Memanipulasi Hidrogel Dapat Meningkatkan Kelincahan dan Fleksibilitas Robotika Modern

Sebuah studi baru dalam jurnal ilmiah Physical Review Letters mengungkap “fenomena mikroskopis” yang memungkinkan hidrogel menyusut lebih cepat. Penemuan yang dijelaskan melalui teori poroelastis kontinum ini dapat berdampak besar pada berbagai industri, termasuk robotika lunak. Temuan tersebut mungkin membantu membuat perangkat lebih ringan dan lincah. Berikut penjelasannya.

Hidrogel

Hidrogel merupakan bahan lentur yang tidak larut dalam air dan tersusun dari jaringan rantai polimer yang rapat. Rantai ini dapat menyerap serta menahan cairan secara efisien. Dalam keadaan tersebut, sebagian besar kandungan hidrogel adalah air. Hidrogel dapat melepaskan cairan yang tersimpan dan menyusut sebagai respons terhadap rangsangan. Rangsangan itu dapat bersifat kimiawi, seperti perubahan pH, atau berasal dari lingkungan, seperti perubahan suhu atau medan.

Hidrogel memiliki sifat lunak dan lentur serta ditemukan dalam gel rambut, pasta gigi, kosmetik, dan berbagai produk berkadar air tinggi. Bahan ini juga umum digunakan dalam layanan kesehatan, misalnya untuk pembalut luka dan perawatan luka bakar. Dalam robotika, hidrogel dapat menggantikan bahan yang lebih berat seperti plastik.

Hidrogel Meningkatkan Kemampuan Robot Lunak

Robot lunak dibuat dari berbagai bahan yang dapat ditekuk, sehingga mampu menjalankan tugas khusus. Perangkat ini dapat masuk ke ruang sempit, menjelajahi reruntuhan yang rumit, bahkan membantu penghantaran obat. Menurut para peneliti, hidrogel dapat menggantikan karet dan komponen hidraulik pada robot lunak di masa depan.

Untuk penggunaan tertentu, robot lunak memiliki keunggulan besar dibandingkan robot kaku. Robot ini dapat menyesuaikan bentuk untuk menyebarkan tekanan ke area lebih luas, sehingga sentuhannya lebih lembut. Dikombinasikan dengan kemampuan beradaptasi terhadap berbagai lingkungan, sifat ini menjadikannya pilihan utama bagi tugas tertentu.

Sistem Saat Ini

Sistem hidraulik dan pneumatik saat ini mendominasi industri robotika. Keduanya andal dan telah digunakan dalam berbagai bentuk selama beberapa dekade. Namun, terdapat kekurangan penting, terutama dalam robotika berukuran sangat kecil dan robotika lunak.

Misalnya, robot lunak yang menggunakan sistem tersebut untuk berubah bentuk memerlukan selang, saluran, dan pompa. Komponen ini sangat sulit dibuat pada skala mikroskopis. Bahkan pada ukuran lebih besar, setiap pompa dan selang menambah bobot perangkat. Bobot mengurangi daya tahan baterai dan kemampuan bergerak robot. Karena itu, temuan hidrogel ini dapat meningkatkan fleksibilitas operasi, mengoptimalkan bobot, dan membuka penggunaan baru.

Para peneliti meyakini terobosan ini dapat memajukan robotika lunak dengan meningkatkan efisiensi dan kelincahan sekaligus mengurangi bobot. Hidrogel dapat menggantikan karet karena lebih ringan dan tidak membutuhkan sistem hidraulik atau pneumatik. Dengan demikian, pembuatan robot lunak menjadi lebih sederhana.

Fenomena Mikroskopik

Para peneliti menemukan fenomena mikroskopis saat mengamati pengembangan dan penyusutan hidrogel dalam berbagai kondisi. “Teori Poroelastis Kontinum” menjelaskan solusi berbasis hidrogel yang memenuhi kebutuhan robotika mikro: ringan, andal, dapat dikendalikan, dan lebih mudah dibuat daripada pilihan saat ini.

Rincian Penelitian Hidrogel

Para peneliti membuat lapisan film hidrogel yang tipis. Dalam kondisi tertentu, lapisan berpori ini memungkinkan air dan ion melewatinya secara bebas. Kejadian tidak biasa pertama yang diamati adalah kenaikan mendadak tekanan osmotik gel akibat proses yang disebut difusioforesis gel. Proses ini membuat hidrogel langsung mengembang ketika ion dimasukkan.

Setelah melepaskan cairan, hidrogel menyusut ke ukuran semula. Hidrogel yang diberi ion mengembang dan menyusut ratusan kali lebih cepat daripada metode sebelumnya. Data juga menunjukkan bahwa pengembangan melalui difusioforesis jauh lebih efisien.

Kelincahan yang Ditingkatkan

Para peneliti antusias karena penemuan ini dapat membuat robot lunak lebih lincah. Salah satu tujuannya adalah menciptakan tangan robot dengan ketangkasan dan kelincahan seperti tangan manusia. Tim meyakini temuan ini bisa menjadi langkah penting ke arah tersebut. Jika berhasil, robot lunak dapat menjalankan lebih banyak tugas yang melibatkan kontak dengan manusia dalam beberapa tahun mendatang.

Robot yang Lebih Besar

Penemuan penting lainnya adalah kemungkinan menggunakan hidrogel untuk membuat robot lunak lebih besar. Saat ini, sebagian besar robot lunak disebut terbatas pada ukuran mikroskopis. Peningkatan tenaga dan pengurangan bobot dari hidrogel memungkinkan perangkat diperbesar hingga satu sentimeter. Robot kecil juga sering bekerja dalam kawanan untuk meningkatkan efisiensi.

