Robotika
Logam Lengket Bisa Memiliki Aplikasi Luas dalam Robotika, Penyimpanan Energi, dan Bahkan Solusi BioTech
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Logam Lengket untuk Robotik Lembut
Salah satu masalah yang terus dihadapi dalam pengembangan robotika adalah pengembangan robot dan sistem yang dapat berinteraksi dengan dunia nyata. Hal ini sering memerlukan fleksibilitas dan bagian “lunak”, alih-alih konstruksi mekanis murni.
Berbagai pendekatan sedang diuji coba. Secara khusus, kami sebelumnya melaporkan satu: menciptakan material magnetik baru untuk membuat apa yang disebut “robotik lunak,” yang kami bahas secara detail dalam artikel “Magnetic Gel Capsules Could Advance Both Robotics and Medicine.”
Namun, pendekatan lain adalah menggabungkan bagian logam dan lunak. Hal ini secara historis sulit, dengan sambungan logam-organik menjadi masalah utama.
Masalah ini mungkin telah diselesaikan oleh peneliti Wenhao Xu, Faraz A. Burni, dan Srinivasa R. Raghavan, yang bekerja di University of Maryland, USA. Mereka mengembangkan jenis “logam lengket” yang dapat menciptakan sambungan kuat dan tahan lama dengan sebagian besar material lunak seperti hidrogel, otot, dan tumbuhan.
Cara Kerja Logam Lengket
Penemuan ini bergantung pada prinsip baru yang disebut peneliti sebagai elektroadhesi keras–lunak (EA).
Mereka masih berusaha menjelaskan sepenuhnya cara kerjanya, tetapi inilah yang sudah mereka ketahui.
Hanya Beberapa Logam Menunjukkan Sifat EA
Tidak semua logam dapat digunakan untuk EA. Logam yang dapat digunakan memiliki potensial reduksi positif, sementara yang tidak memiliki potensial reduksi negatif.
Logam yang tidak menempel adalah yang teroksidasi terlebih dahulu pada anoda. Oksidasi (elektrolisis) logam ini mendominasi proses lain, yang menjelaskan mengapa tidak ada adhesi.
Sebaliknya, logam yang menempel relatif inert, memungkinkan rantai polimer jaringan gel teroksidasi terlebih dahulu pada anoda.
Ini mengecualikan logam umum seperti titanium, seng, besi, dan nikel, yang mungkin menjelaskan mengapa EA belum ditemukan sampai sekarang. Namun, masih termasuk logam umum dan murah seperti timah, timbal, tembaga, serta grafit (yang bukan logam, melainkan karbon murni). Jadi, meskipun ini mungkin menjadi batasan, hal ini tidak seharusnya menjadi penghalang bagi penggunaan dalam aplikasi robotik.
Bagaimana Cara Kerjanya?
EA terbentuk ketika arus diterapkan pada logam.
Teorinya, oksidasi material lunak (gel atau lainnya) menciptakan ikatan kimia antara logam dan rantai polimer. Ikatan kimia ini menghasilkan sambungan kuat antara logam dan material lunak, menghasilkan adhesi yang kuat.
Proses ini juga dapat dibalik dengan mudah dengan menerapkan arus terbalik. Hal ini menciptakan kondisi kimia reduktif, yang “melarutkan” ikatan kimia dan menghilangkan adhesi.
Teori ini didukung oleh eksperimen yang menunjukkan bahwa setiap perubahan pada hidrogel hanya terjadi pada permukaan kontak dengan logam.
Tampaknya sifat dan karakteristik ikatan kimia akan bervariasi tergantung pada kimia masing-masing logam dan material lunak.
Apa yang Dapat Ditempelkan oleh Logam Lengket?
Makalah ilmiah yang dipublikasikan sebagian besar berfokus pada adhesi ke berbagai jenis hidrogel, karena mereka merupakan material yang baik untuk dimodifikasi dan diuji coba.
Namun, prinsip tersebut dapat diterapkan pada banyak material lain, termasuk otot hewan atau bahkan tomat. Secara keseluruhan, satu-satunya persyaratan bagi material lunak adalah menjadi konduktor ionik, yang berlaku untuk hampir semua jaringan biologis.
Sama mengesankannya, EA juga dapat terjadi di bawah air, di mana adhesi biasanya sangat sulit dicapai.
Aplikasi Potensial Logam Lengket
Pegangan Robotik
Aplikasi pertama dan kemungkinan paling segera dari EA adalah mengembangkan gripper yang lebih baik untuk robot. Menangkap benda dengan tepat tanpa menjatuhkannya atau menghancurkannya menjadi bubur telah menjadi masalah yang terus-menerus bagi robot.
EA tidak memerlukan jari robot yang memiliki jari, tangan, sendi, atau bentuk kompleks & spesifik lainnya. Jadi ini dapat membuka jalan bagi alternatif yang lebih murah, lebih efisien, dan lebih aman dibandingkan metode yang saat ini digunakan.
