Para peneliti di Universitas Pennsylvania dan Universitas Michigan telah mencapai tonggak penting dalam bidang robotika: menciptakan robot yang sepenuhnya otonom dan bertenaga surya dengan biaya produksi hanya satu sen. Mesin-mesin ini, yang lebih kecil dari sebutir garam, mengatasi tantangan robot mikro yang telah berlangsung selama puluhan tahun dengan memanfaatkan tenaga penggerak listrik dan desain sirkuit baru. Perkembangan ini membuka pintu bagi kemajuan dalam nanoteknologi, penelitian medis, dan seterusnya.
Tantangan Mikro-Robotika Selama Puluhan Tahun
Selama 40 tahun, bidang robotika telah berjuang dalam membangun robot independen pada skala sub-milimeter. Masalahnya bukan hanya pada miniaturisasi; itu fisika. Saat benda menyusut, inersia menjadi kurang dominan sementara efek luas permukaan seperti viskositas dan gaya hambat mengambil alih. Ini berarti bahwa desain lokomotif tradisional, seperti kaki atau lengan, menjadi tidak praktis pada tingkat mikro—bergerak melalui cairan pada skala ini sama dengan mendorong melalui ter. Solusi tim ini sama sekali tidak memerlukan anggota tubuh mekanis dan hanya mengandalkan medan listrik untuk menggerakkan robot.
Cara Kerjanya: Listrik, Ion, dan Air
Setiap robot, berukuran sekitar 200 x 300 x 50 mikrometer, mengubah energi dari panel surya kecil menjadi medan listrik ketika direndam dalam suatu larutan. Medan ini mendorong ion-ion di dekatnya, yang kemudian menggantikan molekul air di sekitarnya, sehingga menciptakan gerakan. Robot tidak terbatas pada gerakan maju atau mundur yang sederhana; dengan menyesuaikan medan listrik, mereka dapat bergerak secara individu atau dalam pola terkoordinasi, meniru perilaku sekumpulan ikan. Para peneliti menjelaskannya sebagai robot yang di sungai yang bergerak dan juga menyebabkan sungai bergerak.
Mengatasi Kendala Daya: Desain Sirkuit Radikal
Miniaturisasi menghadirkan rintangan lain: terbatasnya ruang untuk sumber daya, memori, dan sirkuit. Robot-robot tersebut beroperasi hanya dengan daya 75 nanowatt—100.000 kali lebih hemat dibandingkan konsumsi jam tangan pintar. Untuk mengatasi hal ini, para insinyur di Universitas Michigan mengembangkan desain sirkuit baru yang beroperasi pada tegangan rendah, sehingga mengurangi kebutuhan daya robot hingga lebih dari 1.000 kali lipat. Panel surya menempati sebagian besar permukaan robot, sehingga tim harus secara radikal menyingkat instruksi pemrograman.
Komunikasi Melalui Gerakan: “Wiggle Dance”
Robot mikro tersebut dilengkapi sensor yang mampu mendeteksi suhu dengan akurasi tinggi (dalam sepertiga derajat Celcius). Untuk melaporkan temuannya, mereka menggunakan metode komunikasi unik yang terinspirasi oleh lebah madu. Mereka mengkodekan data ke dalam “tarian goyangan”—pola gerakan tertentu yang dapat diuraikan oleh peneliti menggunakan mikroskop dan kamera. Hal ini memungkinkan robot mengirimkan informasi tanpa memerlukan sistem nirkabel yang rumit.
Implikasi di Masa Depan
Robot yang ada saat ini sudah dapat merasakan perubahan suhu, sehingga berpotensi berguna untuk melacak aktivitas seluler dan menilai kesehatan sel. Namun fondasinya kini telah diletakkan untuk kemampuan yang lebih maju. Dengan penyempurnaan lebih lanjut, robot mikro ini dapat menggabungkan sensor tambahan dan menavigasi lingkungan yang semakin kompleks, membuka kemungkinan dalam pengiriman obat yang ditargetkan, pemantauan lingkungan, atau bahkan manufaktur yang presisi.
“Kami telah menunjukkan bahwa Anda dapat menempatkan otak, sensor, dan motor ke dalam sesuatu yang terlalu kecil untuk dilihat, dan menjadikannya dapat bertahan dan bekerja selama berbulan-bulan,” kata Marc Miskin, pimpinan insinyur di University of Pennsylvania. Terobosan ini tidak hanya memecahkan masalah robotika yang sudah lama ada, namun juga membuka kemungkinan era baru bagi mesin otonom ultra-kecil.
