Robotika
Meningkatkan Robotika dengan Suction Multi-Skala
Robot dan studi robotika adalah bidang yang terus berkembang yang terus menjelajahi jalur baru untuk membuat proses kita lebih efisien dan dioptimalkan. Upaya dan eksplorasi ini seringkali terinspirasi oleh alam dan kerajaan hewan di sekitar kita. Misalnya, ilmuwan di University of Bristol mengembangkan cangkir hisap robotik dengan kemampuan hisap super adaptif yang mirip dengan hisap biologis gurita.
Mekanisme Hisap yang Terinspirasi Gurita pada Robot
Semuanya dimulai dengan Laboratorium Robotika Bristol yang mempelajari struktur hisap biologis gurita yang menampilkan kemampuan hisap yang sangat tinggi dan dapat mengikat pada batu dengan cara yang paling dioptimalkan. Penelitian ini mengarah pada penciptaan struktur lunak multi-lapis dan sistem fluida buatan yang dapat berperilaku seperti otot dan struktur mukus gurita.
Ketika menjelaskan pencapaian terbesar dari penelitian ini, Tianqi Yue, penulis utama makalah tersebut, mengatakan hal berikut, “Pengembangan paling penting adalah bahwa kami berhasil menunjukkan efektivitas kombinasi konformasi mekanis – penggunaan bahan lunak untuk mengikuti bentuk permukaan, dan segel cair – penyebaran air ke permukaan kontak untuk meningkatkan kemampuan hisap pada permukaan yang kompleks. Ini mungkin juga merupakan rahasia di balik kemampuan organisme biologis untuk mencapai hisap adaptif.”
Pengembangan kunci, oleh karena itu, adalah meningkatkan mode hisap buatan saat ini dan memasuki ranah hisap adaptif—kemampuan untuk menempel pada permukaan yang paling sulit dan kompleks. Ini memerlukan mekanisme hisap multi, dan penelitian menunjukkan bagaimana mencapainya.
Penelitian Sejarah untuk Lebih Memahami Bagaimana Hisap Gurita Bekerja
Memahami bagaimana hisap pada gurita bekerja telah lama menjadi area minat bagi komunitas ilmiah. Peneliti tahu bahwa gurita dapat memindahkan hisap mereka secara independen dan menggenggam benda-benda sesuai kebutuhan.
Sebuah studi yang dilakukan oleh peneliti di Livorno meneliti gurita lebih dari satu dekade yang lalu dan menemukan bahwa sisi dan tepi hisap mereka unik. Hisap mereka memiliki alur kecil yang konsentris, yang membantu mereka membentuk segel kuat pada permukaan kasar bawah air.
Alur yang sama dapat dilihat pada bagian atas, menghasilkan segel yang efektif dan kuat namun tekanan rendah.
Ketika menanyakan lebih lanjut tentang fenomena tekanan rendah ini, peneliti mendapatkan wawasan lebih lanjut tentang hisap. Mereka menemukan bahwa sementara sisi dan tepi hisap lunak, bagian atas jauh lebih kaku. Kelenturan yang lebih rendah ini, dalam semua kemungkinan, membantu dalam generasi tekanan rendah lokal, yang membuat adhesi superior, kuat, dan efisien.
Sejak penemuan ini, telah ada pembicaraan tentang meniru mekanisme hisap gurita pada robot. Sekarang, kita dapat melihat upaya mencapai buah.
Mekanisme Hisap Multi dan Bagaimana Ini Dipecahkan!
Penelitian tersebut mengusulkan bahwa mekanisme hisap multi gurita-like dapat direplikasi melalui kombinasi organik konformasi mekanis dan segel cair teratur. Bahan lunak multi-lapis yang digunakan oleh solusi robotik pertama kali menghasilkan konformasi mekanis kasar ke substrat, yang akhirnya mengurangi kebocoran lubang menjadi mikrometer. Lubang mikro ini kemudian ditutup oleh sekresi air teratur dari sistem fluida buatan.
Implikasi Masa Depan dari Penelitian Ini
Ketika menyoroti area aplikasi potensialnya, peneliti mencatat bahwa pengembangan ini dapat membuka jalan bagi pegangan robotik yang mampu menangani berbagai permukaan kering yang kompleks. Mereka menekankan pentingnya mekanisme hisap adaptif multi-skala ini dalam mengembangkan strategi hisap yang lebih efektif dan unik, yang dapat mengarah pada spektrum penuh mekanisme adhesi lunak yang serbaguna.
Ketika menunjukkan peningkatan yang diperkenalkan solusi ini atas solusi yang ada, Tianqi Yue mengatakan:
“Solusi industri saat ini menggunakan pompa udara yang selalu aktif untuk secara aktif menghasilkan hisap, namun, ini berisik dan membuang energi.”
Solusi saat ini tidak memerlukan pompa, jadi ini lebih unggul. Dan seperti yang diharapkan oleh pengembangnya, solusi saat ini akan mengarah pada pegangan robotik generasi berikutnya yang dapat menggenggam berbagai benda tidak teratur dengan efisien. Tim itu sendiri merencanakan cangkir hisap pintar dengan sensor tertanam yang dapat mengatur perilaku cangkir.
