Aktuator Berbasis Otot Dapat Memaksimalkan Potensi Solusi Robotik

Sekelompok insinyur inovatif dari MIT baru saja menciptakan aktuator berbasis otot yang dapat merevolusi robotika. Para pemikir kreatif menggabungkan aktuator mono‑arah yang dirancang khusus dengan sel otot yang ditumbuhkan di laboratorium. Struktur ini memungkinkan perangkat menjadi ringan dan meningkatkan kinerja. Berikut cara aktuator berbasis otot baru ini dapat membantu menggerakkan robot di masa depan.

Bio Flexures Muscle-Based Actuators

Sebuah makalah yang diterbitkan dalam jurnal Advanced Intelligent Systems menjelaskan bagaimana jenis baru bio‑flexure dapat memberikan hasil yang dapat diulang dan dapat diandalkan yang jauh lebih efisien dibandingkan upaya sebelumnya. Untuk mencapai hal ini, tim harus menciptakan kembali konsep flexure.

Flexures

Flexure adalah elemen mekanik yang fleksibel yang dapat berfungsi sebagai aktuator. Aktuator adalah perangkat yang dapat mengubah bentuk energi menjadi respons yang dapat dikendalikan. Mereka ditemukan dalam sebagian besar robot dalam berbagai bentuk dan peningkatan pada perangkat ini memiliki efek langsung. Beberapa aktuator mengubah panas, tekanan, listrik, dan energi magnetik.
Flexure adalah perangkat mirip pegas yang memanfaatkan struktur kaku untuk berfungsi sebagai aktuator. Mereka populer dalam robot karena dapat disesuaikan untuk memberikan gerakan mikro‑akurat. Aktuator ini kecil dan ringan sehingga ideal untuk tugas‑tugas tersebut.

Biohybrid Flexures

Para insinyur MIT menggunakan kombinasi bahan baru dan desain untuk meningkatkan kinerja kreasi mereka. Misalnya, mereka menciptakan desain flexure yang lebih tipis yang berfungsi seperti kerangka. Flexure tersebut memiliki pin yang terhubung ke lapisan dasar pada setiap sudut. Selain itu terdapat pin ground, cam, mobile, dan mount.
Beberapa persegi panjang yang saling bertumpuk dirancang untuk menghasilkan ketegangan otot yang tepat saat diperlukan. Insinyur kemudian mengikat pita otot secara khusus untuk memberikan kontraksi yang akurat. Tim ini kemudian melakukan serangkaian pengujian dan merekam data. Secara khusus, hasilnya sangat mengesankan dengan perangkat yang meningkatkan semua persyaratan. Selain itu, data tersebut dapat membantu menciptakan standar manufaktur pertama dalam industri robot lunak.

Testing

Laporan tersebut merinci bagaimana peneliti menciptakan metode baru penyesuaian dinamis kontraksi otot untuk meningkatkan kinerja aktuator biohybrid mereka. Pengujian dimulai dengan mengukur jarak antara tiang. Dari situ, flexure diregangkan dan merespons lima kali.
Pengujian yang tidak bergantung pada frekuensi ini memungkinkan peneliti menentukan secara akurat kapan kelelahan otot memengaruhi kinerja. Penyesuaian ini juga memungkinkan mereka memperoleh daya tahan maksimum dari kreasi mereka dan menguji tekanan kemampuan mereka. Pengujian yang lebih intens menunjukkan hasil menarik. Misalnya, terungkap bahwa interval yang lebih tinggi mempercepat kehabisan serat otot.

Adjustability

Para insinyur mengubah gaya flexure dengan mengubah ketebalan atau jarak antar balok yang menghubungkan ke basis. Tata letak ini dirancang untuk mengoptimalkan gerakan alami otot dan menggabungkannya dengan kekakuan serta derajat gerakan flexure. Secara khusus, biohybrid flexor baru ini adalah yang paling kuat dan akurat hingga saat ini.
Ia dapat melentur dan meregang dengan presisi nanometer, menjadikannya ideal untuk mikro‑robotika. Selain itu, peningkatan output langkah memberikan kinerja dan keandalan yang lebih tinggi. Faktor-faktor ini membantu tim peneliti mendapatkan lebih banyak minat terhadap temuan mereka.

