Seekor singa laut berenang melawan arus, ekornya bergerak seperti pendulum dalam gerakan lambat. Tetapi ikan ini tidak seperti ikan berdarah dingin. Ini adalah robot, dan alih-alih darah mengalir melalui nadinya, ia mengedarkan cairan padat energi untuk memberi daya baterai dan mendorong siripnya. Robot, yang dijelaskan hari ini di jurnal Nature, mungkin menjadi langkah pertama dalam mengatasi dua rintangan utama dalam robotika — kekuatan dan kontrol — dengan satu solusi. Dan berkat cairan enerjik yang memompa melalui sistem pseudo-vaskularnya, robot ini mungkin sedikit lebih seperti kita.
Robot biasanya tidak bekerja dengan cara yang sama seperti makhluk hidup. Alih-alih jaringan rumit bagian multifungsi, robot cenderung dibuat dari komponen terisolasi yang masing-masing melayani satu tujuan, jelas insinyur mesin Robert Shepherd dari Cornell University, peneliti utama studi baru ini. Misalnya, mereka mungkin memiliki satu sistem untuk mengatasi daya dan yang lain untuk mengontrol gerakan, yang tidak selalu efisien. Sebaliknya, sistem peredaran darah manusia bersifat multifungsi: Memompa darah ke seluruh tubuh kita dan dengan demikian, itu juga membantu mengatur suhu tubuh kita dan mengangkut sel untuk melawan infeksi.
Ada beberapa contoh sistem peredaran darah di alam yang bahkan lebih efisien daripada milik kita. Sebenarnya, inspirasi awal Shepherd untuk ikan robo-lion sebenarnya bukan perenang yang baik. Sebaliknya, ia terpesona oleh godwit ekor bar terbang tinggi, burung migrasi yang ia sebut "atlet super." Seorang godwit dapat terbang selama seminggu tanpa berhenti, tetapi pertama kali menggandakan beratnya dalam lemak untuk persiapan penerbangan.
“Itu benar-benar macet dengan saya bahwa Anda dapat menambahkan energi ke hewan dengan cara multifungsi — baik isolasi termal dan menyimpan energi, dan kemudian mendistribusikannya dengan cara yang efisien, ” kata Shepherd. "Jika Anda membandingkannya dengan baterai kami [dalam robot], mereka sering tidak melakukan fungsi apa pun selain memberikan energi dan menambah bobot."
Dengan mengingat hal ini, Shepherd bertanya-tanya apakah ada cara untuk membuat baterai dalam robot berhasil mengatur daya dan kontrol. Banyak robot sudah memompa cairan hidrolik, seperti air, melalui sistem mereka untuk menerapkan kekuatan yang menggerakkan beberapa bagian mereka. Jika mereka bisa mengganti fluida hidrolik yang khas dengan yang menyimpan energi, dia pikir fluida itu bisa melakukan lebih dari sekadar memfasilitasi gerak mekanis. Menggunakan hidrolik multifungsi juga bisa menghemat energi dalam jangka panjang, karena robot tradisional dengan baterai padat sering membutuhkan paket baterai tambahan untuk operasi jangka panjang, yang menambah bobot ekstra dan mengurangi kinerja.
Shepherd dan timnya, yang telah mengajukan permohonan paten pada desain mereka, menggunakan apa yang disebut baterai aliran redoks seng iodida, yang memiliki larutan elektrolit cair di dalamnya yang bertindak sebagai cadangan energi. Cairan yang kaya energi berkontribusi terhadap reaksi kimia yang mengisi baterai, sementara juga berfungsi sebagai cairan hidrolik yang bersirkulasi melalui lionfish dan menggerakkan siripnya. Untuk memungkinkan gerakan, sirip terbuat dari elektroda yang fleksibel dan kulit silikon yang lembut. Memompa cairan hidrolik ke satu sisi sirip ekor mengembang kulit dan menyebabkan sirip menekuk di sekitar bagian tengah yang kaku menuju sisi lain. Membalikkan arah fluida menekuk sirip dengan cara lain, memungkinkan ikan untuk berenang ketika cairan berosilasi. Sirip dada juga ditenagai oleh cairan, dan dapat mengembara ke luar, meniru gerakan sirip yang digunakan singa laut untuk berkomunikasi.
Menempatkan lionfish di tangki air asin, tim mengamati robot berhasil berenang melawan arus. Dalam percobaan, mereka membiarkan robot berenang hingga dua jam, tetapi menghitung bahwa secara teoritis bisa beroperasi selama 36 jam. Mereka juga memperkirakan bahwa kinerja energi robot adalah sekitar tiga hingga empat kali lebih baik daripada desain tradisional menggunakan cairan hidrolik normal seperti air.
Shepherd menjelaskan bahwa penggunaan multifungsi baterai padat bukanlah hal baru. Misalnya, baterai dalam forklift bertindak sebagai sumber energi, sementara juga memberikan bobot untuk menstabilkan alat berat selama pengangkatan berat. Namun beragam penggunaan baterai cair belum dieksplorasi sampai sekarang. “Sekarang, idenya ada di luar sana, ” kata Shepherd, “Kami berharap bahwa ketika orang menggunakan hidrolika mereka dapat bertanya, 'Bisakah saya mengganti cairan hidrolik dengan cairan elektrolitik — apakah masuk akal dengan biaya energi versus berat untuk cairan yang lebih padat di sistem saya? '”
"Gagasan menggunakan cairan sebagai baterai benar-benar hebat, " kata Robert Katzschmann dari ETH Zurich, seorang ahli robot yang telah bekerja pada ikan robot lainnya, tetapi tidak terlibat dalam penelitian ini. Namun, Katzschmann mempertahankan kekhawatiran tentang efisiensi baterai, dan menekankan bahwa konsep tersebut mungkin lebih baik ditampilkan di luar air, di mana menghindari bobot ekstra dari paket baterai padat menjadi penting tanpa bantuan daya apung.
"Secara teori itu bagus, karena Anda bisa membuat robot yang tidak di bawah air, " kata Katzschmann. “Jika kamu ingin membuat robot berjalan, itu sedikit lebih sulit. Dan tidak ada yang menunjukkan robot sepenuhnya lunak yang dapat terbang, jadi masuk akal untuk menunjukkannya di bawah air sebagai sebuah ide, tetapi masih ada banyak pekerjaan yang harus mereka lakukan. ”
Shepherd optimis tentang peningkatan baterai. Dia menekankan bahwa kimiawi baterai mereka aman untuk ditangani tetapi "tidak sepadat energi."
"Tantangannya adalah meningkatkan kepadatan energi sambil tetap aman, " katanya. "Kami tahu ke mana ia bisa pergi, tetapi kami harus pergi ke sana lebih hati-hati." Dan seperti Katzschmann, ia membayangkan pekerjaan ini berkontribusi pada robot masa depan di darat, yang mungkin dapat digunakan dalam misi pencarian dan penyelamatan. "Kami telah membuat sistem yang dapat diregangkan, sehingga bentuk yang saat ini Anda terbatas dapat berubah, " tambah Shepherd. "Tentu saja, masa depan adalah sistem hibrida, setidaknya untuk sistem terestrial ... di mana bagian lunak digunakan untuk merasakan dan menindih aktuator elektromekanis dan fluida."
Sementara ada banyak kemajuan yang harus dilakukan dalam bidang robotika lunak, Shepherd's Lionfish menunjukkan bahwa, sejauh ini setidaknya, segala sesuatunya bergerak bersama dengan berenang.
