Robot akuatik yang terinspirasi oleh makhluk laut berjalan, berguling, mengangkut kargo
Engineering

Robot akuatik yang terinspirasi oleh makhluk laut berjalan, berguling, mengangkut kargo


Membengkokkan hidrogel hibrida dengan cahaya menghasilkan robot berjalan. Kredit: Li et al., Sci. Robot. 6, eabb9822 (2020)

Peneliti Northwestern University telah mengembangkan material pertama yang menyerupai kehidupan yang bertindak sebagai robot lunak. Ia bisa berjalan dengan kecepatan manusia, mengambil dan mengangkut kargo ke lokasi baru, mendaki bukit dan bahkan break dance untuk melepaskan partikel.

Hampir 90% berat air, robot berukuran sentimeter bergerak tanpa perangkat keras, hidraulik, atau listrik yang rumit. Sebaliknya, itu diaktifkan oleh cahaya dan berjalan ke arah medan magnet berputar eksternal.

Menyerupai gurita berkaki empat, robot ini berfungsi di dalam tangki berisi air, sehingga ideal untuk digunakan di lingkungan akuatik. Para peneliti membayangkan menyesuaikan gerakan robot miniatur untuk membantu mengkatalisasi berbagai reaksi kimia dan kemudian memompa keluar produk yang berharga. Robot juga dapat dirancang secara molekuler untuk mengenali dan secara aktif menghilangkan partikel yang tidak diinginkan di lingkungan tertentu, atau menggunakan gerakan mekanis dan penggeraknya untuk secara tepat mengirimkan bio-terapi atau sel ke jaringan tertentu.

“Robot konvensional biasanya merupakan mesin berat dengan banyak perangkat keras dan elektronik yang tidak dapat berinteraksi secara aman dengan struktur lunak, termasuk manusia,” kata Samuel I. Stupp, yang memimpin penelitian eksperimental. “Kami telah merancang bahan lembut dengan kecerdasan molekuler untuk memungkinkan mereka berperilaku seperti robot dalam berbagai ukuran dan melakukan fungsi yang berguna di ruang kecil, di bawah air atau di bawah tanah.”

“Dengan menggabungkan gerakan berjalan dan kemudi bersama-sama, kita dapat memprogram urutan medan magnet tertentu, yang mengoperasikan robot dari jarak jauh dan mengarahkannya untuk mengikuti jalur pada permukaan datar atau miring,” tambah Monica Olvera de la Cruz, yang memimpin pekerjaan teoretis. “Fitur yang dapat diprogram ini memungkinkan kami mengarahkan robot melalui jalur sempit dengan rute yang rumit.”

Robot lunak akuatik berjalan melintasi jarak makroskopis dengan kecepatan nyata. Kredit: Laboratorium Samuel I. Stupp / Universitas Northwestern

Penelitian ini akan dipublikasikan pada 9 Desember di jurnal Ilmu Robotika.

Stupp adalah Dewan Pengawas Profesor Ilmu dan Teknik Material, Kimia, Kedokteran dan Teknik Biomedis di Northwestern. Dia memiliki janji di Sekolah Teknik McCormick, Sekolah Tinggi Seni dan Sains Weinberg, dan Sekolah Kedokteran Feinberg. Olvera de la Cruz adalah Pengacara Taylor, Profesor Sains dan Teknik Material, Kimia dan Teknik Kimia dan Biologi di McCormick.

Stupp dan Olvera de la Cruz juga masing-masing adalah direktur dan wakil direktur Pusat Ilmu Energi Terinspirasi Bio, Pusat Penelitian Perbatasan Energi yang berbasis di Barat Laut yang didanai oleh Departemen Energi AS.

Kemajuan baru

Studi ini didasarkan pada pekerjaan Stupp sebelumnya untuk merancang “materi lunak robotik” yang meniru makhluk laut yang hidup. Dalam studi sebelumnya, yang diterbitkan awal tahun ini, materi robotik bisa membungkuk dalam beberapa menit dan merangkak di permukaan dengan mengambil satu langkah setiap 12 jam. Sekarang, terobosan saat ini memungkinkan robot untuk berjalan dengan kecepatan manusia — sekitar satu langkah per detik — dan merespons medan magnet yang mengarahkan bahan-bahan ini untuk mengikuti lintasan tertentu.

