Teknologi Cetak 3D Pemecahan Baru Membangun Robot dalam Satu Langkah

Tim insinyur di UCLA telah mengembangkan teknik cetak 3D dan strategi desain baru yang memungkinkan robot dibangun dalam satu langkah saja.

Studi baru, yang menunjukkan bagaimana robot dapat dibangun dan berjalan, bermanuver, dan melompat, diterbitkan di Science.

Proses Cetak 3D Pemecahan Baru

Teknik baru ini melibatkan proses cetak 3D untuk bahan aktif yang dirancang dengan beberapa fungsi, atau ‘metamaterials.’ Ini memungkinkan manufaktur sistem mekanik dan elektronik yang diperlukan untuk mengoperasikan robot sekaligus. Setelah ‘meta-bot’ dicetak 3D, itu dapat melakukan gerakan, propulsi, penginderaan, dan pengambilan keputusan.

Bahan cetak terdiri dari jaringan internal elemen sensorik, gerak, dan struktural yang bergerak sendiri setelah diprogram. Karena jaringan internal ini dipasang dalam satu tempat, yang perlu dilakukan hanyalah memproduksi satu komponen eksternal – baterai kecil untuk memasok robot.

Xiaoyu (Rayne) Zheng adalah penyelidik utama studi dan profesor asosiasi teknik sipil dan lingkungan, serta teknik mesin dan aerospace di UCLA Samueli School of Engineering.

“Kami membayangkan bahwa desain dan metode cetak bahan robotik pintar ini akan membantu mewujudkan kelas bahan otonom yang dapat menggantikan proses perakitan kompleks saat ini untuk membuat robot,” kata Zheng. “Dengan gerakan kompleks, beberapa mode penginderaan, dan kemampuan pengambilan keputusan yang dapat diprogram, ini mirip dengan sistem biologis dengan saraf, tulang, dan tendon yang bekerja bersama untuk melakukan gerakan terkontrol.”

Aplikasi Potensial

Tim mengintegrasikan baterai dan pengontrol onboard untuk membuat robot cetak 3D yang sepenuhnya otonom. Setiap robot memiliki ukuran sebesar kuku, dan menurut Zheng, metode baru ini dapat mengarah pada desain baru untuk robot biomedis. Salah satu robot biomedis seperti itu bisa berupa robot renang yang berenang secara otonom di dekat pembuluh darah untuk mengirimkan obat ke situs target di tubuh.

Aplikasi lain dari robot cetak 3D adalah mengirimkan mereka ke lingkungan berbahaya, seperti bangunan yang runtuh, di mana sekumpulan robot dapat mengakses ruang yang sempit. Meta-bot ini kemudian dapat menilai tingkat ancaman dan membantu dalam upaya penyelamatan.

Ini adalah kemajuan besar dalam bidang robotika karena sebagian besar robot saat ini memerlukan serangkaian langkah manufaktur kompleks untuk membangunnya. Proses ini menghasilkan robot yang lebih berat, lebih besar, dan lebih lemah.

Untuk mengembangkan metode baru, tim mengandalkan kelas bahan jaringan yang rumit yang berubah bentuk dan arah sebagai respons terhadap medan listrik. Mereka juga dapat menciptakan muatan listrik sebagai hasil dari gaya fisik.

Mengembangkan Bahan Robotik Baru

Bahan robotik yang dikembangkan oleh tim hanya sebesar koin dan terdiri dari elemen struktural yang membantu mereka membengkok, memutar, mengembang, mengkerut, atau berputar pada kecepatan tinggi.

Di atas semua itu, tim merilis metode yang dapat digunakan untuk merancang bahan robotik, memungkinkan pengguna membuat model mereka sendiri.

Hauchen Cui adalah penulis utama studi dan seorang sarjana pascadoktoral di laboratorium Zheng.

“Ini memungkinkan elemen aktuator diatur dengan presisi di seluruh robot untuk gerakan cepat, kompleks, dan berkelanjutan pada berbagai jenis medan,” kata Cui. “Dengan efek piezoelektrik dua arah, bahan robotik juga dapat mengindera sendiri, mendeteksi hambatan melalui gema dan emisi ultrasonik, serta merespons rangsangan eksternal melalui loop kontrol umpan balik yang menentukan bagaimana robot bergerak, seberapa cepat mereka bergerak, dan ke arah mana mereka bergerak.”

Tim menggunakan metode ini untuk membangun tiga meta-bot yang berbeda yang menunjukkan kemampuan yang berbeda:

1. Meta-bot yang dapat bergerak mengelilingi sudut S dan hambatan yang ditempatkan secara acak
2. Meta-bot yang dapat melarikan diri sebagai respons terhadap dampak kontak
3. Meta-bot yang dapat berjalan di atas medan kasar dan membuat lompatan kecil

Teknik cetak 3D baru ini akan memainkan peran besar dalam bidang robotika, membantu membuat konstruksi robot seperti itu jauh lebih efisien.

Penelitian ini juga melibatkan penulis Desheng Yao, Ryan Hensleigh, Zhenpeng Xu, dan Haotian Lu, yang merupakan mahasiswa pascasarjana; Ariel Calderon, seorang sarjana pascadoktoral; Zhen Wang, asosiasi teknik pengembangan; Sheyda Davaria, asosiasi penelitian di Virginia Tech; Patrick Mercier, profesor asosiasi teknik elektro dan komputer di UC San Diego; dan Pablo Tarazaga, profesor teknik mesin di Texas A&M University.