામાં આવે છે. આવી વિગત ભેગી કરી પહોંચાડવા માટે યંત્રમાનવમાં સંવેદનાની જુદી જુદી રીતોનો ઉપયોગ જરૂરી બને છે. સંવેદનઘટકો(sensory elements)માં બહુ સાદા ઘટકોથી માંડીને બહારના વાતાવરણની પરિસ્થિતિ માપીને (જરૂરી વિગતો મેળવીને) નિયંત્રકોને પ્રતિપુષ્ટિ માહિતી (feedback information) આપે તેવા અતિ આધુનિક અને અટપટા ઘટકો હોય છે. સંવેદી ઘટકોને મુખ્ય બે પ્રકારમાં મૂકી શકાય : (1) સ્પર્શ-સંવેદકો (tacticle sensors) અને (2) ર્દશ્યમાન સંવેદકો (visual sensors).

સ્પર્શ–સંવેદકો : આ સંવેદકોને સામાન્ય રીતે રોબૉટના હાથનાં આંગળાં (end grippers) કે કાંડાં(wrists)માં ગોઠવવામાં આવે છે. આ સંવેદકો જુદા જુદા પ્રકારની સ્વિચો, સર્દશ/અનુરૂપ (analog) ટ્રૅન્સડ્યૂસરો (કે જે દબાણની તીવ્રતા અને દિશા જાણવામાં વપરાય છે.), બળ અને વળધૂર્ણ (force & torque) સંવેદકો કે તાપમાન ટ્રૅન્સડ્યૂસરના સ્વરૂપમાં હોય છે. આ સ્પર્શ-સંવેદકોને લીધે છેવટે કાંડા કે આંગળીઓને અપાતા બળનું તેમજ તેના હલનચલનનું નિયંત્રણ થાય છે. આ રીતે માનવી જેમ પોતાના કાર્યમાં કેટલું બળ આપવું કે કેટલું હલનચલન કરવું તે નક્કી કરે છે તેમ યંત્રમાનવ પણ કરે છે.

ર્દશ્યમાન સંવેદકો (visual sensors) : દૂર આવેલ વસ્તુઓની વિગત માટે આ પ્રકારના સંવેદકો વપરાય છે. આ સંવેદકોમાં ટેલિવિઝન કૅમેરાનો ઉપયોગ થાય છે. મળેલ ર્દશ્યનું કમ્પ્યૂટર દ્વારા વિશ્લેષણ કરીને વધુ અસરકારક ર્દશ્ય/માહિતી ઉપસાવાય છે. કૅમેરામાં બે પ્રકારની પ્રકાશની પદ્ધતિઓ વપરાય છે. ચાલુ વાતાવરણ-‘ઍમ્બિયન્ટ’ પ્રકાશ-પદ્ધતિ અને ખાસ નિર્મિત (structural) પ્રકાશપદ્ધતિ. પહેલી પદ્ધતિમાં પ્રકાશ માટેનાં ચાલુ સાધનો વપરાય છે, જ્યારે બીજી પદ્ધતિમાં ખાસ પ્રકાર(pattern)નો પ્રકાશ વપરાય છે. બીજી પદ્ધતિ વડે મળતા પ્રતિબિંબનું વિશ્લેષણ સરળ અને ઝડપી થઈ શકે છે. પ્રતિબિંબની માહિતી ‘કંટ્રોલ સિસ્ટમ’માં પહોંચાડવામાં આવે છે અને તેના પરથી છેવટે રોબૉટના ભાગોનું હલનચલન (કાર્ય) નિયંત્રિત થાય છે.

યંત્રમાનવોનું વર્ગીકરણ : જુદાં જુદાં કાર્યો માટે અનેક પ્રકારના યંત્રમાનવો–રોબૉટ વપરાય છે. તેમનું વર્ગીકરણ નીચે પ્રમાણે કરી શકાય :

(1) કાર્યવૈવિધ્ય અને નિયંત્રણરીતના વિકાસ પર આધારિત (based on sophistication) : પ્રથમ પેઢીના સાદા ઔદ્યોગિક રોબૉટ; બીજી પેઢીના રોબૉટ, જે વાતાવરણની સંવેદનશીલતાની ક્ષમતા (capability of understanding the environment) ધરાવે છે; ત્રીજી પેઢીના બુદ્ધિશાળી રોબૉટ, જેમાં કૃત્રિમ બુદ્ધિ(artificial intelligence)નો ઉપયોગ થાય છે.

