Robot Berukuran Serangga Mengeluarkan Cahaya Saat Terbang

Tim peneliti di Massachusetts Institute of Technology terinspirasi oleh kunang-kunang untuk menciptakan aktuator lunak yang dapat mengeluarkan cahaya dalam warna atau pola yang berbeda saat terbang. Otot-otot buatan ini mengontrol sayap robot terbang, dan mereka menyala saat dalam mode terbang. Pendekatan baru ini menyediakan cara inovatif untuk melacak robot terbang dan dapat membantu mereka berkomunikasi. 

Penelitian baru ini diterbitkan di IEEE Robotics and Automation Letters. 

Otot-otot buatan lunak elektroluminesen dapat digunakan untuk berbagai aplikasi. Misalnya, robot dapat memainkan peran dalam misi pencarian dan penyelamatan, di mana mereka dapat menemukan korban dan memberi sinyal kepada robot lain untuk meminta bantuan. 

Melacak dan Memungkinkan Komunikasi

Robot mikroskala hanya memiliki berat sedikit lebih dari klip kertas, dan kemampuan mereka untuk mengeluarkan cahaya dapat membantu mereka terbang sendiri di luar lingkungan laboratorium. Karena beratnya, mikrobot tidak dapat membawa sensor, sehingga peneliti harus melacaknya dengan kamera inframerah yang mengalami kesulitan di luar ruangan. Namun, tim telah mengembangkan metode baru untuk melacaknya dengan menggunakan cahaya yang mereka keluarkan dan tiga kamera smartphone. 

Kevin Chen adalah Asisten Profesor D. Reid Weedon, Jr. di Departemen Teknik Elektro dan Ilmu Komputer (EECS), kepala Laboratorium Robotik Lunak dan Mikro di Laboratorium Penelitian Elektronik (RLE), dan penulis senior makalah tersebut. 

“Jika Anda memikirkan robot skala besar, mereka dapat berkomunikasi menggunakan banyak alat – Bluetooth, nirkabel, dan sebagainya. Tapi untuk robot kecil yang terbatas daya, kita harus memikirkan mode komunikasi baru. Ini adalah langkah besar untuk terbang robot ini di lingkungan luar di mana kita tidak memiliki sistem pelacakan gerak yang canggih,” kata Chen.

Membuat Mikrobot Bercahaya

Tim menyematkan partikel elektroluminesen kecil ke dalam otot-otot buatan, yang hanya menambah 2,5 persen berat tanpa mempengaruhi kinerja terbang robot. 

Kelompok peneliti sebelumnya mengembangkan teknik fabrikasi baru untuk membangun aktuator lunak yang menggetarkan sayap robot. Mereka dibuat dengan mengalternasi lapisan tipis elastomer dan elektroda nanotube karbon dalam tumpukan sebelum digulung menjadi silinder yang empuk. Setelah tegangan diterapkan pada silinder, elektroda mengompresi elastomer, dan regangan ini menyebabkan sayap menggetar. 

Untuk membuat aktuator yang bercahaya, tim meletakkan partikel sulfat seng elektroluminesen ke dalam elastomer, tetapi ini memerlukan beberapa pekerjaan. 

Peneliti pertama-tama harus membuat elektroda yang tidak akan memblokir cahaya. Mereka melakukan ini dengan menggunakan nanotube karbon yang sangat transparan, yang memungkinkan cahaya untuk melewati. Bahkan dengan nanotube ini, partikel seng masih memerlukan medan listrik yang sangat kuat dan frekuensi tinggi untuk menyala. Medan listrik ini kemudian dibuat dengan tegangan tinggi di aktuator lunak, dan digunakan untuk menggerakkan robot pada frekuensi tinggi. Proses ini memungkinkan partikel untuk menyala. 

“Secara tradisional, bahan elektroluminesen sangat mahal dari segi energi, tetapi dalam arti tertentu, kita mendapatkan elektroluminesensi secara gratis karena kita hanya menggunakan medan listrik pada frekuensi yang kita butuhkan untuk terbang. Kita tidak perlu aktuator baru, kabel baru, atau apa pun. Hanya membutuhkan sekitar 3 persen lebih banyak energi untuk mengeluarkan cahaya,” kata Chen.

Tim menemukan bahwa penambahan partikel seng mengurangi kualitas aktuator, sehingga mereka hanya dicampur ke dalam lapisan elastomer atas. Ini menyebabkan aktuator sekitar 2,5 persen lebih berat, tetapi dapat mengeluarkan cahaya tanpa mempengaruhi kinerja terbang. 

“Kami sangat memperhatikan kualitas lapisan elastomer antara elektroda. Menambahkan partikel ini hampir seperti menambahkan debu ke lapisan elastomer kami. Ini membutuhkan banyak pendekatan yang berbeda dan banyak pengujian, tetapi kami menemukan cara untuk memastikan kualitas aktuator,” kata Kim.

Dengan menyesuaikan kombinasi kimia partikel seng, warna cahaya dapat diubah. Tim menciptakan partikel oranye, hijau, dan biru, dengan setiap aktuator menyala dalam satu warna solid. 

Tim juga memungkinkan aktuator untuk mengeluarkan cahaya berwarna dan berpola dengan meletakkan masker di atas lapisan atas, menambahkan partikel seng, lalu mengeringkan aktuator. 

Sistem Pelacakan Gerak

Langkah selanjutnya adalah menguji sifat mekanis aktuator dan mengukur intensitas cahaya. Mereka menjalankan tes terbang dengan sistem pelacakan gerak yang dirancang khusus, dengan kamera iPhone digunakan untuk melacak setiap aktuator elektroluminesen, yang berfungsi sebagai penanda aktif. Setelah kamera mendeteksi setiap warna cahaya, program komputer melacak posisi robot.

“Kami sangat bangga dengan hasil pelacakan yang sangat baik, dibandingkan dengan yang ada. Kami menggunakan perangkat keras yang murah, dibandingkan dengan sistem pelacakan gerak skala besar yang berharga puluhan ribu dolar, dan hasil pelacakan sangat dekat,” kata Chen.

Tim sekarang akan melanjutkan untuk meningkatkan sistem pelacakan gerak untuk memungkinkan pelacakan waktu nyata robot, serta mencoba untuk memungkinkan mikrobot untuk menyalakan dan mematikan cahaya mereka selama terbang.