Peneliti Membuat Silia Buatan yang Dapat Bergerak Sendiri

Peneliti di Sekolah Teknik dan Ilmu Terapan Harvard John A. Paulson (SEAS) telah berhasil mengembangkan silia buatan yang dapat bergerak sendiri dan diprogram. Kemajuan baru ini datang setelah bertahun-tahun para ilmuwan mencoba merancang silia buatan kecil untuk sistem robotik miniatur. Silia buatan ini dapat membantu sistem robotik tersebut melakukan gerakan yang sangat kompleks seperti membengkok, memutar, dan membalik.

Penelitian ini dipublikasikan di Nature.

Konstruksi Mikrostruktur

Secara tradisional, konstruksi mikrostruktur memerlukan proses fabrikasi multi-langkah dan berbagai stimulus untuk menciptakan gerakan yang kompleks, yang telah membatasi aplikasi skala besar mereka.

Struktur mikro yang baru dikembangkan ini dapat digunakan untuk banyak aplikasi, termasuk robotika lunak, perangkat medis yang kompatibel dengan biologis, dan enkripsi informasi dinamis.

Joanna Aizenberg adalah Profesor Ilmu Bahan dan Profesor Kimia dan Biologi Kimia di SEAS. Ia juga merupakan penulis senior makalah ini.

“Inovasi dalam bahan adaptif yang dapat diatur sendiri yang mampu melakukan berbagai gerakan yang diprogramkan merupakan bidang yang sangat aktif, yang sedang ditangani oleh tim ilmuwan dan insinyur antar disiplin,” kata Aizenberg. “Kemajuan yang dicapai dalam bidang ini dapat secara signifikan mempengaruhi cara kita merancang bahan dan perangkat untuk berbagai aplikasi, termasuk robotika, kedokteran, dan teknologi informasi.”

Mengaktifkan Struktur untuk Mengubah Bentuk dan Bergerak

Sementara penelitian sebelumnya melibatkan bahan multikomponen yang kompleks untuk mencapai elemen struktural sistem ini, tim baru merancang mikrostruktur tiang yang terbuat dari satu bahan. Bahan ini adalah elastomer kristal cair yang fotoresponsif, yang memungkinkan blok bangunan untuk menyelaraskan kembali dan struktur untuk berubah bentuk ketika cahaya mengenai mikrostruktur.

Ketika perubahan bentuk terjadi, hal pertama yang terjadi adalah tempat di mana cahaya mengenai menjadi transparan, yang memungkinkan cahaya untuk menembus lebih dalam ke dalam bahan dan menyebabkan lebih banyak deformasi. Setelah itu, bahan tersebut berdeformasi dan bentuknya berubah, yang berarti titik baru pada tiang terkena cahaya dan berubah bentuk juga.

Proses ini memungkinkan mikrostruktur untuk bergerak dalam siklus gerakan.

Shucong Li adalah mahasiswa pascasarjana di Departemen Kimia dan Biologi Kimia di Harvard, serta salah satu penulis pertama makalah ini.

“Lingkaran umpan balik internal dan eksternal ini memberi kita bahan yang dapat diatur sendiri. Sekali Anda menyalakan cahaya, itu melakukan semua pekerjaannya sendiri,” kata Li.

Bahan tersebut kemudian kembali ke bentuk aslinya ketika cahaya dimatikan. Karena bahan dapat berputar dan berubah gerakan dengan bentuknya, struktur sederhana dapat diubah bentuk dan disesuaikan dengan kemungkinan yang tak terbatas.

Michael M. Lurch adalah rekan postdoktor di Laboratorium Aizenberg dan salah satu penulis pertama makalah ini.

“Kami menunjukkan bahwa kami dapat memprogram koreografi tarian dinamis ini dengan menyesuaikan berbagai parameter, termasuk sudut iluminasi, intensitas cahaya, penyelarasan molekul, geometri mikrostruktur, suhu, dan interval iradiasi dan durasi,” kata Lerch.

Tim juga menunjukkan bagaimana tiang-tiang tersebut berinteraksi satu sama lain sebagai bagian dari array.

“Ketika tiang-tiang ini dikelompokkan bersama, mereka berinteraksi dengan cara yang sangat kompleks karena setiap tiang yang berdeformasi melemparkan bayangan pada tetangganya, yang berubah sepanjang proses deformasi,” kata Li. “Memprogram bagaimana bayangan-bayangan yang dihasilkan oleh diri sendiri ini berubah dan berinteraksi secara dinamis dapat berguna untuk aplikasi seperti enkripsi informasi dinamis.”

“Ruang desain yang luas untuk gerakan individu dan kolektif ini berpotensi mengubah robotika lunak, pengembara mikro, sensor, dan sistem enkripsi informasi yang kuat,” tambah Aizenberg.

Penelitian ini juga melibatkan penulis tambahan James T. Waters, Bolei Deng, Reese S. Martens, Yuxing Yao, Do Yoon Kim, Katia Bertoldi, Alison Grinthal, dan Anna C. Balazs.