Otot Ultrasonik: Masa Depan Robotika Lunak

Membangun Otot yang Dikendalikan oleh Suara

Untuk sebagian besar sejarah, energi mekanik disediakan oleh otot, baik manusia maupun hewan. Hanya sejak Revolusi Industri energi dari angin (kincir angin), air (kincir air dan bendungan), dan pembakaran (mesin uap, mesin pembakaran) dapat dimanfaatkan.

Tetapi sistem mekanik ini selalu agak inferior dibandingkan gerakan alami, memerlukan sistem yang kompleks dan perawatan untuk mencapai kebebasan gerak yang relatif buruk dibandingkan.

Masalah ini masih ada pada robot, yang cenderung memerlukan rangkaian motor listrik yang sangat kompleks dan perangkat lunak canggih untuk tetap tegak. Masalahnya umumnya adalah menciptakan gerakan yang sepenuhnya dapat dikontrol dan cukup fleksibel.

Jadi, karena otot merupakan cara yang sangat superior untuk menghasilkan gerakan, para ilmuwan telah mencari cara membuat varian buatan yang dapat digerakkan oleh listrik. Sampai kini, material yang diusulkan selalu kurang dalam kinerja, biaya, atau metode fabrikasinya.

Hal ini mungkin berubah, berkat desain baru otot buatan yang diusulkan oleh peneliti di ETH Zürich (Swiss), University of Münster (Jerman), dan University of Nebraska‑Lincoln (AS).

Mereka mempublikasikannya di jurnal ilmiah bergengsi Nature¹, dengan judul “Ultrasound-driven programmable artificial muscles”

Cara Kerja Otot yang Digerakkan oleh Ultrasonik

Otot bekerja dengan memperpanjang atau memendekkan panjang otot, menarik tulang tempat otot tersebut menempel.

Otot buatan sejauh ini telah mencoba meniru ide ini dengan berbagai jenis material:

• Carbon nanotubes
• Shape‑memory alloys
• Pneumatics (udara) atau sistem hidrolik

Semua sistem ini mengalami masalah baik dari segi keandalan, kontrol halus, konsumsi energi, atau biaya yang terlalu tinggi.

“Metode kimia sering memerlukan bahan bakar yang dapat beracun, sistem berbasis cahaya mengalami keterbatasan penetrasi jaringan dan potensi kerusakan termal, dan sistem magnetik memerlukan perangkat keras yang besar serta berisiko menghasilkan pemanasan Joule.”

Peneliti dalam studi ini mengambil arah baru dan berbeda untuk mengendalikan otot buatan: suara.

Keuntungan Ultrasonik

Baik untuk aplikasi dalam robotika maupun implan biomedis, ultrasonik memiliki keunggulan sebagai metode kontrol yang mudah dibuat dan sepenuhnya tidak merusak.

Ultrasonik juga bersifat nirkabel, dapat dioperasikan dari jarak jauh, melewati lapisan eksternal (termasuk jaringan organik) tanpa bahaya, dan memiliki selektivitas spasial tinggi (penargetan).

Teknologi ini juga umum digunakan dengan biaya rendah, termasuk dalam setting klinis.

Jadi secara keseluruhan, ultrasonik sangat cocok untuk aplikasi biomedis dan in‑vivo, namun juga dapat dipakai di bidang lain seperti robotika, khususnya robotika lunak.

Ultrasonik semakin populer di kalangan peneliti, yang menggunakannya untuk menyediakan daya nirkabel bagi implan medis, untuk bioprint jaringan hidup, dan pemantauan biometrik.

Material Mikrogelembung dalam Otot Buatan

Dalam studi ini, peneliti menciptakan material yang berisi susunan mikrogelembung yang diproduksi secara presisi, yang ketika terpapar resonansi ultrasonik yang tepat, menyebabkan material melengkung.

Sumber: Nature

Dengan mengubah ukuran susunan mikrogelembung, frekuensi ultrasonik yang dipicu oleh bagian tertentu material dapat diubah.

Sumber: Nature

Sejauh ini, gaya yang dihasilkan oleh ultrasonik pada otot buatan masih terlalu lemah untuk aplikasi praktis. Namun desain baru ini jauh lebih kuat (7,6 μN/mm²), membawa konsep tersebut ke garis depan material otot buatan yang potensial.

Cetakan resolusi tinggi dibuat dengan susunan mikropilar, dipola pada wafer silikon menggunakan litografi lunak, untuk berfungsi sebagai cetakan negatif bagi mikrokavitas silindris.

Lapisan tipis polidimetilsiloksana (PDMS) kemudian diputar pada wafer, menghasilkan material mikrogelembung yang diinginkan.

Material akhir membentuk otot buatan (3 cm × 0,5 cm × 80 μm), yang berisi lebih dari 10.000 mikrogelembung seragam dalam rongga (diameter 40 μm, kedalaman 50 μm).

Menciptakan Gerakan Terkontrol dengan Ultrasonik

Karena bagian‑bagian material bereaksi terhadap frekuensi yang berbeda, memodulasi ultrasonik dapat digunakan untuk menciptakan gerakan gelombang yang terkontrol secara presisi, misalnya. Peneliti juga menguji interaksi material dengan dunia nyata, menggunakan material tersebut untuk menjebak larva ikan, memutar almond, atau menggerakkan helai rumput. Mereka juga menunjukkan bahwa metode ini tidak berbahaya bagi organisme hidup, tanpa pemanasan atau efek negatif dari ultrasonik.

Peneliti kemudian menguji apakah material dapat dipasang dan menggerakkan jaringan organik. Untuk itu, mereka mencobanya pada jantung babi. Aktuator yang dikendalikan ultrasonik tetap menempel dan terus bergerak, mentransfer gaya ke jaringan.

