Nakkeeranpr

எந்திர மின்னணுவியல் (Mechatronics)

திங்கள் காலை 9.00 மணி.

அலுவலகம் செல்லத் தயாராகிக் கொண்டிருக்கிறீர்கள்.

10 மணிக்கு அலுவலகத்தில் இருக்க வேண்டும். காரில் செல்ல ஒரு மணி நேரம் போதும்! சாதாரணப் பாதையில் சென்றால் வாகன நெரிசல் அதிகமாக இருக்கும்!

ஆனால் மின்கம்பிகள் புதைக்கப்பட்டுள்ள வாகனங்களை வழிநடத்தும் பாதைகளில் அவ்வளவு நேரமாகாது! வீட்டை விட்டு வெளியே வருகிறீர்கள்; கத்திரிச் சூரியனின் காலை வெயில் “சுரீர்” என்று முகத்தைச் சுடுகிறது.

காரை நோக்கி நடக்கிறீர்கள். ‘புத்திசாலியான’ உங்கள் கார் உங்களுக்காகத் தயாராக இருக்கிறது; உங்களைப் பார்த்தவுடனேயே குளிர் சாதனம் வேலை செய்யத் தொடங்கி விட்டது; உங்களுக்கு எந்த வெப்பநிலை இதமாக இருககும் என்று அதற்கு ஏற்கெனவே தெரியும் !

நீங்கள் சென்று கதவுப்பிடியைத் தொட்டதும், உங்கள் கை ரேகையைப் படித்துக் கதவுகள் தாமாகவே திறந்து கொள்கின்றன; சாவி இல்லாமலேயே!

நீங்கள் உள்ளே சென்று அமர்ந்தவுடன் கண்ணாடியில் எழுத்துகள் மின்னுகின்றன !

“வணக்கம் ! ஐயா !”

“எல்லாக் கருவிகளும் நல்ல நிலையில் இருக்கின்றன ; பின்புறம் உள்ள மோதல் தடுப்பு ரேடார் மட்டும்தான் வேலை செய்யவில்லை; அதைச் சரி செய்ய ஏற்கெனவே பணிமனையில் உள்ள கணிப்பொறியில் முன்பதிவு செய்து விட்டேன் !

“புறப்படலாமா! உங்களுக்காக இந்தப் பாதையைத் தேர்வு செய்திருக்கிறேன்! சரிதானே! ஏதாவது மாற்றம் செய்ய வேண்டுமா ?”

நீங்கள் செல்ல வேண்டிய பாதையின் வரைபடம் முன் கண்ணாடித் திரையில் பளிச்சிடுகிறது. உங்களுடன் இவ்வளவு நேரம் பேசிக் கொண்டிருந்தது உங்கள் காரோட்டி அல்ல; உங்கள் கார்தான் !

காரோடு பேசுவது என்பது முதலில் சற்று வேடிக்கையாகத்தான் இருக்கும். பிறகு பழகிவிடும் !

“புறப்படலாம்.” நீங்கள் கூறியவுடன் கார் கிளம்புகிறது. தானாகவே!

பாதையின் நெளிவு சுளிவுகளுக்கும், வெப்ப தட்பத்திற்கும் ஏற்ப டயர் அழுத்தம் தானாகவே சரிசெய்து கொள்கிறது.

‘இன்று வெயில் சூடாக இருக்கிறது; வெப்பநிலை சற்றுக் குறைவாக இருந்தால் நன்றாக இருக்கும்’ என்று நினைக்கிறீர்கள்; காருக்குக் கட்டளையிடுகிறீர்கள். உடனே வெப்பத்தைக் குறைக்கிறது.

“மன்னிக்க வேண்டும்! வெளியில் வெப்பம் கொஞ்சம் அதிகமாகத் தான் இருக்கிறது; நான் இதைச் செய்திருக்க வேண்டும். இதை நினைவில் வைத்துக் கொள்கிறேன்!” - கண்ணாடியில் சொற்கள் ஓடுகின்றன!

பாதி வழியில் காரின் வேகம் குறைகிறது; திரும்பி வேறு வழியில் செல்கிறது; அது நீங்கள் வழக்கமாகப் போகும் வழியல்ல.