(2) કાર્યકૌશલ્ય પર આધારિત (based on manupulative function) :

(i) વસ્તુ પકડ-મૂક (pick and place) રોબૉટ;

(ii) ખાસ કામ માટેના રોબૉટ;

(iii) સાર્વત્રિક (બધા પ્રકારનું) કાર્ય કરી શકે તેવા રોબૉટ.

(3) નિયંત્રણરીતના પ્રકાર પર આધારિત રોબૉટ :

(i) ‘નૉનસર્વો કંટ્રોલ’ (જેમાં પ્રતિપુષ્ટિ  feedback  નથી તેવા સાદા) રોબૉટ;

(ii) ‘સર્વો કંટ્રોલ’ (પ્રતિપુષ્ટિવાળો) રોબૉટ;

(iii) નિયંત્રણમાં કમ્પ્યૂટરનો ઉપયોગ કરતા રોબૉટ.

યંત્રમાનવના ઉપયોગો : મોટાભાગના રોબૉટ 6 દિશામાં ગતિ થઈ શકે તેવા સાંધા(joints)વાળા ‘આર્મ’ પ્રકારના હોય છે, જેમનો મહત્તમ ઉપયોગ ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રે, ખાસ કરીને જ્યાં વાતાવરણ માનવી માટે અનુકૂળ ન હોય (તાપમાન, રાસાયણિક પ્રદૂષણ, રજકણો, વરાળ, ધૂળ વગેરેથી પ્રદૂષિત હોય) ત્યાં વિશેષ પ્રમાણમાં વપરાય છે. વેલ્ડિંગ, કાસ્ટિંગ, પેઇન્ટિંગ વગેરે આ પ્રકારનાં કાર્યોનાં ઉદાહરણો છે. આ ઉપરાંત CNC મશીનો અને રોબૉટ મશીનોએ એકાકી સ્વયંસંચાલન(single hard automation)ની જગ્યાએ બહુવિધ સ્વયંસંચાલન (soft-flexible automation) શક્ય બનાવ્યું. આનું કારણ એ છે, કે આ મશીનોમાં પ્રોગ્રામો સહેલાઈથી બદલાવી શકાય છે એટલે કે તે reprogrammable છે. ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રે આ મોટું પરિવર્તન બની રહ્યું છે, કારણ કે પહેલાં હાર્ડ ઑટોમેશનને લીધે બહુ મોટી સંખ્યામાં ઉત્પાદન કરવાનું હોય ત્યાં જ સ્વયંસંચાલન (automation) શક્ય બનતું, પરંતુ બહુવિધ સ્વયંસંચાલન (self-automation) વિકસતાં નાની સંખ્યામાં વસ્તુ-ઉત્પાદન માટે પણ સ્વયંસંચાલન બન્યું. આને લીધે ઉત્પાદનખર્ચમાં સારા પ્રમાણમાં ઘટાડો થયો અને તેથી ઉત્પાદકો હવે ગ્રાહકોને ઓછા ખર્ચે વસ્તુમાં વૈવિધ્ય આપી શકે છે.

ડ્રિલિંગ, મિલિંગ, મશીન લોડિંગ, ટ્રાન્સપૉર્ટિગ, એસેમ્બલી, સ્પ્રે પેઇન્ટિંગ, ચેકિંગ – એમ અનેક પ્રકારનાં ઔદ્યોગિક કામો રોબૉટ ઝડપથી અને ચોકસાઈપૂર્વક કરી શકે છે.

