Mikrobot Penyembuhan Diri: Dari Obat hingga Kegunaan Militer

Tim insinyur Penn State University menemukan metode sederhana untuk menciptakan dan mengendalikan kawanan mikrobot yang dapat menyembuhkan diri sendiri. Ilmu ini terinspirasi dari alam dan menggabungkannya dengan desain mikrobot sederhana yang mampu menghasilkan dan merekam sinyal akustik. Pendekatan ini serupa dengan bagaimana lebah dan serangga lainnya memanfaatkan gelombang suara untuk berkelompok dalam kelompok besar. Berikut yang perlu Anda ketahui.

Apa itu Microbots dan Cara Kerjanya

Ketika kebanyakan orang berpikir tentang robot, mereka mungkin membayangkan aplikasi industri dan militer. Namun, semakin banyak perangkat ini yang digunakan dalam medis dan sektor bantuan bencana. Perangkat-perangkat ini seringkali jauh lebih kecil dan dikenal sebagai mikrorobot karena ukurannya yang sangat kecil, yang seringkali berada pada skala nano. Menariknya, banyak ilmuwan membayangkan masa depan di mana robot-robot kecil ini bekerja sama secara berkelompok untuk menyelesaikan tugas-tugas penting.

Tantangan dalam Mengembangkan Teknologi Swarm Microbot

Ada beberapa masalah yang terus menghambat perkembangan mikrobot. Salah satu faktor pembatas utamanya adalah ukuran. Namun, saat ini, terdapat beberapa cara bagi para insinyur dan pengembang untuk menciptakan mesin-mesin kecil dan seringkali rumit ini.

Masalah lainnya adalah mencari cara untuk mengendalikan perangkat mikroskopis ini. Di masa lalu, cara utama adalah menggunakan suatu bentuk metode komunikasi kimiawi. Pendekatan ini digunakan oleh banyak serangga dan hewan di alam untuk menemukan dan mengorganisir, seperti semut. Namun, pendekatan ini memiliki keterbatasan.

Misalnya, sinyal kimia tidak reversibel. Setelah zat kimia dilepaskan, mustahil untuk mengambil semuanya dari lingkungan. Oleh karena itu, sinyal kimia hanya dapat digunakan saat mengumpulkan atau menargetkan unit. Selain itu, sinyal kimia dibatasi oleh jarak dan bergerak jauh lebih lambat dibandingkan dengan bentuk komunikasi lainnya.

Sistem Materi Aktif

Ilmu yang mempelajari mentalitas dan strategi gerombolan adalah bidang ilmu yang disebut materi aktif. Spesialis materi aktif menghabiskan waktu bertahun-tahun mempelajari gerombolan biologis dan sintetis mikroskopis. Tujuan mereka adalah memahami bagaimana kelompok-kelompok masif ini dapat berkoordinasi untuk tugas-tugas seperti pemberitahuan ancaman dan mencari sumber daya.

Komunikasi Akustik di Kawanan Alami

Para insinyur materi aktif mencatat bahwa sinyal akustik telah lama digunakan oleh kelelawar dan spesies lain untuk mengomunikasikan informasi penting. Paus adalah hewan lain yang memanfaatkan gelombang suara untuk berkomunikasi jarak jauh. Menariknya, hewan seperti paus bungkuk telah tercatat berkomunikasi menggunakan akustik hingga jarak 1,000 kilometer.

Studi Penn State tentang Mikrobot Penyembuhan Diri yang Dikendalikan Akustik

Kertas¹ "Sinyal Akustik Memungkinkan Persepsi dan Kontrol Kolektif dalam Sistem Materi Aktif," yang diterbitkan dalam jurnal ilmiah APS, merupakan studi ilmiah pertama yang mengintegrasikan akustik untuk mengendalikan kawanan mikronik. Dengan demikian, studi ini merupakan tonggak penting dalam mikrorobotik.