“மன்னிக்க வேண்டும்! நம் வழக்கமான வழியில் நெரிசல் அதிகமாக இருப்பதாக வானொலிச் செய்தி சொல்கிறது. அதனால் இந்தப் பாதையில் செல்கிறோம். கவலைப்படாதீர்கள். குறித்த நேரத்தில் வேலைக்குச் சென்றுவிடலாம்!”

உங்கள் மன ஓட்டத்தைப் புரிந்து கொண்டதைப் போல் உங்கள் கார் சொல்கிறது.

உங்கள் பயண நேரத்தில் நீங்கள் சில கடிதங்களைப் படித்துப் பதில் தயாரித்துக் கொண்டிருக்கிறீர்கள் !

கார் உங்கள் அலுவலகத்தை அடைகிறது! நீங்கள் இறங்கிச் செல்லுமுன், கட்டுப்பாட்டுக் கைக்கருவியையும் உடன் எடுத்துக் கொள்கிறீர்கள். அலுவலக அறையில் அமர்ந்து கொண்டே கார் மீண்டும் எப்பொழுது தயாராக இருக்க வேண்டும் என்று சொல்லிவிடலாம்.

இதேபோல் காரும் உங்களுக்குத் தகவல் ஏதும் இருந்தால் சொல்லி விடலாம்! வேறு யாரும் அதை நெருங்கும்போது உங்களை எச்சரிக்கை செய்யலாம் !

கட்டுப்பாட்டுக் கருவியின் ஒரு பட்டனைத் தட்டியவுடன் கார்க் கதவு தானாகவே மூடித் தாள் போட்டுக் கொள்கிறது; எச்சரிக்கை மணி தயார் நிலையில் வைக்கப்படுகிறது.

நீங்கள் உங்கள் வேலையைப் பார்த்துக் கொண்டிருக்கும் போதே, கார் தன் பராமரிப்புச் சோதனையைச் செய்து முடித்துக் கொள்கிறது; மின்கலங்கள் முழுமையாக ஆற்றல் பெற்றுவிடுகின்றன.

இவ்வளவும் செய்து முடித்த பிறகு, மீண்டும் எத்தனை மணிக்குப் புறப்படத் தயாராக இருக்க வேண்டும் என்று நேரத்தைக் குறித்துக் கொண்டு ஓய்வெடுக்கத் தொடங்குகிறது !

இது கணிப்பா !கட்டுக்கதையா !

இன்னும் சில ஆண்டுகளில் நடக்க இருக்கும் உண்மை!

கணிப்பொறியும், மின்னணுவியலும், எந்திரவியலும் மிக வேகமாக உருகிக் கலந்து புதிய கருவிகளையும், கார்களையும், எந்திரங்களையும் உருவாக்கிக் கொண்டிருக்கின்றன. இதனை எந்திர – மின்னணுவியல் (Mechatronics) என்கிறோம். வேகமாக வளர்ந்து வரும் இப்புதிய தொழில்நுட்பத்தைப் பற்றிக் கூறுவதே இக்கட்டுரையின் நோக்கமாகும் !

இன்று நாம் காணும் கார்கள் எந்திரவியல் துறையைச் சார்ந்தவை. ஆற்றலை உண்டாக்கும் உள் எரி பொறிகள், பல்சக்கர அமைப்பு, தாங்கு அமைப்பு, சக்கரங்கள், செலுத்து அமைப்பு என்று எதை எடுத்துக் கொண்டாலும் அவை எந்திரவியல் துறையைச் சார்ந்தவையாகத்தான் பெரும்பாலும் இருக்கின்றன.

கார்களில் பொறிகளைக் கிளப்புவதற்குத் தேவைப்படும் தொடங்கு (Starter) அமைப்புகள், விளக்குகள், துடைப்புக் கருவிகள் (Wipers) என்பன மின்னியல் வகையைச் சார்ந்தவை.

கதவுகளை மூடித் திறப்பது, கண்ணாடிகளை ஏற்றி இறக்குவது என்பன போன்ற பணிகளை நாம்தான் செய்ய வேண்டியிருக்கிறது.

