Bahan Sintetis Memungkinkan Robot Lunak Tumbuh Seperti Tanaman

Tim ilmuwan dan insinyur di Universitas Minnesota telah mengembangkan proses ekstrusi yang terinspirasi oleh tanaman, yang memungkinkan pertumbuhan bahan sintetis, yang dapat memungkinkan robot lunak tumbuh seperti tanaman. Metode ini inovatif dan baru, dan robot yang dihasilkan dapat menavigasi tempat-tempat yang sempit, medan yang rumit, dan bahkan area dalam tubuh manusia.

Penelitian ini, yang didanai oleh National Science Foundation, dipublikasikan di Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Robot yang “Tumbuh” saat Bergerak

Chris Ellison adalah penulis utama makalah ini dan profesor di Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Bahan Universitas Minnesota Twin Cities.

“Ini adalah pertama kalinya konsep-konsep ini secara fundamental didemonstrasikan,” kata Ellison. “Mengembangkan cara-cara baru manufaktur sangat penting untuk daya saing negara kita dan untuk membawa produk baru kepada orang-orang. Di sisi robotik, robot digunakan lebih dan lebih banyak di lingkungan yang berbahaya, jauh, dan ini adalah area-area di mana pekerjaan ini dapat memiliki dampak.”

Robot lunak adalah robot yang terbuat dari bahan yang lembut dan lentur, dan jenis robot lunak yang tumbuh ini dapat menghasilkan bahan baru dan “tumbuh” saat bergerak. Mereka dapat diterapkan pada berbagai aplikasi, dan mereka sangat berguna untuk menavigasi area yang jauh yang tidak dapat diakses oleh manusia. Aplikasi nyata dapat termasuk inspeksi atau pemasangan pipa bawah tanah, atau menavigasi di dalam tubuh manusia.

Robot lunak yang tumbuh yang kita miliki saat ini meninggalkan jejak bahan padat di belakangnya, dan mereka menggunakan panas dan/atau tekanan untuk mengubah bahan menjadi struktur yang lebih permanen. Peneliti membandingkan ini dengan printer 3D, yang diberi bahan padat untuk menghasilkan produk yang berbentuk. Meskipun demikian, bahan lunak menjadi sulit ketika robot harus bergerak di sekitar sudut, yang berarti sulit bagi robot untuk menavigasi hambatan tertentu.

Mengembangkan Cara-Cara Baru Ekstrusi

Untuk mengatasi masalah ini, tim mengembangkan cara-cara baru ekstrusi. Proses baru ini melibatkan bahan yang dipaksa melalui bukaan untuk menciptakan bentuk tertentu, dan memungkinkan robot untuk menciptakan bahan sintetis dari cairan bukan padat.

Matthew Hausladen adalah penulis utama makalah ini dan mahasiswa Ph.D. di Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Bahan Universitas Minnesota Twin Cities.

“Kami sangat terinspirasi oleh cara tanaman dan jamur tumbuh,” kata Hausladen. “Kami mengambil ide bahwa tanaman dan jamur menambahkan bahan di ujung tubuh mereka, baik di ujung akar atau di tunas baru, dan kami menerjemahkan itu ke dalam sistem teknik.”

Peneliti ingin meniru proses tanaman yang menggunakan air untuk mengangkut blok bangunan yang berubah menjadi akar padat saat tanaman tumbuh keluar. Untuk mencapai ini dengan bahan sintetis, tim bergantung pada teknik yang disebut fotopolimerisasi, yang menggunakan cahaya untuk mengubah monomer cair menjadi bahan padat. Robot lunak dapat menggunakan teknologi ini untuk lebih mudah menavigasi hambatan dan sudut tanpa perlu menarik bahan padat.

Aplikasi Nyata Dunia

Tim mengatakan proses baru ini juga dapat diterapkan dalam manufaktur, terutama aplikasi yang menggunakan panas, tekanan, dan mesin untuk menciptakan dan membentuk bahan yang mungkin tidak diperlukan.

“Bagian yang sangat penting dari proyek ini adalah bahwa kami memiliki ilmuwan bahan, insinyur kimia, dan insinyur robotik semua terlibat,” lanjut Ellison. “Dengan menggabungkan keahlian yang berbeda-beda, kami benar-benar membawa sesuatu yang unik ke proyek ini, dan saya yakin bahwa tidak satu dari kami yang bisa melakukan ini sendirian. Ini adalah contoh yang baik tentang bagaimana kolaborasi memungkinkan ilmuwan untuk menangani masalah-masalah dasar yang sulit serta memiliki dampak teknologi.”

Tim peneliti juga termasuk peneliti Universitas Minnesota Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Bahan Boran Zhao (peneliti pasca doktoral) dan Lorraine Francis (Profesor Terkemuka Fakultas Sains dan Teknik); dan peneliti Universitas Minnesota Departemen Teknik Mesin Tim Kowalewski (profesor asosiasi) dan Matthew Kubala (mahasiswa pascasarjana).