Insinyur Mengembangkan Robot Tanpa Elektronik yang Dapat Memantau Kondisi Air

Tim insinyur di Duke University telah mengembangkan robot lunak tanpa elektronik yang dapat memainkan peran besar dalam memantau kondisi lingkungan di masa depan. Robot ini berbentuk seperti capung, dan dapat meluncur di atas air sambil bereaksi terhadap kondisi lingkungan seperti pH, suhu, dan kehadiran minyak.

Demonstrasi prinsip baru ini dirinci dalam jurnal Advanced Intelligent Systems pada 25 Maret.

Robot lunak terus berkembang dan meningkat, dan mereka semakin penting karena fleksibilitasnya. Mereka dapat menangani benda-benda halus seperti jaringan biologis, dan dapat masuk ke ruang yang lebih sempit dibandingkan dengan robot kaku lainnya.

Shyni Varghee, orang yang bertanggung jawab atas ide ini, adalah profesor teknik biomedis, teknik mesin, dan ilmu bahan, serta ilmu bedah ortopedi di Duke.

Vardham Kumas adalah mahasiswa PhD di laboratorium Varghese dan penulis utama makalah ini.

“Saya menerima email dari Shyni dari bandara yang mengatakan bahwa dia memiliki ide untuk robot lunak yang menggunakan hidrogel yang dapat menyembuhkan diri sendiri yang telah ditemukan oleh kelompoknya sebelumnya untuk bereaksi dan bergerak secara otonom,” kata Kumar. “Tapi itu hanya isi email, dan saya tidak mendengar dari dia lagi selama beberapa hari. Jadi ide itu sortir berada dalam keadaan limbo selama beberapa waktu sampai saya memiliki waktu luang untuk mengejarnya, dan Shyni mengatakan untuk melakukannya.”

Hidrogel yang Dapat Menyembuhkan Diri Sendiri

Pada tahun 2012, laboratorium Varghese mengembangkan hidrogel yang dapat menyembuhkan diri sendiri yang dapat bereaksi terhadap perubahan pH dalam beberapa detik. Perubahan keasaman menyebabkan pembentukan ikatan baru pada hidrogel, dan ini dapat dibalik ketika pH kembali ke tingkat aslinya.

Bagian dari ide Varghese yang baru adalah menggunakan hidrogel pada robot lunak untuk memungkinkannya melakukan perjalanan di atas air sambil mendeteksi perubahan pH di tempat-tempat yang berbeda. Dia mencari cara untuk membuat robot seperti itu yang dapat bertindak sebagai sensor lingkungan otonom.

Bergabung dengan Ung Hyun Ko, seorang fellow postdoktor di laboratorium Varghese, Kumar merancang robot lunak berdasarkan lalat. Setelah beberapa upaya, tim memutuskan untuk menggunakan bentuk capung, dan itu dirancang dengan jaringan mikrokanal interior yang memungkinkannya dikendalikan oleh tekanan udara.

Tubuh robot lunak sepanjang sekitar 2,25 inci, dan rentang sayapnya sekitar 1,4 inci. Ini dibuat dengan menuangkan silikon ke dalam cetakan alumunium sebelum dipanggang. Litografi lunak digunakan untuk membuat kanal interior yang dihubungkan dengan selang silikon.

https://www.youtube.com/watch?v=bTjZQMvagJ8&t=2s

DraBot

Robot lunak yang dihasilkan diberi nama DraBot.

“Mendapatkan DraBot untuk merespons tekanan udara yang dikendalikan dari jarak jauh tanpa menggunakan aktuator elektronik apa pun sangat sulit,” kata Ko. “Itu pasti bagian yang paling menantang.”

DraBot mengendalikan tekanan udara yang masuk ke sayapnya, dan mikrokanal kemudian membawa udara ke sayap depan. Kemudian udara keluar melalui lubang yang diarahkan langsung ke sayap belakang. DraBot tidak akan bergerak jika aliran udara diblokir oleh sayap belakang yang turun. Namun, jika kedua sayap naik, maka DraBot bergerak maju.

Tim juga mengembangkan aktuator balon untuk memberikan kontrol yang lebih baik, dan mereka terletak di bawah setiap sayap belakang dekat tubuh robot. Ketika aktuator ini dikembangkan, sayap melengkung ke atas, dan peneliti dapat mengendalikan arah robot dengan mengubah sayap mana yang naik atau turun.

“Kami senang ketika kami dapat mengendalikan DraBot, tapi itu berdasarkan makhluk hidup,” kata Kumar. “Dan makhluk hidup tidak hanya bergerak sendiri, mereka bereaksi terhadap lingkungan mereka.”

Tim menggunakan hidrogel yang dapat menyembuhkan diri sendiri dengan mengecat satu set sayap dengan itu, yang membuat DraBot responsif terhadap perubahan pH air. Jika air terlalu asam, sayap depan satu sisi menyatu dengan sayap belakang, menyebabkan robot berputar dalam lingkaran daripada lurus. Setelah pH kembali ke tingkat normal, hidrogel membalik dan sayap kembali terpisah, memungkinkan DraBot untuk merespons perintah sepenuhnya.

Peneliti juga menambahkan bahan yang responsif terhadap suhu, yang memungkinkan DraBot untuk meluncur di atas air dan menyerap minyak dengan bantuan busa. Warna busa berubah tergantung pada warna minyak, dan ketika air terlalu panas, sayap robot berubah warna juga.

Pengembangan baru ini dapat membantu melawan masalah lingkungan di masa depan. Misalnya, robot seperti itu dapat mendeteksi asidifikasi air tawar, yang mempengaruhi berbagai daerah yang sensitif secara geologis. Ini juga dapat membantu mendeteksi tumpahan minyak lebih awal atau mendeteksi tanda-tanda awal warna merah dan pemutihan terumbu karang.