Robot 3D-Printed Biaya Rendah Beroperasi Tanpa Elektronik

In di dunia fabrikasi robot, impian memproduksi mesin yang siap langsung digunakan dari jalur produksi masih berjarak bertahun-tahun, atau setidaknya begitu dulu. Sekelompok Peneliti di University of California baru-baru ini mengejutkan pasar setelah merilis detail metode fabrikasi baru dan desain robot yang tidak memerlukan listrik serta siap langsung dipakai dari printer. Berikut yang perlu Anda ketahui tentang robot yang dicetak 3D.

Bagaimana Robot Dibuat? Menjelajahi Teknik Fabrikasi Robot Modern

Ada banyak jenis robot yang berbeda dan bahkan lebih banyak cara untuk membuat perangkat ini. Robot tradisional dapat dibangun di jalur perakitan dan mungkin memerlukan banyak langkah untuk dirakit dan dijalankan. Misalnya, satu produsen dapat memproduksi bodi, sementara yang lain memproduksi komponen elektronik, baterai, pengontrol, dan komponen inti lainnya.

Apa Itu Robot Lembut? Manfaat dan Penggunaan di Dunia Nyata

Robot lembut adalah jenis mesin lain yang menghilangkan eksoskeleton kaku yang ditemukan pada robot tradisional. Sebaliknya, robot lembut menggunakan bahan alternatif seperti silikon dan desain yang memungkinkan mereka mengubah bentuk. Manfaat utama robot lembut adalah mereka mendukung manipulasi, dapat melintasi lingkungan yang kompleks, dan memberikan interaksi yang aman dengan manusia.

Kemajuan dalam Pencetakan 3D Robot Lembut dengan Sirkuit Fluida

Permintaan akan robot lembut telah mendorong beberapa peningkatan proses manufaktur. Terobosan terbaru dalam pencetakan 3D memungkinkan insinyur merancang robot lembut yang lebih mampu dalam satu proses. Metode fabrikasi robot lembut paling canggih saat ini mengurangi kompleksitas robot lembut.

Untuk mencapai tugas ini, sirkuit pneumatik yang memanfaatkan respons material nonlinier digunakan. Penggunaan sirkuit kontrol fluida memungkinkan insinyur memproduksi lebih banyak perangkat di satu lokasi. Secara khusus, insinyur proyek ini juga berperan penting dalam karya lain, termasuk menciptakan gripper robotik dan crawler yang dicetak 3D dengan sirkuit kontrol terintegrasi.

Tantangan dalam Pencetakan 3D dan Perakitan Robot Lembut

Masih banyak masalah yang dihadapi sektor manufaktur robotik lembut. Pertama, sistem cetakan memungkinkan pembuatan bagian, tetapi mengendalikan unit masih memerlukan komponen tambahan. Selain itu, prosesnya mahal, memakan tenaga kerja, dan tidak mudah diakses oleh kebanyakan orang.

Dalam banyak kasus, sistem kompleks pompa, katup, dan elektronik lainnya harus dihubungkan ke badan pada papan terpisah melalui kabel untuk mencapai bentuk locomosi yang terkontrol. Kebutuhan untuk menambatkan robot menghilangkan manfaatnya dan membatasi kemampuan robot lembut, seperti menavigasi ruang sempit atau lingkungan tertentu.

Studi Baru Mengungkap Robot Berjalan Sepenuhnya Dicetak 3D Tanpa Elektronik

Studi “Fabrikasi Digital Desktop Monolitik Robot Berjalan Otonom,”¹ yang dipublikasikan dalam jurnal Advanced Intelligent Systems, menyoroti bagaimana insinyur mengembangkan robot enam kaki yang sepenuhnya dicetak 3D, tanpa elektronik, yang dapat berjalan segera setelah pencetakan. Lebih mengesankan lagi, perangkat ini hanya digerakkan oleh sumber tekanan udara konstan.

Studi ini revolusioner karena beberapa alasan. Pertama, studi ini menjelaskan secara detail bagaimana insinyur dapat mengatasi tantangan mencetak 3D katup tertutup. Dalam laporan tersebut, tim berhasil mencapai locomosi robot langsung dari printer dengan memanfaatkan osilasi simetris melalui katup penundaan fase yang digerakkan oleh udara.

