Kemajuan dalam Robotika Lunak Terinspirasi Biologis Meningkatkan Integrasi Manusia-Mesin

Para peneliti di AMOLF, Belanda, telah mengembangkan jenis material lunak dan fleksibel baru yang bisa melakukan perhitungan matematis kompleks secara langsung melalui gerakan mekanisnya. Material ini terbuat dari lembar karet yang dipotong dengan pola berulang sehingga bisa mengubah gerakan deformasi menjadi hasil kalkulasi, menggantikan fungsi komputer tradisional yang biasanya membutuhkan listrik. Material ini mengandalkan konsep 'floppy modes' yaitu gerakan yang membutuhkan hampir tidak ada energi, sehingga semua proses komputasi menjadi sangat efisien. Dengan mengendalikan pola dan bentuk potongan, para peneliti bisa mengatur perhitungan yang dilakukan, bahkan mengubah program setelah material dibuat menggunakan balok bertegangan variabel. Uji coba prototipe yang terbuat dari karet setebal 6 mm menunjukkan bahwa material ini mampu memetakan gerakan input di satu sisi menjadi output yang sesuai di sisi lain dengan kesalahan sekitar 20 persen pada input kecil. Jika input semakin besar, area gerakan mulai jenuh dan respons menjadi mirip fungsi sigmoid yang umum di pengolahan sinyal. Salah satu batasan performa material ini adalah bentuk balok dan sudutnya yang memengaruhi kekakuan rangka dan keakuratan komputasi. Meski begitu, hasil simulasi menunjukkan bahwa dimensi matriks hingga 64x64 masih dapat dibuat secara akurat dengan teknologi mikro-fabrikasi sekarang, yang cukup untuk aplikasi seperti pengolahan fitur suara. Penemuan ini dianggap sebagai sebuah terobosan yang dapat merevolusi cara perangkat lunak dan sensor bekerja, khususnya dalam bidang robotik lunak cerdas dan perangkat yang bisa menghitung di dalam bahan itu sendiri tanpa perlu mengubah sinyal ke bentuk listrik, sehingga menghemat energi dan mempercepat proses.

Para peneliti dari Korea Institute of Machinery and Materials mengembangkan sistem tenun otomatis yang mampu membuat benang super tipis dari paduan memori bentuk, yang digunakan sebagai otot buatan untuk robot pakaian. Benang ini sangat ringan dan fleksibel, lebih tipis dari rambut manusia, memungkinkan robot yang dipakai seperti pakaian menjadi praktis dan nyaman. Dengan benang ini, mereka berhasil membuat robot pakaian yang beratnya kurang dari dua kilogram dan dapat membantu berbagai sendi sekaligus seperti lengan, bahu, dan pinggang. Robot ini mampu mengurangi usaha otot manusia hingga lebih dari 40 persen saat melakukan tugas yang berulang-ulang. Sistem benang ini diproduksi secara massal dengan cara yang stabil dan seragam setelah mengganti inti logam pada koil benang dengan serat alami, membuat produksi besar-besaran menjadi mungkin serta meningkatkan kualitas produk yang dapat dipasarkan. Percobaan klinis yang dilakukan di Rumah Sakit Nasional Seoul menunjukkan robot bahu berbobot 840 gram ini efektif meningkatkan rentang gerak hingga 57 persen bagi pasien dengan gangguan otot serius seperti distrofi otot Duchenne. Hal ini membuka harapan baru untuk rehabilitasi pasien dan pemulihan fungsi tubuh. Selain bidang kesehatan, teknologi robot berbasis kain ini diprediksi akan digunakan dalam dunia industri seperti manufaktur dan logistik untuk membantu pekerja dalam pekerjaan berat, sehingga meningkatkan keselamatan dan efisiensi kerja secara keseluruhan.