வண்டியைக் கிளப்பி, பல்சக்கர அமைப்பு மூலம் வேகம் மாற்றி, முன்னும் பின்னும் வரும் வாகனங்களின் ஓட்டத்திற்கு ஏற்பவும் சாலைகளின் நிலைகளுக்கு ஏற்பவும் வளைத்து, ஒடித்து, எச்சரிக்கையாக எங்கும் மோதாமல் கவனமாகப் பார்த்துக் கார் ஓட்ட வேண்டும். எதிரே இருக்கும் தடைகளைக் கண்கள் பார்த்து மூளைக்குச் சொல்கின்றன. மூளை எப்படித் திருப்ப வேண்டும், எப்படிப் பல்சக்கர அமைப்பை மாற்ற வேண்டும் என்ற முறையைக் கைகளுக்கும் கால்களுக்கும் கட்டளையிடுகிறது. அதற்கேற்பக் கைகள் வேகம் மாற்றி, திருப்புகின்றன. கால்கள் கிளட்சையும், வேக உந்து அமைப்பையும் இயக்குகின்றன.

ஒரு நல்ல காரோட்டி, காரை ஓட்டும் போதே கார் எந்திர ஓசையை வைத்து எந்திரம் சரியாக இயங்கிக் கொண்டிருக்கிறதா என்பதை அறிந்து கொள்ளலாம். கதவுகள் சரியாக மூடி இருக்கிறதா, டயர் அழுத்தம் சரியாக இருக்கிறதா எனப் பலவற்றையும் அவரால் உணர்ந்து கொள்ள முடியும்.

இந்த அமைப்பில், கண்கள் சூழ்நிலையை உணர்கின்றன; தகவல்கள் மூளையில் பதிவாகின்றன; மூளை கைகளையும், கால்களையும் இயக்குகின்றது.

ஒரு காரோட்டி இல்லாமல், கார் தானாகவே ஓட வேண்டும் என்றால் என்ன செய்ய வேண்டும்? கண்களைப் போல உணரும் கருவியும், மூளையைப் போலத் தகவலைச் சேகரித்து, அதற்கேற்பக் கட்டுப்படுத்த வல்ல கணிப்பொறியும், கைகளையும், கால்களையும் போல இயங்கும் இயக்க அமைப்புகளும் இருந்தால் போதும் ! தானாகவே கார் ஓடும்!

எடுத்துக்காட்டாக, தானாக ஊர்தியைச் செலுத்தும் அமைப்பில், பாதையை நோட்டமிட்டு எதிரில் உள்ள தடைகளைக் கண்டு கொள்வதற்கும், பின்னால் வரும் தடைகளைக் கண்டு கொள்வதற்கும் ரேடார் நுண்ணலைக் கருவிகளும், லேசர் ஒளி அலைக் கருவிகளும் பயன்படுகின்றன. (படம் – 1)

நுண்ணலை உணர்வி 35 GHz அலை எண்ணில் அலைகளைச் செலுத்துகிறது. அவை எதிரில் உள்ள கட்டடம், மரம் அல்லது முன் செல்லும் வண்டிகளில் பட்டுத் திரும்பி எதிரொலிக்கின்றன. அலை திரும்பும் நேரத்தைக் கணக்கிட்டு இடையேயுள்ள தூரத்தைத் துல்லியமாக அளந்து விடுகிறது. இதைப் போலவே லேசர் ஒளி அலை சென்று திரும்பும் நேரத்தை வைத்துத் தூரத்தை அளக்கலாம். லேசர் ஒளி சாதாரண வெப்ப தட்ப நிலையில் ஆற்றல் வாய்ந்த கருவியாகும். ஆனால் மழை, பனிமூட்டம் போன்றவற்றால் பெரிதும் பாதிக்கப்படும்.

பாதையை உணரும் ரேடார் அல்லது லேசர் உணர்விகளிலிருந்து பெறும் சைகைகள் பதப்படுத்தப்பட்டு நுண்கணிப்பொறிக்கு அனுப்பப் படுகின்றன. அந்தச் சைகைகளுக்கு ஏற்ப வண்டியை நிறுத்தவோ, திசை திருப்பவோ, வேகத்தை மாற்றவோ கணிப்பொறி கட்டளையிடுகிறது. இந்தக் கட்டளைகளை ஏற்று இயக்கிகள் (Eg : Brake Actuator) செயல்படுகின்றன. இதற்கேற்ப, முட்டு (Brake). முடுக்க அமைப்பு (Accelerator), ஊர்தி திருப்பு அமைப்பு (Steering) ஆகியவை கணிப்பொறியோடு ஒருங்கிணைக்கப் பட்டிருக்கின்றன. (படம் – 2)

