Elastomer pintar membuat robot masa depan lebih sensitif
Spotlight

Elastomer pintar membuat robot masa depan lebih sensitif


Gianluca Rizzello dengan ‘elastomer dielektrik.’ Para peneliti Saarbrücken menggunakan bahan komposit ini untuk membuat otot dan saraf buatan untuk digunakan dalam lengan robot yang fleksibel. Kredit: Oliver Dietze

Bayangkan instrumen bedah fleksibel yang dapat memutar dan berputar ke segala arah seperti lengan gurita mini, atau bagaimana dengan tentakel robot besar dan kuat yang dapat bekerja erat dan aman dengan pekerja manusia di lini produksi. Generasi baru alat robotik mulai diwujudkan berkat kombinasi ‘otot’ kuat dan ‘saraf’ sensitif yang dibuat dari bahan polimer cerdas. Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh ahli material pintar Profesor Stefan Seelecke dan Profesor Junior Gianluca Rizzello di Universitas Saarland sedang mengeksplorasi aspek mendasar dari bidang robotika lunak yang menarik ini.

Di pabrik masa depan, manusia dan mesin akan bekerja berdampingan—dalam harmoni, sebagai sebuah tim, bergabung kapan pun diperlukan—sama seperti rekan kerja robot dibuat dari daging dan darah. Sementara robot kolaboratif (‘cobots’) sudah digunakan di lini produksi industri, kerja sama tim yang melibatkan robot dan rekan manusia mereka masih jauh. Masalahnya terletak pada kedekatan fisik rekan kerja manusia, yang tindakannya—tidak seperti robot—tidak mengikuti algoritme yang dapat diprediksi. Seorang pekerja manusia dapat menjadi lelah atau terganggu dan dapat bertindak tiba-tiba atau bahkan tidak logis sebagai akibatnya. Ini memiliki implikasi yang jelas untuk keselamatan dan menjelaskan mengapa lengan robot yang saat ini digunakan di jalur produksi sering ditempatkan di kandang. Bagi siapa saja yang terlalu dekat, hal-hal bisa menjadi berbahaya. Biasanya, robot industri adalah mesin besar dan berat. Tapi mereka juga kuat, cepat dan gesit dan digunakan untuk berbagai operasi, seperti pengelasan, perakitan, pengecatan, penumpukan dan pengangkatan. Namun, gerakan yang mereka lakukan sepenuhnya ditentukan oleh program yang mengendalikannya. Dan jika seseorang menghalangi atau terlalu dekat, konsekuensinya bisa serius.

Tim di Universitas Saarland dan Pusat Teknologi Mekatronika dan Otomasi (ZeMA) di Saarbrücken sedang mengerjakan jenis lengan robot baru yang cerdas. “Teknologi kami didasarkan pada sistem polimer pintar dan memungkinkan kami untuk membuat alat robot lunak baru yang lebih ringan, lebih dapat bermanuver, dan lebih fleksibel daripada komponen kaku yang digunakan saat ini,” jelas Seelecke. Dorongan yang tidak disengaja dari salah satu lengan robot masa depan ini akan lebih seperti didorong oleh rekan kerja manusia (dan kecil kemungkinannya untuk mendaratkan Anda di rumah sakit).

Bahan yang digunakan untuk lengan robot lunak baru ini adalah jenis polimer khusus yang dikenal sebagai ‘elastomer dielektrik.’ Para peneliti Saarbrücken menggunakan bahan komposit ini untuk membuat otot dan saraf buatan. Sifat khusus elastomer dielektrik memungkinkan untuk mengembangkan sistem yang terinspirasi oleh desain cerdik yang ditemukan di alam. Elastomer ini dapat dikompresi, tetapi kemudian dapat diregangkan untuk mendapatkan kembali bentuk aslinya. “Kami mencetak elektroda ke kedua sisi bahan elastomer. Ketika kami menerapkan tegangan, kedua elektroda menarik satu sama lain, mengompresi polimer dan menyebabkannya mengembang ke samping,” kata Dr. Rizzello, Profesor Junior untuk Sistem Berbasis Polimer Adaptif . Ilmuwan riset Italia telah bekerja di tim Seelecke sejak 2016. Dengan demikian, elastomer dapat dibuat berkontraksi dan rileks, seperti halnya jaringan otot. “Kami memanfaatkan properti ini saat merancang aktuator kami,” jelas Rizzello. Dengan memvariasikan medan listrik secara tepat, para insinyur dapat membuat elastomer melakukan getaran frekuensi tinggi atau gerakan pelenturan variabel terus menerus atau bahkan tetap diam dalam posisi perantara tertentu yang diinginkan.

