அதிவேக உராய்வற்ற மிதப்பைச் சாதித்த ஜப்பானிய ஆய்வாளர்கள்: நுண்ணிய பொருள் போக்குவரத்துத் தொழில்நுட்பத்தில் முன்னேற்றம்

உராய்வற்ற மிதப்பில் புதிய சாதனை: ஜப்பானியப் புதுமை

நுண்ணிய பொருள் போக்குவரத்துத் தொழில்நுட்பத்தில் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றமாக, ஜப்பானின் யோகோஹாமா தேசியப் பல்கலைக்கழக ஆய்வாளர்கள் அதிவேக உராய்வற்ற மிதப்புச் சாதனத்தை அறிமுகப்படுத்தியுள்ளனர். ஒலி அலைகளின் ஆற்றலைப் பயன்படுத்தும் இந்த முன்னோடித் தொழில்நுட்பம், மின்னணுப் பொருள் தயாரிப்பு முதல் உயிர்மருத்துவ ஆய்வு வரையிலான துறைகளில் சிறிய பொருட்களை நகர்த்தும் முறையில் பெரும் மாற்றத்தை ஏற்படுத்தும் என எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. பாரம்பரியப் போக்குவரத்து அமைப்புகளில் நீடித்த தடையாக இருக்கும் உராய்வை நீக்குவதன் மூலம், நுட்பமான பாகங்களைத் தொடாமலேயே வேகமாகவும் துல்லியமாகவும் நகர்த்த இந்தச் சாதனம் வழிவகுக்கிறது.

கன்வேயர் பட்டைகள் மற்றும் பிற இயந்திரப் போக்குவரத்து அமைப்புகளின் செயல்திறனையும் வேகத்தையும் உராய்வு நீண்டகாலமாகக் கட்டுப்படுத்தி வந்துள்ளது. யோகோஹாமா குழு உருவாக்கியுள்ள புதிய சாதனம் இந்தச் சவாலைத் தீர்ப்பதோடு, சிறிய அளவிலும் கம்பியில்லாமலும் செயல்படுகிறது. இதனால், எந்தத் திசையிலும் நகர்த்தவும் இதுவரை இல்லாத அளவிலான சுறுசுறுப்புடன் இயங்கவும் முடிகிறது. Advanced Intelligent Systems இதழில் 2025 ஜூலை 10 அன்று வெளியான இந்த ஆய்வு, நுண்ணிய பாகங்களைத் துல்லியமாகக் கையாளும் தொழில்களுக்கு ஆட்டத்தை மாற்றக்கூடிய கண்டுபிடிப்பாக ஏற்கெனவே கருதப்படுகிறது.

அதிவேக மிதப்புச் சாதனம் எவ்வாறு செயல்படுகிறது?

இந்தப் புதுமையின் அடிப்படையாக இருப்பது ஒலியியல் மிதப்பு. ஒலி அலைகளைப் பயன்படுத்தி பொருட்களை காற்றில் மிதக்கச் செய்யும் நுட்பம் இது. பெரிய, பெரும்பாலும் சிக்கலான கருவிகள் தேவைப்படும் காந்த அல்லது காற்றழுத்த மிதப்பு முறைகளைப் போலல்லாமல், ஒலியியல் மிதப்பை மிகக் குறைந்த இடத்திலேயே செயல்படுத்தலாம். எனவே, நுண்ணிய பயன்பாடுகளுக்கு இது ஏற்றது.

உயர் அதிர்வெண் அதிர்வுகளை உருவாக்க இந்தச் சாதனம் மின்னழுத்தப் பீங்கான் இயக்கியைப் பயன்படுத்துகிறது. இந்த அதிர்வுகள் இரண்டு மேற்பரப்புகளுக்கு இடையில் அழுத்தப் படலம் எனப்படும் மெல்லிய திரவப் படலத்தை உருவாக்குகின்றன. செயல்படுத்தப்படும்போது, இந்த அழுத்தப் படலம் மெத்தையாகச் செயல்பட்டு பொருளைத் தூக்கி, எந்தத் திசையிலும் தடையின்றி நகர அனுமதிக்கிறது. வெளிப்புறக் கம்பிகள் அல்லது இணைப்புகள் இன்றியே நிலையான, உராய்வற்ற, எல்லாத் திசைகளிலும் இயங்கும் இயக்கம் கிடைக்கிறது.