இதே போல் ஊர்தி விபத்து ஏற்பட்டு மோதியவுடன் பயணிகள் அல்லது ஓட்டுநர் ஆகியோரைக் காப்பாற்றும் காற்றுப் பைகள் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன என்பதைப் படத்தில் காணலாம். ஊர்தி மோதியவுடன் மோதல் உணர் கருவியில் உள்ள குண்டு வேகமாக நகர்ந்து ஒரு மின்னிணைப்பை ஏற்படுத்தி, வெடிமாத்திரைகளைப் பற்ற வைத்து, காற்றுப் பைகளை ஊதி, உயிரைக் காப்பாற்றுகிறது. (படம் – 3)

படம்-3

1. ஊர்தி மோதுவதற்கு முன்னர் 2. ஊர்தி மோதிய 15 மில்லி வினாடிகளுக்குப் பிறகு, மோதல் உணர் கருவியின் மின்னிணைப்பால் பைகளில் உள்ள சிறிய வெடி மாத்திரைகள் பற்ற வைக்கப் படுகின்றன. 3. வெடி மாத்திரைகளால் காற்றுப் பைகள் விரிவடைகின்றன. 4. 30மி. வினாடிகளுக்குப் பிறகு, மோதலினால் முன்னுக்குச் சாயும் ஓட்டுநரின் மார்பில் காற்றுப் பைகள் தாங்கி உயிரைக் காப்பாற்றுகிறது. 5. 40மி. வினாடிகளுக்குப் பின்னர்ப் பைகள் சுருங்கத் தொடங்குகின்றன.

(படம்-3) (a) மோதல் உணர் கருவியில்

		 (b) 	காற்றுப்பை செயல்படும் முறை

ஒரு காரில் மட்டுமல்ல, இன்று உருவாக்கப்படும் பல நவீன எந்திரங்களிலும் இத்தகைய அமைப்புகள் உள்ளன. மனிதர்களால் இயக்கப்படும் எந்திரங்கள் போய், கணிப்பொறிகளால் இயக்கப்படும் எந்திரங்கள் (Computer Aided Machines) இன்று பரவலாகப் பயன்பாட்டில் இருக்கின்றன.

தானூர்தியில் எந்திரக் கட்டுப்பாட்டுக்கும், இன்னும் பல ஊர்திக் கட்டுப்பாடுகளுக்கும் எந்திர மின்னணுவியல் அமைப்புகள் பயன்படுகின்றன. இதனைத் தானூர்தி எந்திர மின்னணுவியல் (Automobile Mechatronics) என்று கூறுகிறோம்.

எந்திர மனிதர்கள் எங்கும் நடமாடத் தொடங்கிவிட்டார்கள். எந்திர மனிதர்களின் இயக்கத்திற்கும், எந்திர மின்னணு அமைப்பே அடிப்படையாக அமைந்திருக்கிறது.. இதனை உற்பத்தி – எந்திர மின்னணுவியல் (Manufacture Mechatronics) என்கிறோம். சிறிய கணிப்பொறிகளை உள்ளடக்கிய துவைக்கும் எந்திரங்கள் (Washing Machine), நகல் எடுக்கும் எந்திரங்கள் (Xeroxing Machine), தொலை நகல் கருவிகள் (Fax Machines) என்று பல்வேறு வகைச் சாதனங்களும், எந்திர, மின்னணு, கணிப்பொறி அமைப்புகளின் ஒட்டு மொத்த இணைப்பாக இருக்கின்றன. இதனை அலுவலக எந்திர மின்னணுவியல் (Office Mechatronics) என்கிறோம். மருத்துவத் துறையில் பயன்படுத்தும்போது அதனை மருத்துவ எந்திர மின்னணுவியல் என்று கூறுவர்.

எந்திர மின்னணு அமைப்பு

மின்னியல் / மின்னணுவியல் கணிப்பொறி இயக்க அமைப்புகள் கூறுகள் கொண்ட இந்த மொத்த அமைப்பையே எந்திர – மின்னணுவியல் அமைப்பு (Mechatronic System) என்று கூறுகிறோம்.

