Miniaturisasi sudah lama terjadi menjadi tantangan dalam sejarah robotika.
Sementara para insinyur telah membuat kemajuan besar dalam miniaturisasi elektronik dalam beberapa dekade terakhir, para pembuat miniatur otonom robot belum mampu mencapai tujuan untuk mencapai ukuran di bawah 1 milimeter. Ini karena lengan dan kaki yang kecil rapuh dan sulit dibuat. Yang terpenting, keadaan hukum fisika berubah di dunia mikroskopis. Alih-alih gravitasi dan inersia, gaya hambat dan viskositas menjadi dominan.
Dengan latar belakang ini, para peneliti di AS telah mengumumkan hasil penelitian yang menyelesaikan tantangan berusia 40 tahun. Sebuah tim peneliti dari Universitas Pennsylvania dan Universitas Michigan telah mengembangkan robot baru yang lebih kecil dari sebutir garam, hanya berukuran 200 x 300 x 50 mikrometer. Dengan sisi terpanjang 0,3 mm, itu jauh di bawah ambang batas 1 mm. Namun ia dapat merasakan lingkungan sekitarnya, mengambil keputusan sendiri, dan berenang serta bergerak di air.
Robot eksperimental ini lebih kecil dari sebutir garam.
Selain itu, ia beroperasi sepenuhnya secara mandiri dan tidak bergantung pada kontrol eksternal seperti kabel atau medan magnet. Biaya produksi dikatakan serendah 1 sen per unit.
“Kami telah berhasil membuat miniatur robot otonom menjadi 1/10.000 ukuran robot konvensional,” kata Mark Miskin, salah satu penelitiyang merupakan asisten profesor teknik sistem kelistrikan di Universitas Pennsylvania. “Ini membuka skala baru bagi robot yang dapat diprogram.”
Perosotan Listrik
Sistem propulsi yang dikembangkan Miskin dan timnya merupakan terobosan dalam robotika konvensional. Ikan dan organisme air besar lainnya bergerak maju karena reaksi air yang mendorong ke belakang, sesuai dengan hukum gerak ketiga dalam mekanika Newton. Namun mendorong air dalam skala mikroskopis seperti mendorong tar yang berlumpur. Viskositas air begitu besar sehingga lengan dan kaki kecil tidak akan pernah bisa menandinginya.
Jadi para peneliti mengadopsi pendekatan yang benar-benar baru. Alih-alih berenang dengan menggerakkan bagian tubuhnya, robot baru ini bergerak dengan menghasilkan medan listrik di sekitarnya dan dengan lembut mendorong partikel bermuatan ke dalam cairan. Robot tersebut memanfaatkan fenomena partikel bermuatan yang bergerak yang menyeret molekul air di dekatnya, sehingga menciptakan arus air di sekitar robot. Seolah-olah robot itu sendiri tidak bergerak, melainkan laut atau sungai yang bergerak.
Gambar ini menunjukkan pergerakan partikel bermuatan yang dihasilkan di sekitar robot yang bergerak dalam cairan.
Robot digerakkan oleh cahaya dari LED dan dapat bergerak dengan jarak yang sama dengan panjang tubuhnya dalam waktu maksimal satu detik. Arah pergerakan dapat diubah dengan mengatur medan listrik, dan robot dapat mengikuti jalur yang rumit atau bergerak berkelompok seperti gerombolan ikan.
Keuntungan terbesar dari metode pergerakan ini adalah daya tahannya yang sangat tinggi karena tidak adanya bagian yang bergerak. Menurut Miskin, ia bisa berenang terus menerus hingga berbulan-bulan.
Komputer Mikro
Tenaga penggerak saja tidak cukup untuk mencapai otonomi yang sesungguhnya. Robot otonom harus merasakan lingkungannya dan membuat keputusan tentang cara menavigasinya. Semua ini harus dikontrol oleh sebuah chip berukuran kurang dari 1 mm. David Blau dan timnya di Universitas Michigan menerima tantangan ini.
Blau dan timnya memegang rekor pembuatan komputer terkecil di dunia. Saat pertama kali mereka bertemu Miskin di a Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan presentasi, mereka yakin bahwa teknologi mereka akan saling melengkapi dengan sempurna. Butuh waktu lima tahun agar ide tersebut benar-benar terwujud.
Hambatan terbesar dalam membuat robot kecil ini bisa berfungsi, katanya, adalah kekuatan. Panel surya robot hanya menghasilkan daya 75 nanowatt. Jumlah tersebut kurang dari 1/100.000 daya yang dikonsumsi jam tangan pintar. Untuk mengatasi masalah ini, tim merancang sirkuit khusus yang beroperasi pada tegangan sangat rendah. Hal ini berhasil mengurangi konsumsi daya ke tingkat yang berkelanjutan.
Kendala lainnya adalah keterbatasan ruang. Panel surya menempati sebagian besar permukaan, menyisakan sedikit ruang untuk infrastruktur komputasi. Jadi para peneliti secara radikal memikirkan kembali program tersebut, yang memerlukan banyak instruksi, dan memadatkannya menjadi satu instruksi khusus, yang dapat mereka masukkan ke dalam ruang memori robot yang kecil.
Robot-robot ini dapat diproduksi dalam beberapa ratus unit sekaligus.
Penari Kecil
Robot tersebut dilengkapi dengan sensor elektronik yang dapat mendeteksi perubahan suhu dalam hitungan menit. Namun, karena tubuh mikroskopisnya tidak dapat membawa komponen komunikasi yang kuat, robot tersebut menggunakan metode yang dipinjam dari kerajaan serangga untuk mengirimkan pengukuran yang dideteksinya.
Robot tersebut diprogram untuk menerjemahkan pembacaan sensor menjadi “gerakan tarian”. Para peneliti menggunakan mikroskop untuk mengamati pergerakan robot dan memecahkan kode informasi. “Ini sangat mirip dengan cara lebah madu berkomunikasi satu sama lain,” jelas Blau.
Selain itu, setiap robot diberi ID unik dan dirancang untuk mengunggah instruksi berbeda ke unit berbeda. Hal ini memungkinkan banyak robot memainkan peran berbeda dalam melakukan tugas besar secara kolaboratif.
Setiap robot dilengkapi dengan komputer lengkap yang dapat menerima dan menjalankan instruksi secara mandiri.
Menurut tim, ini merupakan kali pertama selesai komputer dengan prosesor, memori, dan sensor telah dipasang pada robot berukuran kurang dari 1 mm. Robot mikro berfungsi pada skala yang sama dengan mikroba, yang dapat berguna untuk aplikasi seperti membantu dokter memantau sel-sel individu dan membantu para insinyur merakit perangkat kecil.
Cerita ini pertama kali diterbitkan pada KABEL Jepang dan telah diterjemahkan dari bahasa Jepang. Dokumen asli diedit oleh Daisuke Takimoto.