Aplikasi Dunia Nyata untuk Robot Lunak Berbasis Hidrogel

Robot lunak memiliki banyak penggunaan nyata. Saat ini, perangkat tersebut dapat membantu memetik buah dan menyortir barang di gudang. Di masa depan, robot ini juga dapat menjalankan tugas kesehatan. Berikut sektor utama yang terus dipengaruhi robotika lunak.

Manufaktur

Manufaktur merupakan sektor utama penerapan robot lunak. Perangkat menyerupai tangan dapat digunakan pada ban berjalan untuk mengambil barang rapuh, memasukkannya ke kemasan, atau menyortirnya berdasarkan kategori. Di masa depan, robot ini dapat “merasakan” benda yang diambil menggunakan sensor canggih dan AI.

Pencarian dan Penyelamatan

Robot lunak dapat membantu menemukan korban selamat dari bencana alam. Puing sering menghambat penyelamatan dan menyebabkan korban tambahan. Robot lunak dapat menyusup melalui zona bencana dan menggunakan sensor canggih untuk lebih cepat menemukan korban. Robot juga dapat membantu komunikasi dan mengirimkan perbekalan penyelamat nyawa.

Eksplorasi

Robot lunak juga dapat meningkatkan efisiensi eksplorasi. Robot berperan penting dalam masa depan penjelajahan antariksa jauh dan laut. Robot dapat menyelam lebih dalam, bergerak lebih jauh, dan menyediakan data berharga tanpa membawa manusia. Robot lunak khususnya dapat mencapai lokasi yang belum pernah dijelajahi, seperti kedalaman laut, karena dapat menyesuaikan diri dengan tekanan dan mendukung penelitian ilmiah baru.

Kesehatan

Robot lunak memiliki banyak penggunaan kesehatan, seperti menghantarkan obat, melawan penyakit, dan memurnikan air. Biorobotika terus menciptakan mesin hibrida yang memakai jaringan hidup sebagai komponen inti. Suatu hari, perangkat ini dapat memperbaiki kehidupan jutaan orang, misalnya melalui prostesis yang hampir tidak terasa oleh pemakainya dan berbagai peningkatan lain.

Perusahaan Robotika Terdepan

Industri robotika berkembang cepat dan dahulu hanya didominasi beberapa pemain utama seperti Boston Dynamics. Kini pilihannya jauh lebih luas karena mencakup berbagai bidang. Berikut beberapa perusahaan yang dapat memanfaatkan hidrogel untuk meningkatkan produknya.

1. Intuitive Surgical

ISRG Grafik Harga

Intuitive Surgical (ISRG ) merupakan pelopor robotika kesehatan. Perusahaan ini memiliki beragam produk dan layanan, termasuk sistem bantuan bedah da Vinci dan Ion. Solusi canggih ini mendukung operasi minimal invasif. Peningkatan terbaru da Vinci memungkinkan ahli bedah merasakan sayatan melalui umpan balik.

Intuitive Surgical dapat menjadi tambahan yang menarik bagi portofolio. Perusahaan AS ini termasuk dalam NASDAQ-100 dan S&P 500, dan layanannya banyak diminati. Perusahaan melaporkan lebih dari 8.600 sistem da Vinci telah dipasang secara internasional. Karena itu, perusahaan ini dikenal sebagai pemimpin teknologi robotika global.

2. UiPath

PATH Grafik Harga

UiPath (PATH ) merupakan perusahaan perangkat lunak otomatisasi proses robotik (RPA). Programnya memungkinkan robot perangkat lunak mempelajari tugas berulang lalu mengambil alih tugas tersebut dari manusia. Perusahaan ini didirikan di Rumania dan pindah ke New York saat berkembang menjadi pesaing utama. Kini UiPath merupakan penyedia perangkat lunak RPA terkemuka di dunia.

UiPath meraih posisi terdepan melalui konsistensi dan kinerja. Layanannya membantu menyederhanakan kegiatan perusahaan bagi klien seperti Canon, EY, VITAL, dan TQL. Perusahaan juga beberapa kali ditampilkan oleh Forbes. Faktor tersebut menjadikan saham UiPath menarik untuk dipantau.

Masalah pada Robot Lunak

Robot lunak masih menghadapi tantangan sebelum digunakan secara luas. Daya tahan dan kinerjanya belum setara dengan robot kaku. Pengendalian robot dengan derajat kebebasan gerak yang tak terbatas juga menimbulkan persoalan. Pemodelan gerak membutuhkan banyak inovasi dan waktu. Perusahaan seperti UiPath disebut dapat semakin berperan dalam pengembangan sistem kendali robot lunak di masa depan.

Peneliti

Penelitian dilakukan oleh tim yang dipimpin fisikawan Virginia Tech C. Nadir Kaplan dan kandidat doktor Chinmay Katke. Artikel juga menyebut bantuan Profesor C. Nadir Kaplan serta Peter A. Korevaar dari Radboud University di Belanda.

Hidrogel Dapat Membuat Robot Lunak Lebih Berguna

Tim di balik penemuan hidrogel ini mungkin telah menemukan cara membuat robot lunak lebih berguna. Hidrogel dapat menggantikan karet, sistem hidraulik, aktuator, serta pilihan lain yang lebih berat dan rumit. Karena itu, penelitian ini merupakan terobosan penting yang patut dipantau.

Pelajari proyek robotika keren lainnya sekarang.