માનવી જેમ એક જગ્યાએ સ્થિર રહી હાથ વડે અનેક પ્રકારનાં કામ કરી શકે તેમજ એક જગ્યાએથી ચાલીને બીજી જગ્યાએ જઈને અથવા આવા ચાલન દરમિયાન કાર્ય કરી શકે તે પ્રમાણે રોબૉટ પણ કરી શકે. પ્રથમ પ્રકારના રોબૉટ સ્થાયી રોબૉટ, જ્યારે બીજા પ્રકારના ગતિશીલ (mobile) રોબૉટ કહેવાય છે. ગતિશીલ રોબૉટની ડિઝાઇન પ્રમાણમાં અઘરી હોય છે. ગતિશીલ રોબૉટનો ઉપયોગ મનોરંજન, ગાર્ડ/સંત્રી તરીકે, સફાઈકામ (cleaning and vaccuming) અને ખાણકામમાં, અગ્નિશમન(fire-figting)માં, ભયજનક કે સળગી ઊઠે તેવા પદાર્થો (hazardous materials) લઈ જવામાં, દરિયા નીચે વિસ્ફોટનમાં, દરિયામાં પડેલ/ પડી ગયેલ વસ્તુઓ શોધવામાં  એ રીતે અનેક પ્રકારનાં કામો માટે થઈ રહ્યો છે.

રોબૉટ–ફૅક્ટરી : રોબૉટ-ફેક્ટરી એટલે અમુક પ્રમાણમાં અમુક કાર્યો માટે રોબૉટ વપરાતા હોય તેવી ફૅક્ટરી નહિ, પરંતુ આખી ફૅક્ટરી સ્વયં રોબૉટ હોય. આકૃતિ 3 આવી રોબૉટ ફૅક્ટરીનું સાદું રેખાચિત્ર દર્શાવે છે. આવી ફૅક્ટરીમાં એક-કેન્દ્રીય નિયંત્રણ-પદ્ધતિ હોય, જેના દ્વારા સમગ્ર ફૅક્ટરીનાં બધાં કાર્યોનું આયોજન અને નિયંત્રણ વ્યવસ્થિત રીતે થતાં હોય. દરેક ક્ષેત્રને પોતપોતાની આગવી નિયંત્રણ-પદ્ધતિ તો હોય જ, પરંતુ બધાં ક્ષેત્રોના નિયંત્રણનું સમગ્રતયા સંકલન કેન્દ્રીય નિયંત્રણની પદ્ધતિથી થાય છે. કેન્દ્રીય ધોરણે બધાં કાર્યો(જેવાં કે, ઉત્પાદન, માલ પહોંચાડવો વગેરે)નું આયોજન અને કાર્ય-સમયપત્રક (work scheduling) નક્કી થાય છે અને જ્યારે પણ આયોજન અને ખરેખર થયેલ કાર્યમાં જ્યારે અને જેટલો પણ ફરક પડે તેનું પુન: સમયપત્રક નક્કી થાય છે. બધાં ક્ષેત્રોમાં બધાં કાર્યો વચ્ચે પૂરેપૂરું સંતુલન જળવાઈ રહે તેવી ગોઠવણી હોય છે. બધાં કાર્યો સ્વયંસંચાલિત (automatic) હોય છે. મશીન પર દાગીનાનું ‘લોડિંગ’, ‘મશીનિંગ’, ‘અનલોડિંગ’, સ્થળાંતર, ચકાસણી, ‘સબએસેમ્બલી’ અને છેલ્લે ‘એસેમ્બલી’ – એમ બધાં કાર્યો એકધારાં અને એકરૂપતામાં થાય છે. માનવીને જોવાપણું નહિવત્ રહે છે. વળી કાર્ય પ્રમાણે મશીનોની સંખ્યા એટલી રાખવામાં આવે અને ગોઠવણી એવી કરવામાં આવે કે ક્યાંય માલનો ભરાવો થાય નહિ. આવી ફૅક્ટરીમાં રોબૉટ તેમજ CNC સિસ્ટમનાં મશીનો વપરાય છે. આવી ફૅક્ટરી સ્વપ્નવત્ નહિ પરંતુ હકીકત બની રહી છે. ટૅકનૉલૉજીનું સ્તર એટલું વિકસ્યું છે, જેમાં ‘કમ્પ્યૂટરાઇઝ્ડ કંટ્રોલ સિસ્ટમ’ અને રોબૉટિક્સનો ફાળો વિશેષ છે.

ગાયત્રીપ્રસાદ હીરાલાલ ભટ્ટ