Meningkatkan Robotika dengan Hisap Multi‑Skala

Robot dan studi robotika adalah bidang yang terus berkembang yang terus mengeksplorasi jalur baru untuk membuat proses kami lebih efisien dan dioptimalkan. Upaya dan eksplorasi ini sering terinspirasi oleh alam dan kerajaan hewan di sekitar kami. Misalnya, ilmuwan di University of Bristol mengembangkan cangkir hisap robotik dengan kemampuan hisap super adaptif yang mirip dengan sucker biologis Gurita. 

Mekanisme Hisap Terinspirasi dari Gurita pada Robot

Semua ini dimulai dengan Bristol Robotics Laboratory yang mempelajari struktur sucker biologis gurita yang menunjukkan tingkat hisap sangat tinggi dan dapat menancapkan diri pada batu apa pun dengan cara yang paling optimal. Penelitian ini menghasilkan pembuatan struktur lunak berlapis‑lapis dan sistem fluida buatan yang dapat berperilaku seperti otot dan lendir gurita.  

Saat menjelaskan pencapaian paling signifikan dari penelitian ini, Tianqi Yue, penulis utama makalah, mengatakan hal berikut, “Pengembangan terpenting adalah bahwa kami berhasil menunjukkan efektivitas kombinasi konformasi mekanik — penggunaan material lunak untuk menyesuaikan bentuk permukaan, dan segel cair — penyebaran air pada permukaan kontak untuk meningkatkan adaptabilitas hisap pada permukaan kompleks. Ini mungkin juga menjadi rahasia di balik kemampuan organisme biologis untuk mencapai hisap adaptif.”

Pengembangan kunci, oleh karena itu, adalah melampaui mode hisap buatan saat ini dan memasuki ranah hisap adaptif — kemampuan menempel pada permukaan paling sulit dan kompleks. Ini memerlukan mekanisme multi‑hisap, dan penelitian menunjukkan cara mencapainya. 

Penelitian Historis untuk Memahami Lebih Baik Cara Kerja Sucker Gurita

Memahami cara hisap pada Gurita telah lama menjadi bidang minat komunitas ilmiah. Peneliti mengetahui bahwa Gurita dapat menggerakkan sucker secara independen dan meraih objek sesuai kebutuhan. 

Sebuah studi yang dilakukan oleh peneliti di Livorno meneliti gurita lebih dari satu dekade lalu dan menemukan bahwa sisi dan tepi sucker mereka dibangun secara unik. Sucker mereka memiliki alur konsentris kecil, yang membantu mereka membentuk segel kuat pada permukaan kasar apa pun di bawah air. 

Alur serupa juga dapat dilihat pada bagian atas, menghasilkan segel yang efektif dan kuat namun bertekanan rendah. 

Saat menyelidiki lebih jauh fenomena bertekanan rendah ini, peneliti menemukan wawasan tambahan tentang sucker. Mereka menemukan bahwa sementara sisi dan tepi sucker terasa lunak, bagian atasnya jauh lebih kaku. Elastisitas yang lebih rendah ini, dalam semua probabilitas, membantu menghasilkan tekanan rendah secara lokal, sehingga adhesi menjadi superior, kuat, dan efisien. 

Sejak penemuan ini, telah ada pembicaraan tentang meniru mekanisme hisap Gurita pada robot. Sekarang, kita dapat melihat upaya tersebut membuahkan hasil. 

Mekanisme Multi‑Hisap dan Bagaimana Itu Dipecahkan!

Penelitian mengusulkan bahwa mekanisme muti‑hisap mirip gurita bisa direplikasi melalui kombinasi organik konformasi mekanik dan segel air teratur. Material lunak berlapis‑lapis yang digunakan solusi robotik pertama‑tama menghasilkan konformasi mekanik kasar pada substrat, yang pada akhirnya mengurangi celah bocor menjadi mikrometer. Celah berukuran mikron ini kemudian disegel oleh sekresi air teratur dari sistem fluida buatan. 

Implikasi Masa Depan dari Penelitian Ini

Saat menyoroti area aplikasi potensialnya, para peneliti mencatat bahwa pengembangan ini dapat membuka jalan bagi gripper 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 menghasilkan spektrum penuh mekanisme adhesi lunak yang serbaguna. 
Saat menunjukkan peningkatan yang dibawa solusi ini dibandingkan solusi yang ada, Tianqi Yue berkata:

“Solusi industri saat ini selalu menggunakan pompa udara yang terus menyala untuk secara aktif menghasilkan hisap, namun, pompa tersebut berisik dan membuang energi.” 

Solusi saat ini tidak memerlukan pompa, sehingga lebih unggul. Dan seperti yang diharapkan oleh pengembangnya, solusi ini akan menghasilkan gripper robotik generasi berikutnya yang dapat secara efisien meraih berbagai objek tidak beraturan. Tim tersebut juga merencanakan cangkir hisap cerdas dengan sensor terintegrasi yang dapat mengatur perilaku cangkir secara efektif.
Meskipun penelitian ini dan solusi yang diusulkannya jelas merupakan terobosan, komunitas ilmiah dan robotika selalu terinspirasi oleh Gurita. 

