Keajaiban Magnetik: Bagaimana Permukaan Kirigami Merevolusi Manipulasi Objek
Perangkat baru yang memanfaatkan medan magnet dan desain kirigami memungkinkan manipulasi objek secara halus tanpa digenggam.
Para peneliti telah merancang perangkat inovatif yang menggabungkan medan magnet dengan desain yang terinspirasi kirigami untuk mengontrol permukaan fleksibel dan berlesung pipit dari jarak jauh. Permukaan ini dapat menggerakkan benda tanpa perlu memegangnya secara fisik, sehingga ideal untuk mengangkat dan mengangkut benda, gel, atau cairan yang rapuh. Teknologi ini menjanjikan untuk diterapkan di ruang sempit atau terbatas di mana peralatan konvensional, seperti lengan robot, tidak dapat beroperasi.
“Kami mencoba mengatasi dua tantangan di sini,” jelas Jie Yin, salah satu penulis makalah tentang pekerjaan tersebut dan seorang profesor teknik mesin dan kedirgantaraan di Universitas Negeri Carolina Utara. “Tantangan pertama adalah bagaimana memindahkan benda yang tidak dapat Anda ambil dengan alat penggenggam – seperti benda rapuh atau benda di ruang terbatas. Tantangan kedua adalah bagaimana menggunakan medan magnet untuk mengangkat dan memindahkan benda-benda yang tidak bersifat magnetis dari jarak jauh.”
Mekanika Metasheet Magnetik
Untuk mengatasi tantangan tersebut, para peneliti menciptakan “metasheet” yang terdiri dari polimer elastis yang tertanam dengan mikropartikel magnetik. Sebuah pola kemudian dipotong menjadi lembaran. Tepi luar metasheet dilekatkan pada bingkai kaku.
Dengan menggerakkan medan magnet di bawah metasheet, Anda dapat memaksa bagian metasheet menonjol ke atas atau tenggelam ke bawah.
Memanipulasi Benda Dengan Gelombang Magnetik
“Anda sebenarnya dapat menyebabkan permukaan metasheet bergerak seperti gelombang dengan mengontrol arah medan magnet,” kata Yin. “Dan penyesuaian kekuatan medan magnet menentukan seberapa besar naik atau turunnya gelombang.”
“Mengontrol pergerakan permukaan metasheet memungkinkan pergerakan berbagai jenis benda yang berada di permukaan – apakah itu tetesan cairan atau pecahan kaca,” kata Joe Tracy, salah satu penulis makalah dan a profesor ilmu dan teknik material di NC State.
Aplikasi dan Peningkatan di Masa Depan
“Desain potongan pada metasheet adalah contoh kirigami, atau pemotongan kertas,” kata Yinding Chi, penulis pertama makalah tersebut dan mantan Ph.D. mahasiswa di NC State. “Hal ini sangat penting untuk metasheet, karena kirigami meningkatkan fleksibilitas tanpa mengorbankan kekakuan mendasar dari material itu sendiri.
“Hal ini memungkinkan kami untuk memperkuat deformasi material tanpa kehilangan kekuatan mekaniknya,” kata Chi, yang kini menjadi peneliti pascadoktoral di University of California. Universitas Pennsylvania. “Selain itu, metasheet sangat responsif terhadap medan magnet, dengan waktu respons paling cepat dua milidetik.”
“Hanya ada sedikit penelitian yang dilakukan mengenai bagaimana aktuasi magnetik dapat digunakan bersama dengan kirigami, dan apa yang kami lakukan di sini menunjukkan bahwa ada potensi besar untuk menggabungkan pendekatan-pendekatan ini di berbagai bidang mulai dari robotika lunak hingga aplikasi manufaktur,” kata Tracy .
“Kami tertarik untuk memperkecil pendekatan ini, agar metasheet dapat memanipulasi objek yang lebih kecil dan volume cairan yang lebih kecil,” kata Chi.
“Kami juga tertarik pada bagaimana pendekatan ini dapat digunakan untuk menciptakan teknologi haptik yang dapat diterapkan dalam segala hal mulai dari game hingga perangkat aksesibilitas,” kata Yin.
Referensi: “Metasheet kubah kirigami magnetik dengan deformabilitas dan kekakuan tinggi untuk perubahan bentuk dinamis adaptif dan manipulasi multimodal” oleh Yinding Chi, Emily E. Evans, Matthew R. Clary, Fangjie Qi, Haoze Sun, Saarah Niesha Cantú, Catherine M. Capodanno , Joseph B. Tracy dan Jie Yin, 6 Desember 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adr8421
Makalah ini ditulis bersama oleh Matthew Clary, Fangjie Qi, Haoze Sun, dan Saarah Niesha Cantú dari NC State; dan oleh Emily Evans dan Catherine Capodanno dari Universitas Elon.
Pekerjaan ini dilakukan dengan dukungan dari National Science Foundation dengan hibah 2005374, 2329674, 1663416 dan 1662641.
