Memajukan Robotika dengan Hisap Multi-Skala

Robot dan studi robotika adalah bidang yang terus berkembang yang terus mencari cara baru untuk membuat proses kami lebih efisien dan optimal. Upaya dan eksplorasi ini sering kali terinspirasi oleh alam dan dunia hewan di sekitar kita. Misalnya saja para ilmuwan di Universitas Bristol mengembangkan cangkir hisap robotik dengan kemampuan hisap super adaptif yang mirip dengan pengisap biologis Gurita. 

Mekanisme Hisap Terinspirasi Gurita pada Robot

Semuanya berawal dari penelitian Laboratorium Robotika Bristol yang mempelajari struktur pengisap biologis gurita yang menunjukkan kemampuan hisap tingkat tinggi dan dapat menempel pada batu apa pun dengan cara yang paling optimal. Penelitian ini menghasilkan struktur lunak berlapis-lapis dan sistem fluida buatan yang dapat berperilaku seperti struktur otot dan lendir gurita.  

Sambil menjelaskan pencapaian paling signifikan dari penelitian ini, Tianqi Yue, penulis utama makalah ini, mengatakan, “Perkembangan terpenting adalah kami berhasil menunjukkan efektivitas kombinasi konformasi mekanis – penggunaan material lunak untuk menyesuaikan dengan bentuk permukaan, dan segel cair – penyebaran air ke permukaan kontak untuk meningkatkan adaptasi hisap pada permukaan yang kompleks. Hal ini mungkin juga menjadi rahasia di balik kemampuan organisme biologis untuk mencapai hisap adaptif.”

Oleh karena itu, perkembangan utamanya adalah menjadi lebih tinggi dibandingkan mode pengisapan buatan yang ada saat ini dan memasuki bidang pengisapan adaptif—kemampuan untuk menempel pada permukaan yang paling sulit dan kompleks. Kredensial mikro  memerlukan mekanisme multi-hisap, dan penelitian menunjukkan cara mencapainya. 

Penelitian Sejarah untuk Lebih Memahami Cara Kerja Pengisap Gurita

Memahami cara kerja penyedotan pada Gurita telah lama menjadi minat komunitas ilmiah. Para peneliti mengetahui bahwa Gurita dapat menggerakkan pengisapnya secara mandiri dan menggenggam objek jika diperlukan. 

Sebuah pelajaran dilakukan oleh para peneliti di Livorno meneliti gurita lebih dari satu dekade yang lalu dan menemukan hal itu sisi dan tepi pengisapnya dibuat secara unik. Pengisap mereka memiliki alur kecil dan konsentris, yang membantu mereka membentuk segel yang kuat pada permukaan kasar di bawah air. 

Alur serupa juga dapat dilihat di bagian atas, sehingga menghasilkan segel yang efektif dan kuat namun bertekanan rendah. 

Saat menyelidiki lebih jauh fenomena tekanan rendah ini, para peneliti mendapatkan lebih banyak wawasan tentang pengisapnya. Mereka menemukan bahwa meskipun sisi dan tepi pengisapnya licin, bagian atasnya jauh lebih kaku. Elastisitas yang lebih rendah ini, kemungkinan besar, membantu pembentukan tekanan rendah secara lokal, yang menjadikan daya rekat lebih unggul, kuat, dan efisien. 

Sejak penemuan ini, ada pembicaraan untuk meniru mekanisme hisap Gurita pada robot. Kini, kita bisa melihat upaya tersebut membuahkan hasil. 

Mekanisme Multi Hisap dan Cara Retaknya!

Penelitian mengusulkan hal itu itu mekanisme muti-suction seperti gurita bisa direplikasi melalui kombinasi organik dari konformasi mekanis dan segel air yang diatur. Bahan lunak berlapis-lapis yang pertama kali digunakan oleh solusi robotik menghasilkan konformasi mekanis kasar pada substrat, yang pada akhirnya mengurangi lubang kebocoran hingga mikrometer. Lubang berukuran mikron ini kemudian disegel dengan mengatur sekresi air dari sistem fluida buatan. 

