Blok Bergaya Lego yang Dapat Diprogram Ulang Meniru Fleksibilitas Hidup

DALAM Desain Gerak

Xiaoyue Ni menyaksikan robot ikan dengan ekor yang dapat diprogram ulang berenang di tangki ikan. Bukti demonstrasi ini dapat menghasilkan material dengan sifat material yang dapat diprogram ulang dan dapat berfungsi di dalam tubuh manusia atau perangkat elektronik. (Gambar:Atas perkenan para peneliti)

Insinyur mekanik di Duke University telah mendemonstrasikan metode pembuktian konsep untuk memprogram sifat mekanik menjadi blok bangunan padat mirip Lego. Dengan mengontrol soliditas ratusan sel individu dalam pola tertentu, pendekatan ini memungkinkan robotika futuristik mengubah sifat mekanik dan fungsinya dengan cepat.

Dalam pengujian awal mereka, para peneliti menunjukkan bagaimana sinar 3D mirip ekor dengan berbagai konfigurasi dapat menggerakkan robot ikan melalui air melalui jalur berbeda dengan aktivitas motorik yang sama. Tim tersebut membayangkan versi miniatur dari teknologi yang dapat, misalnya, bermanuver melalui pembuluh darah untuk memeriksa kesehatan mereka atau bahkan melakukan konfigurasi ulang untuk membentuk stent adaptif.

“Kami ingin membuat materi yang hidup,” jelas Yun Bai, penulis pertama makalah tersebut dan gelar Ph.D. mahasiswa di laboratorium Xiaoyue Ni, Asisten Profesor Teknik Mesin dan Ilmu Material di Duke. "Printer 3D dapat membuat material dengan sifat mekanis tertentu, namun Anda harus mengulangi pencetakan untuk mengubahnya. Kami ingin menciptakan sesuatu seperti otot manusia yang dapat mengubah kekakuannya secara real time."

Untuk mewujudkannya, para peneliti mengisi sel-sel individu dengan resep galium dan zat besi. Pada suhu kamar, komposit logam ini dapat berbentuk padat atau cair. Dimulai dari benda padat, peneliti dapat menggunakan panas dengan arus listrik untuk mencairkan pola sel apa pun, hampir seperti menulis dan menyimpan angka satu dan nol ke dalam hard drive.

Dalam dua dimensi, material yang dihasilkan pada dasarnya adalah lembaran tipis yang dapat diprogram untuk mengubah kekakuan dan redaman secara tepat tanpa mengubah bentuk atau geometrinya. Bahan ini telah diuji secara ketat, sehingga menunjukkan fleksibilitas yang tinggi untuk meniru berbagai bahan lunak yang tersedia secara komersial mulai dari plastik hingga karet.

Namun konsepnya menjadi lebih menarik dalam tiga dimensi. Dalam demonstrasinya, para peneliti menciptakan balok-balok bangunan mirip Lego yang dapat dipasang dan dilepas dalam konfigurasi apa pun. Setiap blok menyerupai kubus Rubik yang berisi 27 sel individual, yang masing-masing dapat dicairkan melalui panas lokal dari sinyal listrik. “Ini memberi kami fleksibilitas untuk membuat struktur 3D dengan sifat mekanik berbeda,” kata Bai. “Dan membekukan blok pada suhu nol derajat akan mengatur ulang semua sel ke kondisi padat sehingga konfigurasinya dapat diprogram ulang berulang kali.”

Dalam makalah tersebut, para peneliti menyatukan 10 kubus ini ke dalam kolom lurus untuk membuat semacam ekor yang dapat diprogram, memasangkannya ke motor sederhana di dalam robot ikan, dan menguji kemampuan berenang dalam berbagai konfigurasi. Robot ikan yang sama dengan susunan sel padat berbeda di bagian ekornya menunjukkan lintasan berenang yang sangat berbeda.

Berdasarkan platform ini, para peneliti membayangkan penggunaan logam berbeda untuk menciptakan titik beku dan titik leleh berbeda yang memungkinkan bahan tersebut, misalnya, digunakan dalam tubuh manusia. Mereka juga percaya bahwa pengaturannya dapat diperkecil agar dapat berfungsi dalam batasan kecil seperti pembuluh darah manusia atau sistem elektronik yang rumit.

“Tujuan kami adalah membangun sistem yang lebih besar dengan menggunakan material komposit,” kata Ni. “Kami ingin membuat material robotika yang fleksibel dan dapat diprogram sehingga memungkinkan mereka melakukan berbagai macam tugas di berbagai lingkungan.”

Sumber