Steven Ashley, staff writer dan editor majalah Scientific American edisi Oktober 2003, melihat pentingnya, mungkin sengaja mengambil sebuah isu yang berkembang di bidang ilmu bahan (material science) yaitu mengenai otot-otot buatan (artificial muscles) pada edisinya kali ini. Otot otot buatan ini dihasilkan dari sebuah bahan polimer. Adapun bahan polimer yang dimaksud adalah polimer elektro-aktif (electroactive polymers, EAPs), yaitu polimer yang bila distimulasi oleh medan listrik akan memberi sebuah respon berupa perubahan bentuk (shape changes). Fenomena semacam ini biasa disebut efek elektro-mekanik. Karena bahan-bahan ini mempunyai kemampuan untuk mengontrol dan memberikan respon secara aktif selayaknya otot manusia, kemudian para ilmuan menyebutnya sebagai bahan aktif (active materials) atau bahan cerdas (smart materials). Efek elektro-mekanik (shape chages) yang dihasilkan oleh EAPs tersebut, kemudian bisa dimanfaatkan oleh para enginer untuk merakit divais actuators, motors, sensors dan generators. Walaupun bisa dibilang masih belum sampai pada tahap yang baku, namun para ilmuan yang bergelut dibidang EAPs merasa optimis dan bahkan berani memprediksi bahwa dalam beberapa tahun mendatang otot-otot buatan dengan bahan dasar EAPs bisa dikomersialkan ke masyarakat umum.
Adalah Eamex Corporation, sebuah perusahaan riset yang berlokasi di Osaka Jepang, telah berhasil membuat sebuah mainan robot ikan yang bisa berenang di sebuah akuarium selayaknya seekor ikan hidup bergerak. Robot ikan yang dibuat dari bahan plastik transparan tersebut, sama sekali tidak membutuhkan pemicu gerak mekanik seperti motor, gears atau battery untuk menggerakan tubuhnya. Gerakan robot ikan ini berasal dari gerakan lentur lembaran EAP yang diselipkan pada bagian tubuh dan ekor ikan, Sinyal listrik yang berasal dari koil induksi yang berada diluar akuarium memicu lembaran EAP untuk mengembang dan menyusut secara bergantian yang mengakibatkan ekor bergerak sehingga robot ikan dapat bergerak maju. Robot ikan hasil buatan Eamex ini bisa dibeli seharga US$100 yang merupakan produk komersial otot buatan dari bahan EAPs pertama di dunia. Lihat gambar video dibawah ini. Informasi tentang Eamex lebih detail bisa juga dilihat di website mereka http://www.eamex.co.jp/.
Dr. Yoseph Bar-Cohen, peneliti senior dan group leader di Jet Propulsion Laboratory (JPL) di Nondectructive Evaluation and Advance Actuators (NDEAA) California, mengusulkan sistem pembangkit EAP (EAP-driven system) yang mana menurut dia nantinya dapat membantu pengembangan teknologi actuator EAP. Bar-Cohen dengan beberapa koleganya mencoba membangun sebuah komunitas riset EAPs guna lebih meningkatkan kinerja dalam pengembangan teknologi EAPs
Keinginan untuk menjalin kerjasama internasional antara ilmuan, enginer, perusahaan dan para sponsor EAPs, diwujudkan pertama kali pada konferensi SPIE (Society of Photo-optical Instrumentation Engineers) pada bulan Maret 1999 di California yang sekaligus adalah 6th Smart Structures and Material Symposium. Kemudian dilanjutkan dalam tahun yang sama pada konferensi MRS (Materials Research Society). Dalam konferensi tersebut komunitas EAPs mencapai sebuah kesepakatan untuk mensosialisasikan EAPs ke masyarakat umum, yaitu dengan membuat homepage mengenai penelitian dan pengembangan serta hal-hal yang berkaitan dengan EAP (http://ndeaa.jpl.nasa.gov/nasa-nde/lommnas/eap/EAP-web.htm), dan juga sebuah semi-annual WW-EAP Newsletter (http://ndeaa.jpl.nasa.gov/nasa-nde/lommnas/eap/WW-EAP-Newsletter.html). Ratusan jurnal dan beberapa buah buku yang berkaitan dengan EAPs juga telah diterbitkan.
Selain Dr. Yoseph Bar-Cohen, tercatat juga beberapa nama ilmuan terkenal yang serius menekuni pengembangan otot-otot buatan, seperti Prof. Mohsen Shahinpoor dari Artificial Muscles Research Institute (AMRI) The University of New Mexico dan ilmuan Jepang Prof. Yoshihito Osada dari Division of Biological Sciences, Hokkaido University. Di websitenya (http://me.unm.edu/~shah/), Shahinpoor mempersilah masyarakat umum untuk menyaksikan video clips dari beberapa contoh otot-otot buatan.
Komersialisasi teknologi EAPs sebagai ototo-otot buatan semakin menjanjikan setelah SRI international, sebuah sebuah lembaga riset nirlaba yang berada di Menlo Park California, (http://www.sri.com/index.html), berniat menyisihkan dananya sebesar US$4million-US$6 million untuk membentuk sebuah perusahaan, kemungkinan diberi nama Artificial Muscles Incorporated, yang nantinya difungsikan sebagai basis pengembangan teknologi otot-otot buatan. Saat ini SRI sedang berusaha menjalin kontrak kerjasama dengan pemerintah Amerika dan dengan perusahaan-perushaan mainan, otomotif, electronik, medical product dan footwater industries. SRI berambisi dapat mengembangkan teknologi aktuator terbaru yang menghasilkan devais-divais aktuator dengan harga yang murah dan bermanfaat bagi masyarakat umum. Para ilmuan EAPs berharap, perusahaan ini bisa berdiri sebelum konferensi SPIE Electroactive Polymer Actuators and Devices yang akan dilaksanakan bulan Maret tahun 2004.
