Desain Robot yang Menginspirasi:Pelajaran dari Penggerak Bintang Laut

DALAM Desain Gerak

Pergerakan bintang laut melibatkan pergerakan ratusan kaki tabung kecil. (Gambar:Gerald Corsi/iStock)

Bintang laut adalah makhluk yang gerakannya melibatkan koordinasi ratusan kaki tabung kecil untuk menavigasi lingkungan yang kompleks – meskipun tidak memiliki otak pusat. Dengan kata lain, seolah-olah setiap kaki mempunyai pikirannya sendiri-sendiri.

Bagi Kanso Bioinspired Motion Lab, yang berbasis di Departemen Dirgantara &Teknik Mesin USC Viterbi, bintang laut menimbulkan fenomena yang menarik. Lab Kanso berspesialisasi dalam menguraikan aliran fisika sistem kehidupan, dan sering kali menerapkan wawasan tersebut untuk menginformasikan perkembangan robotika.

Makalah terbaru lab ini dalam Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) , “Dinamika kaki tabung mendorong adaptasi dalam pergerakan bintang laut” (13 Januari 2026), mengungkapkan bahwa pergerakan bintang laut diarahkan oleh umpan balik lokal dari masing-masing kaki tabung, yang masing-masing secara dinamis menyesuaikan adhesinya ke permukaan sebagai respons terhadap berbagai tingkat tekanan mekanis.

“Kami mulai mengerjakan bintang laut dengan McHenry Lab di UC Irvine dan kemudian bermitra dengan ahli biologi di Universitas Mons di Belgia,” kata Eva Kanso, direktur Kanso Lab dan Profesor dirgantara dan teknik mesin, fisika, dan astronomi. "Bersama dengan Associate Professor Sylvain Gabriele dan mahasiswa pascasarjana Amandine Deridoux di SYMBIOSE Lab, kami merancang "ransel" cetak 3D khusus untuk bintang laut. Dengan memuat dan menurunkan ransel, kami dapat mengamati dan mengukur bagaimana setiap kaki tabung merespons beban tambahan."

Para peneliti menemukan bahwa setiap kaki merespons secara independen terhadap perubahan beban. “Sejak awal, kami berhipotesis bahwa bintang laut bergantung pada strategi kendali hierarkis dan terdistribusi, di mana setiap kaki tabung membuat keputusan lokal tentang kapan harus menempel dan melepaskan diri dari permukaan berdasarkan isyarat mekanis lokal, bukan diarahkan oleh pengontrol pusat,” kata Kanso.

Eksperimen ini memungkinkan tim untuk menguji dan mengukur respons lokal ini. “Kami mengembangkan model matematis yang menunjukkan betapa sederhananya, aturan pengendalian lokal, yang dipadukan melalui mekanisme tubuh, dapat menghasilkan penggerakan seluruh hewan yang terkoordinasi.”

Model gerakan adaptif berdasarkan umpan balik lokal ini sangat relevan dengan desain robotika lunak dan multi-kontak. Penerapan potensial di darat, di bawah air, dan bahkan di planet lain, mencakup sistem penggerak terdesentralisasi untuk robot yang menavigasi medan yang tidak rata, vertikal, dan terbalik — lingkungan yang menghalangi komunikasi yang konsisten dari “pengendalian misi” pusat atau pengambil keputusan manusia.

“Kami juga melakukan eksperimen dengan membalikkan bintang laut – morfologi kaki tabung memungkinkan bintang laut untuk terus bergerak,” kata Kanso. "Bayangkan saja jika Anda melakukan handstand. Sistem saraf Anda akan segera memberi tahu bahwa Anda berada dalam posisi melawan gravitasi. Namun bintang laut tidak memiliki pengakuan kolektif seperti itu."

Sebaliknya, bintang laut dibekali dengan pengetahuan lokal bahwa setiap kaki tabung mengalami gaya gravitasi yang berbeda-beda. Gerakan terkoordinasi disebabkan oleh fakta bahwa kaki terhubung secara mekanis ke tubuh; ketika salah satu kaki mendorong, gerakan tersebut mempengaruhi kaki lainnya. Akibatnya, kegagalan lokal tidak serta merta menghentikan keseluruhan sistem — memungkinkan adanya ketahanan dan ketahanan yang lebih baik.

Hal ini merupakan keuntungan besar bagi robot otonom yang mampu menavigasi lingkungan ekstrem, mudah terguling, hilang, atau bertambah muatannya, atau terputus dari sumber komunikasi pusat. Meskipun hewan yang bergerak cepat (dari serangga hingga pesenam) mengandalkan “generator pola pusat” — sirkuit saraf khusus yang terletak di batang otak yang menghasilkan pola motorik ritmis — bintang laut yang bergerak lambat siap beradaptasi secara dinamis terhadap perubahan lingkungan.

Sumber