આ બ્લોગ પોસ્ટમાં, આપણે રોબોટિક્સમાં ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ શા માટે મુખ્ય કૌશલ્ય બની ગયું છે અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, નિયંત્રણ અને કમ્પ્યુટર્સ રોબોટ્સના વિકાસમાં કેવી રીતે ફાળો આપે છે તેના પર એક નજર નાખીશું.
ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ શું છે અને રોબોટિક્સનો અભ્યાસ કરવા માટે મને તેની શા માટે જરૂર છે? જેમ અગાઉ ઉલ્લેખ કર્યો છે તેમ, રોબોટિક્સની મુખ્ય ટેકનોલોજી ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગમાંથી આવે છે. વીજળી કરતાં વધુ સ્પષ્ટ અને છતાં અસ્પષ્ટ શબ્દ વિચારવો મુશ્કેલ છે. આ સમજવા માટે, આપણે ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગના મૂળભૂત ખ્યાલો અને તેની ભૂમિકા પર ધ્યાન આપવાની જરૂર છે.
ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ એ એક વિદ્યાશાખા છે જે વીજળીનો ઉપયોગ કરતી વિવિધ તકનીકોની ડિઝાઇન, વિકાસ અને ઉપયોગ સાથે વ્યવહાર કરે છે. આ તકનીકોમાં રોજિંદા જીવનથી લઈને ઉદ્યોગ સુધીના વિવિધ કાર્યક્રમો છે. વીજળી ફક્ત લાઇટિંગ અને પાવરિંગ ઉપકરણો માટે જ નથી; ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગમાં વિદ્યુત ઊર્જાના ઉત્પાદન, રૂપાંતર, ટ્રાન્સમિશન અને વિતરણથી લઈને બધું જ શામેલ છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરો પાવર પ્લાન્ટ્સથી ઘરો અને ઔદ્યોગિક સુવિધાઓ સુધી વિશ્વસનીય રીતે વીજળી પહોંચાડવા માટે પાવર ગ્રીડ ડિઝાઇન કરે છે, અને કાર્યક્ષમ વીજળીનો ઉપયોગ સુનિશ્ચિત કરવા માટે ઊર્જા વ્યવસ્થાપન પ્રણાલીઓ વિકસાવે છે. તેઓ ઇલેક્ટ્રિક વાહનો, નવીનીકરણીય ઉર્જા પ્રણાલીઓ અને સ્માર્ટ ગ્રીડ જેવી આધુનિક તકનીકોના વિકાસમાં પણ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.
ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ વિભાગના મૂળ મુખ્યના પૂર્વજરૂરી અભ્યાસક્રમ, ચોથા સેમિનારના નામ પર પાછા શોધી શકાય છે, જે તમામ વર્તમાન ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ વિદ્યાર્થીઓ માટે જરૂરી છે. તે ઇલેક્ટ્રિકલ સેમિનાર નથી, પરંતુ તેનો અર્થ શું છે? ચાર વિષયો વીજળી, ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, નિયંત્રણ અને કમ્પ્યુટર છે. આ ચાર વિભાગો સિઓલ નેશનલ યુનિવર્સિટીના વર્તમાન ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ ઈલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ એન્ડ કોમ્પ્યુટર સાયન્સની રચના પહેલા અસ્તિત્વમાં હતા અને વર્તમાન વિભાગની રચના કરવા માટે તેમને મર્જ કરવામાં આવ્યા હતા.
ટૂંકમાં, વીજળી એ એક ક્ષેત્ર છે જે પાવર પ્લાન્ટ્સમાં પાવર સિસ્ટમ્સને ડિઝાઇન કરે છે અને રિમોડેલ કરે છે જેમ આપણે સામાન્ય રીતે વિચારીએ છીએ, અથવા ઉપકરણો દ્વારા ઇલેક્ટ્રિકલ એનર્જીને કાર્યક્ષમ રીતે ગતિ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે, એટલે કે, મોટર્સ ડિઝાઇન કરે છે અને સંબંધિત ઉપકરણોને ઑપ્ટિમાઇઝ કરે છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રિક વાહન માટે મોટર ડિઝાઇન કરતી વખતે, પાવર કાર્યક્ષમતા અને ટકાઉપણુંને ધ્યાનમાં રાખીને શક્ય તેટલી અસરકારક રીતે વિદ્યુત ઊર્જાને ગતિ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરવું મહત્વપૂર્ણ છે. વિગતો થોડી અલગ છે, પરંતુ આના જેવું વિચારવું સરળ છે.