Makhluk Menakjubkan yang adalah Gurita

Susunan genetik Gurita begitu unik sehingga berbeda secara signifikan dari hampir semua makhluk di planet ini. Sebuah studi DNA pada Gurita mengungkapkan bahwa mereka memiliki sekitar 33.000 gen, kira‑kira 10.000 lebih banyak daripada manusia. Tidak seperti manusia dan banyak hewan lain yang dapat memperbaiki kode genetik mereka, Gurita memiliki kemampuan luar biasa untuk mengedit RNA mereka sendiri. 

Ada beberapa kesamaan dengan manusia juga. Dan kesamaan ini membantu mereka menjadi lebih cerdas seperti manusia. 

Sebagai contoh, Gurita memiliki sekumpulan gen mirip manusia yang berkontribusi pada jaringan saraf di otak mereka. Jaringan saraf ini membuat mereka dapat beradaptasi dengan berbagai situasi dan belajar dengan cepat. Selain itu, kemampuan mereka mengedit RNA meningkatkan adaptabilitas mereka, memungkinkan mereka bertahan dalam suhu sangat dingin di kedalaman laut. 

Seperti yang terlihat secara visual, Gurita memiliki otak yang besar. Dan, seperti manusia, mereka memiliki sistem peredaran darah tertutup, mata yang dilindungi iris, retina, dan lensa. 

Gurita juga memiliki kemampuan kamuflase kelas terbaik. Sekarang setelah kode genetik mereka telah diuraikan, akan lebih mudah bagi ilmuwan untuk memahami cara mereka mencapainya. Mereka mengubah warna kulit dalam hitungan milidetik, kemampuan yang dapat dimanfaatkan oleh ilmuwan saraf, insinyur kain, dan insinyur struktural. 

Pikiran Gurita

Kecemerlangan fisiologis Gurita, terutama otaknya yang besar, telah memotivasi ilmuwan untuk mempelajari proses kognitifnya lebih dalam. 
Pada tahun 2016, Peter Godfrey‑Smith, seorang Profesor Terhormat Filsafat di Graduate Center, City University of New York, dan profesor sejarah serta filsafat ilmu di University of Sydney, Australia, menulis sebuah buku berjudul ‘Other Minds: The Octopus, the Sea and the Deep Origins of Consciousness.‘ Di dalamnya, ia menulis:

“Gurita dan kerabatnya (cumi‑cumi dan sotong) merupakan pulau kompleksitas mental di lautan hewan invertebrata. Sejak pertemuan pertama saya dengan makhluk ini sekitar satu dekade lalu, saya tertarik pada rasa keterlibatan yang kuat yang dapat terjadi saat berinteraksi dengan mereka.”

Dalam buku tersebut, Profesor Godfrey‑Smith menyoroti bahwa gurita umum memiliki sekitar 500 juta neuron di tubuhnya. Meskipun jauh lebih sedikit dibandingkan manusia—hampir 100 miliar—gurita cukup cerdas karena mereka dapat menavigasi labirin sederhana dan memanfaatkan isyarat visual secara efektif untuk membedakan dua lingkungan yang berbeda namun familiar dan mengambil jalur terbaik. 
Campuran kecerdasan dan keunikan fisiologis inilah yang membuat gurita menonjol dari antrian. Pada dasarnya, bidang robotika selalu berusaha mencapai keadaan di mana instrumen cerdas dapat menyelesaikan tugas kompleks. Tidak mengherankan bahwa mahasiswa robotika terus menjelajahi makhluk menakjubkan ini. Selain peneliti institusional, beberapa perusahaan terkenal juga aktif di bidang ini. 

#1. ABB

Salah satu perusahaan yang selalu tertarik meniru kemampuan gurita dalam produknya adalah ABB. Pada tahun 2018, ABB Technological Ventures, unit investasi ventura strategis ABB, menjalin kemitraan dengan Soft Robotics, spin‑off dari Whitesides Group. 
https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=0-2B1Vn75Qg&embeds_referring_euri=https%3A%2F%2Frodinanews.co.uk%2F&feature=emb_imp_woyt

Terinspirasi oleh fungsi tentakel gurita, Soft Robotics mengembangkan aktuator robotik lunak dari polimer yang beroperasi tanpa sensor atau perangkat elektromekanik. Perusahaan tersebut membangun dan menanamkan daya komputasi langsung ke dalam gripper dan mengembangkan campuran material proprietari 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 tinggi dan struktur mata canggih yang mirip manusia, telah menginspirasi perkembangan signifikan dalam robotika. Tahun ini, ABB mengakuisisi Sevensense, sebuah perusahaan teknologi Swiss yang berspesialisasi meningkatkan mobilitas robot industri dengan melengkapi mereka kemampuan visual dan kognitif.

