Origami dan Kirigami : Pendekatan Unik Membangun Struktur Robot

Origami (Seni Melipat Kertas) dan Kirigami (Seni memotong kertas) merupakan kesenian lama yang populer di Jepang. Ya, di blog ini akan coba dikembangkan membangun struktur robot yang fungsional menggunakan prinsip origami dan kirigami. Prinsip origami dan kirigami juga dapat diterapkan pada bahan bukan kertas. Salah satu keunggulan metode ini adalah dapat membentuk struktur 3D dari bahan 2D.

Bukan hanya struktur mekanik robot tetapi nantinya akan dilengakapi dengan membuat bagian elektronik dan mekatroniknya. Pandangan kedepan tentang potensi dan perangkat yang dapat meningkatkan performa robot juga akan kita sampaikan.

Membangun Struktur Robot dengan Prinsip Origami

Salah satu hal yang membuat robot mahal dan perlu skill khusus adalah karena harga bahan-bahan struktur yang tinggi dan memerlukan penanganan khusus. Meskipun software CAD telah mempermudah dalam mendesain struktur, akan tetapi untuk merealisasikannya harus didukung dengan skill dan peralatan bengkel yang memadai. Mungkin hal itulah yang membuat robot hanya dikuasai oleh para ahli. meningkatnya tuntutan robot dalam berbagai bidang membuat desain dan struktur robot yang harus terus berkembang. Desain-desain baru struktur robot akan terus dikembangkan. Desain-desain tersebut terkadang memerlukan evaluasi dan perbaikan disana-sini. Tentu saja hal tersebut membuat proses membangun struktur mekanik secara konvensional menjadi kurang efektif. Para penghobi ataupun siswa yang dalam tahap belajar akan sulit untuk menjangkaunya.

Seiring dengan perkembangan teknologi printer 3D telah mempermudah kita dalam merealisasikan desain 3D kita menjadi nyata. Sekali lagi kita masih membutuhkan peralatan khusus dan bahan bakunya juga relatif mahal. Selain itu printer 3D membutuhkan waktu berjam-jam untuk menyelesaikan sebuah model.  Dengan berjalannya waktu mungkin printer 3D akan semakin terjangkau dan cepat. Meskipun printer 3D memiliki prospek yang baik tapi jangan melupakan cara-cara lain yang memungkinkan membangun struktur mekanik robot menjadi murah, mudah dan cepat.

Salah satu metode membangun struktur robot yang mudah dan murah adalah dengan menggunakan prinsip origami. Seperti yang kita ketahui, origami adalah seni melipat kertas yang populer di Jepang. Origami memungkinkan membangun obyek 3D dari lembaran kertas 2D. Hal inilah yang menjadi poin penting prinsip ini. Jika origami hanya mengandalkan melipat saja akan tetapi untuk hal ini dapat kita modifikasi dengan menambahkan proses memotong, mengelem, melapisi dll.  Proses ini lebih mirip membuat papercraft tapi dengan tetap mempertahankan prinsip origami. Dengan menggunakan prinsip ini maka proses produksi akan lebih mudah dan murah. Dengan mengembangkan database bentuk-bentuk struktur robot yang ada maka pembuatan akan dapat dilakukan oleh siapa saja.

Robot dari CSAI Lab MIT

Keunggulan Prinsip Origami :

• Mudah dan murah dalam membangun, tidak memerlukan skill khusus dan bahan mudah dijumpai (mudah dibuat)
• Dengan mengembangkan database/library struktur mekanis robot maka siapapun dapat meniru dan membuatnya (mudah di share)
• Desain dapat diskala dengan tetap mempertimbangkan ketebalan bahan (dapat di skala)
• Dapat diproduksi dengan proses yang seragam karena sebagian besar bagian menggunakan bahan yang sama. (proses yang seragam)
• Variasi bentuk yang dapat dibangun sangat banyak sesuai kebutuhan.
• Proses desain dan produksi yang relatif cepat, cocok untuk proses riset dan belajar
• Kemungkinan untuk mendesain robot yang dapat berubah bentuk
• Fleksible dan ringan, cocok untuk desain robot dengan dimensi kecil.