Bagaimana Printer 3D Desktop Memungkinkan Robot Lembut yang Sepenuhnya Fungsional

Secara khusus, insinyur menggunakan printer 3D desktop komersial yang tersedia secara umum untuk membuat komponen lembut dengan geometri kompleks yang memerlukan sedikit tenaga manusia. Insinyur meneliti beberapa bahan. Mereka bahkan bekerja sama dengan BASF melalui California Research Alliance (CARA) untuk menguji bahan mana yang paling cocok untuk membuat rangka, otot buatan, dan sistem kontrol robot enam kaki tim.

Sumber UC San Diego

Robot Berjalan yang Dicetak 3D dan Berfungsi Langsung dari Printer

Robot berjalan yang dicetak oleh tim ini mampu berjalan sendiri tanpa komponen elektronik apa pun. Sebaliknya, ia mengandalkan udara terkompresi dan jaringan katup yang membuka serta menutup berdasarkan perubahan tekanan untuk menggerakkan enam kakinya. Secara khusus, kreasi tim ini dapat melintasi medan kasar tanpa terikat, hanya menggunakan kartrid gas terkompresi sebagai sumber daya.

Kaki Robot

Salah satu aspek unik dari robot yang tersedia secara umum adalah desain kakinya. Enam kaki dicetak menggunakan filamen pencetakan 3D yang tersedia secara komersial. Setiap kaki mengintegrasikan aktuator pneumatik antagonistik yang lembut dan dapat dicetak. Pengaturan ini memberikan setiap kaki empat derajat gerakan. Setiap kaki dapat bergerak naik, turun, maju, dan mundur.

Untuk menciptakan gerakan berjalan, kaki harus terhubung ke bentuk udara atau cairan bertekanan. Di bawah tekanan konstan, satu set kaki akan menekuk ke bawah, mengangkat tubuh lebih tinggi dan membantu robot melewati medan kasar. Pada saat yang sama, set kaki lain akan sedikit terangkat. Selanjutnya, set kaki terakhir menekuk ke bawah dan ke belakang untuk menciptakan aksi dorongan ke depan. Hal ini menyebabkan kaki depan menekuk ke bawah, menyelesaikan siklus langkah.

Aktuator Lembut

Secara khusus, perangkat ini dapat menyelesaikan tugas tersebut berkat integrasi sirkuit fluida tersemat dalam badan robot. Mencetak perangkat ini lebih sulit daripada yang dibayangkan. Insinyur harus mengerahkan upaya besar untuk menentukan metode terbaik mencetak komponen kedap udara seperti aktuator, katup, dan sensor.

Sirkuit Osilasi Pneumatik

Inti dari desain robot lembut generasi berikutnya ini adalah sirkuit osilator fluida yang dapat dicetak. Sirkuit ini menghasilkan empat sinyal tekanan output siklik, yang sangat penting. Secara mengesankan, insinyur menciptakannya untuk menyelesaikan tugas ini hanya dengan satu input tekanan.

Mereka menentukan bahwa katup osilasi empat fase bistabil yang dapat dicetak 3D secara monolitik adalah solusi terbaik. Katup osilasi buatan mereka mengintegrasikan enam keadaan dalam satu siklus kerja. Untuk menyelesaikan tugas ini, katup memanfaatkan gerakan mekanik membran dalam dan saluran katup untuk memanipulasi ambang, menciptakan perubahan keadaan akibat perubahan tekanan secara bertahap.

Setiap katup mengarahkan aliran udara ke tahap berikutnya dari proses ketika batas tekanan tercapai. Menariknya, ketika ditanya bagaimana tim menemukan konsep ini, mereka menjawab bahwa desain tersebut terinspirasi oleh lokomotif uap awal.

