Robot Seukuran Garam yang Dapat Berpikir dan Bergerak Sendiri

BAYANGKAN sebuah robot yang lebih kecil dari sebutir garam nyaris tak terlihat oleh mata telanjang namun mampu merasakan lingkungan, mengambil keputusan, dan bergerak sepenuhnya sendiri. Tanpa kabel, tanpa magnet, bahkan tanpa bagian yang bergerak.

Inilah terobosan terbaru para peneliti dari Universitas Pennsylvania dan Universitas Michigan: robot otonom mikroskopis pertama yang benar-benar dapat diprogram dan bekerja mandiri pada skala ekstrem kecil.

Robot-robot itu berenang di dalam cairan, merespons perubahan suhu, mengikuti jalur tertentu, bahkan bekerja sama dalam kelompok semuanya ditenagai hanya oleh cahaya. Temuan ini membuka bab baru dalam dunia robotika mikro, dengan potensi besar untuk bidang medis, manufaktur presisi, hingga pemantauan sel hidup.

Setiap robot berukuran sekitar 200 × 300 × 50 mikrometer lebih kecil dari sebutir garam dan sebanding dengan ukuran banyak mikroorganisme hidup. Meski demikian, di dalam tubuh mikroskopis itu tertanam sebuah komputer mini lengkap dengan prosesor, memori, dan sensor.

Robot-robot ini dapat beroperasi selama berbulan-bulan, berenang di dalam cairan, dan diproduksi dengan biaya sekitar satu sen per unit. Para peneliti membayangkan, suatu hari nanti robot ini dapat membantu dokter memantau sel individual di dalam tubuh atau membantu insinyur merakit komponen superkecil dalam industri manufaktur canggih.

“Ini adalah skala yang sepenuhnya baru bagi robot yang dapat diprogram,” ujar Marc Miskin, Asisten Profesor Teknik Elektro dan Sistem di Penn Engineering, sekaligus penulis senior riset ini. “Kami telah membuat robot otonom yang 10.000 kali lebih kecil dari sebelumnya,” tambahnya dikutip dari Science Daily.

Mengapa Robot Kecil Sulit Dibuat?

Selama puluhan tahun, dunia elektronik terus mengecil. Namun robotika tertinggal jauh. Alasannya fisika berubah drastis di dunia mikroskopis.

Pada ukuran sehari-hari, gerakan didominasi oleh gravitasi dan inersia. Namun pada skala mikro, gaya permukaan seperti hambatan dan viskositas justru mendominasi. Air yang bagi manusia terasa ringan, bagi objek mikroskopis terasa seperti tar kental. “Jika Anda cukup kecil, mendorong air seperti mendorong melalui lem,” kata Miskin.

Karena itu, desain robot konvensional dengan kaki atau lengan tidak lagi bekerja. Komponen kecil mudah patah dan hampir mustahil diproduksi secara massal. Selama 40 tahun, tantangan ini membuat robot otonom sub-milimeter menjadi impian yang belum terwujud.

Berenang Tanpa Sirip

Alih-alih melawan hukum fisika mikro, para peneliti memilih berdamai dengannya. Robot-robot ini tidak berenang dengan mengayuh atau melenturkan tubuh. Mereka menciptakan medan listrik kecil yang mendorong ion bermuatan di dalam cairan. Pergerakan ion tersebut menyeret molekul air di sekitarnya, menciptakan arus mikro yang menggerakkan robot.

“Seolah-olah robot berada di sungai yang mengalir,” jelas Miskin, “tetapi robot itu sendiri yang menciptakan sungainya,” imbuh Miskin.

Dengan mengatur medan listrik ini, robot dapat berbelok, mengikuti jalur rumit, hingga bergerak berkelompok menyerupai kawanan ikan. Kecepatannya mencapai satu panjang tubuh per detik cukup cepat untuk ukuran mikroskopis.

Karena tidak memiliki bagian yang bergerak, robot ini juga sangat tahan lama. Mereka dapat dipindahkan berulang kali dengan mikropipet tanpa rusak dan terus beroperasi selama berbulan-bulan berkat pasokan energi dari cahaya LED.

Otak Mini di Tubuh ­Mikroskopis

Namun bergerak saja tidak cukup. Robot otonom sejati harus bisa merasakan, berpikir, dan mengambil keputusan semua dalam ruang yang nyaris tak ada. Tantangan ini dipecahkan oleh tim dari Universitas Michigan yang dipimpin David Blaauw, pencipta komputer terkecil di dunia.

Pertemuan Blaauw dan Miskin di sebuah presentasi DARPA lima tahun lalu menjadi titik awal kolaborasi yang akhirnya melahirkan robot ini. “Tantangan terbesarnya adalah daya,” kata Blaauw.

Panel surya mikro di robot hanya menghasilkan sekitar 75 nanowatt lebih dari 100.000 kali lebih kecil dari konsumsi daya jam tangan pintar. Solusinya adalah merancang sirkuit super-efisien yang bekerja pada tegangan sangat rendah, memangkas konsumsi energi hingga lebih dari 1.000 kali.

Ruang yang terbatas juga memaksa para peneliti “memeras” perangkat lunak. Instruksi yang biasanya membutuhkan banyak baris kode diringkas menjadi satu instruksi khusus agar muat dalam memori mikroskopis robot.

Hasilnya adalah robot sub-milimeter pertama yang mampu membuat keputusan nyata secara mandiri. Robot ini dilengkapi sensor suhu yang mampu mendeteksi perubahan sekecil sepertiga derajat Celsius—cukup sensitif untuk mengindikasikan aktivitas seluler.

Untuk “berbicara,” robot tidak mengirim sinyal radio. Sebaliknya, mereka menari. “Kami mengodekan data seperti suhu ke dalam gerakan-gerakan kecil robot,” ujar Blaauw.

Cahaya yang sama yang memberi daya juga digunakan untuk memprogram robot. Setiap unit memiliki alamat unik, sehingga dapat diberi peran berbeda dalam satu tugas kolektif.

Awal dari Dunia Mesin Mikroskopis

Para peneliti menegaskan bahwa ini baru permulaan. Versi berikutnya bisa bergerak lebih cepat, membawa sensor tambahan, menjalankan program lebih kompleks, atau bekerja di lingkungan ekstrem.

“Ini benar-benar bab pertama,” kata Miskin. “Kami telah membuktikan bahwa Anda bisa memasukkan otak, sensor, dan motor ke dalam sesuatu yang hampir tak terlihat—dan membuatnya bertahan serta bekerja selama berbulan-bulan,” tambahnya.

Jika fondasi ini terus dikembangkan, masa depan robotika mungkin tak lagi soal mesin besar di pabrik, melainkan pasukan robot mikroskopis yang bekerja diam-diam di dalam tubuh manusia, laboratorium, dan sistem teknologi paling canggih di dunia. hay