Implikasi Masa Depan dari Penelitian ini

Sambil menyoroti area penerapan potensialnya, para peneliti mencatat bahwa pengembangan ini dapat membuka jalan bagi robot gripper yang mampu menangani berbagai permukaan kering yang kompleks. Mereka menekankan pentingnya mekanisme pengisapan adaptif multi-skala ini dalam mengembangkan strategi pengisapan adaptif yang lebih efektif dan unik, yang dapat menghasilkan spektrum penuh mekanisme adhesi lunak yang serbaguna. 

Sambil menunjukkan peningkatan yang diperkenalkan solusi ini dibandingkan solusi yang sudah ada, Tianqi Yue berkata:

“Solusi industri saat ini menggunakan pompa udara yang selalu aktif untuk secara aktif menghasilkan hisapan, namun, hal ini menimbulkan kebisingan dan membuang-buang energi.” 

Solusi yang ada saat ini tidak memerlukan pompa, sehingga lebih unggul. Dan seperti yang diharapkan oleh pengembangnya, solusi terkini akan menghasilkan robot penggenggam generasi berikutnya yang dapat secara efisien menggenggam berbagai objek tak beraturan. Tim ini sendiri sedang merencanakan sebuah cangkir hisap cerdas dengan sensor tertanam yang akan secara efektif mengatur perilaku cangkir tersebut.

Meskipun penelitian dan solusi yang diusulkan ini dianggap sebagai sebuah terobosan, komunitas ilmiah dan robotika selalu terinspirasi oleh Octopus. 

Makhluk Luar Biasa yaitu Gurita

Susunan genetik gurita sangat unik sehingga sangat berbeda dari hampir semua makhluk di planet ini. A Studi DNA pada Gurita mengungkapkan bahwa mereka memiliki sekitar 33,000 gen, sekitar 10,000 lebih banyak daripada manusia. Tidak seperti manusia dan banyak hewan lain yang dapat memperbaiki kode genetiknya, Gurita memiliki kemampuan luar biasa untuk mengedit RNA mereka sendiri. 

Ada beberapa kesamaan dengan manusia juga. Dan kesamaan ini membantu mereka menjadi lebih cerdas seperti manusia. 

Misalnya, Gurita memiliki serangkaian gen mirip manusia yang berkontribusi pada jaringan saraf di otaknya. Jaringan saraf ini membuat mereka mudah beradaptasi dengan berbagai keadaan dan cepat belajar. Selain itu, kemampuan mereka untuk mengedit RNA meningkatkan kemampuan adaptasi mereka, memungkinkan mereka menahan suhu dingin yang ekstrim di laut dalam. 

Terbukti secara visual, Gurita memiliki otak yang besar. Dan, seperti manusia, mereka memiliki sistem peredaran darah tertutup, mata, retina, dan lensa yang dilindungi iris. 

Gurita juga memiliki kemampuan kamuflase terbaik di kelasnya. Sekarang kode genetik mereka sudah ada telah diterjemahkan, akan lebih mudah bagi para ilmuwan untuk memahami bagaimana mereka mencapai hal ini. Mereka mengubah warna kulit dalam hitungan milidetik, sebuah kemampuan yang dapat dimanfaatkan oleh para ilmuwan saraf, insinyur kain, dan insinyur struktur.  

Pikiran Gurita

Kecemerlangan fisiologis gurita, terutama otaknya yang besar, telah memotivasi para ilmuwan untuk mempelajari proses kognitifnya lebih dalam. 

