Kemampuan Geckos Mengalami Kecelakaan yang Dapat Digunakan dalam Robotika

Peneliti di University of California, Berkeley dan Max Planck Institute for Intelligent Systems di Stuttgart, Jerman telah menunjukkan bagaimana geckos menggunakan ekornya untuk melakukan manuver di udara. Kemampuan ini memungkinkan mereka untuk memperbaiki diri ketika jatuh setelah kehilangan cengkeraman, dan juga dapat membantu mereka mendorong di permukaan kolam.

Temuan ini akan dipublikasikan minggu ini di jurnal Nature Communications Biology.

Teknik-teknik ini sangat berguna dalam robotika, dan sudah mulai diimplementasikan dalam robot-robot yang menyerupai geckos.

Temuan Mengherankan tentang Geckos

Robert Full adalah profesor biologi integratif di UC Berkeley, dan Adria Jusufi adalah anggota fakultas di Max Planck Research School for Intelligent Systems dan mantan mahasiswa doktoral UC Berkeley. Keduanya membuat temuan penting dan mengherankan bahwa geckos juga menggunakan ekornya untuk membantu pulih ketika mereka melakukan header ke pohon.

Kecelakaan head-first cukup umum di kalangan geckos, dan Jusufi mendokumentasikan ini dengan kamera video kecepatan tinggi.

“Mengamati geckos dari ketinggian di kanopi hutan hujan sangat membuka mata. Sebelum lepas landas, mereka akan menggerakkan kepala mereka naik-turun, dan samping-ke-samping untuk melihat target pendaratan sebelum melompat, seolah-olah untuk memperkirakan jarak perjalanan,” kata Jusufi.

Video tersebut menunjukkan bahwa geckos, dalam hal ini geckos datar berkepala Asia, menggenggam batang pohon dengan cakar dan telapak kaki yang berbulu ketika bertabrakan dengan pohon. Ini membantu kepala dan bahu mereka melenting, dan geckos memiliki kekuatan untuk menekan ekornya ke batang pohon, yang mencegahnya jatuh ke belakang.

“Jauh dari menghentikan, beberapa hewan ini masih mempercepat ketika terjadi tabrakan,” kata Jusufi. “Mereka mengalami kecelakaan head-first, membalikkan kepala mereka ke atas dan ke bawah dengan sudut yang ekstrem dari vertikal — mereka terlihat seperti penyangga buku yang menjauh dari pohon — hanya diikat oleh kaki belakang dan ekor mereka ketika mereka menghilangkan energi dampak. Dengan refleks pengereman jatuh yang terjadi sangat cepat, hanya video slow motion yang dapat mengungkapkan mekanisme yang mendasarinya.”

Menurut ilmuwan, hewan-hewan kecil dan ringan lainnya seperti kadal mungkin juga menggunakan teknik-teknik ini.

“Mereka mungkin memiliki glides yang lebih panjang yang lebih seimbang, dan mereka mendarat secara berbeda, tetapi, misalnya, jika mereka mencoba melarikan diri, mereka memilih untuk melakukan perilaku ini, sebagian karena ukuran yang penting,” kata Full. “Ketika Anda sangat kecil, Anda memiliki pilihan yang tidak ada solusi untuk hal-hal besar. Jadi, ini adalah solusi yang dimediasi tubuh yang Anda tidak miliki jika Anda lebih besar.”

Struktur yang serupa dengan ekor geckos dapat digunakan untuk membantu menstabilkan robot terbang seperti drone, membantu mereka mendarat di permukaan vertikal.

Peneliti adalah yang pertama untuk mendokumentasikan, memodelkan secara matematis, dan mereproduksi perilaku ini dalam robot lunak.

“Exaptations adalah struktur yang telah diambil alih untuk banyak perilaku, tidak peduli apa struktur itu berevolusi awalnya, dan ini adalah salah satu yang tidak Anda harapkan,” kata Full. “Anda dapat melihat bagaimana kemampuan luar biasa yang kuat dapat memungkinkan exaptations ini.”

“Sampai baru-baru ini, ekor tidak mendapatkan perhatian sebanyak kaki atau sayap, tetapi orang-orang sekarang menyadari bahwa kita harus memikirkan hewan-hewan ini sebagai lima-kaki, dalam beberapa cara — pentapedal,” kata Jusufi.

Menurut Full, insinyur robotika menambahkan fungsi-fungsi yang semakin banyak ke robot, dan mereka belajar bahwa mereka dapat memperkenalkan bagian baru untuk setiap kemampuan.

“Ketika kita mengembangkan robot dan sistem fisik kita, insinyur semua ingin melakukan lebih banyak hal. Dan tebak apa? Pada suatu titik, Anda tidak dapat mengoptimalkan robot untuk semua hal,” katanya. “Anda harus menggunakan hal-hal untuk perilaku lain agar mendapatkan perilaku tersebut.”

https://www.youtube.com/watch?v=LXRAWypJBPI&t=3s

Membangun Robot

Peneliti membangun robot berekor setelah membuat bagian-bagian dengan Carbon M2, printer 3D canggih yang dirancang khusus untuk struktur lunak. Kaki dilengkapi dengan Velcro sehingga dapat menempel saat kontak, dan ekor memiliki mekanisme yang akan menekan ke bawah ketika kaki depan mengenai permukaan dan slip.

Robot berekor menunjukkan kesuksesan serupa ketika melakukan pendaratan yang keras. Di alam, geckos berekor berhasil mendarat di permukaan vertikal tanpa jatuh 87% dari waktu. Robot tanpa ekor telah menunjukkan kemampuan untuk mendarat dengan sukses 15% dari waktu dalam percobaan, tetapi robot berekor baru dapat mendarat 55% dari waktu dalam percobaan.

Peneliti juga menemukan bahwa robot dengan ekor setengah panjang kepala dan tubuh gabungan hampir sama sukses dengan yang lebih panjang yang merupakan panjang hidung-vent. Mereka juga menemukan bahwa robot berekor pendek memerlukan dua kali gaya kaki untuk tetap melekat pada pohon.

Tim akan terus mempelajari geckos dan mencari prinsip-prinsip baru untuk diterapkan pada robot, terutama robot lunak di permukaan vertikal.

“Evolusi tidak tentang optimalitas dan kesempurnaan, tetapi lebih tentang cukup baik. Solusi yang cukup baik benar-benar memainkan peran dalam memberikan Anda kemampuan yang lebih luas sehingga Anda lebih kuat dalam lingkungan yang menantang,” kata Full. “Evolusi terlihat lebih seperti tukang yang tidak pernah tahu apa yang akan mereka produksi dan menggunakan semua yang ada di tangan mereka untuk membuat sesuatu yang dapat digunakan.”

“Hewan-hewan kecil arboreal tanpa adaptasi morfologi yang jelas untuk terbang semakin ditemukan memiliki kemampuan yang mengherankan untuk manuver di udara. Model fisik robot lunak dapat membantu memahami kontrol dari solusi yang dimediasi secara mekanis untuk pendaratan,” kata Jusufi.