Kemampuan otot buatan untuk pulih setelah rusak kini mendapat dorongan baru dari riset di Korea Selatan. Material yang dikembangkan peneliti ini bukan hanya bisa kembali berfungsi setelah mengalami kerusakan, tetapi juga dapat diambil lagi dan dipakai ulang untuk perangkat baru.
Temuan tersebut penting bagi soft robotics karena membuka jalan bagi aktuator yang tidak lagi bergantung pada satu bentuk kerja yang tetap. Dalam praktiknya, satu perangkat bisa disusun ulang untuk menghasilkan gerak yang berbeda tanpa harus dibuat dari awal setiap kali kebutuhan berubah.
Elektroda yang tidak terjebak dalam satu bentuk
Kunci dari riset ini berada pada elektroda berbasis phase-transitional ferrofluid. Pada suhu ruang, material itu berperilaku seperti padatan lunak, lalu menjadi lebih cair ketika dipanaskan.
Saat berada dalam fase yang lebih cair, medan magnet dapat menggerakkannya dengan leluasa. Sifat inilah yang membuat material tersebut menarik untuk dielectric elastomer actuators atau DEA, yaitu komponen yang mengubah energi listrik menjadi gerakan.
DEA dikenal ringan, lembut, dan cepat merespons. Karakter itu membuatnya cocok untuk berbagai aplikasi, mulai dari perangkat haptic yang dikenakan di tubuh hingga robotic grippers yang harus memegang benda rapuh dengan hati-hati.
Masalah pada sistem konvensional adalah elektroda biasanya terkunci pada pola yang dibentuk saat fabrikasi. Akibatnya, jenis gerak yang dihasilkan ikut terbatas dan sulit diubah setelah perangkat selesai dibuat.
Bisa diprogram ulang untuk kebutuhan berbeda
Pendekatan baru ini mengubah cara elektroda diposisikan pada aktuator. Saat material melunak, elektroda dapat dipindahkan, dipisahkan, digabungkan kembali, atau disusun ulang dalam bentuk tiga dimensi.
Setelah didinginkan, material kembali menjadi gel dan mampu mempertahankan susunannya. Dengan cara itu, satu struktur soft robot dapat diprogram ulang untuk menjalankan mode gerak yang berbeda.
Dalam pengujian, perangkat mampu berpindah mode, termasuk membengkok dan mengembang, tergantung susunan elektroda yang digunakan. Fleksibilitas ini memberi ruang desain yang lebih luas dibanding otot buatan tradisional yang umumnya hanya mengikuti pola tetap.
Studi tersebut juga melaporkan performa yang kuat, termasuk areal strain sekitar 169% pada salah satu konfigurasi, dengan stabilitas lebih dari 4.000 siklus. Angka itu menunjukkan material tetap andal meski digunakan berulang kali.
Daya rekat lebih baik di permukaan yang sulit
Keunggulan lain muncul dari cara elektroda menempel pada permukaan dielektrik. Karena terbentuk langsung di atas permukaan melalui transisi fase, daya rekatnya lebih baik dibanding elektroda yang hanya dipindahkan dari tempat lain.
Pada pengujian tertentu, metode langsung itu menghasilkan areal strain 41% pada 36 MV/m. Sementara itu, versi transfer hanya mencapai 9,6% pada kondisi yang sama.
Ketika permukaan terkontaminasi, material fase-transisi masih dapat mengalir ke area yang lebih bersih lalu tetap bekerja. Dalam kondisi tersebut, sistem mencapai 21% areal strain, sedangkan versi transfer hanya 5,9%.
Kerusakan tidak langsung membuat perangkat berhenti
Salah satu bagian paling menarik dari riset ini adalah kemampuan pulih setelah rusak. Jika elektroda dipotong, bagian yang terpisah dapat dilunakkan, ditarik kembali dengan medan magnet, lalu disatukan lagi dalam keadaan gel.
Setelah proses itu, aktuator bisa kembali berfungsi seperti semula. Pendekatan serupa juga berhasil ketika perangkat mengalami dielectric breakdown, yaitu kegagalan umum akibat tegangan terlalu tinggi.
Dalam situasi tersebut, elektroda dapat dikonfigurasi ulang secara magnetis agar melewati area yang rusak. Metode yang sama juga berhasil pada kerusakan fisik lain seperti tusukan atau goresan.
Bagi robot lunak, kemampuan ini sangat berarti karena banyak perangkat sejenis biasanya berhenti dipakai begitu lapisan fungsionalnya terganggu. Riset ini menunjukkan bahwa kerusakan tidak selalu menjadi akhir dari fungsi perangkat.
Material lama masih bisa dipakai lagi
Riset ini juga menonjol dari sisi keberlanjutan material. Elektroda yang sudah berada dalam fase cair dapat diambil kembali, disimpan, lalu disuntikkan ke perangkat baru atau perangkat yang diperbaiki.
Setelah beberapa siklus pengambilan ulang, tingkat pemulihan material dilaporkan sekitar 91%. Performa aktuasi dari material bekas pakai itu tetap mendekati kemampuan awalnya.
Pendekatan ini memberi arah baru bagi robotika lunak yang lebih hemat sumber daya. Komponen penting tidak langsung dibuang, melainkan masih dapat diprogram ulang dan digunakan kembali.
Masih terbuka untuk pengembangan yang lebih luas
Tim peneliti juga menyebut desain elektroda ini berpotensi dipakai pada elektronik lentur dan display elektroluminesen. Pada layar jenis itu, informasi optik bisa ditulis, dihapus, dan disusun ulang dengan memindahkan material melalui lapisan bercahaya.
Meski begitu, teknologi ini belum disebut sebagai solusi final. Demonstrasi saat ini masih berfokus pada perangkat planar dan aktuator pembengkok sederhana.
Peneliti juga menilai optimasi material masih diperlukan sebelum teknologi ini bisa dipakai pada struktur yang lebih kompleks, seperti susunan multilapis dan array berpola piksel. Bahkan dengan batasan itu, studi di Science Advances ini sudah menunjukkan arah baru bagi artificial muscle yang lebih adaptif, bisa dipulihkan, dan lebih masuk akal untuk digunakan berulang kali.