Pada tahun 2016, Peter Godfrey-Smith, Profesor Filsafat Terhormat di Pusat Pascasarjana, Universitas Kota New York, dan profesor sejarah dan filsafat sains di Universitas Sydney di Australia, menulis sebuah buku berjudul 'Pikiran Lain: Gurita, Laut, dan Asal Usul Kesadaran yang Dalam.' Di dalamnya, dia menulis:

“Gurita dan kerabatnya (cumi-cumi dan sotong) mewakili sebuah pulau dengan kompleksitas mental di lautan hewan invertebrata. Sejak pertemuan pertama saya dengan makhluk-makhluk ini sekitar satu dekade yang lalu, saya tertarik dengan rasa keterlibatan yang kuat yang mungkin terjadi ketika berinteraksi dengan mereka.”

Dalam buku tersebut, Profesor Godfrey-Smith menyoroti bahwa gurita pada umumnya memiliki sekitar 500 juta neuron di tubuhnya. Meskipun jumlahnya jauh lebih sedikit dibandingkan yang dimiliki manusia—hampir 100 miliar—gurita cukup cerdas di dalamnya mereka dapat menavigasi labirin sederhana dan memanfaatkan isyarat visual secara efektif untuk membedakan dua lingkungan berbeda namun familiar dan mengambil rute terbaik. 

Perpaduan antara kecerdasan dan keunikan fisiologislah yang membuat gurita menonjol dari antrean lainnya. Intinya, bidang robotika selalu berusaha mencapai keadaan di mana instrumen cerdas dapat menyelesaikan tugas-tugas kompleks. Tidak mengherankan jika mahasiswa robotika terus mengeksplorasi makhluk menakjubkan ini. Selain peneliti institusi, beberapa perusahaan ternama juga aktif di bidang ini. 

# 1. ARA

Salah satu perusahaan yang selalu tertarik meniru kemampuan gurita dalam produknya adalah ABB. Pada tahun 2018, ABB Technological Ventures, divisi investasi modal ventura strategis ABB, menjalin kemitraan dengan Soft Robotics, perusahaan spin-off dari Whitesides Group. 

Terinspirasi oleh fungsi tentakel gurita, Soft Robotics mengembangkan aktuator robot lunak dari polimer yang beroperasi tanpa memerlukan sensor atau perangkat elektromekanis. Perusahaan ini membangun dan menyematkan kekuatan komputasi langsung ke dalam gripper itu sendiri dan mengembangkan campuran material dengan saluran mikrofluida yang meniru jaringan lunak tangan manusia. 

Perkembangan terkini dalam mengintegrasikan pengisapan multi-skala ke dalam robotika canggih dapat meningkatkan efektivitas dan efisiensi teknologi ini. 

Gurita, yang dikenal karena kecerdasannya yang lebih tinggi dan struktur mata canggih yang menyerupai manusia, telah menginspirasi perkembangan signifikan dalam bidang robotika. Tahun ini, ABB mengakuisisi Sevensense, sebuah perusahaan teknologi Swiss yang berspesialisasi dalam meningkatkan mobilitas robot industri dengan melengkapinya dengan kemampuan visual dan kognitif.

Pada tahun buku 2023, Grup ABB melaporkan pendapatan sebesar US$32.2 miliar. Perusahaan juga melakukan investasi signifikan sebesar US$1.3 miliar dalam penelitian dan pengembangan. Sementara itu, margin EBITA operasionalnya mendekati 17%. 

# 2. Festo

Dalam contoh lain, ketika sebuah perusahaan robotika terkemuka telah menunjukkan minat dan mungkin memanfaatkan hisapan multi-skala lebih lanjut untuk meningkatkan kemampuan mereka, kami melihat perusahaan robotika Jerman. Bot Festo terinspirasi oleh gurita. 

Awalnya bernama OctopusGripper, perangkat robotik ini dapat mengambil, menahan, dan meletakkan barang menggunakan kombinasi pengisap dan udara. Sejak itu berganti nama menjadi Tentacle Gripper. Perusahaan menjelaskan gripper bionik ini sebagai struktur silikon lembut bahwa dapat dikontrol secara pneumatik. Saat udara terkompresi disediakan, griper dapat membungkuk ke dalam, sehingga dapat membungkus benda dengan aman. 

