Peneliti Mengembangkan Aktuator Robot Lunak yang Dapat Memperbaiki Diri Sendiri

Tim peneliti di Universitas Penn State telah mengembangkan solusi untuk mengatasi keausan pada aktuator robot lunak karena aktivitas berulang: polimer biosintetik yang dapat memperbaiki diri sendiri berdasarkan gigi cincin cumi-cumi. Bahan ini bermanfaat bagi aktuator, tetapi juga dapat diterapkan di mana-mana di mana lubang kecil dapat menyebabkan masalah, seperti pakaian hazmat.

Menurut laporan di Nature Materials, “Bahan yang dapat memperbaiki diri sendiri saat ini memiliki kelemahan yang membatasi aplikasi praktisnya, seperti kekuatan perbaikan yang rendah dan waktu perbaikan yang lama (jam).”

Mengambil inspirasi dari makhluk yang dapat memperbaiki diri sendiri di alam, para peneliti menciptakan protein sintetik dengan kekuatan tinggi. Mereka dapat memperbaiki kerusakan kecil dan terlihat.

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

“Tujuan kami adalah menciptakan bahan yang dapat memperbaiki diri sendiri dengan kendali yang tidak terkalahkan atas sifat fisiknya menggunakan biologi sintetik,” katanya.

Lengan Robot dan Prostetik

Beberapa mesin robot, seperti lengan robot dan kaki prostetik, bergantung pada sendi yang terus-menerus bergerak. Ini memerlukan bahan yang lembut, dan hal yang sama berlaku untuk ventilator dan berbagai jenis peralatan pelindung pribadi. Bahan-bahan ini, dan semua yang mengalami gerakan berulang, berisiko mengembangkan retakan kecil dan keretakan, akhirnya rusak. Dengan menggunakan bahan yang dapat memperbaiki diri sendiri, kerusakan kecil ini dapat diperbaiki dengan cepat sebelum kerusakan serius terjadi.

Ulangan Tandem DNA

Tim peneliti menciptakan polimer yang dapat memperbaiki diri sendiri dengan menggunakan serangkaian ulangan tandem DNA yang terdiri dari asam amino yang dihasilkan oleh duplikasi gen. Ulangan tandem sering kali merupakan serangkaian molekul yang dapat mengulangi diri mereka sendiri tanpa batas.

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

“Kami dapat mengurangi waktu perbaikan yang biasanya 24 jam menjadi satu detik sehingga robot lunak berbasis protein kami sekarang dapat memperbaiki diri mereka sendiri secara instan,” kata Abdon Pena-Francelsch. “Di alam, perbaikan diri sendiri membutuhkan waktu lama. Dalam hal ini, teknologi kami mengalahkan alam.”

Menurut Demirel, polimer yang dapat memperbaiki diri sendiri dapat memperbaiki diri dengan penerapan air, panas, dan bahkan cahaya.

“Jika Anda memotong polimer ini menjadi dua, ketika itu memperbaiki diri, itu mendapatkan kembali 100 persen kekuatannya,” kata Demirel.

Metin Sitti adalah direktur Departemen Kecerdasan Fisik di Max Planck Institute for Intelligent Systems, Stuttgart, Jerman.

“Bahan lunak yang dapat memperbaiki diri sendiri secara fisik sangat penting untuk membangun robot lunak dan aktuator yang kuat dan tahan gangguan di masa depan,” kata Sitti.

Tim ini dapat menciptakan polimer lunak yang dapat memperbaiki diri sendiri dengan cepat dengan menyesuaikan jumlah ulangan tandem. Polimer ini dapat mempertahankan kekuatan aslinya, dan pada saat yang sama, mereka dapat membuat polimer 100% biodegradable dan 100% dapat didaur ulang menjadi polimer yang sama.

https://www.youtube.com/watch?v=xTmgXnnG27k

Polimer Berbasis Petroleum

“Kami ingin meminimalkan penggunaan polimer berbasis petroleum untuk banyak alasan,” kata Demirel. “Suatu hari nanti kita akan kehabisan petroleum dan itu juga mencemari dan menyebabkan pemanasan global. Kami tidak dapat bersaing dengan plastik yang sangat murah. Satu-satunya cara untuk bersaing adalah dengan menyediakan sesuatu yang polimer berbasis petroleum tidak dapat menyediakan dan perbaikan diri sendiri memberikan kinerja yang dibutuhkan.”

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

Polimer biomimetik dapat membusuk, dan asam seperti cuka dapat mendaur ulangnya menjadi bubuk yang kemudian dapat dibuat menjadi polimer yang dapat memperbaiki diri sendiri yang asli.

Stephanie McElhinny adalah manajer program biokimia di Army Research Office.

“Penelitian ini memperjelas lanskap sifat bahan yang dapat diakses dengan melampaui protein yang ada di alam menggunakan pendekatan biologi sintetik, kata McElhinny. “Perbaikan diri sendiri yang cepat dan kuat dari protein sintetik ini menunjukkan potensi dari pendekatan ini untuk menyediakan bahan baru untuk aplikasi Angkatan Darat di masa depan, seperti peralatan pelindung pribadi atau robot fleksibel yang dapat bergerak di ruang yang terbatas.”