ઇલેક્ટ્રોનિક્સના કિસ્સામાં, સેમિકન્ડક્ટર, ફ્લેશ મેમરી, ડિસ્પ્લે અને સ્માર્ટફોનનો વિચાર કરો, જે કોરિયાના મુખ્ય નિકાસ તરીકે પરિચિત છે. જો તમે સેમસંગ ઇલેક્ટ્રોનિક્સને એક પ્રતિનિધિ કંપની તરીકે વિચારો છો, તો તે શું વેચે છે અને શું કરે છે તે સમજવું સરળ છે. આ ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયરિંગ અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ વચ્ચેની રેખાઓને અસ્પષ્ટ કરે છે, અને ઇલેક્ટ્રોનિક્સ રોબોટિક્સમાં મોટી ભૂમિકા ભજવે છે. ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, જેમ કે રોબોટના સેન્સર, રોબોટ માટે તેના બાહ્ય વાતાવરણને ઓળખવા અને તેની સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા માટે જરૂરી છે.
તમે અત્યારે જે કમ્પ્યુટરનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો તેના વિશે તમે જે જાણો છો તે બધું જ કમ્પ્યુટર્સ તરીકે વિચારો. તે બે ભાગોમાં વિભાજિત છે: હાર્ડવેર અને સોફ્ટવેર. રોબોટિક્સમાં, કોમ્પ્યુટર હાર્ડવેર અને સોફ્ટવેર ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે, કારણ કે તે સેન્ટ્રલ પ્રોસેસિંગ યુનિટ (CPU) દ્વારા રોબોટની વર્તણૂકને નિયંત્રિત કરવા અને શીખવા માટે જરૂરી છે, જે રોબોટના મગજ તરીકે કામ કરે છે અને આર્ટિફિશિયલ ઈન્ટેલિજન્સ અલ્ગોરિધમ્સ.
અંતે, નિયંત્રણનું ક્ષેત્ર છે, જે રોબોટ્સની ચાવી છે જેની આપણે બધા બાળકો તરીકે પ્રશંસા કરીએ છીએ. આ ક્ષેત્રનો ઉદ્દેશ્ય મશીનોને નજીકથી અનુકરણ કરવાનો અને માનવીય ધારણા અને વર્તનને સમજવાનો છે જેથી તેઓ માનવીય ક્રિયાઓને યોગ્ય રીતે પ્રતિસાદ આપી શકે. રોબોટ એ કંટ્રોલ સિસ્ટમ છે, બીજું કંઈક નહીં. કંટ્રોલ સિસ્ટમનું એક સરળ ઉદાહરણ ટચસ્ક્રીન છે, જે પહેલેથી જ વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ છે અને દરેક વ્યક્તિ તેનો ઉપયોગ કરે છે. જ્યારે કોઈ માણસ મોનિટરના અમુક ભાગને પોતાના હાથથી દબાવે છે, ત્યારે તે પ્રતિભાવ દર્શાવે છે.
વધુ સરળ ઉદાહરણમાં, સેન્સર કે જે બાથરૂમમાં લાઇટ ચાલુ કરે છે, અથવા ફક્ત એક સ્વીચ જે રૂમમાં લાઇટ ચાલુ કરે છે, તે ખરેખર રોબોટ હોઈ શકે છે. તે વધુ સુસંસ્કૃત બને છે જ્યારે તે માનવ વર્તનને વધુ સારી રીતે સમજે છે અને તે મુજબ પ્રતિસાદ આપે છે, પરંતુ જ્યાં સુધી તે એક સરળ સ્વીચ સાથે મનુષ્યોને પ્રતિસાદ આપે છે, તે રોબોટ અથવા નિયંત્રણ સિસ્ટમ છે.