Secara struktural, gripper memiliki dua baris mangkuk pengisap yang dipasang di bagian dalam tentakel silikon. Cangkir penghisap kecil ditempatkan di ujung gripper, memberikan efek pasif, sementara mangkuk penghisap yang lebih besar, yang didukung oleh ruang hampa, membantu benda menempel kuat pada gripper. 

Festo menguji robot tersebut pada dua robot ringan pneumatik yang juga dikembangkan di Bionic Learning Network: BionicMotionRobot dan BionicCobot. Karena sifat kinematiknya, kedua robot ini fleksibel dan dapat dibuat kaku secara bervariasi dalam cara yang tak terbatas. 

Sejak tentakel buatan dikembangkan dari bahan yang lembut, dapat digenggam dengan lembut dan lembut. Perusahaan mengklaim solusi tersebut memiliki potensi besar untuk tempat kerja kolaboratif yang futuristik. 

Dari segi pendapatan, tahun buku 2023 merupakan tahun konsolidasi bagi perseroan. Menurut ke salah satu siaran pers Festoomzetnya yang tercatat sedikit di bawah level tahun sebelumnya (—4.3% menjadi sekitar 3.65 miliar euro). 

Meski ada sedikit penurunan pendapatan, perusahaan mengaku terus berinvestasi besar pada penelitian dan pengembangan serta perluasan pasokan pasar regional. Lebih khusus lagi, perusahaan menginvestasikan 7.7% dari omsetnya dalam penelitian dan pengembangan pada tahun 2023. 

Tentang Robotika Menggambar Inspirasi dari Alam dan Kerajaan Hewan

Hari ini, kita membahas satu contoh spesifik tentang robotika yang mengambil isyarat dari pengisap gurita. Namun, jika dilihat dari perspektif yang lebih luas, hal ini dapat mengambil isyarat dari seluruh alam di sekitar kita. Dan berbagai inisiatif robotika yang terinspirasi dari bio sudah diterapkan di ranah publik. 

Misalnya saja pada bulan Januari 2024, penelitian diterbitkan Memperkenalkan robot pertumbuhan otonom yang terinspirasi oleh strategi adaptif perilaku tanaman merambat untuk menavigasi lingkungan tak terstruktur. Robot-robot ini dapat meniru tunas apikal tanaman merambat untuk merasakan dan mengoordinasikan pertumbuhan adaptif aditif melalui mekanisme manufaktur aditif tertanam dan ujung bersensor.

Penelitian signifikan juga terjadi di bidang bahan yang kompatibel pembuatan robot lunak. Beberapa tahun yang lalu, sebuah tim Universitas Kota Kembar Minnesota ilmuwan dan insinyur mengembangkan proses yang terinspirasi dari tumbuhan untuk memberdayakan pertumbuhan bahan sintetis. 

The solusinya dapat membantu peneliti memproduksi robot lunak yang ditingkatkan yang mampu menavigasi medan yang kompleks, bahkan di dalam tubuh manusia. Menurut Matthew Hausladen, penulis pertama makalah tersebut, para peneliti sangat terinspirasi oleh bagaimana tanaman dan jamur tumbuh. Para peneliti berkata:

“Kami (tim peneliti) mengambil gagasan bahwa tumbuhan dan jamur menambahkan materi di ujung tubuhnya, baik di ujung akar atau di tunas barunya, dan kami menerjemahkannya ke dalam sistem rekayasa.” 

Alam telah mengalami lebih banyak perubahan dan pergeseran dibandingkan yang bisa kita alami mungkin bayangkan, hewan-hewan bertahan dan beradaptasi selama ribuan tahun. Kita harus mempelajari teknik adaptasi mereka yang luar biasa dengan cermat dan mengamatinya secara lebih rinci. Mencoba meniru mereka dalam semangat aslinya akan selalu membantu kita mencapai lebih dari yang bisa kita bayangkan di bidang sains dan teknologi. 

Klik di sini untuk daftar sepuluh perusahaan robotika terbaik.