Peneliti di Korea Selatan mengembangkan otot buatan yang bisa berubah bentuk saat digunakan, pulih setelah rusak, dan materialnya dapat dipakai lagi. Temuan ini menjadi langkah penting bagi soft robotics karena membuka peluang perangkat yang tidak lagi bergantung pada satu desain gerak yang kaku dan sekali pakai.
Inovasi tersebut menjawab persoalan lama di bidang robot lunak. Banyak artificial muscle selama ini hanya bekerja sesuai pola yang ditentukan sejak awal pembuatan, sehingga sulit menyesuaikan fungsi ketika kebutuhan berubah.
Material yang Tidak Diam di Satu Bentuk
Kunci riset ini ada pada elektroda baru berbasis phase-transitional ferrofluid. Pada suhu ruang, material itu bertindak seperti padatan lunak, lalu berubah menjadi lebih cair saat dipanaskan.
Ketika berada dalam kondisi lebih cair, medan magnet bisa menggerakkannya. Sifat ini penting karena dielectric elastomer actuators atau DEA membutuhkan elektroda untuk mengubah energi listrik menjadi gerakan.
DEA dikenal ringan, lembut, dan cepat merespons. Karakter itu membuatnya menarik untuk berbagai aplikasi, mulai dari perangkat haptic yang dikenakan di tubuh hingga robotic grippers yang memegang benda rapuh.
Masalahnya, elektroda pada sistem konvensional biasanya terkunci pada pola yang dicetak saat fabrikasi. Begitu pola itu tetap, jenis gerak alat juga ikut terbatas.
Bisa Diprogram Ulang untuk Banyak Gerakan
Tim peneliti menunjukkan bahwa elektroda baru ini tidak harus dipertahankan pada satu konfigurasi. Saat material melunak, elektroda dapat dipindahkan, dipisahkan, digabungkan lagi, atau disusun ulang dalam bentuk tiga dimensi.
Setelah didinginkan, material kembali menjadi gel dan mampu menjaga posisinya. Dengan mekanisme ini, satu struktur soft robot dapat diprogram ulang untuk menghasilkan gerakan berbeda tanpa harus dibuat ulang dari awal.
Dalam pengujian, perangkat mampu berpindah mode gerak, termasuk membengkok dan mengembang, tergantung susunan elektroda. Fleksibilitas ini memberi ruang desain yang lebih luas dibanding otot buatan tradisional.
Performa material juga tetap kuat. Studi tersebut melaporkan areal strain sekitar 169% pada salah satu konfigurasi, dengan stabilitas lebih dari 4.000 siklus.
Rekat Lebih Baik, Tahan Permukaan Sulit
Keunggulan lain datang dari cara elektroda menempel pada permukaan dielektrik. Saat elektroda terbentuk langsung di atas permukaan lewat transisi fase, daya rekatnya lebih baik dibanding elektroda yang dipindahkan dari tempat lain.
Pada pengujian tertentu, metode langsung itu menghasilkan areal strain 41% pada 36 MV/m. Sementara versi transfer hanya mencapai 9,6% pada kondisi yang sama.
Saat permukaan terkontaminasi, material fase-transisi masih bisa mengalir ke area yang lebih bersih lalu tetap bekerja. Dalam pengujian tersebut, sistem ini mencapai 21% areal strain, sedangkan versi transfer hanya 5,9%.
Rusak Tidak Berarti Berakhir
Salah satu poin 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 itu, aktuator bisa kembali berfungsi seperti semula. Saat terjadi dielectric breakdown, yaitu kegagalan umum akibat tegangan terlalu tinggi, peneliti juga menunjukkan elektroda dapat dikonfigurasi ulang secara magnetis untuk melewati area yang rusak.
Pendekatan serupa turut berhasil pada kerusakan fisik lain seperti tusukan atau goresan. Bagi robot lunak, kemampuan ini penting karena banyak perangkat sejenis biasanya berhenti dipakai begitu lapisan fungsionalnya terganggu.
Material Bisa Diambil dan Digunakan Lagi
Riset ini juga menampilkan sisi keberlanjutan material. Elektroda dapat diambil kembali saat berada dalam fase cair, disimpan, lalu disuntikkan ke perangkat baru atau perangkat yang sudah 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. Alih-alih membuang perangkat setelah rusak atau lelah, komponen pentingnya masih bisa diprogram ulang dan digunakan kembali.
Arah Pengembangan di Luar Artificial Muscle
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.
Namun, 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 dibutuhkan sebelum teknologi ini bisa dipakai pada struktur yang lebih kompleks, seperti susunan multilapis dan array berpola piksel. Meski begitu, studi di Science Advances ini menunjukkan artificial muscle bergerak ke arah sistem yang lebih adaptif, dapat dipulihkan, dan lebih masuk akal untuk digunakan berulang kali.