Para ilmuwan dari Universitas Pennsylvania menemukan koral lunak di Pasifik yang unik bernama Leptogorgia chilensis, yang dapat berubah dari kondisi lunak menjadi keras dalam waktu singkat ketika disentuh. Fenomena ini menyerupai kemampuan tubuh karakter Marvel, Mr. Fantastic. Koral ini menggunakan sistem alami yang disebut granular jamming, di mana jutaan partikel mineral yang disebut sclerite saling mengunci setelah koral menyusut dengan mengeluarkan air. Hal ini membuat kerangka koral menjadi sangat kaku untuk perlindungan diri. Peneliti menggunakan metode canggih seperti pemodelan komputer dan pengujian fisik untuk mempelajari bagaimana partikel-partikel ini bisa mengemas dan saling mengunci, menghasilkan kekakuan instan tanpa merusak struktur koral. Penemuan ini membuka potensi besar untuk menciptakan material pintar yang bisa menyesuaikan kekakuannya sesuai kebutuhan, misalnya pada peralatan bedah, lengan robotik, atau robot yang harus adaptif dengan kondisi lingkungan. Selain itu, penelitian ini juga menunjukkan bahwa masih banyak jenis koral dan bentuk sclerite yang bisa dieksplorasi untuk mendapatkan berbagai sifat material yang berbeda. Ini menjadi inspirasi besar dalam bidang rekayasa material dan teknologi.

Peneliti dari Korean Institute of Science and Technology berhasil menciptakan robot lunak bernama OCTOID yang terinspirasi dari kemampuan serbaguna gurita. Robot ini menggunakan material khusus bernama cholesteric liquid crystal elastomers (CLCE) yang memungkinkan OCTOID untuk mengubah warna secara dinamis dan mengubah bentuk secara fleksibel. Robot ini terdiri dari dua lapisan utama, yaitu active layer yang lunak dan dapat berubah warna, serta passive layer yang kaku dan transparan untuk memberikan kekuatan mekanik. Kedua lapisan ini disambung secara kovalen agar kuat dan stabil, sehingga robot dapat berfungsi selama lebih dari 100 kali siklus perubahan bentuk dan warna. Fitur utama OCTOID meliputi kemampuan untuk berkamuflase dengan mengubah warna kakinya dari biru ke merah dengan pemanasan listrik melalui kawat nichrome. Robot ini juga mampu bergerak dengan cara membengkokkan kakinya dan dapat melaju sejauh 20 milimeter dengan kecepatan 0,45 milimeter per detik. Selain bergerak, OCTOID juga dapat menggenggam objek dengan berat hingga 6 gram, yang merupakan 30 kali lipat dari berat sebuah kakinya. Ini membuktikan kemampuan multifungsi robot ini yang menggabungkan kamuflase, pergerakan, dan manipulasi objek dalam satu platform yang terintegrasi. Meskipun inovasinya menjanjikan, masih ada kendala seperti kecepatan pemanasan yang lambat, potensi kelelahan material CLCE, dan berat kawat nichrome yang mengurangi fleksibilitas. Para peneliti sedang mengembangkan solusi seperti material konduktif yang lebih ringan dan metode pemanasan cepat untuk meningkatkan performa OCTOID di masa depan.

Seorang pelajar berusia 16 tahun dari Bristol berhasil membuat tangan robot dengan menggunakan hanya bagian-bagian LEGO. Proyek ini dinamakan Educational SoftHand-A dan bisa bergerak menyerupai tangan manusia menggunakan komponen dari LEGO MINDSTORMS. Tangan robot ini dibuat dengan meniru desain SoftHand dari Pisa/IIT, yang terkenal dalam bidang soft-robotics karena menggunakan satu sistem tendon untuk membuat jari bergerak secara sinkron. Namun, proyek ini menggantikan bagian cetak 3D dan logam dengan LEGO dan ratusan bearing plastik. Mesin ini menggunakan dua motor kecil LEGO yang menggerakkan jari untuk membuka dan menutup tangan dengan siklus sekitar satu detik. Selain itu, tangan robot tersebut dapat menyesuaikan bentuk objek seperti bola dan gelas secara otomatis. Kekuatan genggaman dari tangan ini mencapai sekitar 90 persen dari model profesional yang dibuat dengan bahan cetak 3D. File instruksi dan desainnya juga tersedia secara terbuka sehingga guru dan siswa dimanapun bisa membuat atau mengembangkan proyek ini. Dengan dihentikannya lini LEGO MINDSTORMS, proyek ini menjadi penghormatan bagi peran besar LEGO dalam pendidikan teknologi selama tiga dekade terakhir. Diharapkan proyek ini memacu minat lebih banyak pelajar untuk belajar robotika lewat pengalaman langsung.

