Tangan Seperti Manusia: Manufaktur Aditif Baru Membantu Soft Robotics Menjadi Nyata

Dalam lanskap robotika yang berkembang pesat, sebuah frontier baru muncul yang menjanjikan untuk mengubah pemahaman kita tentang bidang ini: soft robotics. Pendekatan inovatif ini berkembang berkat teknik manufaktur aditif mutakhir. 

Dalam artikel ini, kami menjelajahi ranah soft robotics dan memeriksa bagaimana kemajuan terbaru dalam manufaktur aditif mendorong teknologi ini ke depan.

Apa itu Soft-Robotics?

Soft robotics berusaha memperkenalkan teknologi yang lebih mirip dengan karakteristik fisik makhluk hidup, menggantikan gerakan kaku yang biasanya dikaitkan dengan robot. Dianggap sebagai bentuk biomimikri di mana fitur linear dan kaku konvensional robotika digantikan oleh model yang lebih canggih, soft robotics meniru kehidupan manusia, hewan, dan tumbuhan. 

Para peneliti memperkirakan pasar soft robotics akan menjadi peluang yang sangat besar di masa depan, dengan ukuran pasar tumbuh dari lebih dari US$770 juta pada 2022 menjadi hampir US$22 miliar pada 2030. Itu berarti pertumbuhan fenomenal hampir 75% CAGR. 

Menurut Harvard Biodesign Lab, yang membantu memahami teknologi soft robotics sebagai aktuator fluida dengan matriks elastomerik yang menyematkan material fleksibel seperti kain, kertas, serat, dan partikel, soft robotics akan menjadi populer karena ringan, terjangkau, dan mudah disesuaikan untuk aplikasi tertentu. 

Beberapa Aplikasi Soft Robotics

Harvard Biodesign Lab memperkirakan ada empat juta penyintas stroke kronis dengan hemiparesis di AS saat ini dan enam juta lagi di negara maju lainnya secara global. Penyintas ini sering kehilangan kemampuan motorik tangan mereka. Soft Robotics dapat membantu mereka dengan mengembangkan perangkat rehabilitasi dan bantuan tangan modular, aman, portabel, dapat dikonsumsi, untuk penggunaan di rumah. 

Di Amerika Serikat, risiko seumur hidup mengembangkan gagal jantung mendekati 20%. Dengan memanfaatkan teknologi di balik soft robotics, Laboratorium tersebut mengembangkan simulator jantung meja kerja dan perangkat Direct Cardiac Compression (DCC) yang akan membantu mengobati gagal jantung. 

Dengan semua aplikasi bermanfaat ini dan lebih banyak lagi, Soft Robotics dapat memainkan peran signifikan dalam upaya rehabilitasi pasien dan peningkatan kualitas hidup di seluruh dunia. Setiap teknologi yang membantu memajukan soft robotics adalah – oleh karena itu – teknologi yang positif. Kami akan membahas beberapa teknik manufaktur tersebut hari ini. 

Teknologi Pencetakan 3-D atau Manufaktur Aditif dalam Soft Robotics

3D printing, juga dikenal sebagai manufaktur aditif, adalah tentang mengembangkan objek tiga dimensi dari file digital. Disebut manufaktur aditif karena proses pengembangannya yang bersifat menambahkan. 

Pada proses manufaktur aditif, sebuah objek dibangun dengan menumpuk lapisan material secara berurutan hingga bentuk akhir yang diinginkan tercapai. 

Setiap lapisan tersebut hanyalah potongan tipis melintang dari objek yang diinginkan. Manufaktur aditif berbeda dari gaya tradisional manufaktur subtraktif, di mana bagian-bagian bentuk dan ukuran yang diinginkan dipotong dari blok besar bahan sumber. 

3D printing atau manufaktur aditif biasanya melibatkan model 3D, perangkat lunak 3D, dan printer 3D. Proses ini telah menemukan aplikasi dalam pembuatan produk konsumen, produk industri, produk gigi, prostetik, model skala arsitektur dan maquette, fosil yang direkonstruksi, replika artefak kuno, bukti yang direkonstruksi dalam psikologi forensik, properti film, dan banyak lagi. 

