Pionir Robotik Lunak Berkelanjutan: Otot Buatan yang Dapat Didegradasi 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, mereka mengembangkan otot buatan yang sepenuhnya dapat didegradasi, berkinerja tinggi, dan terbuat dari gelatin, minyak, dan bioplastik. Ilmuwan tersebut menunjukkan potensi teknologi inovatif ini dengan menggunakan untuk menganimasi robotic gripper, khususnya bermanfaat untuk aplikasi sekali pakai seperti pengumpulan limbah. Otot-otot buatan ini dapat dibuang di tempat kompos munisipal dan sepenuhnya dapat didegradasi 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 tersebut, menekankan pentingnya bahan yang berkelanjutan dalam robotik lunak:

“Bagian yang dapat didegradasi dapat menawarkan solusi yang berkelanjutan terutama untuk aplikasi sekali pakai, seperti untuk operasi medis, misi pencarian dan penyelamatan, dan manipulasi bahan berbahaya. Sebagai gantinya, akumulasi di tempat pembuangan akhir produk, robot di masa depan bisa menjadi kompos untuk pertumbuhan tanaman di masa depan.”

Mengembangkan Otot Buatan HASEL yang Dapat Didegradasi

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

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

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

“Penting bagi kami 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 yang Dapat Didegradasi

Hambatan berikutnya adalah mengidentifikasi plastik yang dapat didegradasi yang sesuai. Insinyur biasanya memprioritaskan faktor seperti laju degradasi dan kekuatan mekanik 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 yang dapat didegradasi ini secara elektromekanis kompetitif dengan lawan non-didegradasi 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 yang dapat didegradasi sebagai pilihan bahan yang layak untuk membangun robot. Fakta bahwa kami mencapai hasil yang sangat baik dengan bioplastik ini juga berharap dapat memotivasi ilmuwan bahan lain untuk menciptakan bahan baru dengan kinerja listrik yang dioptimalkan.”

Prospek dan Aplikasi Masa Depan

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

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

Ketika penelitian terus berlanjut, tim berencana untuk lebih memperhalus bahan dan proses yang digunakan dalam menciptakan otot buatan yang dapat didegradasi. Dengan berkolaborasi dengan ahli lain di bidang ilmu bahan dan robotik, mereka bertujuan untuk mengembangkan teknologi baru yang akan mendorong bidang robotik lunak yang berkelanjutan ke depan. Peneliti berharap dapat mendorong adopsi bahan yang dapat didegradasi dalam berbagai industri, sehingga mendorong pendekatan yang lebih ramah lingkungan terhadap pengembangan teknologi.

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