Kekurangan :

• Kurang cocok untuk aplikasi yang memerlukan ketelitian tinggi
• Pengendalian relatif lebih sulit karena sifat kelenturan bahan tinggi
• Efisiensi energi relatif lebih rendah karena terdapat energi yang terserap bahan

Robot dari EECS UC Barkeley

Robot dari Seoul National University yang rodanya dapat berubah

Referensi : Berbagai sumber

APA ITU ROBOT?

DEFINISI ROBOT

Teknologi robotika kian hari kian berkembang dan menarik untuk diikuti. Teknologi ini merupakan sebuah fantasi fiksi ilmiah yang menjadi nyata dan terus disempurnakan. Definisi robot sediri ternyata masih menjadi kontroversi diantara para pakar robot. Kata robot pertama kali muncul pada tahun 1920-an dalam sebuh tulisan yang dikarang oleh warga kebangsaan Austria-Hungaria, sekarang menjadi bagian republik ceko. “Rossum’s Universal Robots” atau “R.U.R” adalah sebuah judul drama yang dikarang oleh Karel Capek yang dimainkan di London dan New York pada tahun 1921. Menurut etimologi robot berasal dari bahasa ceko “robota” yang berarti pekerja atau budak.

Carel Capek

Poster R.U.R

Sedangkan badan standar dunia, ISO 8373 mendefinisikan robot sebagai manipulator multifungsi dengan tiga atau lebih axis yang dapat dikontrol otomatis dan diprogram. The Robot Institute of America mengartikan robot sebagai manipulator multifungsi yang dapat diprogram dan didesain untuk memindahkan material, bagian produk, perkakas atau benda khusus lain dengan jalan berbagai macam pemrograman gerak dari berbagai macam tugas. Definisi lebih inspiratif diberikan oleh Merriam Webster yang menyatakan robot adalah sebuah mesin yang mirip dengan manusia dan dapat melakukan berbagai macam gerakan kompleks dari manusia seperti berjalan, berbicara dll. Selain beberapa definisi diatas, masih banyak lagi beberapa definisi lain tentang robot.

PENGARUH CERITA FIKSI ILMIAH

Cerita fiksi ilmiah memiliki pengaruh yang besar bagi perkembangan teknologi robotika. Disadari atau tidak robot-robot canggih yang saat ini sudah ada maupun dalam tahap perkembangan mengambil inspirasi dari cerita fiksi. Serial Astro boy sebagai contoh telah mengilhami ilmuan Honda untuk mengembangkan robot ASIMO, serial Gundam menginspirasi dibuatnya robot KURATAS, Iron Man yang menginspirasi dikembangkannya eksoskeleton robot, R2D2 atau C3PO dalam film Star Wars, Wall-E dan eve dalam film Wall-E dan masih banyak lagi lainnya.

Robot-robot Fiksi (baris atas) dan nyata (baris bawah)

Sebuah nama yang tak boleh dilupakan dalam dunian fiksi ilmiah dan robotika yaitu Isaac Asimov. Asimov lahir di Rusia dengan kedua orang tua Yahudi yang kemudian pindah ke Amerika Serikat. Asimov yang sejak  kecil menyukai dunia fiksi dan komik merupakan Ph.D. dari Colombia University. Asimov telah banyak mengarang cerita fiksi terkait dengan robot, salah satu yang terkenal adalah I,Robot yang dipublikasikan tahun 1950 (merupakan kumpulan beberapa judul cerita yang pernah ditulis). Pada salah satu judul tulisannya yaitu “Runaround”(1942) itulah pertama kali kata “Robotics”digunakan. Asimov mengenalkan tentang sebuah hukum yaitu yang dikenal dengan “Three Laws of Robotics”. Pada awalnya hanya terdapat tiga hukum saja, akan tetapi pada tahun 1985 dia menambahkan hukum yang ke-nol.

Isaac Asimov dan karyanya “I,robot”

• Zeroth Law: A robot may not injure humanity, or, through inaction, allow humanity to come to harm.
• First Law: A robot may not injure a human being, or, through inaction, allow a human being to come to harm, unless this would violate a higher order law.
• Second Law: A robot must obey the orders given to it by human beings, except where such orders would conflict with a higher order law.
• Third Law: A robot must protect its own existence, as long as such protection does not conflict with a higher order law.

