Para insinyur Husker terus mengembangkan teknologi cerdas dan mampu memperbaiki diri sendiri.

Taruhan bola – Tim insinyur dari Universitas Nebraska–Lincoln semakin dekat untuk mengembangkan robotika lunak dan sistem yang dapat dikenakan yang meniru kemampuan kulit manusia dan tumbuhan dalam mendeteksi dan memperbaiki diri sendiri dari cedera.
Insinyur Husker Eric Markvicka, bersama mahasiswa pascasarjana Ethan Krings dan Patrick McManigal, baru-baru ini mempresentasikan makalah di Konferensi Internasional IEEE tentang Robotika dan Otomasi di Atlanta, Georgia, yang mengusulkan pendekatan tingkat sistem untuk teknologi robotika lunak yang dapat mengidentifikasi kerusakan akibat tusukan atau tekanan ekstrem, menentukan lokasinya, dan secara otomatis memulai proses penyembuhan diri.
Makalah tersebut termasuk di antara 39 dari 1.

606 submission yang terpilih sebagai finalis Penghargaan Makalah Terbaik ICRA 2025. Makalah tersebut juga menjadi finalis untuk Penghargaan Makalah Mahasiswa Terbaik dan kategori mekanisme dan desain. Strategi tim ini mungkin membantu mengatasi masalah yang telah lama ada dalam pengembangan sistem robotika lunak yang mengadopsi prinsip desain terinspirasi alam.

“Di komunitas kami, ada dorongan besar “Menuju replikasi sistem kaku tradisional menggunakan bahan lunak, dan pergerakan besar menuju biomimikri,” kata Markvicka, Robert F. dan Myrna L. Krohn Asisten Profesor Teknik Biomedis.

“Meskipun kami telah berhasil menciptakan elektronik dan aktuator yang lentur dan konform, mereka seringkali tidak meniru kemampuan biologi dalam merespons kerusakan dan kemudian memulai perbaikan diri.”
Eric Markvicka | Teknik Mekanik dan Material dan Joel Brehm | Penelitian dan Inovasi Arsitektur berlapis-lapis otot buatan cerdas dan self-healing tim ini. Lapisan atas adalah lapisan aktuator, yang diisi dengan air untuk memulai gerakan otot.

Lapisan tengah adalah elastomer termoplastik kaku yang dapat memperbaiki diri. Lapisan “kulit” bawah mendeteksi kerusakan melalui jaringan yang terbentuk antara jejak pemantauan yang ditampilkan dalam warna abu-abu. Lapisan kulit terdiri dari tetesan logam cair yang tertanam dalam elastomer silikon.

Untuk mengisi celah tersebut, timnya mengembangkan otot buatan cerdas yang dapat memperbaiki diri. Otot buatan yang mampu menyembuhkan diri sendiri dengan arsitektur berlapis-lapis yang memungkinkan sistem untuk mengidentifikasi dan menentukan lokasi kerusakan, lalu mengaktifkan mekanisme penyembuhan diri — semuanya tanpa intervensi eksternal.
“Tubuh manusia dan hewan sungguh menakjubkan.

Kita bisa terluka, memar, dan mengalami cedera serius. Dan dalam kebanyakan kasus, dengan aplikasi perban dan obat-obatan yang sangat terbatas, kita mampu menyembuhkan diri sendiri untuk banyak hal,” kata Markvicka. “Jika kita dapat mereplikasi hal itu dalam sistem sintetis, itu akan benar-benar mengubah bidang ini dan cara kita memikirkan elektronik dan mesin.

”
“Otot” tim — atau aktuator, bagian robot yang mengubah energi menjadi gerakan fisik — terdiri dari tiga lapisan. Lapisan bawah — lapisan deteksi kerusakan — adalah kulit elektronik lunak yang terbuat dari tetesan logam cair yang tertanam dalam elastomer silikon. Kulit tersebut menempel pada lapisan tengah, komponen penyembuhan diri, yang terbuat dari elastomer termoplastik kaku.

Di atasnya adalah lapisan aktuasi, yang. ich memicu gerakan otot saat diberi tekanan air. Untuk memulai proses, tim menginduksi lima arus pemantauan di sepanjang lapisan bawah “kulit” otot, yang terhubung ke mikrokontroler dan sirkuit sensor.