Skeletal Muscle Tissues

Tim MIT meneliti berbagai jenis otot sebelum memutuskan pilihan akhir mereka. Jaringan otot tikus dipilih karena ketersediaannya, biaya yang terjangkau, dan kemampuannya untuk tumbuh di laboratorium. Serat otot yang dihasilkan dapat diandalkan dan membantu mendorong proyek menuju keberhasilan menurut para peneliti.

Muscle Fibers vs Synthetic Actuators

Serat otot sangat baik dalam mengubah energi mekanik dan listrik menjadi aksi yang dapat dikendalikan. Oleh karena itu, masuk akal bahwa insinyur robotika berusaha meniru manfaat ini. Dibandingkan dengan aktuator tradisional, aktuator biohybrid memungkinkan gerakan yang sangat presisi. Mereka menawarkan kombinasi kekuatan, efisiensi, dan adaptabilitas yang terus menjadi topik diskusi.
Selain itu, perangkat ini menggunakan lebih sedikit energi untuk beroperasi, menawarkan pelacakan kemampuan yang lebih baik, dan dapat jauh lebih kecil. Faktor utama yang menentukan kualitas sebuah aktuator adalah kemampuannya memberikan hasil yang dapat diandalkan, daya tahan, akurasi, dan kemampuan gaya. Aktuator serat otot terus menunjukkan potensi sebagai solusi ideal untuk pasar.

Biohybrid Robots

Gagasan robot yang menggunakan material organik mungkin terdengar seperti dari film fiksi ilmiah. Namun, robot biohybrid telah ada selama lebih dari satu dekade. Mesin‑mesin ini menggabungkan aspek alami, seperti serat otot, dengan fungsi robot untuk menghasilkan hasil yang mengesankan.
Saat ini, sudah ada robot yang menggunakan aktuator berbasis otot untuk meniru tugas manusia yang kompleks seperti berenang atau menari. These “robot lunak” memanfaatkan kerangka buatan untuk struktur dan stabilitas. Pendekatan ini memungkinkan insinyur menciptakan gerakan yang lebih artikulatif dan presisi yang dapat menandingi kelembutan tangan manusia.

Types of Biohybrid Robots

Ada banyak jenis robot biohybrid yang digunakan saat ini. Perangkat ini beragam seperti dunia di sekitar Anda. Namun, tiga kategori utama adalah mikroorganisme, jaringan, dan rangka.

• Robot mikroorganik dibangun ke dalam atau memanfaatkan komponen sel untuk menyelesaikan tugas. Mereka sangat kecil, sehingga ideal untuk tugas yang memerlukan presisi luar biasa. Dengan demikian, robot kecil ini suatu hari dapat membantu Anda menyembuhkan atau melakukan pemindaian kesehatan pada udara yang Anda hirup.
• Bot berbasis jaringan memanfaatkan serat otot dan jaringan lain yang ditumbuhkan di laboratorium. Perangkat ini dapat menjadi pengubah permainan dalam bidang prostetik. Bayangkan robot yang membantu orang buta melihat atau amputee berjalan. Selain itu, menggabungkan jaringan biologis dengan robotika menurunkan biaya untuk tugas berulang kecil dan memungkinkan mesin yang dapat menyembuhkan diri sendiri.
• Robot berbasis rangka menggunakan struktur rangka berbasis bio yang membuatnya ideal untuk meniru gerakan alami tertentu. Berjalan, melompat, dan menari adalah contoh gerakan alami yang terus dikuasai oleh robot berbasis rangka.

Challenges Faced By Soft Robots

Salah satu masalah utama yang dihadapi insinyur robot lunak adalah tidak adanya alat desain dan pemodelan yang terintegrasi. Kekurangan standar ini menyebabkan industri tersebar ke segala arah, dengan banyak upaya terbuang karena mengulang tugas serupa. Selain itu, sifat tak terduga elemen biologis menambah variabel lain yang harus dihadapi insinyur.

Duplication Problems

Berbeda dengan komponen yang diproses yang dapat dijamin sama setiap kali, sel otot yang ditumbuhkan di laboratorium dapat berperilaku berbeda. Misalnya, Anda tahu otot akan berkontraksi jika diregangkan, tetapi mendapatkan hasil yang sama setiap kali tanpa mencapai kegagalan adalah kuncinya.
Oleh karena itu, sulit untuk menciptakan komponen biologis yang memberikan kinerja yang sama. Menariknya, kemajuan dalam pencetakan jaringan 3D dapat membuka jalan untuk menyelesaikan masalah ini di masa depan.