કંટ્રોલ એન્જિનિયરિંગને પણ બે મુખ્ય ક્ષેત્રોમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. એક કંટ્રોલ એન્જિનિયરિંગ અને સિસ્ટમ થિયરીનું ક્ષેત્ર છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો હું રોબોટિક માછલીઓનું એક જૂથ બનાવું અને હું નદીમાં તેઓ પોતાને કેવી રીતે સંચાલિત કરી શકે તે સિદ્ધાંત કરવા માંગું છું, તો હું ગાણિતિક રીતે વાસ્તવિક નદીની જગ્યાનું મોડેલિંગ કરીને અને અલગ-અલગ કેસોમાં કેવી રીતે વર્તવું જોઈએ તેની આગાહી કરીને કરી શકું છું. ચલો જેમ કે નદીનો પ્રવાહ દર અને દિશા અથવા અન્ય માછલીઓની હિલચાલ. આ એક એવું ક્ષેત્ર છે જે આ રીતે વિવિધ કેસોનો અભ્યાસ કરે છે. તે મુખ્યત્વે કોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક કંટ્રોલ, રોબોટ કંટ્રોલ, જૈવિક પ્રણાલીઓનું મોડેલિંગ અને નિયંત્રણ, માર્ગદર્શન નિયંત્રણ અને નેવિગેશન સિસ્ટમ્સ વગેરેનો અભ્યાસ કરે છે.
બીજું ઈન્ટેલિજન્સ અને રોબોટિક્સનું ક્ષેત્ર છે. આ એક એવું ક્ષેત્ર છે જેનો ઉદ્દેશ્ય માનવની પાંચ ઇન્દ્રિયોથી વસ્તુઓને ઓળખવાની રોબોટ્સની ક્ષમતા વિકસાવવાનો છે. રોબોટ્સ માટે મનુષ્યો સાથે વાતચીત કરવા માટે આ સૌથી જરૂરી ક્ષમતા છે. જ્યારે આપણે સોકર રમીએ છીએ, ઉદાહરણ તરીકે, આપણે એક બોલ અને ગોલ સાથેની જગ્યા જોઈએ છીએ, અને જો કે તે દ્વિ-પરિમાણીય લાગે છે, આપણે આપણા મગજમાં ત્રિ-પરિમાણીય જગ્યાની કલ્પના કરી શકીએ છીએ. તેઓ બોલના કદ અથવા અંતરનો અંદાજ કાઢવા માટે બોલ અને સ્ટેડિયમ ફ્લોર વચ્ચેના રંગના તફાવતો, વિપરીત તફાવતો અને અન્ય ઘણા તફાવતોને સમજી શકે છે અને પ્રેક્ટિસ માટે સમય આપવામાં આવે તો તેઓ વધુ સારા શૂટર બની શકે છે.
રોબોટ્સ પણ આપણી જેમ કેમેરા દ્વારા દુનિયા જોઈ શકે છે. પરંતુ જ્યારે તમે તેમને પૂછો કે તેઓ કેવી રીતે જાણે છે કે બોલ અને ધ્યેય ત્યાં છે, અથવા તેઓ કેવી રીતે તરત જ તેમના પગને તે ખૂણા પર ખસેડે છે જેથી તેઓ આટલા બળથી બોલને ફટકારે, અથવા તેઓ કેવી રીતે બોલને લાત મારવાનું શીખ્યા, ત્યારે તેઓ અવાચક થઈ જાય છે. તે ખૂબ જ ત્વરિત છે. બુદ્ધિશાળી રોબોટિક્સ સંશોધનનો ધ્યેય માનવ જ્ઞાનાત્મક પ્રક્રિયાઓને કોમ્પ્યુટર અલ્ગોરિધમ્સના સ્વરૂપમાં રજૂ કરવા માટે તેનું વિશ્લેષણ કરવાનો છે, જેથી તે રોબોટ્સ પર લાગુ કરી શકાય.