Kerusakan tusukan atau tekanan pada lapisan tersebut memicu pembentukan jaringan listrik antara jalur-jalur tersebut. Sistem mengenali jejak listrik ini sebagai bukti kerusakan dan kemudian meningkatkan arus yang mengalir melalui jaringan listrik yang baru terbentuk.
Hal ini memungkinkan jaringan tersebut berfungsi sebagai pemanas Joule lokal, mengubah energi arus listrik menjadi panas di sekitar area kerusakan.

Setelah beberapa menit, panas tersebut melelehkan dan memproses ulang lapisan termoplastik tengah, yang menutup kerusakan — secara efektif menyembuhkan luka secara mandiri.
Langkah terakhir adalah mengembalikan sistem ke keadaan semula dengan menghapus jejak listrik kerusakan pada lapisan bawah. Untuk melakukannya, tim Markvicka memanfaatkan efek elektromigrasi, suatu proses.

Proses di mana arus listrik menyebabkan atom logam berpindah. Fenomena ini secara tradisional dianggap sebagai hambatan dalam sirkuit logam karena atom yang bergerak menyebabkan deformasi dan celah pada bahan sirkuit, yang mengakibatkan kegagalan dan kerusakan perangkat. Dalam inovasi besar, para peneliti menggunakan elektromigrasi untuk mengatasi masalah yang telah lama mengganggu upaya mereka dalam menciptakan sistem otonom yang dapat memperbaiki diri sendiri: kelihatannya kerusakan yang disebabkan oleh jaringan listrik permanen di lapisan bawah.

Tanpa kemampuan untuk mereset jejak pemantauan dasar, sistem tidak dapat menyelesaikan lebih dari satu siklus kerusakan dan perbaikan. Eric Markvicka | Teknik Mekanik dan Material dan Joel Brehm | Penelitian dan Inovasi Para peneliti menyadari bahwa elektromigrasi — dengan kemampuannya untuk memisahkan ion logam secara fisik dan memicu kegagalan sirkuit terbuka — mungkin menjadi kunci untuk menghapus jejak yang baru terbentuk. Strategi ini berhasil: Dengan meningkatkan arus lebih lanjut, tim dapat memicu elektro Mekanisme migrasi dan kegagalan termal yang mereset jaringan deteksi kerusakan.

“Elektromigrasi umumnya dianggap sebagai hal yang sangat negatif,” kata Markvicka. “Ini salah satu hambatan yang menghambat miniaturisasi elektronik. Kami menggunakannya dengan cara unik dan sangat positif di sini.

Alih-alih mencoba mencegahnya terjadi, untuk pertama kalinya, kami memanfaatkannya untuk menghapus jejak yang dulu kami anggap permanen.”
Teknologi penyembuhan diri secara otonom memiliki potensi untuk merevolusi banyak industri. Di negara-negara pertanian seperti Nebraska, teknologi ini dapat menjadi berkah bagi sistem robotika yang sering bertemu dengan benda tajam seperti ranting, duri, plastik, dan kaca.

Teknologi ini juga dapat merevolusi perangkat pemantauan kesehatan yang dapat dikenakan, yang harus tahan terhadap keausan sehari-hari.
Teknologi ini juga akan memberikan manfaat yang lebih luas bagi masyarakat. Sebagian besar elektronik konsumen memiliki umur pakai hanya satu atau dua tahun, yang berkontribusi pada miliaran pon limbah elektronik setiap tahun.

Limbah ini mengandung bahan beracun. Logam berat seperti timbal dan merkuri, yang mengancam kesehatan manusia dan lingkungan. Teknologi penyembuhan diri dapat membantu menghentikan laju kerusakan.

“Jika kita dapat mulai menciptakan bahan yang mampu mendeteksi secara akurat dan mandiri ketika kerusakan terjadi, lalu mengaktifkan mekanisme penyembuhan diri ini, hal itu benar-benar akan transformatif,” kata Markvicka.
Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation, NASA Nebraska Established Program to Stimulate Competitive Research, dan Nebraska Tobacco Settlement Biomedical Research Development Fund.