Sumber: Nature

Mereka juga menguji potensi material untuk pengiriman obat, dengan ultrasonik sebagai pemicu pelepasan material dari patch mikrogelembung.

Menggerakkan Robot In‑Vivo

Akhirnya, penelitian menciptakan “mini‑stingray bot” yang gelombangnya dapat mengendalikan pergerakan di lingkungan cair.

Sumber: Nature

Mereka kemudian berhasil menguji pergerakan stingray bot di dalam perut dan usus babi.

Setelah dilepaskan, stingray bot melaju maju dengan kecepatan awal sekitar 0,8 panjang tubuh per detik, menunjukkan kemampuan sistem untuk bergerak di dalam organ internal hewan.

Sumber: Nature

Secara keseluruhan, percobaan‑percobaan ini mengonfirmasi potensi material untuk penggunaan in‑vivo pada perangkat nirkabel dan dapat dipakai.

Aplikasi

Studi ini berfokus pada potensi aplikasi biomedis, karena ini dapat menjadi aplikasi paling langsung dari teknologi tersebut. Robotika lunak semakin banyak digunakan untuk mengintegrasikan material yang dipakai dalam kedokteran, misalnya, mengirimkan obat anti‑kanker atau perawatan lain ke organ yang tepat.

Metode ini juga dapat diperluas ke bagian yang lebih besar, setidaknya hingga skala sentimeter, dengan banyak derajat kebebasan gerakan.

Jadi di masa depan, otot buatan seperti ini dapat dipakai untuk robotika, elektronik fleksibel, teknologi yang dapat dipakai, prostetik, instrumentasi biomedis, dll.

Peningkatan lebih lanjut juga dapat membuat konsep ini lebih kuat dan berguna:

• Tampaknya rongga trapesium yang konvergen dapat menghasilkan kecepatan aliran kira‑kira 3× lebih kuat dibandingkan bentuk yang divergen. Jadi optimasi geometri dan kepadatan dapat menciptakan aktuator dengan profil deformasi yang disesuaikan.
• Sumber suara konfokal dapat mencapai deformasi yang lebih kuat dan penargetan yang lebih tepat pada bagian tertentu otot buatan.
• Hidrogel dan polimer biodegradable juga dapat dipakai untuk lebih banyak aplikasi biomedis.

Geser untuk menggulir →

Berinvestasi dalam HealthTech 

Philips adalah merek konsumen elektronik kecil yang terkenal (pencukur, sikat gigi listrik), yang juga aktif di bidang kesehatan. Misalnya, mereka menempati peringkat #1 dalam pengajuan paten MedTech di Eropa pada tahun 2022 dan berada dalam tiga besar pada tahun‑tahun berikutnya.

Philips aktif dalam produk medis terhubung, mulai dari perangkat yang dapat dipakai hingga pencitraan, respirator, dan robot medis.

Perusahaan ini juga aktif dalam semikonduktor (termasuk teknologi maglev) serta teknologi tinggi/robotik/otomasi, dengan setiap aktivitas berbagi basis teknologi yang sama.

Sumber: Philips

Philips menawarkan perangkat yang dapat dipakai untuk metrik jantung, pernapasan, dan aktivitas. Sensor mereka dapat diintegrasikan ke dalam jam tangan pintar, monitor kesehatan, patch medis, dan pelacak aktivitas.

Keahlian Philips dalam sensor biokompatibel, semikonduktor, dan solusi nirkabel dapat menjadikannya pemimpin dalam implan medis canggih yang memanfaatkan ultrasonik.

Untuk perangkat medis, Philips lebih memilih solusi kemitraan, di mana mereka mengembangkan untuk pihak ketiga perangkat IoT (Internet of Things) medis yang terhubung dan sepenuhnya kompatibel dengan solusi Philips lainnya. Dalam konteks ini, mereka menawarkan kliennya prototipe, nasihat regulasi, pengembangan produk end‑to‑end, dan produksi skala industri.

Hal ini menjadikan Philips sebagai perusahaan yang berfokus pada teknologi dan kandidat yang mungkin cepat mengintegrasikan inovasi baru ke dalam perangkat medis yang sudah ada. Secara total, perangkat Philips secara langsung memengaruhi lebih dari 1,8 miliar orang.

Perusahaan ingin menciptakan lingkungan perawatan kesehatan digital yang terintegrasi penuh, di mana sensor cocok dengan perangkat, kemudian menggunakan berbagai solusi konektivitas untuk diintegrasikan ke dalam solusi Philips HealthSuite Cloud dan memungkinkan analitik data mendalam.

Sumber: Philips

Sebagai pemasok industri MedTech, yang sering memproduksi untuk merek lain, Philips tidak begitu terlihat di sektor ini dibandingkan perusahaan yang lebih menonjol. Namun, mereka ahli dalam membangun perangkat elektronik dan sensor berperforma tinggi, sering mendorong batas apa yang mungkin dalam niche mereka di bidang kesehatan dan perangkat yang dapat dipakai.

Dengan perangkat yang dapat dipakai dan elektronik medis yang semakin terintegrasi ke dalam protokol perawatan kesehatan dan medis, segmen Healthcare Philips kemungkinan akan tumbuh sebagai bagian dari konglomerat.

Berita dan Perkembangan Saham Terbaru Koninklijke Philips N.V.( PHG)

Studi yang Dirujuk

^{1. Shi, Z., Zhang, Z., Schnermann, J. et al. Otot buatan yang dapat diprogram dengan ultrasonik. Nature 646, 1096–1104 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09650-3}