Pionir Robotik Lunak Berkelanjutan: Otot Buatan Biodegradabel untuk Masa Depan yang Lebih Hijau

Sebuah tim internasional peneliti dari Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS) di Stuttgart, Jerman, Johannes Kepler University (JKU) di Linz, Austria, dan University of Colorado (CU Boulder), Boulder, USA, telah membawa keberlanjutan ke garis depan robotik lunak.

Bersama-sama, mereka mengembangkan otot buatan biodegradabel yang sepenuhnya, dengan kinerja tinggi yang terbuat dari gelatin, minyak, dan bioplastik. Ilmuwan tersebut menunjukkan potensi teknologi inovatif ini dengan menggunakan untuk menganimasi robotic gripper, terutama bermanfaat untuk aplikasi sekali pakai seperti pengumpulan limbah. Otot-otot buatan ini dapat dibuang di tempat kompos munisipal dan sepenuhnya biodegradabel dalam enam bulan di bawah kondisi yang dipantau.

Ellen Rumley, seorang ilmuwan tamu dari CU Boulder yang bekerja di Departemen Bahan Robotik di MPI-IS dan co-penulis pertama dari makalah, menekankan pentingnya bahan-bahan berkelanjutan dalam robotik lunak:

“Bagian-bagian yang dapat didegradasi secara biologis dapat menawarkan solusi berkelanjutan terutama untuk aplikasi sekali pakai, seperti operasi medis, misi pencarian dan penyelamatan, dan manipulasi zat-zat berbahaya. Sebagai gantinya untuk menumpuk di tempat pembuangan akhir, robot-robot di masa depan dapat menjadi kompos untuk pertumbuhan tanaman di masa depan.”

Mengembangkan Otot Buatan Biodegradabel HASEL

Para peneliti menciptakan otot buatan yang digerakkan secara elektrik yang disebut HASEL (Hydraulically Amplified Self-healing Electrostatic Actuators). HASEL adalah kantong plastik yang diisi minyak yang sebagian tertutup oleh pasangan konduktor listrik yang disebut elektroda. Ketika tegangan tinggi diterapkan pada pasangan elektroda, muatan yang berlawanan terbentuk, menghasilkan gaya yang mendorong minyak ke wilayah bebas elektroda dari kantong. Hal ini menyebabkan kantong mengkerut, mirip dengan otot asli. Untuk HASEL dapat berdeformasi, bahan-bahan yang digunakan untuk kantong plastik dan minyak harus dapat menahan stres listrik yang tinggi yang dihasilkan oleh elektroda yang bermuatan.

Tantangan utama adalah mengembangkan elektroda yang konduktif, lembut, dan sepenuhnya biodegradabel. Peneliti di JKU menciptakan resep menggunakan campuran biopolimer gelatin dan garam yang dapat langsung dituangkan ke aktuator HASEL.

David Preninger, co-penulis pertama untuk proyek ini dan ilmuwan di Divisi Fisika Materi Lunak di JKU, menjelaskan:

“Bagi kami, penting untuk membuat elektroda yang sesuai untuk aplikasi kinerja tinggi ini, tetapi dengan komponen yang tersedia dan strategi fabrikasi yang dapat diakses.”

Sumber Gambar: Max Plank Institute

Kinerja Listrik dan Plastik Biodegradabel

Hambatan berikutnya adalah mengidentifikasi plastik biodegradabel yang sesuai. Insinyur biasanya memprioritaskan faktor-faktor seperti laju degradasi dan kekuatan mekanis daripada isolasi listrik, yang merupakan persyaratan untuk HASEL yang beroperasi pada beberapa ribu volt. Namun, beberapa bioplastik menunjukkan kompatibilitas bahan yang baik dengan elektroda gelatin dan isolasi listrik yang cukup.

Salah satu kombinasi bahan tertentu memungkinkan HASEL untuk menahan 100.000 siklus aktuator pada beberapa ribu volt tanpa kegagalan listrik atau kehilangan kinerja. Otot-otot buatan biodegradabel ini secara elektromekanis kompetitif dengan lawan-lawan non-biodegradabel mereka, mempromosikan keberlanjutan dalam teknologi otot buatan.

Ellen Rumley menjelaskan dampak penelitian mereka:

“Dengan menunjukkan kinerja luar biasa dari sistem bahan baru ini, kami memberikan insentif bagi komunitas robotik untuk mempertimbangkan bahan-bahan biodegradabel sebagai pilihan bahan yang layak untuk membangun robot. Fakta bahwa kami mencapai hasil yang sangat baik dengan bioplastik ini juga semoga dapat memotivasi ilmuwan bahan lainnya untuk menciptakan bahan-bahan baru dengan kinerja listrik yang dioptimalkan.”

Prospek Masa Depan dan Aplikasi

Pengembangan otot-otot buatan biodegradabel membuka pintu baru untuk masa depan robotik. Dengan mengintegrasikan bahan-bahan berkelanjutan ke dalam teknologi robotik, ilmuwan dapat mengurangi dampak lingkungan dari robot, terutama dalam aplikasi di mana perangkat sekali pakai dominan. Keberhasilan penelitian ini membuka jalan untuk eksplorasi komponen biodegradabel lebih lanjut dan desain robot yang sepenuhnya ramah lingkungan.

Aplikasi potensial untuk robot lunak biodegradabel meluas melampaui pengumpulan limbah dan operasi medis. Robot-robot ini dapat digunakan dalam pemantauan lingkungan, pertanian, dan bahkan elektronik konsumen, mengurangi beban pada tempat pembuangan akhir dan menyumbang pada perekonomian sirkular.

Seiring penelitian berlanjut, tim berencana untuk lebih memperbaiki bahan-bahan dan proses yang digunakan dalam menciptakan otot-otot buatan biodegradabel. Dengan berkolaborasi dengan ahli-ahli lain di bidang ilmu bahan dan robotik, mereka bertujuan untuk mengembangkan teknologi baru yang akan mendorong bidang robotik lunak berkelanjutan ke depan. Peneliti berharap dapat mendorong adopsi bahan-bahan biodegradabel dalam berbagai industri, sehingga mempromosikan pendekatan yang lebih berkelanjutan dalam pengembangan teknologi.

Karya perintis dari tim penelitian internasional ini merupakan langkah penting menuju masa depan yang lebih berkelanjutan untuk robotik lunak. Dengan menunjukkan viabilitas dan kinerja otot-otot buatan biodegradabel, mereka membuka jalan untuk kemajuan lebih lanjut dalam teknologi hijau dan menginspirasi komunitas robotik untuk mempertimbangkan alternatif berkelanjutan untuk ciptaan mereka.