பாரம்பரிய ஒலியியல் மிதப்பின் வரம்புகளைத் தாண்டுதல்

முந்தைய ஒலியியல் மிதப்பு அமைப்புகளின் முக்கியக் குறைபாடுகளில் ஒன்று, மின்சாரம் மற்றும் கட்டுப்பாட்டுக்குக் கம்பிகளைச் சார்ந்திருந்தது. மிதக்கவைக்கப்பட்ட பொருட்களைத் துல்லியமாக நிலைநிறுத்துவதில் இந்தக் கம்பிகள் அடிக்கடி குறுக்கிட்டன. இதற்குத் தீர்வாக, யோகோஹாமா குழு கம்பியில்லா இயக்கச் சுற்றை ஒருங்கிணைத்து, சாதனம் கம்பியின்றிச் செயல்பட வழிவகுத்தது. இந்தப் புதுமை சாதனத்தின் சுறுசுறுப்பை அதிகரிப்பதோடு, நெகிழ்வுத்தன்மையும் தடையற்ற இயக்கமும் அத்தியாவசியமான நடைமுறைப் பயன்பாடுகளுக்கும் ஏற்றதாக மாற்றுகிறது.

செயல்திறனும் திறன்களும்

சோதனைகளில் சாதனத்தின் குறிப்பிடத்தக்க திறன்கள் நிரூபிக்கப்பட்டன. 10 டிகிரி சாய்வில் வைத்தபோது, சாதனம் அணைக்கப்பட்ட நிலையில் பொருள் ஈர்ப்பு விசைக்கேற்ப கீழே வழுக்கும். ஆனால் மிதப்பு அமைப்பைச் செயல்படுத்தியதும், அந்தப் பொருளை நொடிக்கு மூன்று மீட்டர் வரை வேகத்தில் செலுத்த முடிந்தது. இது வழக்கமான உராய்வு சார்ந்த அமைப்புகளால் எட்டக்கூடிய வேகத்தைவிட மிக அதிகம்.

மொத்தம் 150 கிராம் வரையிலான சுமையுடன் சாதனம் நிலையான மிதப்பையும் இயக்கத்தையும் அடைய முடியும். மிதக்கும் திறனை இழப்பதற்கு முன்பு சுமார் 43 கிராம் கூடுதல் சுமையையும் அது தாங்கும். மின்னணுப் பாகங்கள் முதல் உயிர்மருத்துவ மாதிரிகள் வரை பல்வேறு சிறிய, நுட்பமான பொருட்களைக் கொண்டு செல்ல இந்தத் திறன்கள் ஏற்றவை.

உராய்வற்ற மிதப்பு ஏன் முக்கியம்?

தொடர்பில் இருக்கும் பொருட்களின் இயக்கத்தை எதிர்க்கும் அடிப்படை விசையே உராய்வு. தொழில்துறைச் சூழல்களில் உராய்வு தேய்மானம், ஆற்றல் இழப்பு, வேகம் மற்றும் துல்லியத்தின் மீதான கட்டுப்பாடுகள் ஆகியவற்றை ஏற்படுத்துகிறது. நுண்சில்லுகள், மிகச் சிறிய இயந்திரப் பாகங்கள் அல்லது உயிரணுக்கள் போன்ற நுண்ணிய பொருட்களைக் கொண்டு செல்லும்போது, உராய்வு சேதத்தையோ மாசுபாட்டையோ ஏற்படுத்தலாம். எனவே, தொடுதலற்ற முறைகள் மிகவும் விரும்பத்தக்கவை.