Sekarang, ia telah menemukan kegunaan dalam bidang soft robotics yang lebih canggih. ETH Zurich dan sebuah startup berbasis AS, Inkbit, telah bersama-sama mewujudkannya. 

Sementara Inkbit adalah spin-off MIT, Universitas Teknologi dan Sains ETH Zurich berdiri sejak 1855, “ketika para pendiri Swiss modern menciptakannya sebagai pusat inovasi dan pengetahuan.” 

Klik di sini untuk mempelajari semua tentang berinvestasi dalam 3D Printing/additive manufacturing.

Teknologi Secara Detail

Terobosan

Terobosan yang dicapai oleh penelitian ETH Zurich dan Inkbit adalah memperluas ruang lingkup material yang dapat digunakan dalam manufaktur aditif atau pencetakan 3D. Sebelumnya, teknologi hanya terbatas pada plastik yang mengeras cepat, kini juga cocok untuk plastik yang mengeras lambat. Ada banyak keuntungan dari peningkatan ruang lingkup ini. 

Manfaat

• Plastik yang mengeras lambat memiliki sifat elastis yang lebih baik.
• Mereka lebih tahan lama dan kuat.
• Plastik yang mengeras lambat memungkinkan pencetakan 3D elemen robotik yang kompleks dan lebih tahan lama.
• Teknologi ini kompatibel dengan berbagai material berkualitas tinggi
• Peningkatan ruang lingkup memudahkan penggabungan material lunak, elastis, dan kaku.

Dan akhirnya,

• Mereka memenuhi kebutuhan untuk membuat struktur halus dan bagian dengan rongga sesuai keinginan. 

Aplikasi

Dengan plastik yang mengeras lambat, menjadi mungkin menggabungkan manfaat soft robotics dan manufaktur aditif serta menciptakan sinergi yang akan menguntungkan umat manusia untuk waktu yang sangat lama. 

Para peneliti di ETH Zurich berhasil menciptakan tangan robotik yang memiliki semua kualitas fisiologi manusia, seperti tulang, ligamen, dan tendon. Meskipun terbuat dari polimer yang berbeda, produk akhir dapat dibuat dalam satu proses. 

Menurut para peneliti, hal ini tidak akan mungkin terjadi jika mereka tidak dapat menyertakan polimer yang mengeras lambat. Menurut Thomas Buchner, mahasiswa doktoral dalam kelompok profesor robotika ETH Zurich Robert Katzschmann dan penulis pertama studi ini:

“Kami kini menggunakan polimer thiolene yang mengeras lambat. Polimer ini memiliki sifat elastis yang sangat baik dan kembali ke keadaan semula jauh lebih cepat setelah dibengkokkan dibandingkan dengan poliakrilat.”

Penyertaan polimer thiolene telah menjadi perubahan besar dalam memproduksi tangan berdasarkan prinsip soft robotics. Karena tangan robotik ini selembut tangan manusia asli, risikonya lebih rendah dan dapat menangani barang rapuh dengan lebih baik. 

Untuk mengakomodasi soft robotics dan manufaktur aditif dalam proses yang sama, para peneliti harus memperkenalkan beberapa modifikasi pada teknologi pencetakan 3D. Mereka menambahkan pemindai laser 3D ke printer, yang dapat langsung memeriksa setiap lapisan cetakan untuk potensi ketidakteraturan permukaan. 

Para peneliti juga memperkenalkan mekanisme umpan balik untuk mengkompensasi ketidakteraturan tersebut. Mekanisme ini membantu melakukan penyesuaian yang diperlukan pada satu lapisan, dengan mempertimbangkan ketidakteraturan, jika ada, pada lapisan sebelumnya. 

ETH Zurich meminta bantuan Inkbit, startup berbasis AS, untuk mengembangkan teknologi pencetakan ini. 