உணர்விகளும் (Sensors), உணர்விகளிலிருந்து பெறும் மின் சைகைகளை பதப்படுத்தி (Signal Processing), பெருக்கி (Amplifier), கணிப்பொறிக்கேற்ப மாற்றித் (ADC, DAC)தரும் மின்னணுவியல் கருவிகளும், தகவல்களைச் சேகரித்து, அதனை ஆய்ந்து கட்டுப்படுத்தும் நுண்கணிப்பொறிகளும், கணிப்பொறி தரும் சைகைகளுக்கு ஏற்ப இயங்கும் இயக்கிகளும் (Actuators) எந்திர மின்னணு அமைப்பின் கூறுகளாகும்.

படம் – 4. எந்திர மின்னணுவியல் அமைப்பியல் கூறுகள்.

உணர்விகள் (Sensors)

ஒளியியல் உணர்விகள் (Optical Sensors) வெப்பவியல் உணர்விகள் (Thermal Sensors) மின்னியல் உணர்விகள் (Inductive Sensors)

என்று உணர்விகள் செயல்படும் முறையைக் கொண்டு அவற்றைப் பிரிக்கலாம்.

இடப்பெயர்ச்சி உணர்விகள் (Displacement Sensors) அதிர்வு உணர்விகள் (Vibration Sensors) அழுத்த உணர்விகள் (Pressure Sensors) வெப்பநிலை உணர்விகள் (Temperature Sensors)

என்று தம் பயன்பாட்டிற்கு ஏற்பவும் அவற்றை வகைப்படுத்தலாம்.

இயக்க அமைப்புகள் (Actuators)

பல்வகை மின்னோடிகளும் (Motors) வளிம, பாய்ம, குழாய்களும் Relays, Solenoids ஆகியவையும் இயக்க அமைப்புகளாகும்.

மின்னோடிகளை, படி மின்னோடிகள் எனவும் (Stepper Motors), பணிப்பு மின்னோடிகள் (Servo motors) எனவும் வகைப்படுத்தலாம். தேவைக்கேற்ப இவற்றைத் தேர்ந்தெடுத்துப் பயன்படுத்திக் கொள்ள வேண்டும்.

நுண் கணிப்பொறிகள் (Micro Processors)

நுண்கணிப்பொறிகள் கணிப்பதற்குப் பயன்படும்போது கணிப்பொறிகள் எனவும், இயக்கக் கட்டுப்பாட்டுக்குப் பயன்படும் போது கட்டுப்படுத்திகள் (Controllers) எனவும் பெயர் பெறுகின்றன.

உள்ளீடு, வெளியீடு அமைப்பும், நினைவகமும், மையச் செயல்படு பகுதியும் ஒரு கணிப்பொறியின் அங்கங்களாகும். நிரல் என்பது ஒரு கணிப்பொறியை வழிநடத்தும் கட்டளைத் தொகுப்பாகும்.

ஒரு நுண் கணிப்பொறியை இயக்கக் கட்டுப்பாடுகளுக்குப் பயன்படுத்தும் போது, உணரிகளையும், நுண் கணிப்பொறியையும், இயக்கிகளையும் தகுந்த இணை முகங்கள்(Interfaces) மூலம் இணைக்க வேண்டும். மேலும் கணிப்பொறி என்பது எண் தகவல்களை மட்டுமே புரிந்து கொள்ளும். எனவே உணரிகளிலிருந்து பெறும் சைகைகளை எண் வடிவத்தில் மாற்றுவதற்கு ADC – (Analogue to Digital Converter) என்ற அமைப்பும், இதே போல நுண் கணிப்பொறியில் இருந்து வரும் எண் சைகைகளை ஒப்புமைச் சைகைகளாக மாற்ற DAC – (Digital to Analog Converter) என்ற அமைப்பும் பயன்படுகின்றன.

ஒரு வெப்ப உலையின் வெப்ப நிலையைக் கட்டுப்படுத்தல், ஒரு தொட்டியில் உள்ள எண்ணெய் மட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்தல் போன்ற எளிய பயன்களிலிருந்து, ஒரு பொறியின் இயக்கங்களைக் கட்டுப்படுத்துதல் போன்ற அரிய பயன்களுக்கும் எந்திர – மின்னணுவியல் அமைப்புகள் இன்றியமையாத் தேவைகளாக உள்ளன.