Temukan Bagaimana SuperLimbs MIT Membantu Astronot Berdiri Tegak di Bulan

MITProyek SuperLimbs bertujuan untuk meningkatkan mobilitas astronot di bulan dengan anggota tubuh robotic yang membantu mereka berdiri setelah terjatuh, meningkatkan keselamatan dan efisiensi untuk misi bulan di masa depan.

Ingin tertawa sebentar? Coba tonton video astronot yang jatuh di bulan. Gambar gerak lambat dari misi Apollo, yang menunjukkan para astronot tersandung dan tersandung, sangat menarik.

Kecelakaan di bulan ini juga mewakili peluang inovasi, sebagaimana dicatat oleh para insinyur di MIT.

“Astronot secara fisik sangat mampu, namun mereka dapat berjuang di bulan, yang gravitasinya hanya seperenam gravitasi bumi, namun kelembaman mereka tetap sama. Selain itu, mengenakan pakaian antariksa memberikan beban yang signifikan dan dapat membatasi pergerakan mereka,” kata Harry Asada. Dia adalah profesor teknik mesin di MIT. “Kami ingin memberikan cara yang aman bagi para astronot untuk kembali berdiri jika terjatuh.”

Asada dan rekan-rekannya sedang merancang sepasang anggota badan robotic yang dapat dipakai yang secara fisik dapat menopang astronot dan mengangkat mereka kembali setelah terjatuh. Sistem tersebut, yang oleh para peneliti dijuluki Supernumerary Robotic Limbs atau “SuperLimbs” dirancang untuk diperluas dari ransel, yang juga akan membawa sistem pendukung kehidupan astronot, bersama dengan pengontrol dan motor untuk menggerakkan anggota badan.

Ringkasan video penelitian.

Para ilmuwan MIT telah membangun prototipe fisik, serta sistem kontrol untuk mengarahkan anggota tubuh, berdasarkan masukan dari astronot yang menggunakannya. Tim tersebut menguji versi awal pada subjek sehat yang juga secara sukarela mengenakan pakaian ketat yang mirip dengan pakaian antariksa astronot. Ketika para relawan berusaha untuk bangkit dari posisi duduk atau berbaring, mereka melakukannya dengan lebih sedikit usaha ketika dibantu oleh SuperLimbs, dibandingkan ketika mereka harus memulihkan diri sendiri.

Tim peneliti membayangkan bahwa SuperLimbs dapat membantu astronot secara fisik setelah terjatuh dan, dalam prosesnya, membantu mereka menghemat energi untuk tugas-tugas penting lainnya. Desain ini terbukti sangat berguna di tahun-tahun mendatang, dengan diluncurkannya NASAMisi Artemis, yang berencana mengirim astronot kembali ke bulan untuk pertama kalinya dalam lebih dari 50 tahun. Berbeda dengan misi eksplorasi Apollo, astronot Artemis akan berupaya membangun pangkalan bulan permanen pertama – tugas yang menuntut fisik dan memerlukan beberapa aktivitas ekstravehicular (EVA) yang diperpanjang.

“Selama period Apollo, ketika astronot jatuh, 80 persennya terjadi ketika mereka melakukan penggalian atau semacam pekerjaan dengan alat,” kata anggota tim dan mahasiswa doktoral MIT Erik Ballesteros. “Misi Artemis akan sangat fokus pada konstruksi dan penggalian, sehingga risiko terjatuh jauh lebih tinggi. Kami pikir SuperLimbs dapat membantu mereka pulih sehingga mereka bisa lebih produktif, dan memperluas EVA mereka.”

Asada, Ballesteros, dan rekan-rekannya akan mempresentasikan desain dan studi mereka minggu ini di Konferensi Internasional IEEE tentang Robotika dan Otomasi (ICRA). Rekan penulisnya termasuk postdoc MIT Sang-Yoep Lee dan Kalind Carpenter dari Jet Propulsion Laboratory.

Mengambil Sikap

Desain tim ini merupakan aplikasi terbaru dari SuperLimbs, yang pertama kali dikembangkan Asada sekitar satu dekade lalu. Sejak saat itu, ia telah mengadaptasinya untuk berbagai aplikasi, termasuk membantu pekerja di bidang manufaktur pesawat terbang, konstruksi, dan pembuatan kapal.

