Teknik Baru Meningkatkan Kinerja Microbot Terbang

Peneliti di Massachusetts Institute of Technology telah mengembangkan teknik fabrikasi baru yang memungkinkan produksi aktuator lunak dengan voltase rendah, kepadatan daya tinggi, dan ketahanan tinggi untuk microrobot udara. Otot-otot buatan ini meningkatkan payload robot dan memungkinkan mencapai kinerja melayang terbaik di kelasnya.

Otot Buatan dengan Kerusakan Lebih Sedikit

Aktor lunak ini beroperasi dengan voltase 75 persen lebih rendah daripada versi saat ini dan membawa payload 80 persen lebih banyak. Otot-otot buatan yang dihasilkan oleh teknik fabrikasi ini juga memiliki kerusakan lebih sedikit, yang memperpanjang umur komponen.

Kevin Chen adalah asisten profesor D. Reid Weedon, Jr. ’41 di Departemen Teknik Elektro dan Ilmu Komputer. Ia juga adalah kepala Laboratorium Robotik Lunak dan Mikro di Laboratorium Penelitian Elektronika (RLE) dan penulis senior penelitian.

“Ini membuka banyak peluang di masa depan bagi kita untuk beralih ke penerapan elektronik daya pada microrobot. Orang cenderung berpikir bahwa robot lunak tidak sekapabel robot kaku. Kami menunjukkan bahwa robot ini, dengan berat kurang dari satu gram, terbang selama waktu terpanjang dengan kesalahan terkecil selama penerbangan melayang. Pesan utamanya adalah bahwa robot lunak dapat melebihi kinerja robot kaku,” kata Chen.

Penelitian ini diterbitkan di Bahan Maju.

Robot persegi panjang ini memiliki berat kurang dari satu perempat sen, dan memiliki empat set sayap yang masing-masing digerakkan oleh aktuator lunak. Aktuator seperti otot ini terdiri dari lapisan elastomer yang duduk di antara dua elektroda tipis. Ketika voltase diterapkan pada aktuator, elektroda mengompresi elastomer, menghasilkan regangan mekanis yang menggerakkan sayap.

Tim ini berhasil menciptakan aktuator dengan 20 lapisan, masing-masing dengan ketebalan 10 mikrometer.

Proses Pelapisan Spin

Salah satu hambatan utama yang dihadapi tim ini adalah proses pelapisan spin, yang melibatkan elastomer yang dituangkan ke permukaan datar dan diputar dengan cepat. Gaya sentrifugal menghasilkan film yang ditarik ke luar untuk menjadi lebih tipis.

“Dalam proses ini, udara kembali ke dalam elastomer dan menciptakan banyak gelembung udara mikroskopis. Diameter gelembung udara ini hampir 1 mikrometer, sehingga sebelumnya kita hanya mengabaikannya. Namun, ketika Anda mendapatkan lapisan yang lebih tipis dan lebih tipis, efek gelembung udara menjadi lebih kuat dan lebih kuat. Itulah tradisional mengapa orang tidak bisa membuat lapisan yang sangat tipis,” jelas Chen.

Dengan melakukan proses vakum segera setelah pelapisan spin, gelembung udara dihilangkan dan elastomer dapat dipanggang untuk kering.

Dengan menghilangkan kerusakan ini, daya output aktuator meningkat lebih dari 300 persen, dan umur panjangnya juga sangat ditingkatkan.

Peneliti menggunakan teknik ini untuk menciptakan otot buatan 20 lapisan, yang kemudian diuji melawan versi 6-lapisan sebelumnya dan aktuator kaku canggih.

Aktor 20-lapisan, yang memerlukan kurang dari 500 volt untuk beroperasi, menghasilkan daya yang cukup untuk memberikan robot rasio angkat-berat 3,7 banding 1, yang berarti dapat membawa barang sekitar tiga kali beratnya.

Tim juga berhasil melakukan penerbangan melayang selama 20 detik, yang menurut Chen, adalah penerbangan melayang terpanjang yang pernah direkam oleh robot subgram.

“Dua tahun yang lalu, kami menciptakan aktuator yang paling padat daya dan hampir tidak bisa terbang. Kami mulai bertanya-tanya, apakah robot lunak bisa bersaing dengan robot kaku? Kami mengamati satu kerusakan demi satu kerusakan, sehingga kami terus bekerja dan memecahkan satu per satu masalah fabrikasi, dan sekarang kinerja aktuator lunak mulai menyamai. Mereka bahkan sedikit lebih baik daripada aktuator kaku canggih. Dan masih ada beberapa proses fabrikasi dalam ilmu bahan yang belum kita pahami. Jadi, saya sangat bersemangat untuk terus mengurangi voltase aktuator,” katanya.

Tim sekarang sedang memandang metode yang lebih presisi daripada pelapisan spin untuk membuat lapisan yang lebih tipis. Chen berharap bahwa ketebalan dapat dikurangi hingga hanya 1 mikrometer.