Sumber - APS

Menyadari bahwa alam telah berevolusi selama ribuan tahun untuk menghasilkan metode paling efektif dalam menyelesaikan tugas-tugas tertentu, para ilmuwan Penn State memutuskan untuk mencoba menciptakan sistem komunikasi sonik untuk mengendalikan kawanan robot. Para peneliti memulai penelitian mereka dengan menjelaskan bagaimana lebah memanfaatkan gelombang suara untuk menemukan satu sama lain dan tetap terhubung.

Model Simulasi Komputer Mikrobot Penyembuhan Diri

Alih-alih membangun mikrobot sungguhan, tim tersebut menciptakan model komputer kompleks yang menduplikasi perilaku yang akan dialami perangkat ini selama kondisi tertentu di seluruh model berbasis partikel dan berbasis medan.

Agen Mikrobot Penyembuhan Diri

Model komputer ini didasarkan pada mikrobot sederhana yang dikenal sebagai agen. Perangkat digital mungil ini dirancang untuk meniru aksi sirkuit elektronik sederhana. Sirkuit tersebut mencakup osilator akustik dan mikrofon. Perangkat ini juga mengintegrasikan motor-motor mungil yang memungkinkannya merespons suara melalui gerakan.

Sistem Persinyalan Akustik untuk Kontrol Mikrobot

Para insinyur kemudian menciptakan sistem sinyal akustik yang dapat memberi perintah sederhana kepada robot. Secara spesifik, gelombang suara akan memicu tiga tindakan, yaitu merakit, menavigasi, dan berkomunikasi. Tim mencatat keuntungan langsung, termasuk bahwa gelombang suara merambat jauh lebih cepat daripada sistem kimia yang digunakan dalam sistem kendali mikrobot sebelumnya.

Aturan Inti untuk Perilaku Mikrobot yang Dikendalikan Akustik

Dengan cermat, agen-agen tersebut diprogram hanya dengan dua aturan. Aturan pertama mengharuskan perangkat bergerak ke arah suara paling keras. Aturan kedua mengubah suara yang dihasilkan perangkat. Menariknya, suara yang dihasilkan bervariasi berdasarkan gelombang input yang diterimanya, menjadikan setiap perangkat sebagai antena berulang bagi kawanan.

Hasil Uji Simulasi untuk Mikrobot Penyembuhan Diri

Untuk menguji agen komputasi mereka, para insinyur merancang beberapa tugas dalam lingkungan model komputer mereka. Pengujian pertama adalah untuk melihat apakah robot dapat berkelompok dan perilaku apa yang mereka tunjukkan selama proses pembentukan bersama dan pergerakan menuju lokasi atau menyelesaikan tugas.

Perilaku Pengorganisasian Diri dalam Kawanan Mikrobot yang Disimulasikan

Para insinyur perlu menguji kemampuan mikrorobot untuk mengorganisir diri menjadi kawanan. Mereka menyelesaikan tugas ini dengan membuat gelombang suara tertentu memicu perilaku kawanan, yang menghasilkan apa yang digambarkan para insinyur sebagai kecerdasan kelompok primitif.

Menariknya, setiap perangkat akan mengubah aksinya berdasarkan suara yang direkamnya. Untuk mengerumuni, para insinyur cukup mengarahkan bot ke frekuensi paling keras, lalu menduplikasinya. Langkah ini bertujuan agar setiap bot menyesuaikan medan akustiknya, sehingga menarik bot lain ke arah frekuensi tersebut.

Menariknya, para insinyur mencatat beberapa temuan unik dari pekerjaan mereka. Salah satunya, mereka mampu mendokumentasikan tahap awal kohesi dan tahap awal kecerdasan kolektif. Mereka mencatat bahwa perilaku yang menyerupai kecerdasan memungkinkan kawanan untuk mengoordinasikan manuver dan bekerja sama.

Dengan penuh semangat, mikrorobot mampu mengkonfigurasi ulang diri menjadi berbagai bentuk berbeda tergantung pada gelombang suara. Bentuk seperti ular memungkinkan mesin untuk bergerak sendiri saat kawanan bergerak. Bentuk menarik lainnya termasuk cincin yang berputar. Para insinyur mencatat bahwa mereka dapat menyinkronkan status osilator internal untuk meningkatkan kekompakan, multifungsi, dan kemampuan penanganan tugas kawanan.