Ketika penelitian dan solusi yang diusulkannya tentu saja dianggap sebagai terobosan, komunitas ilmiah dan robotika telah lama terinspirasi oleh gurita.
Makhluk Luar Biasa yang Disebut Gurita
Genetik gurita sangat unik sehingga berbeda secara signifikan dari hampir semua makhluk di planet ini. Sebuah studi DNA pada gurita menunjukkan bahwa mereka memiliki sekitar 33.000 gen, sekitar 10.000 lebih banyak dari manusia. Tidak seperti manusia dan banyak hewan lain yang dapat memperbaiki kode genetik mereka, gurita memiliki kemampuan luar biasa untuk mengedit RNA mereka sendiri.
Terdapat beberapa kesamaan dengan manusia juga. Dan kesamaan ini membantu mereka menjadi lebih pintar seperti manusia.
Misalnya, gurita memiliki sejumlah gen manusia yang menyumbang pada jaringan neural di otak mereka. Jaringan neural ini membuat mereka dapat beradaptasi dengan berbagai keadaan dan pembelajar yang cepat. Selain itu, kemampuan mereka untuk mengedit RNA mereka sendiri meningkatkan kemampuan adaptasi mereka, memungkinkan mereka untuk bertahan hidup di laut dalam yang ekstrem.
Seperti yang terlihat secara visual, gurita memiliki otak yang besar. Dan, seperti manusia, mereka memiliki sistem peredaran darah tertutup, mata yang dilindungi oleh iris, retina, dan lensa.
Gurita juga memiliki kemampuan penyamaran terbaik. Sekarang bahwa kode genetik mereka telah didekodekan, akan lebih mudah bagi ilmuwan untuk memahami bagaimana mereka mencapai ini. Mereka mengubah warna kulit mereka dalam hitungan milidetik, kemampuan yang dapat dimanfaatkan oleh neurosaintis, insinyur tekstil, dan insinyur struktural.
Pikiran Gurita
Kebrilian fisik gurita, terutama otaknya yang besar, telah memotivasi ilmuwan untuk mempelajari proses kognitif mereka lebih dalam.
Pada 2016, Peter Godfrey-Smith, seorang Profesor Filsafat yang Terkenal di Pusat Pascasarjana, City University of New York, dan seorang profesor sejarah dan filsafat ilmu di University of Sydney di Australia, menulis sebuah buku berjudul ‘Other Minds: The Octopus, the Sea and the Deep Origins of Consciousness.‘ Di dalamnya, dia menulis:
“Gurita dan kerabatnya (cumicumi dan sotong) mewakili sebuah pulau kompleksitas mental di laut hewan tidak bertulang belakang. Sejak pertemuan pertama saya dengan makhluk ini sekitar satu dekade yang lalu, saya telah terpesona oleh rasa keterlibatan yang kuat yang mungkin terjadi saat berinteraksi dengan mereka.”
Dalam buku itu, Profesor Godfrey-Smith menekankan bahwa gurita umum memiliki sekitar 500 juta neuron di tubuhnya. Meskipun ini jauh lebih sedikit dari yang dimiliki manusia—sekitar 100 miliar—gurita cukup pintar dalam arti mereka dapat menavigasi labirin sederhana dan menggunakan petunjuk visual secara efektif untuk membedakan dua lingkungan yang berbeda dan mengambil rute terbaik.
Ini adalah campuran kecerdasan dan keunikan fisik yang membuat gurita menonjol dari antrean. Pada dasarnya, bidang robotika selalu berusaha mencapai keadaan di mana instrumen pintar akan menyelesaikan tugas yang kompleks. Tidak mengherankan bahwa mahasiswa robotika telah terus menjelajahi makhluk luar biasa ini. Selain peneliti institusional, beberapa perusahaan terkenal juga aktif dalam bidang ini.
#1. ABB
Salah satu perusahaan yang telah lama tertarik dan mungkin memanfaatkan hisap multi-skala lebih lanjut untuk meningkatkan kemampuan mereka adalah ABB. Pada 2018, ABB Technological Ventures, lengan investasi modal ventura strategis ABB, membangun kemitraan dengan Soft Robotics, sebuah spin-off dari Whitesides Group.
Terinspirasi oleh fungsionalitas tentakel gurita, Soft Robotics mengembangkan aktuator robotik lunak dari polimer yang beroperasi tanpa kebutuhan sensor atau perangkat elektromekanis. Perusahaan ini membangun dan menyematkan kekuatan komputasi langsung ke dalam pegangan itu sendiri dan mengembangkan campuran bahan khusus dengan saluran mikrofluida yang meniru jaringan lunak tangan manusia.
Pengembangan terbaru dalam mengintegrasikan hisap multi-skala ke dalam robotika canggih dapat meningkatkan efektivitas dan efisiensi teknologi ini.
Gurita, yang dikenal karena kecerdasan yang lebih tinggi dan struktur mata yang menyerupai manusia, telah menginspirasi perkembangan signifikan dalam robotika. Tahun ini, ABB mengakuisisi Sevensense, sebuah perusahaan teknologi Swiss yang mengkhususkan diri dalam meningkatkan mobilitas robot industri dengan mengequip mereka dengan kemampuan visual dan kognitif.