વાસ્તવમાં, આ નિયંત્રણ એન્જિનિયરિંગ ઉપરાંત, અત્યાધુનિક એકોસ્ટિક્સ, ઇમેજ પ્રોસેસિંગ અને યાંત્રિક નિયંત્રણો કે જેનો સદીઓથી અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો છે, જેમ કે ફાઇટર જેટમાં ઉપયોગમાં લેવાતા સરળ પરંતુ આવશ્યક ગાયરોસ્કોપ, રોબોટ્સના સુધારણા માટે જરૂરી છે. વધુ અદ્યતન તકનીકો, જેમ કે LiDAR સેન્સર, જે સ્વાયત્ત વાહનોના હૃદયમાં છે, તે રોબોટની આંખ અને કાન તરીકે કાર્ય કરે છે અને વધુ જટિલ અને વૈવિધ્યસભર વાતાવરણમાં રોબોટની સ્વાયત્તતા વધારવામાં ફાળો આપે છે.
આ ઉપરાંત, અન્ય ઘણા એપ્લિકેશન ક્ષેત્રો છે, જેમ કે ડાયરેક્ટ રોબોટ સર્કિટરી અથવા તેમના પર ચાલતી બેટરીમાં સેમિકન્ડક્ટર અને ઉપકરણોની કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરવો, અને રોબોટના હાડપિંજર માટે અથવા તેઓ જે સ્પર્શેન્દ્રિય સંવેદનાઓ પ્રદાન કરે છે તેના માટે સિરામિક સામગ્રીનો વિકાસ. ઉદાહરણ તરીકે, સ્વ-હીલિંગ સામગ્રી, જેનું સંશોધન કરવામાં આવી રહ્યું છે, તેનો ઉપયોગ રોબોટના બાહ્ય શેલમાં થઈ શકે છે જેથી નુકસાન થાય ત્યારે તેની ટકાઉપણું વધારી શકાય. આ તકનીકો ખાતરી કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે કે રોબોટ્સ લાંબા સમય સુધી માનવ વાતાવરણમાં વિશ્વસનીય રીતે કાર્ય કરી શકે.
રોબોટિક્સ એ એક એવું ક્ષેત્ર છે જેમાં માનવોની સાથે રહી શકે તેવા રોબોટ્સ બનાવવા માટે એન્જિનિયરિંગની લગભગ તમામ શાખાઓના સંયુક્ત સંશોધનની જરૂર છે. જ્યારે માનવ આકારના રોબોટ્સના સંદર્ભમાં રોબોટિક્સનો વિકાસ અસ્પષ્ટ લાગે છે, ત્યારે એ નોંધવું અગત્યનું છે કે સ્માર્ટફોન પર અવાજની ઓળખ, સીસીટીવીનો ઉપયોગ કરીને હાઇવે પર ટ્રાફિકનું માપન અને અનુમાન લગાવવું અને એરપોર્ટમાં માર્ગદર્શિકાઓની યોગ્ય પ્લેસમેન્ટ માટે માનવીય હિલચાલની આગાહી કરવી. અને અન્ય ભીડવાળી જગ્યાઓ રોબોટિક્સ ટેકનોલોજીના તમામ વિસ્તરણ છે. રોબોટિક્સ એ મનુષ્યો સાથે વાતચીત કરવા માટે મશીનોના એન્જિનિયરિંગ તરીકે વ્યાપકપણે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે.
ભવિષ્યમાં, રોબોટિક્સને ફક્ત ઇલેક્ટ્રિકલ અને મિકેનિકલ એન્જિનિયરિંગમાં જ નહીં, પરંતુ અન્ય એન્જિનિયરિંગ શાખાઓમાં અને જો જરૂરી હોય તો, ન્યુરોસાયન્સ અને મનોવિજ્ઞાનમાં પણ સંશોધનની જરૂર પડશે. આ આંતરશાખાકીય સંશોધન રોબોટ્સને માનવ લાગણીઓ અને ઇરાદાઓને વધુ સારી રીતે સમજવા અને કુદરતી રીતે માનવીઓ સાથે સંપર્ક કરવા માટે માર્ગ મોકળો કરશે. જો રોબોટ્સને આપણા રોજિંદા જીવનમાં વધુ માનવીય બનવું હોય તો આ આંતરશાખાકીય સંશોધન આવશ્યક છે.
