Robot Lompat 30 Meter UC Santa Barbara Mencatat Rekor Tinggi Baru
Penggerak mekanis yang dikembangkan oleh profesor teknik University of California Santa Barbara Elliot Hawkes dan kolaborator mampu mencapai ketinggian tertinggi — kira-kira 100 kaki (30 meter) — dari setiap penggerak hingga kini, baik buatan maupun biologis. Perkembangan ini mewakili pendekatan baru terhadap desain perangkat lompat dan memajukan pemahaman tentang lompat sebagai bentuk lokomosi.
“Motivasi datang dari pertanyaan ilmiah,” kata Hawkes, yang sebagai robotic berusaha memahami banyak metode yang memungkinkan mesin untuk menavigasi lingkungannya. “Kami ingin memahami apa batas-batas pada penggerak buatan.” Meskipun ada abad-abad studi tentang penggerak biologis (itu adalah kita dalam kerajaan hewan), dan dekade penelitian pada sebagian besar penggerak mekanis bio-inspirasi, katanya, dua garis penyelidikan ini telah dipisahkan cukup jauh. “Tidak benar-benar ada studi yang membandingkan dan mempertimbangkan keduanya dan bagaimana batas mereka berbeda — apakah penggerak buatan benar-benar terbatas pada hukum yang sama seperti penggerak biologis,” katanya.
Sistem biologis telah lama berfungsi sebagai model pertama dan terbaik untuk lokomosi, dan itu telah sangat benar untuk lompat, yang didefinisikan oleh peneliti sebagai “gerakan yang diciptakan oleh gaya yang diterapkan ke tanah oleh pelompat, sambil mempertahankan massa konstan.” Banyak penggerak buatan telah berfokus pada menduplikasi desain yang disediakan oleh evolusi, dan dengan sukses besar.
Namun elemen yang menciptakan lompat dalam sistem biologis dapat menjadi keterbatasan untuk sistem buatan, kata Charles Xaio, calon Ph.D. di lab Hawkes.
“Sistem biologis hanya dapat melompat dengan sebanyak energi yang dapat dihasilkan dalam satu gerakan otot mereka,” kata Xaio. Jadi, sistem terbatas dalam jumlah energi yang dapat diberikan untuk mendorong tubuh dari tanah, dan pelompat hanya dapat melompat setinggi itu.
Untuk penggerak buatan, namun, peneliti pikir mungkin ada cara untuk meningkatkan jumlah energi yang tersedia.
Mereka menggunakan motor yang menggigi atau berputar untuk mengambil banyak gerakan, mengalikan jumlah energi yang dapat disimpan di spring mereka. Peneliti menyebut kemampuan ini “work multiplication,” yang dapat ditemukan pada penggerak buatan semua bentuk dan ukuran.
“Perbedaan ini antara produksi energi dalam pelompat biologis versus buatan berarti keduanya harus memiliki desain yang sangat berbeda untuk memaksimalkan ketinggian lompat,” kata Xiao. Hewan harus memiliki spring kecil — hanya cukup untuk menyimpan jumlah energi yang relatif kecil yang dihasilkan oleh satu gerakan otot — dan massa otot yang besar. Di sisi lain, penggerak buatan harus memiliki spring yang sebesar mungkin dan motor kecil.”
Peneliti mengambil wawasan ini dan merancang pelompat yang cukup tidak seperti pelompat biologis — ukuran spring relatif terhadap motornya hampir 100x lebih besar dari yang ditemukan pada hewan. Selanjutnya, mereka merancang spring baru, mencoba memaksimalkan penyimpanan energi per satuan massa. Dalam spring tension-compression hibrid mereka, compression bows carbon-fiber ditekan sementara rubber band diregangkan oleh tali yang dililitkan pada spindle yang diputar motor. Tim menemukan bahwa menghubungkan tepi melengkung keluar dari bows di tengah dengan rubber dalam tension juga meningkatkan kekuatan spring.
“Tidak terduga, rubber membuat compression bow-spring lebih kuat,” kata Hawkes. “Anda dapat menekan spring lebih jauh tanpa pecah.”
Pelompat dirancang untuk ringan, dengan mekanisme peluncur minimalis untuk melepaskan energi untuk lompat, dan juga aerodinamis, dengan kaki lipat masuk untuk meminimalkan drag udara selama penerbangan. Secara keseluruhan, fitur desain ini memungkinkan untuk mempercepat dari 0 hingga 60 mph dalam 9 milidetik — gaya percepatan 315g — dan mencapai ketinggian kira-kira 100 kaki dalam demonstrasi peneliti. Untuk pelompat bermotor, ini “dekat dengan batas kelayakan ketinggian lompat dengan bahan yang tersedia saat ini,” menurut studi.
Desain ini dan kemampuan untuk melebihi batas yang ditetapkan oleh desain biologis menempatkan panggung untuk reimajinasi lompat sebagai bentuk lokomosi mesin yang efisien. Robot lompat dapat mencapai tempat di mana hanya robot terbang yang saat ini mencapai.
Manfaat akan lebih jelas di luar Bumi. Robot lompat dapat bepergian di seluruh bulan atau planet secara efisien, tanpa harus menghadapi rintangan di permukaan, sambil juga mengakses fitur dan perspektif yang tidak dapat dicapai oleh robot berbasis medan.
“Kami menghitung bahwa perangkat seharusnya dapat melewati ketinggian 125 meter saat melompat setengah kilometer ke depan di bulan,” kata Hawkes, sambil menyelidikkan bahwa gravitasi bulan adalah 1/6 dari Bumi dan bahwa pada dasarnya tidak ada drag udara. “Itu akan menjadi satu lompat raksasa untuk pelompat buatan.”