Robot melakukan “break dance” yang berputar untuk melepaskan “kargo” partikel. Kredit: Laboratorium Samuel I. Stupp / Universitas Northwestern

Dengan menggabungkan respons terhadap medan cahaya dan magnet, para peneliti merancang robot yang juga dapat mengambil kargo dan mengirimkannya ke tujuan dengan berjalan atau berguling. Kemudian ia menjatuhkan kargo di lokasi baru dengan membalikkan bentuknya — membiarkan muatan halus meluncur perlahan dari robot — atau melakukan “break dance” berputar untuk melepaskan dan melepaskan benda-benda yang lengket.

“Rancangan material baru yang meniru makhluk hidup memungkinkan tidak hanya respon yang lebih cepat tetapi juga kinerja fungsi yang lebih canggih,” kata Stupp. “Kami dapat mengubah bentuk dan menambahkan kaki pada makhluk sintetis, dan memberikan bahan tak bernyawa ini gaya berjalan baru dan perilaku yang lebih cerdas. Hal ini membuat mereka sangat fleksibel dan dapat melakukan berbagai tugas.”

Bagaimana itu bekerja

Rahasia gerakan dan kelincahan robot yang tepat terletak pada strukturnya yang berisi air dan kerangka tersemat dari filamen nikel selaras yang bersifat feromagnetik. Komponen lunak adalah jaringan yang dirancang secara molekuler dengan bagian-bagian yang memungkinkannya merespons cahaya, menahan atau mengeluarkan air di bagian dalamnya, dan memiliki kekakuan yang tepat untuk merespons medan magnet dengan cepat.

Tim Northwestern menggunakan sintesis kimia untuk memprogram molekul di dalam hidrogel untuk merespons cahaya. Saat terkena cahaya, molekul robot menjadi hidrofobik (menolak air), menyebabkan molekul air lepas. Konversi ini menyebabkan robot “menjadi hidup” dengan menekuk dari posisi datar ke “berdiri”. Para peneliti menemukan bahwa pembengkokan ini memungkinkan material untuk merespon dengan cepat ke medan magnet yang berputar, mengaktifkan kemampuannya untuk berjalan cepat. Saat lampu mati, molekul kembali ke keadaan semula dan robot menjadi datar, tetapi siap kapan saja untuk siklus aktivitas baru di bawah medan magnet saat diminta oleh LED.

Video versi lebih kecil dari robot berjalan hidrogel hibrida. Pengurangan hidrogel menjadi skala milimeter tidak mengubah mekanisme gerak. Kredit: Li et al., Sci. Robot. 6, eabb9822 (2020)

Saat terkena medan magnet yang berputar, kerangka yang tertanam di robot bengkok memberikan gaya siklik pada jaringan molekuler lunak dan mengaktifkan kaki. Bidang berputar dapat diprogram untuk menavigasi robot di sepanjang jalur yang telah ditentukan sebelumnya.

“Dengan menggunakan teori dan komputasi, kami dapat menghitung respons terhadap cahaya dan medan magnet,” kata Olvera de la Cruz. “Ini memungkinkan kami untuk memprediksi dan memprogram lintasan jalan kaki dengan sangat akurat.”

Aplikasi masa depan

Stupp dan Olvera de la Cruz membayangkan bahan robot lunak ini berpotensi dapat digunakan untuk membuat objek untuk banyak aplikasi, termasuk produksi kimia, alat baru untuk teknologi penting lingkungan atau sebagai biomaterial cerdas untuk pengobatan yang sangat maju.

“Akhirnya, kami ingin membuat pasukan robot mikro yang dapat melakukan tugas rumit dengan cara yang terkoordinasi,” kata Stupp. “Kami dapat menyesuaikan mereka secara molekuler untuk berinteraksi satu sama lain untuk meniru kawanan burung dan bakteri di alam atau kumpulan ikan di lautan. Fleksibilitas molekuler dari platform dapat mengarah pada aplikasi yang belum dipahami pada saat ini.”


‘Materi lunak robotik’ membungkuk, berputar dan merangkak saat terkena cahaya


Informasi lebih lanjut:
C. Li el al., “Penggerak yang cepat dan dapat diprogram dari hibrida logam-hidrogel di bawah medan cahaya dan magnet,” Ilmu Robotika (2020). robotics.sciencemag.org/lookup… /scirobotics.abb9822

“Gerakan magnet di bawah sorotan,” Ilmu Robotika (2020). robotics.sciencemag.org/lookup… /scirobotics.abf1503

Disediakan oleh Universitas Northwestern

Kutipan: Robot akuatik yang terinspirasi oleh makhluk laut berjalan, berguling, mengangkut kargo (2020, 9 Desember) diakses pada 9 Desember 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-12-aquatic-robot-sea-creatures-cargo.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil 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 : Togel HKG