உராய்வை நீக்குவதன் மூலம், புதிய மிதப்புச் சாதனம் பின்வருவனவற்றைச் சாத்தியமாக்குகிறது:

• சிறிய பொருட்களை நகர்த்துவதில் அதிக வேகம்
• நிலைநிறுத்துவதிலும் கையாளுவதிலும் மேம்பட்ட துல்லியம்
• நுட்பமான பாகங்கள் சேதமடையும் அபாயம் குறைதல்
• தொடுதலையும் மாசுபாட்டையும் குறைப்பதன் மூலம் தூய்மையான போக்குவரத்து

நுண்ணிய துகள்கள் அல்லது அதிர்வுகள்கூட பொருளின் தரத்தையோ ஆய்வு முடிவுகளையோ பாதிக்கக்கூடிய தொழில்களில் இந்த நன்மைகள் குறிப்பாக முக்கியமானவை.

பயன்பாடுகள்: நுண்மின்னணுவியல் முதல் மருத்துவம் வரை

இந்தத் தொழில்நுட்பத்தின் சாத்தியமான பயன்பாடுகள் பரந்தவை. மின்னணுத் துறையில், நுண்சில்லுகள் மற்றும் பிற சிறிய பாகங்களை ஒன்றிணைக்கும் பணியை இந்தச் சாதனம் எளிதாக்கி, குறைபாடுகளைக் குறைத்து உற்பத்தித் திறனை அதிகரிக்கக்கூடும். உயிர்மருத்துவ ஆய்வில், உயிருள்ள உயிரணுக்கள் அல்லது எளிதில் சேதமடையக்கூடிய மாதிரிகளைத் தொடாமல் மென்மையாகக் கொண்டு செல்ல இது உதவும்; இதனால் மாசுபாடு அல்லது இயந்திர அழுத்தத்தின் அபாயம் குறையும்.

ஆய்வுக் குழுவின் கூற்றுப்படி, இயந்திரப் பாகங்கள், உயிர்மருத்துவ உயிரணுக்கள் மற்றும் பிற உணர்திறன் மிக்க பொருட்களுக்கு தொடுதலற்ற விநியோகச் சேவைகளை வழங்கக்கூடிய, பல மிதப்புச் சாதனங்கள் பொருத்தப்பட்ட ரோபோக்களை உருவாக்குவதே அவர்களின் நீண்டகால இலக்கு. பாரம்பரியப் போக்குவரத்து முறைகள் நடைமுறைக்கு ஒவ்வாத அல்லது முழுமையான தூய்மை இன்றியமையாத சூழல்களில் இத்தகைய ரோபோக்கள் செயல்படக்கூடும்.

நிபுணர்களின் பார்வையும் தொழில்துறை தாக்கமும்

மைக்ரோ ரோபோட்டிக்ஸ் துறையின் முன்னணி ஆய்வாளரான டாக்டர் கென்ஜிரோ ஃபுகுடா (இந்த ஆய்வில் பங்கேற்கவில்லை), இந்தச் சாதனையின் முக்கியத்துவம் குறித்து கருத்துத் தெரிவித்தார்:

அதிவேகத்திலும் உயர் துல்லியத்துடனும் பொருட்களைத் தொடாமல் கையாள்வது ரோபோட்டிக்ஸ் மற்றும் உற்பத்தித் துறைகளில் நீண்டகாலச் சவாலாக இருந்து வருகிறது. கம்பியில்லா ஒலியியல் மிதப்பையும் அழுத்தப் படலத் தொழில்நுட்பத்தையும் ஒருங்கிணைத்திருப்பது ஒரு புத்திசாலித்தனமான தீர்வு. இது தானியக்கத்துக்கும் நுண்ணிய உற்பத்தி வரிசைகளுக்கும் புதிய வாய்ப்புகளைத் திறக்கக்கூடும்.

உடல்ரீதியாகத் தொடாமல் பொருட்களை நகர்த்தும் திறன் உயிர்மருத்துவத் துறையினரின் கவனத்தையும் ஈர்த்துள்ளது. உயிர்மருத்துவப் பொறியியலாளரான டாக்டர் யூகி தனகா குறிப்பிட்டார்:

உயிருள்ள உயிரணுக்கள் அல்லது நுட்பமான திசுக்களைத் தொடாமல் கொண்டு செல்வது மாசுபாடு மற்றும் இயந்திரச் சேதத்தின் அபாயத்தைக் குறைக்கிறது. ஆய்வகத் தானியக்கத்துக்கும் திசுப் பொறியியலுக்கும் இந்தத் தொழில்நுட்பம் மாற்றத்தை ஏற்படுத்தக்கூடும்.

