Peneliti Mengembangkan Kolektif Mikrorobot yang Dapat Bergerak dalam Formasi yang Diinginkan

Sebuah tim peneliti dari berbagai institusi, termasuk Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS), Cornell University, dan Shanghai Jiao Tong University, telah mengembangkan kolektif mikrorobot yang dapat bergerak dalam formasi yang diinginkan.

Penelitian ini dipimpin oleh Gaurav Gardi dan Prof. Metin Sitti dari MPI-IS, Steven Ceron dan Prof. Kirstin Peterson dari Cornell, dan Prof. Wendong Wang dari Shanghai Jiao Tong University.

Penelitian yang berjudul “Mikrorobot Kolektif dengan Morfologi, Perilaku, dan Fungsi yang Dapat Diatur” diterbitkan di Nature Communications.

Mengatur Partikel Miniatur

Partikel miniatur dapat mengatur perilaku swarm dengan sangat cepat. Ketika mengapung di permukaan air, cakram mikrorobotik dapat bergerak dalam lingkaran, menari, menyebar seperti gas, berkumpul, atau membentuk garis lurus.

Setiap robot individu memiliki ukuran sedikit lebih besar dari lebar rambut manusia, dan mereka dicetak 3D menggunakan polimer sebelum dilapisi dengan lapisan tipis kobalt. Logam ini memberikan mikrorobot kemampuan untuk menjadi magnetik miniatur, sedangkan kumparan kawat menciptakan medan magnet ketika arus listrik mengalir melalui mereka. Medan magnet ini memungkinkan partikel untuk dipindahkan dengan presisi di sekitar kolam air yang lebarnya satu sentimeter.

Contoh yang impresif dari ini adalah ketika robot membentuk garis, yang kemudian dapat dipindahkan oleh peneliti untuk “menulis” huruf di air.

Pengembangan robot swarm dipengaruhi oleh perilaku kolektif dan pola swarm di alam, seperti sekumpulan burung. Implementasi perilaku swarm robot telah meledak dalam popularitas baru-baru ini.

Namun, ketika partikel tunggal terlalu kecil untuk komputasi, atau robot hanya 300 mikrometer lebarnya, maka tidak dapat diprogram dengan algoritma. Untuk mengkompensasi ini, peneliti harus mengandalkan tiga gaya yang berbeda. Yang pertama adalah gaya magnet, yang terjadi ketika dua magnet dengan kutub yang berlawanan menarik atau dua kutub yang sama menolak satu sama lain.

Gaya kedua adalah lingkungan fluida, atau air di sekitar cakram. Ini dapat dilihat ketika partikel berenang dalam pusaran air, yang menghasilkan air yang dipindahkan dan perubahan partikel lain di sekitarnya. Kecepatan pusaran dan magnetitudo menentukan bagaimana partikel berinteraksi.

Gaya ketiga melibatkan dua partikel yang mengapung di sebelah satu sama lain, yang sering menghasilkan mereka mengapung ke arah satu sama lain. Permukaan air membengkok sehingga mereka bertemu.

Mengarahkan Robot

Peneliti menggunakan ketiga gaya ini untuk menciptakan pola gerakan kolektif dan terkoordinasi untuk puluhan mikrorobot sebagai satu sistem. Ilmuwan dapat mengarahkan robot melalui parkour sambil menampilkan formasi yang paling sesuai dengan hambatan yang diberikan. Misalnya, mikrorobot akan membentuk garis tunggal untuk melewati jalur yang sempit.

Robot dapat mencapai beberapa mode lokomosi dan formasi yang berbeda, yang dicapai melalui komputasi eksternal. Algoritma diprogram untuk menciptakan medan magnet, baik berputar atau bergetar, dan ini memicu gerakan yang diinginkan dari robot.

Gaurav Gardi adalah mahasiswa Ph.D. di departemen Intelijen Fisik di MPI-IS. Ia adalah salah satu penulis utama studi ini bersama dengan Steven Ceron.

“Terjemahkan pada bagaimana kita mengubah medan magnet, cakram berperilaku dengan cara yang berbeda,” kata Gaurav Gardi. “Kita menyetel satu gaya dan kemudian yang lain sampai kita mendapatkan gerakan yang diinginkan. Jika kita memutar medan magnet dalam kumparan terlalu kuat, gaya yang menyebabkan air bergerak terlalu kuat dan cakram bergerak menjauh satu sama lain. Jika kita memutar terlalu lambat, maka efek cheerio yang menarik partikel terlalu kuat. Kita perlu menemukan keseimbangan antara ketiganya.”

Peneliti di bidang ini juga bekerja untuk membuat kolektif mikrorobotik ini bahkan lebih kecil.

“Visi kami adalah mengembangkan sistem yang bahkan lebih kecil yang terdiri dari partikel hanya satu mikrometer kecil. Kolektif ini dapat masuk ke dalam tubuh manusia dan menavigasi melalui lingkungan yang kompleks untuk mengirimkan obat, misalnya, untuk menghalangi atau membuka jalur, atau untuk merangsang area yang sulit dijangkau,” kata Gardi.

Metin Sitti memimpin departemen Intelijen Fisik.

“Kolektif robot dengan transisi yang kuat antara perilaku lokomosi sangat jarang. Namun, sistem yang sangat serbaguna seperti ini sangat menguntungkan untuk beroperasi di lingkungan yang kompleks. Kami sangat senang kami berhasil mengembangkan kolektif yang sangat kuat dan dapat diatur sesuai kebutuhan. Kami melihat penelitian kami sebagai cetak biru untuk aplikasi biomedis masa depan, pengobatan invasif minimal, atau remediasi lingkungan,” kata Metin Sitti.