Banyak pekerja di pabrik dan gudang mengalami cedera otot dan tulang akibat gerakan berulang dan posisi kerja yang kurang nyaman. Ini menyebabkan rasa sakit yang serius dan biaya besar bagi perusahaan karena waktu istirahat yang lama. Oleh sebab itu, para insinyur di The University of Texas at Arlington mengembangkan sebuah alat bantu inovatif yang disebut eksoskeleton lunak pneumatik, yang dirancang untuk mengurangi beban kerja fisik. Eksoskeleton ini menggunakan silikonnya khusus yang berisi udara bertekanan untuk membantu menggerakkan siku selama aktivitas seperti mengangkat, merakit, atau menggunakan alat bor. Desainnya ringan dan fleksibel, sehingga tidak membatasi gerakan alami lengan pengguna. Alat ini juga dibuat menggunakan bahan karbon serat dan neoprena untuk kenyamanan maksimal. Dalam pengujian dengan 19 peserta berusia 18 hingga 45 tahun, penggunaan alat ini berhasil mengurangi aktivitas otot biceps dan triceps hingga 22 persen. Selain itu, peserta melaporkan penurunan perasaan beban kerja fisik dan mental secara signifikan, yang menunjukkan efek positif alat ini terhadap kesehatan dan kenyamanan kerja. Keunggulan lain adalah perangkat ini dapat dioperasikan dengan sistem udara bertekanan yang sudah tersedia di sebagian besar fasilitas manufaktur, sehingga implementasinya tidak sulit atau mahal. Tim peneliti berencana mengembangkan alat bantu ini agar mencakup seluruh bagian lengan atas, termasuk pergelangan tangan dan jari, untuk membantu lebih banyak tugas industri. Penelitian ini menunjukkan potensi teknologi eksoskeleton lunak pneumatik sebagai solusi pencegahan cedera kerja yang efektif dan praktis. Dengan pengembangan lebih lanjut dan dukungan dari lembaga seperti National Science Foundation, alat ini dapat membantu menciptakan lingkungan kerja yang lebih aman, produktif, dan sehat bagi jutaan tenaga kerja industri.

Para ilmuwan kini mengembangkan robot yang menggunakan otot hidup sebagai sumber gerakan, menggantikan roda gigi dan motor tradisional. Proyek ini dipimpin oleh Dr. Su Ryon Shin dari Harvard Medical School dan bertujuan menciptakan robot yang lebih mirip manusia dalam cara mereka bergerak dan beradaptasi. Dalam penelitian ini, dua jenis otot yang digunakan adalah otot skeletal yang bergerak dengan perintah listrik, serta otot jantung yang berdenyut sendiri untuk gerakan yang berkesinambungan. Keduanya memiliki kelebihan dan tantangan masing-masing, terutama karena jaringan otot butuh nutrisi dan kondisi khusus agar dapat bertahan hidup. Teknologi fabrikasi mutakhir seperti 3D bioprinting, electrospinning, mikrofluida, dan self-assembly digunakan untuk mengatur sel otot secara tepat dan menyediakan lingkungan yang mendukung pertumbuhan dan kontraksi sel yang terkoordinasi. Ini memungkinkan pembuatan bagian robot dengan fungsi otot nyata. Para peneliti juga sedang mencari cara agar robot biohibrida lebih kuat dan tahan lama, dengan mencetak material multi-komponen untuk tambahan kekuatan, scaffold yang dapat mengalirkan nutrisi, dan desain modular agar robot dapat lebih fleksibel dan tahan terhadap kondisi dunia nyata. Selain Harvard, institusi seperti MIT dan Carnegie Mellon juga ikut mengembangkan teknologi yang serupa, menunjukkan potensi besar robot biohibrida yang tidak hanya bergerak tapi juga dapat tumbuh dan beradaptasi layaknya makhluk hidup, membawa masa depan baru dalam robotika dan kesehatan manusia.