Bola karet kecil digunakan untuk membuat cairan yang dapat diprogram

Membangun robot yang dapat mengambil benda halus seperti telur atau buah beri tanpa menghancurkannya memerlukan banyak algoritma kontrol yang memproses umpan dari sistem penglihatan canggih atau sensor yang meniru indera peraba manusia. Cara lainnya adalah dengan mendalami dunia soft robotics, yang biasanya berarti robot dengan kekuatan dan daya tahan terbatas.

Kini, tim peneliti di Universitas Harvard telah menerbitkan penelitian di mana mereka menggunakan kopling hidrolik sederhana tanpa sensor dan tanpa sistem kendali sama sekali. Yang mereka butuhkan hanyalah minyak silikon dan banyak bola karet kecil. Dalam prosesnya, mereka mengembangkan meta-fluida dengan respons yang dapat diprogram terhadap tekanan.

Bola karet untuk berenang

“Saya meraih gelar PhD di Perancis tentang bagaimana cangkang berbentuk bola bisa berenang. Untuk membuatnya bisa berenang, kami akan membuatnya bergerak seperti itu [inverted] “Ubur-ubur,” kata Adel Jalouli, peneliti di kelompok Bertoldi di Universitas Harvard dan penulis utama studi tersebut. “Saya berkata kepada manajer saya: Bagaimana jika saya memasukkan bola ini ke dalam jarum suntik dan meningkatkan tekanannya?” Dia mengatakan itu bukanlah ide yang menarik dan tidak akan menghasilkan apa-apa, seperti klaim Jalouli. Namun beberapa tahun kemudian, setelah beberapa kali penolakan, Jalouli bertemu dengan Benjamin Goresen, seorang profesor teknik mesin di Universitas Leuven di Belgia, yang memiliki minat yang sama. “Saya bisa menjalankan eksperimen, dia bisa menjalankan simulasi, jadi kami pikir kami bisa mengusulkan sesuatu bersama-sama,” kata Jalouli. Maka, bola karet Jelloly akhirnya masuk ke dalam spuit. Hasilnya benar-benar tidak terduga.

Bola tersebut memiliki radius 10 mm, dan dinding karet silikon setebal 2 mm mengelilingi kantong udara. Itu ditempatkan dalam mangkuk dengan 300 ml air. Ketika tekanan di dalam wadah mulai meningkat, bola dengan kecepatan 120 kPa mulai melengkung. Ketika fluida mulai melengkung, tekanannya tetap relatif konstan untuk sementara waktu, meskipun volume yang ditempati oleh fluida terus berkurang. Cairan yang mengandung bola tidak lagi berperilaku seperti air, melainkan memiliki kurva tekanan/volume yang tidak berubah-ubah. “Metafluida—cairan dengan sifat merdu yang tidak ada di alam—telah diteorikan oleh… Federico Capasso dan rekannyaSiapa yang ingin mendapatkan cairan dengan indeks bias negatif. Mereka memulai dengan optik pada saat itu, tetapi melihat perilaku air dengan bola karet ini, kami tahu bahwa yang kami miliki adalah cairan metafluida.

Pencampuran cairan yang dapat diprogram

Memasukkan satu bola karet ke dalam air hanyalah sebuah titik awal. “Saya selalu mempunyai gagasan ini di benak saya: Apa yang akan terjadi jika saya memasukkannya terlalu banyak?” Jalouli memberitahu Ars. Maka, timnya mulai bereksperimen dengan berbagai ukuran dan jumlah bola di dalam medium dan menggunakan media berbeda seperti minyak silikon. “Anda dapat mengatur tekanan aktivasi bola dengan mengubah jari-jarinya dan ketebalan dindingnya. Saat Anda membuat bola lebih tebal, Anda memerlukan lebih banyak energi untuk membuatnya berputar, sehingga tekanan aktivasi akan lebih tinggi,” jelas Jalouli.

Ada parameter lain yang dapat diubah untuk memprogram properti yang diinginkan dalam metafluid. Ini mencakup fraksi volume – yang pada dasarnya adalah jumlah total volume cairan yang diserap bola – dan struktur bola, di mana perilaku cairan berbeda ketika Anda memasukkan bola dengan ukuran dan ketebalan berbeda ke dalamnya. Anda juga dapat menyesuaikannya dengan menggunakan campuran domain dengan properti berbeda. “Jika variasi ukuran dan ketebalan bola terlalu sempit, Anda akan mendapatkan tekanan yang sangat datar saat Anda mengaktifkannya. Jika Anda memiliki distribusi yang lebih luas, transisi dari semua gesper ke semua gesper akan lebih mulus,” katanya Jalouli. Hal ini juga memungkinkan beberapa dataran tinggi dicapai pada tekanan berbeda dalam satu fluida: “Dengan cara ini Anda dapat menyempurnakan kurva tekanan/volume,” tambah Jalouli.

Dengan menyesuaikan kurva tersebut, timnya mampu membangun kopling hidrolik cerdas yang beroperasi tanpa memerlukan sensor atau sistem kontrol.