Memang banyak sekali cerita fiksi ilmiah tentang robot yang sangat inspiratif dan menjadi tantangan bagi para pakar untuk mewujudkannya. Seorang ahli robotika pernah mengucapkan “Terlalu banyak para pemimpi, robotika membutuhkan para praktisi”.

ROBOT DALAM PERANNYA

Robot telah masuk ke berbagai disiplin bidang dan menjadi salah satu teknologi yang memiliki prospek baik untuk dikembangkan. Dalam bidang-bidang tersebut robot digunakan untuk menggantikan maupun membantu peran manusia guna meningkatkan efektifitas dan efisiensi. Dull, dirty and dangerous (3D) merupakan bagian pekerjaan yang cocok digantikan oleh robot. Pekerjaan yang membosankan (dull) biasanya merupakan pekerjaan dengan repetitif tinggi seperti merakit produk, memindah barang dll. Jenis pekerjaan ini sangat cocok dikerjakan oleh robot yang baik dalam melakukan pekerjaan repetitif dengan akurasi tinggi. Menyapu lantai, memproses benda-benda kotor juga cocok untuk robot dalam kategori dirty. Yang tak kalah penting adalah menggantikan manusia dalam pekerjaan yang berbahaya. Berikut contoh-contoh robot yang telah ada dalam berbagai bidang:

Robot dalam bidang industri:

Mungkin bidang ini yang pertama kali benar-benar memanfaatkan robot dan kemampuannya untuk meningkatkan produksi industri. Robot industri memiliki sejarah yang sangat panjang sejak perang dunia dua. Robot dalam industri biasanya berupa robot lengan yang digunakan untuk proses pengelasan, pengecatan, perakitan, material handling, pengemasan produk dll. Industri yang banyak memanfaatkan teknologi robot adalah industri otomotif yang berada di negara-negara maju dimana upah buruh sangat mahal.

Robot Industri dari Berbagai Podusen Robot

Pada tahun 1959 Planet Corporation mengembangkan robot komersial pertama yang dikontrol dengan limit switch. Pada tahun berikutnya AMF Corporation mengembangkan robot dengan nama Versatran (versatile transfer) yang dikomersialkan pada tahun 1963. Tahun 1964 di Norwegia sebuah perusahaan kereta sorong menggunakan robot pertama Trallfa. Robot tersebut digunakan untuk mengecat produk mereka. Trallfa menggunakan sistem hidrolik dengan lima atau enam derajat kebebasan dan merupakan robot pertama yang menggunakan revolute coordinate dan sistem gerak continuous path. GM (General Motor) setelah sukses dengan robot Unimates nya mulai menggunakan 26 Unimates untuk merakit bodi mobil Chevrolet Vega dan perusahaan pertama yang memanfaatkan machine vision. Itulah awal-awal digunakannya robot dalam industri. Setelah itu mulai dikembangkan berbagai jenis robot industri seperti PUMA (Programmable Universal Machine for Assembly) dan SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm). Robot line tracer juga dimanfaatkan di industri terutama untuk distribusi dan mengantarkan part-part produk secara otomatis.

 Robot dalam bidang kesehatan:

Zeus dan Da Vinci, nama dewa yunani dan seorang seniman ini menjadi nama robot medis canggih saat ini.  Zeus Robotic Surgical System dan Da Vinci Surgical System merupakan robot bedah medis paling tersohor saat ini. Robot bedah medis merupakan robot multi lengan yang dikendalikan melalui konsol jarak jauh oleh seorang dokter bedah. Kedua robot bedah ini telah lolos uji standar dan telah digunakan oleh beberapa rumah sakit besar di dunia. Terbatasnya tenaga ahli bedah dan domisili jauh dari seoarang ahli bedah tidak akan menjadi batasan pasien untuk mendapatkan kualitas pelayanan bedah yang mumpuni.