Standards

Keberhasilan usaha ini dapat membantu menetapkan beberapa standar universal di sektor robotik biohybrid. Saat ini, ada banyak proyek yang berbeda, menggunakan konfigurasi yang berbeda, untuk mencapai tujuan yang sama. Inovasi terbaru dirancang menjadi aktuator bio‑mekanik universal.
Pendekatan ini memungkinkan insinyur robotik menggunakan perangkat ini kapan pun diperlukan dan mengurangi waktu pengembangan. Selain itu, perlengkapan ini dapat digabungkan dengan opsi lain untuk mendukung segala jenis struktur rangka robotik. Model ini memungkinkan insinyur menciptakan biohybrid kompleks yang dapat disesuaikan untuk peran tertentu.

MIT Engineers

Tim insinyur di balik upaya menguntungkan ini meliputi Ritu Raman, Alex d’Arbeloff, Naomi Lynch, Tara Sheehan, Nicolas Castro, Laura Rosado, Brandon Rios, dan profesor teknik mesin Martin Culpepper. Secara khusus, Culpepper dikenal karena usahanya dalam mekanisme robot miniatur.
Pengalaman dan kecerdikan mereka memungkinkan tim menguji berbagai aktuator sebelum memutuskan pilihan akhir. Mereka menemukan bahwa perlengkapan bergaya akordeon memungkinkan jaringan otot berkontraksi secara alami sekaligus meningkatkan gaya pegas.

Advantages of Biohybrid Tech

Ada banyak alasan mengapa insinyur berusaha menggabungkan biologi dan robotika. Penggabungan ini dapat membawa potensi tak terbatas ke pasar. Bayangkan robot yang menjadi lebih kuat seiring kerja atau dapat menyembuhkan dan beradaptasi saat diperlukan.

Persepsi Sensorik

Robot biohybrid mengintegrasikan biologi pada tingkat seluler, artinya perangkat ini dapat memanfaatkan material organik. Alam penuh dengan organ sensorik menakjubkan yang dapat mendeteksi segala hal mulai dari arah hingga pulsa listrik. Insinyur ingin memanfaatkan sensor alami ini untuk memperluas kemampuan robot.

Antarmuka Otak

Bidang fokus lain bagi insinyur biohybrid adalah meningkatkan cara orang berinteraksi dengan mesin. Misalnya, Elon Musk telah mengalokasikan dana besar untuk antarmuka neural link, yang terhubung ke jaringan saraf otak dan menafsirkan perintah langsung dari pikiran.

Prostetik Generasi Berikutnya

Banyak orang melihat perawatan kesehatan sebagai sektor yang paling banyak mendapatkan manfaat dari integrasi robot lunak. Bayangkan prostetik yang terbuat dari jaringan otot asli, yang dapat bekerja bersama pengguna untuk meningkatkan, dan meniru sensasi yang terkait dengan anggota tubuh tersebut.

Keberlanjutan

Salah satu keunggulan terbesar teknologi biohybrid adalah kemampuan menciptakan robot yang menyatu sempurna dengan lingkungan mereka. Perangkat ini suatu hari dapat memantau lingkungan dan bahkan membantu memperbaikinya. Misalnya, bayangkan sensor yang dapat melacak dan mengurangi tingkat polusi.

Future Use Cases for Muscle-Based Actuators

Ada banyak kasus penggunaan di masa depan untuk gaya aktuator berbasis otot ini. Solusi ringan ini dapat digunakan untuk menggerakkan generasi baru mikro‑robotika. Teorinya telah terbukti meningkatkan efisiensi. Oleh karena itu, dari avionik hingga perawatan kesehatan, banyak perhatian tertuju pada tindakan tim.

Robots Get Lighter, Smaller, and More Accurate

Pengurangan konsumsi daya dan berat memang masuk akal. Anda mendapatkan masa pakai dan daya yang lebih banyak dari perangkat Anda. Akibatnya, lebih banyak insinyur mencari opsi hemat energi yang dapat dengan mudah disesuaikan untuk berbagai skenario. Aktuator biohybrid menggabungkan biologi dan robotika secara mulus untuk meningkatkan kehidupan, efisiensi, dan kemampuan. Karena alasan ini, proyek tersebut layak dipantau ke depannya.

Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang perkembangan menarik dalam robotika di sini.