Perkembangan Besar Membawa Kami Lebih Dekat ke Robot Lunak yang Sepenuhnya Tidak Terikat

Peneliti dari Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) dan Caltech telah mengembangkan sistem robotik lunak baru yang terinspirasi oleh origami. Sistem baru ini dapat bergerak dan berubah bentuk sebagai respons terhadap stimulus eksternal. Perkembangan baru ini membawa kami lebih dekat ke arah memiliki robot lunak yang sepenuhnya tidak terikat. Robot lunak yang kami miliki saat ini menggunakan daya dan kontrol eksternal. Karena itu, mereka harus dihubungkan ke sistem off-board dengan komponen keras.

Penelitian ini dipublikasikan di Science Robotics. Jennifer A. Lewis, seorang Hansjorg Wyss Professor of Biologically Inspired Engineering di SEAS dan co-lead author dari studi ini, berbicara tentang perkembangan baru ini.

“Kemampuan untuk mengintegrasikan bahan aktif dalam objek 3D yang dicetak memungkinkan desain dan fabrikasi kelas baru dari materi robotik lunak,” katanya.

Peneliti menggunakan origami sebagai model untuk menciptakan robot lunak multifungsi. Origami, melalui lipatan berurutan, dapat berubah menjadi bentuk dan fungsi yang berbeda-beda sambil tetap dalam struktur tunggal. Tim peneliti menggunakan elastomer kristal cair yang dapat berubah bentuk ketika terkena panas. Tim menggunakan 3D-printing untuk mendapatkan dua jenis engsel lunak. Engsel-engsel tersebut lipat tergantung pada suhu, dan dapat diprogram untuk lipat dalam urutan tertentu.

Arda Kotikan adalah seorang mahasiswa pascasarjana di SEAS dan Graduate School of Arts and Sciences dan co-first author dari makalah ini.

“Dengan metode 3D printing engsel aktif, kami memiliki kemampuan penuh untuk mengontrol respons suhu, jumlah torsi yang dapat diberikan oleh engsel, sudut lentur, dan orientasi lipatan. Metode fabrikasi kami memfasilitasi integrasi komponen aktif dengan bahan lain,” katanya.

Connor McMahan adalah seorang mahasiswa pascasarjana di Caltech dan co-first author dari makalah ini juga.

“Menggunakan engsel membuatnya lebih mudah untuk memprogram fungsi robotik dan mengontrol bagaimana robot akan berubah bentuk. Daripada memiliki tubuh robot lunak yang berubah bentuk dengan cara yang sulit diprediksi, Anda hanya perlu memprogram bagaimana beberapa wilayah kecil dari struktur Anda akan merespons perubahan suhu,” katanya.

Tim peneliti membangun beberapa perangkat lunak. Salah satu perangkat tersebut adalah robot lunak yang tidak terikat yang disebut “Rollbot.” Ia dimulai sebagai lembaran datar yang panjang 8 sentimeter dan lebar 4 sentimeter. Ketika ia bersentuhan dengan permukaan panas sekitar 200°C, satu set engsel lipat dan membentuk robot menjadi roda pentagonal.

Pada setiap sisi roda, ada lebih banyak set engsel yang lipat ketika bersentuhan dengan permukaan panas.

“Banyak robot lunak yang ada saat ini memerlukan koneksi ke sistem daya dan kontrol eksternal atau terbatas oleh jumlah gaya yang dapat diberikan. Engsel aktif ini berguna karena mereka memungkinkan robot lunak untuk beroperasi dalam lingkungan di mana koneksi tidak praktis dan untuk mengangkat objek yang jauh lebih berat daripada engsel,” kata McMahan.

Penelitian ini yang dilakukan berfokus sepenuhnya pada respons suhu. Di masa depan, elastomer kristal cair akan dipelajari lebih lanjut karena mereka juga dapat merespons cahaya, pH, kelembaban, dan stimulus eksternal lainnya.

“Kerja ini menunjukkan bagaimana kombinasi polimer responsif dalam komposit yang diarsitektur dapat menghasilkan bahan dengan aktuator sendiri sebagai respons terhadap stimulus yang berbeda. Di masa depan, bahan tersebut dapat diprogram untuk melakukan tugas yang jauh lebih kompleks, mengaburkan batas antara bahan dan robot,” kata Chiara Daraio, Professor of Mechanical Engineering and Applied Physics di Caltech dan co-lead author dari studi ini.

Penelitian ini melibatkan co-author Emily C. Davidson, Jalilah M. Muhammad, dan Robert D. Weeks. Penelitian ini didukung oleh Army Research Office, Harvard Materials Research Science and Engineering Center melalui National Science Foundation, dan NASA Space Technology Research Fellowship.