Pada tahun fiskal 2023, ABB Group melaporkan pendapatan sebesar US$32,2 miliar. Perusahaan ini juga melakukan investasi signifikan sebesar US$1,3 miliar dalam penelitian dan pengembangan. Sementara itu, margin EBITA operasionalnya mendekati 17%.
#2. Festo
Dalam contoh lain, di mana sebuah perusahaan robotika terkemuka telah menunjukkan minat dan mungkin memanfaatkan hisap multi-skala lebih lanjut untuk meningkatkan kemampuan mereka, kita melihat bot yang terinspirasi gurita dari perusahaan robotika Jerman Festo.
Awalnya dinamai OctopusGripper, perangkat robotik ini dapat mengambil, memegang, dan meletakkan benda-benda menggunakan kombinasi hisap dan udara. Ini sejak itu telah berganti nama menjadi Tentacle Gripper. Perusahaan ini menjelaskan gripper bionik ini sebagai struktur silikon lunak yang dapat dikendalikan pneumatik. Ketika udara terkompresi disuplai, pegangan dapat membengkok ke dalam, memungkinkan untuk membungkus diri di sekitar benda-benda dengan aman.
Secara struktural, pegangan memiliki dua baris cangkir hisap yang terpasang di dalam tentakel silikon. Cangkir hisap kecil ditempatkan di ujung pegangan, memberikan efek pasif, sementara cangkir hisap yang lebih besar, yang ditenagai oleh vakum, membantu benda melekat pada pegangan dengan kuat.
Festo menguji robot ini pada dua robot ringan pneumatik yang juga dikembangkan dalam Bionic Learning Network: BionicMotionRobot dan BionicCobot. Karena sifat kinematik mereka, kedua robot ini fleksibel dan dapat diperkuat secara variabel dalam cara yang tak terbatas.
Karena tentakel buatan ini terbuat dari material lunak, dapat memegang dengan lembut dan lunak. Perusahaan ini mengklaim bahwa solusi ini memiliki potensi besar untuk tempat kerja kolaboratif di masa depan.
Dari sisi pendapatan, tahun fiskal 2023 adalah tahun konsolidasi untuk perusahaan. Menurut siaran pers Festo, pendapatan yang tercatat sedikit di bawah tingkat tahun sebelumnya (—4,3% menjadi sekitar 3,65 miliar euro).
Terlepas dari penurunan pendapatan yang ringan, perusahaan ini mengklaim terus berinvestasi besar-besaran dalam penelitian dan pengembangan serta perluasan pasokan pasar regional. Lebih khusus, perusahaan ini menginvestasikan 7,7% dari pendapatan dalam penelitian dan pengembangan pada 2023.
Tentang Robotika yang Mengambil Inspirasi dari Alam dan Kerajaan Hewan
Hari ini, kita membahas satu contoh spesifik tentang robotika yang mengambil petunjuk dari hisap gurita. Namun, dilihat dari perspektif yang lebih luas, ini dapat mengambil petunjuk dari seluruh dunia alam di sekitar kita. Dan banyak inisiatif robotika bio-inspirasi sudah beraksi di domain publik.
Misalnya, pada Januari 2024, penelitian dipublikasikan yang memperkenalkan robot tumbuh otonom yang terinspirasi oleh strategi adaptif perilaku tanaman merambat untuk menavigasi lingkungan yang tidak terstruktur. Robot ini dapat meniru tunas apikal tanaman merambat untuk mengindera dan mengkoordinasikan pertumbuhan adaptif melalui mekanisme manufaktur aditif yang tertanam dan ujung yang disensori.
Penelitian signifikan juga terjadi di area bahan yang kompatibel dengan manufaktur robotik lunak. Beberapa tahun yang lalu, tim ilmuwan dan insinyur dari University of Minnesota Twin Cities mengembangkan proses yang terinspirasi tanaman untuk memberdayakan pertumbuhan material sintetis.
Solusi ini dapat membantu peneliti memproduksi robotik lunak yang ditingkatkan yang mampu menavigasi medan yang kompleks, bahkan di dalam tubuh manusia. Menurut Matthew Hausladen, penulis utama makalah tersebut, tim peneliti sangat terinspirasi oleh bagaimana tanaman dan jamur tumbuh. Mereka mengatakan:
“Kami (tim peneliti) mengambil ide bahwa tanaman dan jamur menambahkan material di ujung tubuh mereka, baik di ujung akar atau di tunas baru, dan kami menerjemahkan ini ke dalam sistem teknik.”
Dunia alam telah mengalami perubahan dan pergeseran yang tak terbayangkan, dengan hewan bertahan hidup dan beradaptasi selama milenium. Kita harus mempelajari teknik adaptasi luar biasa mereka dengan hati-hati dan mengamati mereka dengan lebih detail. Mencoba untuk meniru mereka dengan semangat sejati akan selalu membantu kita mencapai lebih dari yang kita bayangkan dalam bidang sains dan teknologi.