Para peneliti kemudian menggabungkan sejumlah besar ‘otot’ kecil ini untuk membuat lengan robot yang fleksibel. Ketika digabungkan dengan cara ini untuk membentuk tentakel robot, interaksi antar otot menghasilkan gerakan yang meniru gerakan lengan gurita yang dapat memutar dan berputar ke segala arah. Tidak seperti anggota badan robot yang berat dan kaku yang saat ini digunakan, yang, seperti manusia, hanya dapat melakukan gerakan ke arah tertentu, tentakel robot baru ini bebas bergerak ke hampir semua arah. Rizzello bersama dengan mahasiswa doktoralnya Johannes Prechtl baru-baru ini memenangkan Penghargaan Kertas Terbaik di konferensi RoboSoft 2021 untuk pekerjaan mereka dalam mengembangkan tentakel berbasis dielektrik-elastomer—hanya satu dari banyak penghargaan yang diperoleh oleh tim peneliti Profesor Seelecke. Tim berharap prototipe tentakel sepenuhnya dikembangkan dalam waktu sekitar satu tahun.

Dalam hal menanamkan kecerdasan ke dalam bahan polimer, Rizzello adalah ahlinya. Dia menyediakan unit kontrol (yaitu ‘otak’ robot) dengan input yang dibutuhkan untuk menggerakkan lengan dengan cara yang cerdas—tugas yang sangat kompleks dan ambisius. “Sistem ini secara signifikan lebih kompleks daripada lengan robot yang digunakan saat ini. Menggunakan kecerdasan buatan untuk mengontrol komponen berbasis polimer jauh lebih menantang daripada mengendalikan sistem mekatronik konvensional,” jelas Rizzello. Karena otot elastomer juga memiliki sifat sensor, mereka dapat bertindak sebagai saraf sistem, yang berarti lengan robot tidak perlu dilengkapi dengan sensor tambahan. “Setiap distorsi elastomer, setiap perubahan geometri menyebabkan perubahan kapasitansi material, yang memungkinkan tim untuk menetapkan nilai kapasitansi listrik yang tepat untuk setiap deformasi spesifik dari elastomer. Dengan mengukur kapasitansi, kita tahu persis apa yang membentuk elastomer. elastomer telah diadopsi, yang memungkinkan kami mengekstrak data sensor,” jelas Rizzello.

Data kuantitatif ini kemudian dapat digunakan untuk secara tepat memodelkan dan memprogram gerakan lengan elastomer. Fokus pekerjaan penelitian Rizzello adalah pada pengembangan algoritma cerdas yang dapat melatih tentakel robot baru ini untuk bergerak dan merespons dengan cara yang diperlukan. “Kami mencoba mengungkap sifat fisik mana yang bertanggung jawab atas perilaku polimer ini. Semakin banyak yang kami ketahui, semakin tepat kami dapat merancang algoritme untuk mengontrol otot elastomer,” kata Dr. Rizzello.

Teknologi yang dikembangkan di Saarland akan terukur. Ini dapat digunakan untuk membuat tentakel mini untuk instrumen medis atau untuk membuat lengan robot besar untuk aplikasi industri. Namun tidak seperti lengan robot berat yang digunakan saat ini, kaki robot yang dibuat dari elastomer pintar akan jauh lebih ringan. “Lengan robot kami tidak perlu digerakkan oleh motor atau dengan sistem hidrolik atau pneumatik—mereka dapat ditenagai hanya dengan penerapan arus listrik. Otot elastomer juga dapat diproduksi dalam bentuk yang memenuhi persyaratan aplikasi tertentu. . Dan mereka mengkonsumsi daya listrik yang sangat kecil. Tergantung pada kapasitansi, arus listrik yang mengalir berada dalam kisaran mikroampere. Jenis teknologi robot lunak ini memiliki janji besar untuk masa depan karena hemat energi dan hemat biaya untuk pembuatannya, ” kata Seelecke dalam ringkasan.


Lengan robot dengan fleksibilitas belalai gajah


Informasi lebih lanjut:
Julian Kunze et al, Desain, Manufaktur, dan Karakterisasi Aktuator Elastomer Dielektrik yang Tipis, Bebas Inti, Digulung, Aktuator (2021). DOI: 10.3390 / tindakan10040069

Disediakan oleh Universitas Saarland

Kutipan: Elastomer pintar membuat robot masa depan lebih sensitif (2021, 22 Juni) diambil 22 Juni 2021 dari https://techxplore.com/news/2021-06-smart-elastomer-robots-future-touchy-feely .html

Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari transaksi wajar apa pun untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : Pengeluaran SGP Hari Ini