Da Vinci Surgical System

Robot dalam kehidupan sehari-hari:

Salah satu robot yang telah masuk dalam kehidupan sehari-hari dan menggantikan tugas kita dalam kategori dull dan dirty adalah Roomba dari irobot. Robot vacum cleaner yang dapat membersihkan lantai kita secara otomatis. Roomba dilengkapi dengan sistem obstacle avoidance (penghindar halangan) dan auto docking untuk mengisi daya ketika baterai sudah mulai habis. Selain roomba, juga terdapat robot lainnya yang memiliki fungsi hampir sama antara lain Dyson 360 eye. Dyson 360 eye memiliki sensor camera panoramic 360 derajat untuk navigasi dan dilengkapi dengan jenis roda rantai.

iRobot Roomba (kiri) dan Dyson 360 eye

Robot dalam militer:

Militer tengah mengembangkan robot untuk melakukan tugas yang tidak mungkin untuk dilakukan oleh manusia. Daripada menggunakan manusia untuk melakukan penyapuan ranjau, penggunaan robot merupakan solusi yang tepat. Robot diprogram untuk melakukan tugas-tugas yang biasa dikerjakan oleh manusia. Robot biasanya menggunaka roda rantai dilengkapi dengan sistem lengan dan kamera untuk memantau dan dikontrol dari jarak jauh. Boston Dynamic berkolaborasi dengan proyek DARPA mengemangkan Big Dog yang merupakan robot dengan empat kaki yang berfungsi untuk mengangkut suplai militer menggantikan peran hewan. Selain jenis ground robot juga terdapat jenis aerial seperti Predator UAV atau drone yang digunakan Amerika Serikat untuk melakukan pemantauan dan penyerangan dengan misil.

Jenis Robot Militer (dari kiri) Big Dog, AGV dan UAV

Robot dalam jelajah luar angkasa:

Sepertihalnya dalam militer, dalam jelajah luar angkasa robot digunakan untuk menggantikan manusia dalam melakukan eksplorasi luar angkasa. Menggunakan tenaga manusia untuk proses eksplorasi dari sebuah planet secara langsung belumlah mungkin karena akan sulit sekali untuk proses kembali pulang. Oleh karena itulah digunakan robot untuk eksplorasi luar angkasa tanpa mengharapkan pengiriman kembali pulang. Robot hanya akan mengirimkan data data yang diperlukan dari jarak yang sangat jauh. Sebelum Curiousity Mars Rover yang dikirim ke mars telah dikirim Mariner 2 yang dikirim ke Venus pada tahun 1962. Akan tetapi yang pertama mendarat di planet lain adalah Venera 7 dari Soviet tahun 1970. Selain jenis rover juga terdapat beberapa jenis robot yang digunakan untuk kepentingan luar angkasa seperti robot arm untuk mendukung aktifitas di luar angkasa.

Robot Mars Rover

Robot dalam telekomunikasi:

Jenis aerial robot atau UAV juga dimanfaatkan untuk memperluas jaringan telekomunikasi yang belum terjangkau sinyal. UAV dimanfaatkan sebagai atmospheric satelit atau satelit yang berada dalam atmosfer bumi. Solara dari Titan Aerospace merupakan contoh UAV yang berfungsi sebagai satelit. Solara memiliki lebar sayap 50 meter yang dilapisi oleh solar panel. Solara dapat terbang pada ketinggian 20.000 km selama 5 tahun hanya dengan tenaga matahari. Solara dapat menjangkau luas wilayah di permukaan 45.000 meter persegu, artinya solara dapat menggantikan ratusan tower BTS. Keunggulan teknologi ini dari satelit luar angkasa adalah dapat diturunkan kembali jika terdapat kendala.

Titan Aerospace Solara

Robot dalam laoratorium riset:

Robot dalam laboratorium riset jumlahnya sudah tak terhitung lagi. Mulai dari robot mikro sampai humanoid terus dikembangkan di lab-lab riset.

Robot dalam mainan dan perangkat edukasi:

Untuk mengenalkan dan mengembangkan robot yang bermanfaat memang terkadang dilakukan melakukan hal-hal yang menyenangkan. Produsen robot juga telah banyak menyediakan untuk kegiatan edukasi.Contoh robot untuk perangkat edukasi adalah AIBO, LEGO Mindstorm, Spero, Parrot robot, DASH, Pololu, Nao dll. Saat ini sudah banyak sekali perusahaan-perusahaan robot yang mengembangkan dan memproduksi robot-robot inovatif, sebut saja Festo dan Aldebaran.

Referensi:

Kurfes Thomas R. 2005. “Robotics and automation handbook” New York : CRC Press

Sumber lain.