Prinsip Kirigami Mendorong Inovasi dalam Desain Microrobot
Administrator
Majalah Ilmiah Nature Materials mengumumkan terobosan dalam desain mikrorobot yang didorong oleh prinsip-prinsip kirigami. Tim peneliti di Universitas Cornell telah berhasil menciptakan mikrorobot berukuran kurang dari satu milimeter yang dapat berubah bentuk sesuai perintah.
Penerapan Teknik Kirigami dalam Rekayasa Robotik
Pada intinya, terobosan ini didasari oleh aplikasi inovatif dari prinsip-prinsip kirigami dalam desain robotik. Kirigami, varian dari origami yang melibatkan pemotongan dan lipatan kertas, telah menginspirasi para insinyur untuk menciptakan struktur yang dapat berubah bentuk dengan cara yang tepat dan dapat diprediksi.
Dalam konteks mikrorobot ini, teknik kirigami memungkinkan untuk menggabungkan potongan dan lipatan strategis dalam bahan. Pendekatan desain ini memungkinkan robot untuk berubah dari keadaan datar menjadi konfigurasi tiga dimensi yang kompleks, memberikan fleksibilitas yang belum pernah ada sebelumnya pada tingkat mikroskop.
Spesifikasi Teknis dan Fungsionalitas
Mikrorobot ini dibangun sebagai tiling heksagonal yang terdiri dari sekitar 100 panel silikon dioksida. Panel-panel ini saling terhubung melalui lebih dari 200 engsel yang dapat diaktifkan, masing-masing berukuran sekitar 10 nanometer tebalnya. Penyusunan panel dan engsel ini membentuk dasar dari kemampuan perubahan bentuk robot.
Transformasi dan gerakan robot ini dicapai melalui aktivasi elektrokimia. Ketika arus listrik diterapkan melalui kawat eksternal, itu memicu engsel- engsel yang dapat diaktifkan untuk membentuk lipatan gunung dan lembah. Aktuasi ini menyebabkan panel-panel membuka dan berputar, memungkinkan robot untuk mengubah bentuknya.
Aplikasi Potensial dan Implikasi
Pengembangan mikrorobot yang dapat berubah bentuk ini membuka berbagai aplikasi potensial di berbagai bidang. Di bidang medis, robot-robot ini bisa merevolusi prosedur invasif minimal. Kemampuan mereka untuk mengubah bentuk dan menyusuri struktur tubuh yang kompleks bisa menjadikan mereka tak ternilai harganya untuk pengiriman obat yang ditargetkan atau mikrooperasi.
Di bidang ilmu lingkungan, robot-robot ini bisa dikerahkan untuk pemantauan mikroskopis ekosistem atau polutan. Ukuran kecil dan adaptabilitasnya akan memungkinkan mereka untuk mengakses dan berinteraksi dengan lingkungan yang saat ini sulit untuk dipelajari.
Selain itu, di bidang ilmu material dan manufaktur, robot-robot ini bisa berfungsi sebagai blok bangunan untuk mesin-mesin mikro yang dapat diatur ulang. Hal ini bisa mengarah pada pengembangan material yang dapat berubah propertinya sesuai permintaan, membuka peluang baru di bidang seperti rekayasa kedirgantaraan atau tekstil pintar.
Arah Penelitian di Masa Depan
Tim Cornell sudah melihat ke depan ke fase berikutnya dari teknologi ini. Salah satu jalur penelitian yang menarik adalah pengembangan apa yang mereka sebut bahan “elastronik”. Ini akan menggabungkan struktur mekanik fleksibel dengan pengontrol elektronik, menciptakan material ultra-responsif dengan properti yang melebihi apa pun yang ditemukan di alam.
Profesor Cohen membayangkan material yang dapat merespons stimulus dengan cara yang diprogram. Misalnya, ketika dikenai kekuatan, material-material ini bisa “lari” atau mendorong kembali dengan kekuatan yang lebih besar dari yang mereka alami. Konsep materi cerdas yang diatur oleh prinsip-prinsip yang melampaui batasan alam bisa mengarah pada aplikasi yang mengubah di berbagai industri.
Area penelitian masa depan lainnya melibatkan meningkatkan kemampuan robot untuk menghasilkan energi dari lingkungannya. Dengan menyertakan elektronika yang peka terhadap cahaya ke setiap blok bangunan, para peneliti bertujuan untuk menciptakan robot yang dapat beroperasi secara otonom untuk jangka waktu yang panjang.
Tantangan dan Pertimbangan
Meskipun potensi yang menarik dari mikrorobot ini, beberapa tantangan masih ada. Salah satu keprihatinan utama adalah skalabilitas produksi perangkat ini sambil menjaga presisi dan keandalan. Sifat rumit dari konstruksi robot ini menimbulkan hambatan manufaktur yang signifikan yang perlu diatasi untuk aplikasi yang luas.
Selain itu, mengendalikan robot-robot ini di lingkungan nyata menimbulkan tantangan yang substansial. Sementara penelitian saat ini menunjukkan kontrol melalui kawat eksternal, pengembangan sistem untuk pengendalian nirkabel dan pasokan daya pada skala ini tetap menjadi hambatan signifikan.
Pertimbangan etis juga menjadi perhatian, terutama bila mempertimbangkan aplikasi biomedis yang potensial. Penggunaan mikrorobot pada tubuh manusia menimbulkan pertanyaan penting tentang keamanan, efek jangka panjang, dan persetujuan pasien yang perlu ditangani dengan hati-hati.
Kesimpulan
Pengembangan mikrorobot yang dapat berubah bentuk oleh para peneliti Universitas Cornell menandai tonggak penting dalam robotika dan ilmu material. Dengan cerdik menerapkan prinsip-prinsip kirigami untuk menciptakan struktur metasheet, terobosan ini membuka berbagai aplikasi potensial, mulai dari prosedur medis revolusioner hingga pemantauan lingkungan yang canggih.
Meskipun tantangan dalam manufaktur, pengendalian, dan pertimbangan etis masih ada, penelitian ini meletakkan dasar bagi inovasi di masa depan seperti material “elastronik”. Saat teknologi ini terus berkembang, ia memiliki potensi untuk membentuk kembali berbagai industri dan lanskap teknologi kita secara lebih luas, sekali lagi menunjukkan bagaimana kemajuan pada skala mikro dapat menghasilkan dampak besar pada ilmu pengetahuan dan masyarakat.