Para insinyur mencatat bahwa bentuk-bentuk tersebut dapat diubah dengan memprogram aturan tambahan terkait penginderaan lingkungan. Mereka mendokumentasikan bagaimana masing-masing bot bekerja sama untuk mengatasi rintangan. Bahkan ketika terpisah, kawanan tersebut dapat berubah menjadi bentuk baru dan kemudian memulihkan diri ke bentuk aslinya setelah melewati rintangan.

Manfaat Utama Mikrobot Penyembuhan Diri yang Dikendalikan Akustik

Ada banyak manfaat yang dibawa studi ini bagi bidang mikrobot. Salah satunya, studi ini menunjukkan bagaimana desain robot yang sederhana dapat menyelesaikan tugas-tugas kompleks yang melibatkan sekelompok robot hanya dengan menggunakan gelombang suara sebagai panduan. Dengan demikian, studi ini mendorong perkembangan mikrobot karena gelombang suara lebih andal dan lebih mudah ditangkap dibandingkan metode komunikasi lainnya.

Desain Sederhana untuk Mikrobot Hemat Biaya

Studi ini juga menunjukkan bagaimana mikrorobot yang sederhana dan terjangkau dapat dibuat dengan kompleksitas minimal, tetapi mampu menyelesaikan tugas-tugas swarm. Perangkat ini, meskipun hanya dibuat secara digital, akan sangat murah untuk dibuat di dunia nyata. Keputusan insinyur untuk menyederhanakan perangkat menjadi hanya mikrofon, speaker, dan osilator menunjukkan bagaimana mikrobot tidak perlu terlalu rumit.

Biaya rendah

Keuntungan lain dari desain yang sederhana adalah biaya fabrikasinya yang rendah. Perangkat teoretis dalam studi ini dapat dibuat dengan biaya murah dan tanpa menggunakan mesin berteknologi tinggi. Dengan demikian, perangkat ini membuka peluang bagi operasi industri besar-besaran dan banyak lagi.

Bagaimana Microbot Menavigasi Ruang Sempit: Keuntungan Utama

Karakteristik penyembuhan diri dan pengorganisasian mikrobot akustik akan memungkinkan perangkat ini menjangkau area yang tidak dapat dijangkau robot lain. Perangkat ini dapat berubah bentuk menjadi bentuk apa pun yang dibutuhkan untuk menembus atau melewati ruang sempit. Segerombolan robot ini mampu menyusut hingga ketebalan hampir satu bit, melewati celah kecil, lalu membentuk kembali di sisi lainnya.

Geser untuk menggulir →

Mikrobot Penyembuhan Diri: Aplikasi di Dunia Nyata

Ada banyak aplikasi untuk teknologi ini. Mikrorobotik adalah sektor yang berkembang pesat dan suatu hari nanti akan mengubah ilmu pengetahuan utama di seluruh dunia. Mulai dari aplikasi sensor hingga memastikan lingkungan tetap aman, ada banyak cara teknologi ini akan bermanfaat bagi dunia. Berikut adalah beberapa aplikasi terbaik untuk mikrorobot akustik.

Aplikasi Pencarian dan Penyelamatan untuk Kawanan Mikrobot

Melakukan operasi pencarian dan penyelamatan merupakan tugas berbahaya yang dapat mengakibatkan cedera lebih lanjut. Dalam banyak kasus, menemukan dan menyelamatkan orang tersebut lebih berbahaya daripada bagaimana mereka terjerumus ke dalam situasi tersebut. Oleh karena itu, sangat penting untuk memanfaatkan teknologi guna menemukan orang-orang yang membutuhkan bantuan secepat mungkin.

