Robotika
Teknologi Pencetakan 3D Terobosan Membangun Robot dalam Satu Langkah
Sebuah tim insinyur di UCLA telah mengembangkan teknik pencetakan 3D baru dan strategi desain yang memungkinkan robot dibangun dalam satu langkah saja.
Studi baru, yang menunjukkan bagaimana robot dapat dibangun dan berjalan, bermanuver, dan melompat, dipublikasikan di Science.
Proses Pencetakan 3D Terobosan
Teknik baru ini melibatkan proses pencetakan 3D untuk bahan aktif yang dirancang dengan fungsi ganda, atau ‘metamaterial.’ Ini memungkinkan pembuatan sistem mekanik dan elektronik seluruhnya yang diperlukan untuk mengoperasikan robot sekaligus. Setelah ‘meta-bot’ telah dicetak 3D, itu dapat melakukan gerakan, propulsi, penginderaan, dan pengambilan keputusan.
Bahan yang dicetak terdiri dari jaringan internal elemen sensorik, gerak, dan struktural yang bergerak sendiri setelah diprogram. Karena jaringan internal ini dipertemukan dalam satu tempat, semua yang perlu dilakukan hanyalah menghasilkan satu komponen eksternal — baterai kecil untuk memberi daya pada robot.
Xiaoyu (Rayne) Zheng adalah penyelidik utama dari studi dan profesor asosiasi teknik sipil dan lingkungan, serta teknik mesin dan aerospace di UCLA Samueli School of Engineering.
“Kami membayangkan bahwa desain dan metodologi pencetakan 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 melaksanakan gerakan terkendali.”
Aplikasi Potensial
Tim mengintegrasikan baterai dan pengontrol on-board untuk membuat robot 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 bernavigasi secara otonom dekat pembuluh darah untuk mengirimkan obat ke situs target di tubuh.
Aplikasi lain dari robot 3D yang dicetak adalah mengirim 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 terobosan besar dalam bidang robotika karena sebagian besar robot saat ini memerlukan serangkaian langkah manufaktur yang kompleks untuk membangunnya. Proses ini menghasilkan robot yang lebih berat, lebih besar, dan lebih lemah.
Untuk mengembangkan metode baru, tim bergantung pada kelas bahan lattice yang kompleks 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 seukuran koin dan terdiri dari elemen struktural yang membantu mereka membengkok, berputar, membesar, menyusut, atau berputar dengan kecepatan tinggi.
Di atas semua itu, tim merilis metodologi yang dapat digunakan untuk merancang bahan robotik, memungkinkan pengguna untuk membuat model mereka sendiri.
Hauchen Cui adalah penulis utama studi dan seorang sarjana pascadoktoral di UCLA di Laboratorium Manufaktur Additif dan Metamaterial 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 kontorsinya sendiri, mendeteksi hambatan melalui gema dan emisi ultrasonik, serta merespons stimulus 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:
- Meta-bot yang bernavigasi di sekitar sudut S dan hambatan yang ditempatkan secara acak
- Meta-bot yang dapat melarikan diri sebagai respons terhadap dampak kontak
- Meta-bot yang berjalan di atas medan kasar dan membuat lompatan kecil
Teknologi pencetakan 3D baru ini akan memainkan peran besar dalam bidang robotika, membantu membuat konstruksi robot tersebut jauh lebih efisien.
Penelitian terobosan ini juga termasuk penulis Desheng Yao, Ryan Hensleigh, Zhenpeng Xu, dan Haotian Lu, yang merupakan mahasiswa pascasarjana; Ariel Calderon, seorang sarjana pascadoktoral; Zhen Wang, asosiasi pengembangan teknik; Sheyda Davaria, asosiasi penelitian di Virginia Tech; Patrick Mercier, profesor asosiasi teknik listrik dan komputer di UC San Diego; dan Pablo Tarazaga, profesor teknik mesin di Texas A&M University.