Pada tahun keuangan 2023, ABB Group melaporkan pendapatan sebesar US$32,2 miliar. Perusahaan 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 perusahaan robotika terkemuka telah menunjukkan minat dan mungkin memanfaatkan hisap multi‑skala lebih lanjut untuk meningkatkan kemampuan mereka, kami melihat perusahaan robotika Jerman bot Festo yang terinspirasi oleh gurita. 
https://www.youtube.com/watch?v=WeEJrJNpvP0

Awalnya bernama OctopusGripper, perangkat robotik ini dapat mengambil, menahan, dan meletakkan barang menggunakan kombinasi sucker dan udara. Kemudian dinamai ulang menjadi Tentacle Gripper. Perusahaan menggambarkan gripper bionik ini sebagai struktur silikon lunak yang dapat dikendalikan secara pneumatik. Ketika udara terkompresi disuplai, gripper dapat menekuk ke dalam, memungkinkan ia melilit barang dengan aman. 

Secara struktural, gripper memiliki dua baris cangkir hisap yang terpasang di dalam tentakel silikon. Cangkir hisap kecil ditempatkan di ujung gripper, memberikan efek pasif, sementara cangkir hisap besar, yang didukung vakum, membantu objek menempel kuat pada gripper. 

Festo menguji robot pada dua robot ringan pneumatik yang juga dikembangkan dalam Bionic Learning Network: BionicMotionRobot dan BionicCobot. Karena sifat kinematiknya, kedua robot ini fleksibel dan dapat dipertegas secara variabel dalam cara tak terbatas. 

Karena tentakel buatan dikembangkan dari material lunak, ia dapat menggenggam dengan lembut dan halus. Perusahaan mengklaim solusi ini memiliki potensi besar untuk tempat kerja kolaboratif futuristik. 

Dari segi pendapatan, tahun keuangan 2023 merupakan tahun konsolidasi bagi perusahaan. Menurut salah satu siaran pers Festo, omzet yang tercatat sedikit di bawah level tahun sebelumnya (—4,3% menjadi sekitar 3,65 miliar euro). 

Terlepas dari penurunan pendapatan yang kecil, perusahaan mengklaim terus berinvestasi besar‑besar dalam penelitian dan pengembangan serta ekspansi pasokan pasar regional. Lebih spesifik, perusahaan menginvestasikan 7,7% dari omzetnya dalam penelitian dan pengembangan pada tahun 2023. 

Tentang Robotika yang Mengambil Inspirasi dari Alam dan Kerajaan Hewan

Hari ini, kami membahas satu contoh spesifik robotika yang mengambil petunjuk dari sucker Gurita. Namun, dilihat dari perspektif yang lebih luas, ia dapat mengambil petunjuk dari seluruh dunia alami yang mengelilingi kami. Dan banyak inisiatif robotika bio‑inspirasi sudah beraksi di domain publik. 

Sebagai contoh, pada Januari 2024, penelitian dipublikasikan menyajikan robot otonom yang tumbuh terinspirasi oleh strategi adaptif perilaku tanaman memanjat untuk menavigasi lingkungan tak berstruktur. Robot‑robot ini dapat meniru tunas apikal tanaman memanjat untuk merasakan dan mengoordinasikan pertumbuhan adaptif tambahan melalui mekanisme manufaktur aditif terintegrasi dan ujung bersensor.

Penelitian signifikan juga terjadi di bidang material yang kompatibel dengan pembuatan robot lunak. Beberapa tahun lalu, tim ilmuwan dan insinyur University of Minnesota Twin Cities mengembangkan proses terinspirasi tanaman untuk memberdayakan pertumbuhan material sintetis. 

Solusi tersebut dapat membantu peneliti memproduksi robot lunak yang ditingkatkan mampu menavigasi medan kompleks, bahkan di dalam tubuh manusia. Menurut Matthew Hausladen, penulis pertama makalah tersebut, peneliti sangat terinspirasi oleh cara tumbuhnya tanaman dan jamur. Peneliti mengatakan:

“Kami (tim peneliti) mengambil ide bahwa tanaman dan jamur menambahkan material di ujung tubuh mereka, baik di ujung akar maupun di tunas baru, dan kami menerjemahkannya ke dalam sistem rekayasa.”

Dunia alami telah mengalami perubahan dan pergeseran tak terhingga lebih banyak daripada yang dapat kami bayangkan, dengan hewan‑hewan bertahan dan beradaptasi selama milenium. Kita harus mempelajari teknik adaptasi luar biasa mereka secara teliti dan mengamatinya dengan lebih detail. Mencoba menirunya dalam semangat aslinya akan selalu membantu kita mencapai jauh lebih banyak daripada yang dapat kita bayangkan di bidang ilmu pengetahuan dan teknologi. 

Klik di sini untuk daftar sepuluh perusahaan robotika terbaik.