ஒலியியல் மிதப்பு எவ்வாறு செயல்படுகிறது?

ஒலி அலைகள் பொருட்களின் மீது அழுத்தத்தைச் செலுத்தும் என்ற கோட்பாட்டின் அடிப்படையில் ஒலியியல் மிதப்பு செயல்படுகிறது. கீழிருந்து ஒரு பொருளை நோக்கி உயர் அதிர்வெண் ஒலி அலைகளைச் செலுத்தும்போது, உருவாகும் அழுத்தம் ஈர்ப்பு விசையை எதிர்த்து, அந்தப் பொருளை மிதக்கச் செய்யும். ஒலி அலைகளின் அதிர்வெண்ணையும் வீச்சையும் கவனமாகக் கட்டுப்படுத்துவதன் மூலம், ஆய்வாளர்கள் பொருளை நிலைப்படுத்தி, குறிப்பிட்ட திசைகளில் நகர்த்தவும் முடியும்.

மின்னழுத்தப் பீங்கான் இயக்கி உருவாக்கும் அழுத்தப் படல விளைவு, காற்று அல்லது திரவத்தின் மெல்லிய அடுக்கை உருவாக்கி மசகு பொருள்போல் செயல்படுவதன் மூலம் இந்தச் செயல்முறையை மேலும் மேம்படுத்துகிறது. இதனால், சாய்வான அல்லது சீரற்ற மேற்பரப்புகளில்கூட மிதக்கும் பொருள் குறைந்த எதிர்ப்புடன் சீராக நகர முடிகிறது.

பிற மிதப்புத் தொழில்நுட்பங்களுடன் ஒப்பீடு

அதிவேக ரயில்கள் மற்றும் தொழில்துறை கன்வேயர்கள் போன்ற பயன்பாடுகளில் காந்த மிதப்பு (மாக்லெவ்), காற்றழுத்த அமைப்புகள் உள்ளிட்ட பிற மிதப்பு முறைகள் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. ஆனால், இவற்றுக்குப் பெரும்பாலும் பெரிய காந்தங்கள், வலுவான மின்காந்தங்கள் அல்லது சிக்கலான காற்றுப் பம்புகள் தேவைப்படுகின்றன. இதனால், நுண்ணிய அல்லது எடுத்துச் செல்லக்கூடிய பயன்பாடுகளுக்கு இவை பொருத்தமற்றவை.

இதற்கு மாறாக, ஒலியியல் மிதப்பைச் சிறிய பாகங்களைக் கொண்டு செயல்படுத்தலாம்; மேலும், மிதக்கவைக்கப்படும் பொருளுக்குச் சிறப்பான காந்த அல்லது மின்கடத்தும் பண்புகள் எதுவும் தேவையில்லை. காந்தமற்ற பொருட்கள் மற்றும் உயிரியல் பொருட்கள் உள்ளிட்ட பலவகைப் பொருட்களைக் கையாள்வதற்கு இது குறிப்பாக ஏற்றதாக அமைகிறது.

சவால்களும் எதிர்காலத் திசைகளும்

தற்போதைய சாதனம் குறிப்பிடத்தக்க முன்னேற்றமாக இருந்தாலும், பரவலாகப் பயன்பாட்டுக்கு வருவதற்கு முன் இன்னும் சில சவால்களை எதிர்கொள்ள வேண்டியுள்ளது. அதிகபட்சச் சுமைத் திறன், அதாவது கூடுதல் சுமையாக தற்போது சுமார் 43 கிராம் மட்டுமே தாங்கும் வரம்பு, இதன் பயன்பாட்டை ஒப்பீட்டளவில் சிறிய பொருட்களுக்குக் கட்டுப்படுத்துகிறது. மிதப்பு அமைப்பின் செயல்திறனை மேம்படுத்தவும், அதிகச் சுமைகளின்போது நிலைத்தன்மையை அதிகரிக்கவும், சீரற்ற அல்லது ஒழுங்கற்ற மேற்பரப்புகளிலும் நம்பகமாகச் செயல்படுவதை உறுதிசெய்யவும் ஆய்வாளர்கள் பணியாற்றி வருகின்றனர்.

