Terinspirasi oleh cara kerja kulit pada lengan gurita, para peneliti di Virginia Tech di AS telah mengembangkan perekat baru yang dapat diganti dengan cepat yang menempel dengan aman pada objek di bawah air. Materi tersebut dapat digunakan dalam robotika, perawatan kesehatan, dan manufaktur untuk merakit dan memanipulasi benda basah.
Perekat yang bekerja di bawah air sulit dibuat. Ini karena ikatan hidrogen dan van der Waals serta gaya elektrostatik yang memediasi adhesi di lingkungan kering kurang efektif dalam air. Dunia hewan, bagaimanapun, mengandung banyak contoh adhesi yang kuat dalam kondisi lembab: kerang mengeluarkan protein perekat khusus, menciptakan plak lengket untuk menempel pada permukaan basah; katak menyalurkan cairan melalui bantalan kaki terstruktur untuk mengaktifkan gaya kapiler dan hidrodinamik; dan cephalopoda seperti gurita menggunakan pengisap untuk menempel pada permukaan melalui penyedotan.
Ikatan perekat yang kuat
Gripper Cephalopoda sangat pandai memegang benda di bawah air. Gurita, misalnya, memiliki delapan lengan panjang yang ditutupi dengan pengisap yang dapat menangkap benda-benda seperti mangsa. Berbentuk seperti ujung plunger tukang ledeng, pengisap menempel pada suatu benda, dengan cepat menciptakan ikatan perekat yang kuat yang sulit untuk diputuskan. “Adhesi dapat dengan cepat diaktifkan dan dilepaskan,” jelas pemimpin tim studi Michael Bartlett, “dan gurita mengendalikan lebih dari 2000 pengisap di delapan lengan dengan memproses informasi dari beragam sensor kimia dan mekanik.”
Memang, alat penginderaan gurita terdiri dari sistem fotoresepsi yang menggunakan matanya; mekanoreseptor yang mendeteksi aliran cairan, tekanan, dan kontak; dan sensor taktil kemoreseptor. Setiap pengisap dikontrol secara independen untuk mengaktifkan atau melepaskan adhesi – sesuatu yang tidak ada dalam perekat sintetis.
Perekat baru yang terinspirasi oleh gurita Virginia Tech terdiri dari tangkai elastomer silikon yang ditutup dengan membran elastomer yang digerakkan secara pneumatik yang dapat diregangkan untuk mengontrol adhesi. Tangkai dibuat dengan cetakan cetak 3D dan elastomer silikon kemudian dicetak dan disembuhkan. Elemen perekat terhubung ke sumber tekanan yang memasok tekanan positif, netral, dan negatif untuk mengontrol bentuk membran aktif.
“Desain ini memungkinkan kami untuk mengubah adhesi 450 kali dari status aktif ke nonaktif dalam waktu kurang dari 50 mdtk,” kata Bartlett. “Kami mengintegrasikan elemen perekat ini secara erat dengan rangkaian sensor jarak optik mikro-LIDAR yang merasakan seberapa dekat suatu objek.”
Para peneliti kemudian menghubungkan pengisap dan LIDAR melalui mikrokontroler untuk deteksi objek real-time dan kontrol adhesi.
Sarung tangan dengan pengisap dan sensor sintetis
Di bawah air, gurita melingkarkan lengannya di sekitar benda dan dapat menempel pada berbagai permukaan, termasuk batu, cangkang halus, dan teritip kasar menggunakan pengisapnya. Bartlett dan rekannya meniru ini dengan membuat sarung tangan dengan pengisap sintetis dan sensor yang terintegrasi erat. Perangkat ini, dijuluki Octa-glove, dapat mendeteksi benda-benda yang bentuknya berbeda di bawah air. Ini secara otomatis memicu perekat sehingga objek dapat dimanipulasi.
“Dengan menggabungkan bahan perekat yang lembut dan responsif dengan elektronik tertanam, kita dapat menggenggam objek tanpa harus meremasnya,” kata Bartlett. “Itu membuat penanganan benda basah atau bawah air jauh lebih mudah dan lebih alami. Elektronik dapat mengaktifkan dan melepaskan adhesi dengan cepat. Cukup gerakkan tangan Anda ke arah suatu objek, dan sarung tangan akan bekerja untuk menggenggam. Itu semua bisa dilakukan tanpa pengguna menekan satu tombol.”
Kemampuan ini, yang meniru manipulasi, penginderaan, dan kontrol canggih cumi, dapat menemukan aplikasi di bidang robotika lunak untuk mencengkeram bawah air, aplikasi dalam teknologi dan perawatan kesehatan yang dibantu pengguna, dan dalam manufaktur untuk merakit dan memanipulasi benda basah, katanya. Dunia Fisika.
Beberapa mode mencengkeram
Perekat yang terinspirasi gurita dapat menyembuhkan luka
Dalam percobaan mereka, para peneliti menguji beberapa mode mencengkeram. Mereka menggunakan satu sensor untuk memanipulasi benda halus dan ringan dan menemukan bahwa mereka dapat dengan cepat mengambil dan melepaskan benda datar, mainan logam, silinder, sendok, dan bola hidrogel ultrasoft. Dengan mengonfigurasi ulang sensor agar beberapa sensor diaktifkan, mereka dapat mencengkeram objek yang lebih besar seperti piring, kotak, dan mangkuk.
Tim Virginia Tech, melaporkan pekerjaannya di Kemajuan ilmu pengetahuan, mengatakan bahwa masih banyak yang harus dipelajari, baik tentang bagaimana gurita mengontrol adhesi dan memanipulasi objek bawah air. “Jika kita dapat lebih memahami sistem alami, ini akan memungkinkan terciptanya sistem rekayasa yang terinspirasi dari bio yang lebih maju,” kata Bartlett.
