Robot modern sudah mampu melihat dan bergerak dengan presisi tinggi, tetapi kemampuan merasakan sentuhan masih tertinggal jauh dibanding manusia. Kesenjangan inilah yang selama ini menghambat perkembangan lengan robot, prostetik, hingga sistem bedah robotik yang membutuhkan respons halus saat memegang benda rapuh atau bergerak di permukaan yang tidak rata.
Tim peneliti dari Penn State University menawarkan solusi melalui sensor tekanan berukuran sangat kecil yang disebut lebih unggul dari desain konvensional dalam hampir semua aspek. Sensor ini hanya berukuran 8 milimeter, sekitar sebesar penjepit kertas, namun tetap mampu menahan beban sekitar 3 ons dan bertahan lebih dari 20.000 siklus penggunaan tanpa penurunan performa yang berarti.
Sensor kecil dengan kemampuan besar
Teknologi ini memakai reduced graphene oxide aerogel atau rGOA, material ringan yang kaya oksigen dan dibentuk dengan teknik freeze casting. Proses tersebut membuat struktur material memiliki sifat anisotropis, artinya lebih kuat pada arah tertentu, sehingga sensor bisa tetap sensitif, stabil, dan mampu membaca rentang tekanan yang luas.
Dalam dunia sensor tekanan, tiga hal sering sulit dicapai sekaligus, yaitu sangat peka, tahan lama, dan tetap stabil saat dipakai berulang kali. Penelitian ini menonjol karena berhasil menggabungkan ketiganya dalam satu perangkat mini yang tetap fleksibel untuk dipasang pada permukaan lengkung maupun area yang tidak rata.
Sensor ini disusun dari lapisan rGOA yang ditempatkan di antara film berbasis plastik dengan elektroda tinta perak dan lapisan silikon tipis. Struktur berlapis tersebut menjaga kontak listrik tetap konsisten, memperkuat sensor, dan memberi kelenturan agar perangkat dapat dipakai pada berbagai bentuk permukaan.
Lebih cepat membaca tekanan
Hasil pengujian menunjukkan sensor ini hampir dua kali lebih sensitif dibanding sensor tradisional. Sensor juga bereaksi terhadap perubahan tekanan dalam sedikit lebih dari 100 milidetik, lalu kembali ke kondisi awal dalam 40 milidetik, sehingga satu siklus pengukuran selesai dalam waktu di bawah 150 milidetik.
Sebagai perbandingan, sensor standar bisa memerlukan lebih dari 250 milidetik untuk menjalankan proses serupa. Selisih waktu itu penting dalam aplikasi seperti genggaman robot, karena jeda kecil dapat memengaruhi kemampuan robot dalam mempertahankan objek dengan aman dan presisi.
- Ukuran sensor: 8 milimeter, setara penjepit kertas.
- Daya tahan: lebih dari 20.000 siklus tanpa kehilangan performa.
- Sensitivitas: hampir dua kali lebih tinggi dari sensor tradisional.
- Kecepatan respons: sedikit di atas 100 milidetik.
- Waktu reset: 40 milidetik.
Dari sentuhan halus ke sistem array
Nilai tambah terbesar muncul saat sensor ini digabungkan dalam bentuk array. Dengan bantuan mikrokontroler, sistem dapat mengumpulkan data tekanan secara langsung dan menampilkan lokasi serta besar tekanan pada permukaan yang dipantau.
Dalam uji coba, sistem mampu mengenali bentuk benda, membedakan makanan berdasarkan bobot dan tekstur, melacak gerakan tangan secara nirkabel, dan memantau tekanan genggaman agar benda rapuh tidak rusak. Kemampuan seperti ini relevan untuk robot industri, alat bantu medis, hingga prostetik yang harus meniru fungsi peraba manusia lebih dekat.
Benda rapuh seperti tahu, kapas, dan steamed buns dapat dipegang dengan lebih aman karena sistem bisa memberi umpan balik tekanan secara real time. Pendekatan ini memperlihatkan bagaimana sensor kecil dapat meningkatkan kecerdasan fisik robot tanpa perlu perangkat besar atau rumit.
Peluang untuk kendaraan listrik
Peneliti juga melihat peluang penggunaan lain di sektor kendaraan listrik, terutama untuk mendeteksi pembengkakan awal pada baterai lithium-ion. Saat tekanan meningkat di dalam baterai, risikonya bisa berkembang menjadi kerusakan, panas berlebih, atau bahkan kebakaran.
Karena sensor ini mampu membaca perubahan tekanan kecil pada permukaan kompleks, teknologi tersebut dinilai cocok untuk memantau kesehatan baterai sebelum masalah berubah menjadi bahaya. Di industri EV, deteksi dini semacam ini penting karena keamanan baterai menjadi salah satu faktor paling sensitif bagi produsen dan konsumen.
Arah pengembangan berikutnya
Tim riset telah mengajukan provisional patent dan masih mengembangkan teknologi ini untuk penggunaan komersial. Mereka ingin mengecilkan sensor agar lebih ringan untuk implan atau perangkat wearable, menambahkan kemampuan mengukur suhu dan strain, serta membangun array yang dapat merasakan sentuhan sangat ringan di satu area dan tekanan berat di area lain.
Penelitian yang dipublikasikan di Nano-Micro Letters ini menunjukkan bahwa sensor berukuran kecil bisa punya dampak besar pada robotika, medis, dan kendaraan listrik. Jika pengembangan berlanjut, teknologi seperti ini berpotensi membuat robot lebih peka saat memegang objek, sekaligus membantu sistem keamanan baterai bekerja lebih dini dan lebih akurat.
-
-
-
-