Untuk memahami bahan EAPs, bisa dimulai dari memahami sifat dasar polimer dan gel. Sebuah polimer atau gel akan mengalami perubahan volume dan bentuk (shape) bila distimuli oleh beberapa factor lingkungan (environmental factors) seperti komposisi solven, suhu, ionic strength, pH, cahaya, medan listrik dll. Bila dilihat dari sudut pandang aplikasi, masing-masing factor mempunyai nilai positif dan negatif. Suhu misalnya, bila sebuah polimer dipanaskan akan terjadi penyusutan (shrink) volume disebabkan oleh perubahan entropi selama proses pemanasan dan sifat elastik yang dibawa oleh rantai-rantai polimer (polymer chains). Bisa dibayangkan pada sebuah karet (rubber) atau sebuah plastik yang dibakar. Skala waktu selama proses penyusutan ini relatif panjang, bisa mencapai 100 detik atau lebih. Bila polimer dan gel dilarutkan dalam suatu pelarut (solvent), akan terjadi ekpansi volume hingga mencapai suatu titik kesetimbangan (equilibrium swollen state). Ekspansi volume bisa mencapai 10-100 kali tergantung pada jenis polimer dan solven. Bahkan almarhum Dr. Toyoishi Tanaka, ilmuan Jepang yang menetap dan bekerja di MIT Amerika, berhasil mengembangkan smart hydrogels yangmana dapat berekspansi mencapai 1000 kali (atas karyanya tersebut, Tanaka memenangkan Award dari Discover Magazine tahun 1996). Titik saturasi dari ekspansi volume selama proses pelarutan tersebut biasanya dalam orde menit. Namun, bila polimer atau gel distimulasi oleh medan listrik, skala waktu untuk proses kontraksi (shape changes) saat medan swiched “on” bisa mencapai millisecond, yang artinya faktor medan listrik memberikan respon yang lebih cepat bagi polymer. Tetapi shape changes yang dihasilkan oleh polimer selama proses berlangsung relative lebih kecil bila dibandingkan dengan pengaruh suhu. Polimer-polimer yang memiliki sifat perubahan bentuk (kontraksi dan regangan) yang spontan, lentur, aktif dan soft dengan respon yang cepat kemudian dikenal sebagai electroactive polymers (EAPs).
Berdasarkan mekanisme aktifasi, EAPs dapat dibagi dalam dua klasifikasi, yaitu electronic EAPs dan ionic EAPs. Electronic EAPs dibangkitkan oleh medan listrik atau gaya Coulomb, sedangkan ionic EAPs bekerja karena electrochemistry, mobilitas dan difusi dari ion-ion. Contoh dari electronic EAPs adalah polimer feroelektrik, EAPs dielektrik, liquid crystal elastomer (LCE) dll. Sedangkan contoh dari ionic EAPs adalah ionic polymer gels (IPG), ionomoric polymer-metal composites (IPMC), polimer konduktif dan carbon nanotube. Masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan. Misalnya electronic EAPs, material jenis ini dapat dioperasikan pada temperatur kamar (room temperature) dan mempunyai respon yang sangat cepat (orde msec), namun untuk mengoperasikannya dibutuhkan tegangan yang cukup tinggi (~ 150MV/m). Dengan menggunakan ionic EAPs, tegangan yang dibutuhkan bisa diperendah namun respon yang dihasilkan relatif panjang (orde detik). Secara umum, daya maksimum yang dihasilkan oleh EAPs bisa mencapai 150-225 W/kg dengan peak stress level sekitar 150-300KPa. Otot-otot buatan yang akan dikembangkan oleh SRI International termasuk dalam klasifikasi electronic EAPs.
Selain memberikan harapan lahirnya inovasi-inovasi baru pada divais actuator, sensor, motor dan generator, EAPs juga dengan sendirinya memberikan jawaban atas kompleksitas robot masa kini yang nota bene masih mengandalkan motor listrik. Satu manfaat sosial dari otot-otot buatan ini adalah dapat mengantikan bagian-bagian tubuh manusia yang cacat sehingga para penyandang cacat dapat hidup normal bersama masyarakat. Apakah negeri kita yang tercinta juga siap menyambut kedatangan otot-otot buatan?
Artikel terkait :
- Penemuan Sendi Buatan Baru Universitas Tokyo bersama dengan sebuah perusahaan manufaktur sendi buatan, Japan Medical Materials Corporation di Osaka berhasil mengembangkan sebuah sendi buatan...
- Musim Kering Antisipasi Dengan Hujan Buatan Menghadapi musim kering yang diperkirakan puncaknya berlangsung Agustus nanti, pemerintah harus mengantispasinya. Salah satunya adalah dengan membuat hujan buatan di...
- Robot B-CAK karya PENS-ITS Surabaya juarai lomba Robocon 2001 Dalam Kontes Kejuaraan Robot : Robocon 2001 Annual Asian Robotics Championship yang berlangsung di Koriyama, Fukushima – Jepang tanggal 03...
- Dengan Biomimetic, Membuat Produk Terinspirasi Alam Biomimetic, berarti meniru (mimicking) sistem biologi. Ini adalah sebuah cabang ilmu yang mencoba menangkap ide-ide dari makhluk hidup kemudian mengembangkannya...
- Robot dan Budaya Pernah menonton film yang berjudul I, Robot atau film yang sudah agak lama seperti RoboCop? Tentu saja tulisan ini dibuat bukan untuk mempromosikan...
