Ilmuwan Membangun BirdBot yang Hemat Energi

Sebuah tim ilmuwan di Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS) yang dipimpin oleh Alexander Badri-Spröwitz telah membangun kaki robot yang berdasarkan model alami burung yang tidak dapat terbang. BirdBot baru ini dibuat dengan motor yang lebih sedikit daripada mesin lainnya, dan secara teoretis, dapat diskalakan ke ukuran yang besar.

Badri-Spröwitz memimpin Dynamic Locomotion Group, yang melakukan pekerjaan crossover di bidang biologi dan robotika. Tim ini termasuk Alborz Aghamaleki Sarvestani, mahasiswa doktoral Badri-Spröwitz; Metin Sitti, roboticist dan direktur di MPI-IS; dan Monica A. Daley, profesor biologi di University of California, Irvine.

Penelitian ini dipublikasikan di jurnal Science Robotics.

Melihat ke Burung di Alam

Burung mengandalkan gerakan yang melibatkan melipat kaki mereka ke belakang ketika mereka berada dalam fase ayunan, dan tim ini mengatribusikan gerakan ini ke kopling mekanis.

“Bukan sistem saraf, bukan impuls listrik, bukan aktivitas otot,” kata Badri-Spröwitz. “Kami menghipotesiskan fungsi baru dari kopling kaki-kaki melalui jaringan otot dan tendon yang meluas di beberapa sendi. Koordinasi otot-tendon multi-sendi ini melipat kaki dalam fase ayunan. Di robot kami, kami telah mengimplementasikan mekanika terkopel di kaki dan kaki, yang memungkinkan berjalan robot yang hemat energi dan robust. Hasil kami menunjukkan bahwa mekanisme ini juga berlaku untuk burung,” jelasnya.

Tim ini menguji hipotesis mereka dengan membangun kaki robot yang dimodelkan setelah kaki burung yang tidak dapat terbang. Kaki buatan ini dibuat tanpa motor. Sebaliknya, kaki ini dilengkapi dengan sendi yang dilengkapi dengan pegas dan mekanisme kabel. Peneliti kemudian menggunakan kabel dan katrol untuk mengkopel kaki ke sendi kaki. Setiap kaki ini memiliki motor sendi pinggul, yang bertanggung jawab untuk mengayun kaki ke belakang dan ke depan, dan motor kecil yang menarik kaki ke atas dengan melipat lutut.

BirdBot diuji di treadmill ketika tim mengamati lipatan dan pelipatan kaki.

“Sendi kaki dan kaki tidak memerlukan aktuator dalam fase berdiri,” kata Aghamaleki Sarvestani.

“Pegas memuat sendi ini, dan mekanisme otot-tendon multi-sendi mengkoordinasikan gerakan sendi. Ketika kaki ditarik ke fase ayunan, kaki melepaskan pegas kaki — atau pegas otot-tendon, seperti yang kami percaya terjadi pada hewan,” lanjut Badri-Spröwitz.

Nol Energi Saat Berdiri

Kaki robot ini menggunakan nol energi saat berdiri, yang berarti hanya memerlukan seperempat energi dari pendahulunya.

Ketika robot berlari, kaki melepaskan pegas kaki dengan setiap ayunan kaki. Untuk melepaskan, gerakan kaki yang besar melepaskan kabel sementara sendi kaki lainnya berayun longgar. Ini menciptakan transisi keadaan antara berdiri dan ayunan kaki, yang biasanya disediakan untuk robot oleh motor di sendi. Sensor juga biasanya mengirim sinyal ke pengontrol yang menghidupkan dan mematikan motor robot.

“Sebelumnya, motor dihidupkan tergantung pada apakah kaki berada dalam fase ayunan atau berdiri. Sekarang kaki mengambil alih fungsi ini di mesin berjalan, beralih secara mekanis antara berdiri dan ayunan. Kami hanya memerlukan satu motor di sendi pinggul dan satu motor untuk melipat lutut dalam fase ayunan. Kami meninggalkan keterlibatan dan pelepasan pegas kaki ke mekanika yang terinspirasi burung. Ini robust, cepat, dan hemat energi,” kata Badri-Spröwitz.

BirdBot adalah model fisik yang menunjukkan banyak mekanisme luar biasa dari burung di alam, seperti yang membantu mereka bertindak cepat tanpa harus berpikir. Jika ada tonjolan di tanah, kaki BirdBot beralih secara mekanis dan tanpa penundaan waktu. Sama seperti burung di alam, robot ini memiliki ketahanan lokomosi yang tinggi.

Penelitian baru ini dapat menghasilkan kaki setinggi meter yang dapat diimplementasikan untuk membawa robot dengan beberapa ton berat, semua dengan sedikit input daya. Pembangunan BirdBot juga dapat memberikan wawasan baru yang mendalam ke biologi, yang dapat memimpin kemajuan di bidang ini.