Inkbit: Startup Teknologi Pencetakan

Didirikan pada 2017 oleh Davide M. Marini, Javier Ramos, dan Wojciech Matusik, Inkbit adalah startup Seri B berbasis di Medford, Massachusetts, Amerika Serikat. Tujuan perusahaan adalah menciptakan platform manufaktur aditif generasi berikutnya yang menggabungkan pencetakan 3D dengan visi mesin. Perusahaan terus berinovasi dan mengembangkan solusi baru di bidang pencetakan 3D. Misalnya, pada pertengahan November tahun ini, mereka mendemonstrasikan pembuatan satu cetakan sistem multifungsi kompleks dan robot. 

Seminggu sebelumnya, perusahaan memperkenalkan TEPU 50A, elastomer durometer lunak‑menengah baru. 

Ada beberapa pemain lain di bidang ini yang dilayani oleh Inkbit. Semua bersama‑sama berupaya mendorong kemajuan soft robotics melalui teknik manufaktur aditif baru.

Perusahaan dengan Teknik Manufaktur Aditif Transformasional untuk Membantu Memajukan Soft Robotics

#1. Flashforge

Baru‑baru ini, sebuah gripper lunak modular yang dicetak 3D dengan gripper lunak yang sangat konformal dikembangkan. Jari‑jari terdiri dari aktuator pneumatik lunak bertekanan positif bersama dengan metamaterial mekanik. Metamaterial tersebut mengintegrasikan struktur auxetik lunak dan tulang rusuk yang fleksibel. Printer 3D yang digunakan dalam proses ini adalah printer fused deposition modeling berbiaya rendah dan sumber terbuka dari rumah FlashForge Corporation. 

Didirikan pada 2011, Zhejiang Flashforge 3D Technology Co., LTD adalah salah satu perusahaan R&D dan manufaktur peralatan serta material pencetakan 3D profesional pertama di China. Flashforge produk menjangkau hampir 100 negara dan wilayah secara global. 

Perusahaan telah mengembangkan lebih dari 600 dealer merek di lebih dari 50 negara dan wilayah domestik serta luar negeri. 

FlashForge USA fokus pada membuat pencetakan 3D dapat diakses secara luas untuk institusi, arsitek, insinyur, desainer, pengguna industri, serta pasar konsumen dan prosumer yang luas. 

Diperkirakan, Flashforge memiliki pendapatan lebih dari US$15 juta, sementara FlashforgeUSA memiliki lebih dari US$7 juta. 

#2. NinjaTek

Di antara banyak solusi mereka, Cheetah® 3D Printer Filament dari NinjaTek digunakan untuk membuat tulang fleksibel yang menyerupai kehidupan nyata untuk tangan prostetik. Desain jari memerlukan penyematan tulang 3D‑printed fleksibel ke dalam cetakan silikon untuk menciptakan tekstur kulit yang realistis serta meningkatkan kekuatan dan ketahanan jari. Tim peneliti yang bertanggung jawab atas perancangan dan pengembangan tangan menemukan filamen Cheetah TPU semi‑fleksibel dari NinjaTek sangat berguna dalam merancang komponen prostetik.

NinjaTek adalah bagian dari Fenner Precision Polymers. Mereka memproduksi filamen khusus untuk pengguna akhir di ruang industri pencetakan 3D. Perusahaan kini menjadi bagian dari Michelin Group. 

Michelin Group mencatat pendapatan lebih dari 28,5 miliar Euro pada 2022, dibandingkan dengan pendapatan hampir 24 miliar Euro pada 2021. Pendapatan operasional perusahaan sebagai persentase dari pendapatan mendekati 12% pada 2022. 

#3. Fictiv

Pemain kunci lain di bidang ini adalah Fictiv, sebuah perusahaan yang menawarkan rangkaian lengkap layanan pencetakan 3D dan menunjukkan komitmen kuat untuk memajukan soft robotics. Keahlian mereka sangat dicari, dengan perusahaan med‑tech besar seperti Medtronic menggunakan layanan inovatif Fictiv.

Fictiv percaya bahwa robot lunak lebih dapat beradaptasi dan fleksibel. Mereka dapat “memahami berbagai desain pegangan dan menyesuaikan gerakannya sesuai.” Mereka juga melihat robot lunak sebagai “diaktifkan secara pneumatik untuk meraih objek, yang memungkinkan penambahan kemampuan hisap dengan mudah.” 