Kawanan mikrobot akan ideal untuk tugas-tugas ini. Salah satunya, mereka dapat diatur untuk mencatat kondisi lingkungan di area tersebut, mencegah cedera lebih lanjut. Selain itu, perangkat tersebut dapat menjangkau tempat-tempat yang tidak dapat dijangkau robot lain. Selain itu, mereka dapat direformasi untuk melakukan tugas-tugas yang membutuhkan perangkat yang lebih besar.

Pemantauan Lingkungan dengan Teknologi Microbot

Mikrobot akan membantu menjaga udara dan laut tetap bersih. Perangkat ini suatu hari nanti akan dipasang untuk memantau data lingkungan yang krusial. Sistem ini dapat digunakan untuk mencatat kontaminasi udara di sekitar kawasan industri, sampah plastik di perairan, dan banyak lagi.

Aplikasi Kesehatan: Perawatan Mikrobot yang Terarah

Mikrobot telah membuat kemajuan pesat dalam industri perawatan kesehatan. Mereka dapat digunakan untuk menargetkan penyakit tertentu dan area tubuh yang terkenal sulit diobati. Misalnya, mikrobot dapat memberikan obat ke hati Anda di lokasi yang ditargetkan. Tugas ini biasanya sangat sulit karena hati cenderung membuang obat sebelum pengobatan dapat berefek.

Penggunaan Mikrobot untuk Militer dan Pertahanan

Teknologi ini dapat digunakan untuk beberapa aplikasi militer. Kawanan robot kecil dapat digunakan untuk skenario deteksi ancaman dan keamanan kamp. Mereka juga dapat melakukan tugas ofensif seperti menyerang instalasi musuh atau mengganggu sistem komunikasi.

Timeline Pengembangan Teknologi Mikrobot Penyembuhan Diri

Teknologi ini diperkirakan akan digunakan dalam 10 tahun ke depan. Masih banyak penelitian yang perlu dilakukan untuk mengendalikan perangkat ini untuk tugas-tugas spesifik. Selain itu, banyak aplikasinya, terutama yang berkaitan dengan layanan kesehatan, perlu mendapatkan persetujuan.

Peneliti Penn State di Balik Studi Mikrobot Penyembuhan Diri

Penn State menjadi tuan rumah studi tentang kawanan mikrobot yang mampu menyembuhkan diri sendiri. Makalah tersebut mencantumkan Alexander Ziepke, Ivan Maryshev, Igor Aranson, dan Erwin Frey sebagai peneliti utama. Selain itu, John Templeton Foundation juga mendanai penelitian mikrobot tersebut.

Arah Penelitian Masa Depan untuk Mikrobot Penyembuhan Diri

Masa depan mikrobot penyembuhan diri sangat cerah. Perangkat ini akan semakin pintar seiring para peneliti menemukan metode yang lebih baik untuk menangkap dan mereplikasi sinyal akustik. Para insinyur kini akan berupaya membekali bot dengan lebih banyak kemampuan dan ketahanan terhadap interferensi.

Berinvestasi dalam Robotika

Ada beberapa perusahaan inovatif yang berusaha mengendalikan sektor robotika. Perusahaan-perusahaan ini telah menggelontorkan miliaran dolar untuk menciptakan perangkat yang dapat menyelesaikan tugas-tugas yang terlalu biasa atau mustahil bagi manusia. Berikut salah satu perusahaan yang terus membuat gebrakan melalui pendekatan dan produk inovatifnya.

Microbot Medis Inc.

Microbot Medis Inc. (MBOT ) Memasuki pasar pada tahun 2010. Perusahaan ini didirikan di Israel sebelum pindah ke Massachusetts. Pendirinya, Harel Gadot, ingin memanfaatkan pengalamannya di bidang kesehatan dan menggabungkannya dengan robotika canggih untuk membantu memecahkan beberapa masalah kesehatan yang paling mendesak.

Saat ini, Microbot Medical Inc. adalah penyedia perangkat mikrobot terkemuka yang dirancang untuk meningkatkan hasil perawatan pasien. Produk-produk ini memungkinkan pasien menjalani prosedur invasif minimal untuk membantu mengobati penyakit neurovaskular dan kardiovaskular tertentu.