ஒருங்கிணைந்து செயல்படும் ரோபோ அமைப்புகளில் பல மிதப்புச் சாதனங்களை இணைப்பதும் தொடர்ச்சியான ஆய்வுப் பகுதியாக உள்ளது. பல சாதனங்களை ஒன்றிணைப்பதன் மூலம், பெரிய அல்லது சிக்கலான பொருட்களைக் கொண்டு செல்வதும், தொடுதலின்றியே நுட்பமான பொருத்துப் பணிகளைச் செய்வதும் சாத்தியமாகலாம்.

ஜப்பானியப் புதுமைக்கான பரந்த தாக்கங்கள்

இந்தச் சாதனை, குறிப்பாக ரோபோட்டிக்ஸ், தானியக்கம் மற்றும் போக்குவரத்துத் துறைகளில் ஜப்பானில் நிகழும் பரந்த தொழில்நுட்பப் புதுமைப் போக்கின் ஒரு பகுதியாகும். எடுத்துக்காட்டாக, ஓட்டுநரில்லா புல்லட் ரயில்களை இயக்குவதையும் பள்ளிகளில் மேம்பட்ட ஒலித்தடுப்புத் தொழில்நுட்பங்களைப் பயன்படுத்துவதையும் ஜப்பான் ஆராய்ந்து வருகிறது. சமூகச் சவால்களை எதிர்கொள்ள அறிவியலையும் பொறியியலையும் பயன்படுத்துவதற்கான நாட்டின் உறுதிப்பாட்டை இவை காட்டுகின்றன.

மக்கள்தொகை மாற்றங்களையும் தொழிலாளர் பற்றாக்குறையையும் ஜப்பான் எதிர்கொள்ளும் நிலையில், உராய்வற்ற மிதப்பு போன்ற புதுமைகள் உயர் தொழில்நுட்பத் தொழில்களில் உற்பத்தித்திறனையும் போட்டித்திறனையும் தக்கவைக்க முக்கியப் பங்காற்றக்கூடும்.

சுருக்கமாக

• யோகோஹாமா தேசியப் பல்கலைக்கழகத்தைச் சேர்ந்த ஜப்பானிய ஆய்வாளர்கள் ஒலியியல் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி அதிவேக உராய்வற்ற மிதப்புச் சாதனத்தை உருவாக்கியுள்ளனர்.
• மின்னழுத்தப் பீங்கான் இயக்கி மூலம் அழுத்தப் படலத்தை உருவாக்கி உராய்வை நீக்கும் இந்தச் சாதனம், சிறிய பொருட்களை எந்தத் திசையிலும் கம்பியின்றி நகர்த்த உதவுகிறது.
• கம்பியில்லா இயக்கச் சுற்றுகள் கம்பிகளின் தேவையை நீக்கி, சாதனத்தின் சுறுசுறுப்பையும் நடைமுறைப் பயன்பாட்டையும் மேம்படுத்துகின்றன.
• மின்னணு, உயிர்மருத்துவம் மற்றும் வேதியியல் தொழில்களில் நுட்பமான பொருட்களைக் கொண்டு செல்லும் முறையில் இந்தத் தொழில்நுட்பம் பெரும் மாற்றத்தை ஏற்படுத்தும் வாய்ப்புள்ளது.
• சுமைத் திறன், நிலைத்தன்மை மற்றும் சீரற்ற மேற்பரப்புகளில் செயல்திறனை அதிகரிப்பது எதிர்கால மேம்பாடுகளின் இலக்குகள். இறுதியில், தொடுதலற்ற ரோபோ விநியோக அமைப்புகளை உருவாக்குவதே நோக்கம்.