Pada Mei 2022, Fictiv mengumumkan penutupan putaran pendanaan Series E sebesar $100 juta. Putaran ini dipimpin oleh Activate Capital, termasuk investor baru seperti Angeleno Group, Cross Creek, dan The Westly Group. Investor institusional lain Fictiv meliputi Accel, Bill Gates, G2 Venture Partners, dan Standard Investments. Pendanaan Series E membawa total investasi di Fictiv menjadi US$192 juta sejak memulai operasinya pada 2013. 

Teknologi Pencetakan 3-D atau Manufaktur Aditif dalam Soft Robotics: Apa yang Akan Terjadi di Masa Depan

3D printing atau manufaktur aditif akan menjadi teknologi kunci dalam soft robotics karena kualitas tinggi dan kemampuan mencetak banyak material secara bersamaan. 

Robot lunak terbuat dari cairan, gel, polimer fungsional, dan material lain yang mudah berubah bentuk, yang membantu solusi robotik tetap beroperasi bahkan saat ditarik dan ditekan. Pentingnya, material ini kompatibel dengan teknologi pencetakan 3D atau manufaktur aditif saat ini, yang tidak hanya lebih cepat tetapi juga lebih dapat diandalkan. Namun, untuk menjadi dapat diadaptasi secara universal, mereka harus meningkatkan skalabilitasnya. 

Keuntungan lain dari teknologi manufaktur aditif baru adalah spesifisitas tinggi dan kemampuan mencetak bentuk paling kompleks. 

Teknik manufaktur aditif baru juga berguna dalam penempatan sumber daya, yang merupakan bagian integral dari sebagian besar robot lunak yang baru dikembangkan. Lebih jauh, teknik pencetakan 3D baru membantu menempatkan mereka secara cerdas di dalam struktur robot lunak. 

Di sisi lain, material lunak yang dapat dicetak 3D saat ini cenderung mengalami deformasi signifikan di bawah gaya yang biasanya digunakan selama proses pembangunan karena beratnya sendiri, sehingga memerlukan material pendukung. Tantangan ini menyoroti area yang siap untuk pengembangan lebih lanjut. Sebagai solusi, muncul hidrogel viskoelastik, yang dapat menahan tekanan dari kilopascal hingga megapascal. 

Baru‑baru ini, sebuah kelompok riset juga berhasil mengembangkan teknik omnidirectional yang dapat mencetak material sangat lunak seperti cairan yang dapat dipertahankan pada tempatnya melalui polimerisasi pada tahap selanjutnya. 

Tim riset lain, yang terdiri dari mahasiswa Delft University of Technology, telah memperkenalkan fitur menarik lainnya. Mereka membantu mengembangkan teknologi pencetakan 3D yang dapat menuangkan silikon dalam cangkang yang dicetak 3D. Teknik ini berbiaya rendah dan dapat membantu soft robotics mencapai tingkat baru di masa depan. 

Dengan lebih banyak penelitian dan studi ilmiah yang dilakukan pada subjek ini, manufaktur aditif akan membantu soft robotics menjadi sangat relevan dalam bidang ilmu kedokteran dan kesehatan. Teknologi ini telah membantu mengembangkan sarung tangan robotik lunak yang dicetak 3D yang berguna bagi mereka yang mengalami keterbatasan fungsi tangan, kelumpuhan lokal, dan artritis. 

Para ilmuwan juga telah membangun tangan prostetik dan robot lunak yang dicetak 3D dengan empat kaki yang dapat berjalan di permukaan tidak merata dan kasar seperti kerikil dan pasir. 

Selain penggunaan medis dan rehabilitasi kesehatan, robot lunak semacam itu dapat membantu dalam operasi penyelamatan atau digunakan untuk mengumpulkan data sensor dari lingkungan berbahaya. 

Secara singkat, peluang yang ditawarkan oleh teknik manufaktur aditif baru dalam memajukan soft robotics sangat besar. Yang diperlukan hanyalah teknologi ini keluar dari laboratorium untuk penggunaan skala besar demi kepentingan publik. 

Klik di sini untuk sepuluh saham manufaktur aditif dan pencetakan 3D teratas.