Peneliti Mengembangkan Aktuator Robot Lunak Penyembuhan Diri

Sebuah tim peneliti di Penn State University telah mengembangkan solusi untuk keausan pada aktuator robot lunak karena aktivitas berulang: polimer biosintetik yang dapat menyembuhkan diri sendiri berdasarkan gigi cincin cumi-cumi. Bahannya bermanfaat untuk aktuator, tetapi juga bisa diaplikasikan di mana saja yang lubang kecilnya bisa menimbulkan masalah, seperti baju hazmat.

Menurut laporan di Bahan Alam, “Bahan self-healing saat ini memiliki kekurangan yang membatasi penerapan praktisnya, seperti kekuatan penyembuhan yang rendah dan waktu penyembuhan yang lama (berjam-jam).” 

Menarik inspirasi dari makhluk penyembuhan diri di alam, para peneliti menciptakan protein sintetis berkekuatan tinggi. Mereka mampu menyembuhkan diri sendiri dalam menit dan kerusakan yang terlihat.

Melik Demirel adalah profesor ilmu teknik dan mekanik dan pemegang Lloyd dan Dorothy Foehr Huch Chair di Biomimetic Materials.

“Tujuan kami adalah untuk membuat bahan yang dapat diprogram penyembuhan sendiri dengan kontrol yang belum pernah terjadi sebelumnya atas sifat fisiknya menggunakan biologi sintetik,” katanya. 

Lengan Robot dan Prostetik

Beberapa mesin robotik, seperti lengan robotik dan kaki palsu, bergantung pada persendian yang terus bergerak. Ini membutuhkan bahan yang lembut, dan hal yang sama berlaku untuk ventilator dan berbagai jenis alat pelindung diri. Bahan-bahan ini, dan bahan apa pun yang mengalami gerakan berulang terus-menerus, berisiko mengalami robekan dan retakan kecil, yang akhirnya pecah. Dengan penggunaan bahan yang dapat menyembuhkan diri sendiri, robekan kecil ini dapat diperbaiki dengan cepat sebelum terjadi kerusakan serius. 

DNA Tandem Berulang

Tim peneliti menciptakan polimer penyembuhan diri dengan menggunakan serangkaian pengulangan tandem DNA yang terdiri dari asam amino yang dihasilkan oleh duplikasi gen. Pengulangan tandem seringkali merupakan rangkaian pendek molekul yang dapat berulang dalam jumlah yang tidak terbatas. 

Abdon Pena-Francelsch adalah penulis utama makalah ini dan mantan mahasiswa doktoral di lab Demirel.

“Kami dapat mengurangi periode penyembuhan 24 jam menjadi satu detik sehingga robot lunak berbasis protein kami sekarang dapat segera memperbaiki dirinya sendiri,” kata Abdon Pena-Francelsch. “Secara alami, penyembuhan diri membutuhkan waktu lama. Dalam hal ini, teknologi kami mengakali alam.”

Menurut Demirel, self-healing polymer dapat menyembuhkan dirinya sendiri dengan aplikasi air, panas, dan bahkan cahaya. 

"Jika Anda memotong polimer ini menjadi dua, saat sembuh, kekuatannya kembali 100 persen," kata Demirel.

Metin Sitti adalah direktur Departemen Kecerdasan Fisik di Institut Max Planck untuk Sistem Cerdas, Stuttgart, Jerman.

“Bahan lunak cerdas fisik yang dapat memperbaiki sendiri sangat penting untuk membangun robot lunak dan aktuator yang kuat dan toleran terhadap kesalahan dalam waktu dekat,” kata Sitti.

Tim mampu menciptakan polimer lunak yang cepat sembuh dengan menyesuaikan jumlah pengulangan tandem. Itu mampu mempertahankan kekuatan aslinya, dan pada saat yang sama, mereka mampu membuat polimer 100% dapat terurai secara hayati dan 100% dapat didaur ulang menjadi polimer yang sama. 

Polimer Berbasis Minyak Bumi

“Kami ingin meminimalkan penggunaan polimer berbasis minyak bumi karena berbagai alasan,” kata Demirel. “Cepat atau lambat kita akan kehabisan minyak bumi dan juga mencemari dan menyebabkan pemanasan global. Kita tidak bisa bersaing dengan plastik yang sangat murah. Satu-satunya cara untuk bersaing adalah dengan memasok sesuatu yang tidak dapat diberikan oleh polimer berbasis minyak bumi dan penyembuhan diri memberikan kinerja yang dibutuhkan.

Menurut Demirel, banyak dari polimer berbasis minyak bumi yang dapat didaur ulang, tetapi harus menjadi sesuatu yang berbeda. 

Polimer biomimetik mampu terurai, dan asam seperti cuka mampu mendaur ulangnya menjadi bubuk yang kemudian dapat diproduksi menjadi polimer penyembuhan diri asli. 

Stephanie McElhinny adalah manajer program biokimia di Kantor Riset Angkatan Darat. 

“Penelitian ini menjelaskan lanskap sifat material yang dapat diakses dengan melampaui protein yang ada di alam menggunakan pendekatan biologi sintetik, kata McElhinny. “Penyembuhan diri yang cepat dan berkekuatan tinggi dari protein sintetik ini menunjukkan potensi pendekatan ini untuk memberikan bahan baru untuk aplikasi Angkatan Darat di masa depan, seperti alat pelindung diri atau robot fleksibel yang dapat bermanuver di ruang terbatas.”