Seberapa Tahan Robot yang Dicetak 3D? Hasil Pengujian Diungkap

Tahap pengujian laboratorium robot lembut dimulai dengan proses pemantauan di udara terbuka. Pada langkah ini, robot diangkat dan tekanan udara diterapkan. Tim kemudian mencatat tindakan tepat yang dilakukan robot dan bagaimana hal itu akan memengaruhi gerakan jika robot berada di tanah. Setelah merekam gerakan kaki di udara, tim dapat menyesuaikan desain untuk menciptakan pola berjalan yang berbeda.

Pengujian berikutnya adalah melihat bagaimana robot berfungsi hanya dengan tekanan udara. Tim menguji operasi robot tanpa elektronik menggunakan kartrid CO2 16 g dengan regulator mekanik yang diatur pada 20 psi. Mereka mencatat bahwa mereka dapat memperoleh sekitar 80 detik operasi dari pengaturan ini.

Uji Umur

Selanjutnya, daya tahan diuji melalui siklus hidup. Tim memfokuskan pengujian pada satu katup untuk mendapatkan detail paling lengkap. Sebagai bagian dari pengujian, tekanan konstan diterapkan dan efeknya dicatat. Mereka mencatat bahwa katup osilasi berfungsi selama 19.809 siklus sebelum sepenuhnya gagal.

Hasil Pengujian Robot yang Dicetak 3D

Pengujian laboratorium mengungkapkan beberapa hasil mengesankan. Pertama, robot yang dibuat tim dapat melintasi berbagai jenis medan. Bot berhasil melewati rumput, pasir, dan berbagai medan sulit lainnya, termasuk di bawah air.

Menariknya, robot berjalan sejauh 85 cm dalam 21 detik dengan kecepatan 4 cm per detik selama uji permukaan halus. Pengujian mengungkapkan bahwa aksi mengangkat kaki pada urutan pertama langkah membantu bot memperoleh cukup angkat untuk bergerak melalui lingkungan kasar.

Uji daya tahan menunjukkan bahwa perangkat dapat berfungsi tanpa henti selama tiga hari berturut‑turut. Selain itu, tim menemukan bahwa titik lemah utama desain adalah empat membran pada katup osilasi. Penemuan ini tidak mengejutkan karena komponen tersebut menahan tekanan udara, gaya berulang, dan defleksi paling besar dalam sistem.

Manfaat Pencetakan 3D Robot Lembut Tanpa Elektronik

Ada banyak manfaat yang diberikan oleh studi robot yang dicetak 3D. Pertama, perangkat ini dapat dicetak menggunakan solusi 3D desktop biasa. Pendekatan ini berarti unit tersebut mudah diakses oleh orang atau bisnis rata‑rata. Mereka siap langsung dari printer dan tidak memerlukan interaksi manusia atau pembersihan pasca‑cetak untuk beroperasi.

Mengapa Robot yang Dicetak 3D Tanpa Elektronik Menjadi Pengubah Permainan

Salah satu aspek paling menarik dari proyek ini jelas adalah keputusan untuk menghilangkan kebutuhan akan elektronik. Kemampuan bot ini beroperasi tanpa elektronik berarti mereka menjadi solusi jelas untuk lingkungan yang tidak ramah elektronik.

Studi ilmiah tentang luar angkasa, atau di sekitar lokasi dengan radiasi atau medan magnet tinggi, merupakan contoh utama di mana perangkat ini sangat berguna. Selain itu, lingkungan bawah air selalu menjadi tantangan bagi elektronik tradisional karena batasan tekanan tinggi.

Robotika Biaya Rendah: Bagaimana Pencetakan 3D Membuat Robot Lebih Murah

Studi ini membuka pintu untuk pencetakan robot dengan biaya sangat rendah. Perangkat yang dibuat tim insinyur ini berharga sekitar $20. Meskipun hanya dapat berjalan, desain masa depan dapat membantu Anda menyelesaikan tugas inti tanpa menambah tagihan listrik atau biaya fabrikasi.

Robot yang Dicetak 3D: Penggunaan di Dunia Nyata dan Kapan Mengharapkannya

Ada beberapa aplikasi untuk robot tanpa elektronik. Perangkat ini dapat dikirim untuk melakukan pengawasan penting di area yang bermusuhan atau berbahaya. Keuntungan pendekatan ini adalah printer dapat ditempatkan di lokasi dan robot dibuat di tempat. Strategi ini memungkinkan transportasi yang lebih mudah.