Sumber: Corteva
Baterai
Baterai yang efisien dan mudah diproduksi sangat dibutuhkan oleh kendaraan listrik (EV) dan pertumbuhan energi terbarukan dalam campuran energi. Sebagian besar baterai mengandalkan penyambungan dua anoda dan katoda padat logam keras (atau grafit) dengan elektrolit di antaranya.
Seringkali, elektrolit berupa gel dalam pelarut konduktif ion.
Jadi, peneliti University of Maryland menguji apakah mereka dapat menggunakan EA untuk menciptakan jenis baterai baru.
Mereka menggunakan tembaga dan seng sebagai elektroda dan berhasil membuat baterai dengan tegangan 0,9V.
Ini hanya bukti konsep yang dilakukan oleh non-spesialis baterai. Namun, mereka berpikir bahwa baterai fleksibel dan dapat diisi ulang dapat dibuat dengan prinsip yang sama. Dan hal ini dapat membuka jalan bagi metode pembuatan baterai baru.
Robotik Lembut
Seperti yang disebutkan sebelumnya, insinyur robotik telah lama bermimpi tentang robot yang menggabungkan komponen keras dan lunak, meniru cara hewan memiliki tulang keras serta otot & jaringan lunak.
Sebuah uji coba sederhana dilakukan untuk menggambarkan bagaimana EA dapat digunakan untuk tujuan ini. Untuk itu, campuran komponen keras (pelat grafit) dan komponen lunak (hidrogel) digunakan untuk membuat “struktur keras–lunak yang menahan beban”.
Dengan beban yang meningkat, struktur pertama kali menahan beban tersebut dan kemudian mulai melengkung. Ketika beban ini dihilangkan, pilar gel kembali ke keadaan semula, sehingga lempengan atas bergerak ke atas.
Elemen keras saja tidak dapat dikompresi atau dideformasi, sedangkan elemen lunak saja dapat hancur oleh beban. Namun, kombinasi keduanya dapat menahan beban secara fleksibel tanpa kerusakan.
Dengan kemampuan mengompresi dan “mendorong kembali”, sistem semacam ini dapat digunakan untuk membuat aktuator dan robot yang dapat berinteraksi dengan lingkungan secara halus.
Perekat Bawah Air
Merekatkan apa pun dalam lingkungan yang kaya air atau di bawah air dapat menjadi tantangan teknis. Ikatan perekat sering dipengaruhi oleh molekul air di sekitarnya dan biasanya lebih lemah daripada yang dibutuhkan.
Di sini, adhesi adalah fenomena elektrokimia yang hanya diaktifkan ketika gel dan logam bersentuhan di bawah arus. Karena EA bergantung pada ikatan kimia nyata, ia tidak terpengaruh oleh air di sekitarnya.
Prostetik dan Implan
Penggunaan potensial lain dari logam lengket adalah dalam aplikasi biomedis. Kesesuaian logam dengan tubuh manusia selalu menjadi masalah dalam penggunaan implan logam. Menghubungkan logam ke jaringan lunak tanpa merusaknya merupakan proses yang sulit.
Jika implan atau prostetik seperti pengganti anggota tubuh dapat menempel pada jaringan lunak, mereka akan menjadi jauh lebih fungsional dan praktis untuk digunakan. Hal ini juga dapat secara signifikan meningkatkan kualitas hidup pasien.
Gambar oleh RAEng_Publications dari Pixabay
Dan karena proses ini mudah dibalik dengan menginduksi arus listrik, implan lengket kemungkinan akan jauh lebih mudah diganti atau dihapus.
Aplikasi Lanjutan dengan Logam Lengket
ElektroAdhesi keras–lunak atau EA adalah penemuan luar biasa dengan banyak aplikasi potensial.
Tidak hanya bekerja dengan hampir semua gel ionik dan jaringan organik (hampir semua yang mengandung air dan garam), tetapi juga dapat digunakan dengan logam dasar murah seperti timah, tembaga, dan bahkan grafit. Berkat material berbiaya rendah ini, setiap aplikasi industri memiliki peluang untuk bersaing secara biaya.
Ini dapat mengubah total bidang robotik, dimulai dengan gripper yang lebih baik, terutama untuk produk makanan seperti daging, buah, dan sayuran. Selanjutnya, hal ini memungkinkan penciptaan robot lunak sejati yang menggabungkan bagian keras dan lunak/ elastis.
Ini juga dapat memungkinkan hubungan yang jauh lebih mudah ke prostetik dan implan tubuh, membawa kita selangkah lebih dekat ke teknologi sibernetik sejati.
Terakhir, hal ini dapat memiliki aplikasi di luar robotik dan prostetik, berpotensi menciptakan jenis baterai baru serta perekat bawah air & yang dapat dibalik.