Data yang terkandung dalam studi robot lembut dapat mengarah pada penyebaran cepat unit berbiaya rendah dan tahan banting di lingkungan di mana elektronik tradisional gagal, seperti area dengan radiasi kuat, zona bencana, atau bahkan planet lain. Mengingat kesederhanaan dan keterjangkauan desain, aplikasi praktis dapat muncul dalam 3 hingga 5 tahun ke depan.

Kenali Tim di Balik Robot 3D-Printed Tanpa Elektronik

Studi robot yang dicetak 3D ini diselenggarakan di University of California, San Diego. Penulis utama meliputi Yichen Zhai, Jiayao Yan, dan Michael T. Tolley. Makalah tersebut juga mencantumkan Albert De Boer, Martin Faber, Rohini Gupta, dan BASF California Research Alliance sebagai kontributor. Selain itu, studi ini sebagian didanai oleh National Science Foundation.

Secara khusus, tim ini berperan penting dalam pengembangan teknologi robotik lembut. Kelompok ini memperkenalkan gripper robotik tanpa elektronik pada tahun 2022. Pengalaman ini membantu mereka menciptakan generasi berikutnya perangkat tanpa elektronik. Sekarang, tujuan mereka adalah menemukan cara memindahkan penyimpanan gas terkompresi secara internal dan meneliti lebih banyak bahan yang dapat terurai secara hayati.

Perusahaan Teratas yang Mendorong Kemajuan Pencetakan 3D dan Robotika Lembut

Penggunaan robot di rumah dan bisnis semakin meningkat. Oleh karena itu, terdapat permintaan kuat untuk menguasai pasar ini. Secara khusus, pasar robotika dan pencetakan 3D memiliki banyak pemain utama. Perusahaan-perusahaan ini telah menginvestasikan miliaran dalam R&D untuk menciptakan perangkat generasi berikutnya yang berfungsi.  Berikut satu perusahaan yang terus berinovasi dan memberikan hasil.

3D Systems Corporation

3D Systems Corporation (DDD ) memasuki pasar pada tahun 1986 dan berbasis di California. Tujuan awalnya adalah menawarkan layanan pencetakan 3D generasi berikutnya kepada klien komersial. Sebagai pelopor dalam pencetakan 3D, perusahaan ini berperan penting dalam prototipe dan komponen kritis lainnya untuk pasar dirgantara, otomotif, kesehatan, hiburan, dan industri.

Saat ini, 3D Systems berada di garis depan dalam memajukan teknologi manufaktur aditif, termasuk aplikasi dalam robotika. Perusahaan ini memiliki lebih dari 1.925 karyawan dan melaporkan pendapatan $488 juta pada tahun 2023. Selain itu, perusahaan menandatangani kemitraan strategis dengan Daimler Buses untuk menyediakan printer 3D lokal yang dapat membuat suku cadang.

Berita Terbaru tentang 3D Systems Corp.

Robot yang Dicetak 3D

Kemajuan ini merupakan langkah maju lain dalam evolusi robotik lembut. Dengan menghilangkan kebutuhan akan elektronik dan memungkinkan fungsionalitas penuh langsung dari printer 3D desktop, penelitian ini membuka jalan bagi mesin yang terjangkau, tahan banting, dan dapat dikerahkan di lingkungan di mana robot tradisional tidak memadai.  Seiring perkembangan terus berlanjut, potensi aplikasi—dari bantuan bencana hingga eksplorasi luar angkasa—sangat luas dan menginspirasi. Salam hormat kepada para insinyur ini atas kerja keras dan upaya mereka yang dapat mengubah arah industri robotik ke depan.

Pelajari terobosan 3D Printing keren lainnya Sekarang.

Studi yang Dirujuk:

^{1. Zhai, Y., Yan, J., De Boer, A., Faber, M., Gupta, R., & Tolley, M. T. (2025). Fabrikasi digital desktop monolitik robot berjalan otonom. Advanced Intelligent Systems. https://doi.org/10.1002/aisy.202400876}