Baru-baru ini, Asada dan Ballesteros bertanya-tanya apakah SuperLimbs dapat membantu astronot, terutama karena NASA berencana mengirim astronot kembali ke permukaan bulan.

“Dalam komunikasi dengan NASA, kami mengetahui bahwa masalah jatuh di bulan ini merupakan risiko yang serius,” kata Asada. “Kami menyadari bahwa kami dapat membuat beberapa modifikasi pada desain kami untuk membantu para astronot pulih dari jatuh dan melanjutkan pekerjaan mereka.”

Tim pertama-tama mengambil langkah mundur untuk mempelajari cara manusia pulih secara alami setelah terjatuh. Dalam studi barunya, mereka meminta beberapa sukarelawan sehat untuk mencoba berdiri tegak setelah berbaring miring, depan, dan belakang.

Tim MIT membayangkan bahwa SuperLimbs dapat membantu astronot secara fisik setelah terjatuh dan, dalam prosesnya, membantu mereka menghemat energi untuk tugas-tugas penting lainnya. “Rasanya seperti ada kekuatan ekstra yang bergerak bersama Anda,” kata Erik Ballesteros, dalam foto, yang juga mencoba setelan jas dan bantuan lengan. “Bayangkan mengenakan ransel dan seseorang meraih bagian atasnya dan menarik Anda ke atas. Seiring berjalannya waktu, hal itu menjadi wajar.” Kredit: Atas perkenan para peneliti

Para peneliti kemudian mengamati bagaimana upaya para sukarelawan untuk berdiri berubah ketika gerakan mereka dibatasi, serupa dengan gerakan astronot yang dibatasi oleh sebagian besar pakaian antariksa mereka. Tim tersebut membuat pakaian yang meniru kekakuan pakaian antariksa tradisional, dan meminta para sukarelawan mengenakan pakaian tersebut sebelum kembali mencoba untuk berdiri dari berbagai posisi jatuh. Urutan gerakan para relawan serupa, meskipun memerlukan upaya yang lebih besar dibandingkan dengan upaya mereka yang tidak terbebani.

Tim memetakan gerakan masing-masing sukarelawan saat mereka berdiri, dan menemukan bahwa mereka masing-masing melakukan rangkaian gerakan yang sama, berpindah dari satu pose, atau “titik jalan”, ke pose berikutnya, dalam urutan yang dapat diprediksi.

“Eksperimen ergonomis tersebut membantu kami memodelkan dengan cara yang lugas bagaimana manusia berdiri,” kata Ballesteros. “Kita bisa berasumsi bahwa sekitar 80 persen manusia berdiri dengan cara yang sama. Kemudian kami merancang pengontrol di sekitar lintasan itu.”

Uluran tangan

Tim mengembangkan perangkat lunak untuk menghasilkan lintasan robotic, mengikuti urutan yang akan membantu mendukung manusia dan mengangkat mereka kembali ke kakinya. Mereka memasang pengontrol pada lengan robotic yang berat dan tetap, yang mereka tempelkan pada ransel besar. Para peneliti kemudian menempelkan ransel tersebut ke setelan besar tersebut dan membantu para sukarelawan kembali mengenakan setelan tersebut. Mereka meminta para sukarelawan untuk kembali berbaring telentang, depan, atau samping, dan kemudian meminta mereka untuk mencoba berdiri saat robotic merasakan gerakan orang tersebut dan beradaptasi untuk membantu mereka berdiri.

Secara keseluruhan, para relawan mampu berdiri dengan stabil dengan lebih sedikit usaha ketika dibantu oleh robotic, dibandingkan ketika mereka mencoba berdiri sendiri sambil mengenakan pakaian berukuran besar.

“Rasanya seperti ada kekuatan ekstra yang bergerak bersama Anda,” kata Ballesteros, yang juga mencoba setelan jas dan bantuan lengan. “Bayangkan mengenakan ransel dan seseorang meraih bagian atasnya dan menarik Anda ke atas. Seiring berjalannya waktu, hal itu menjadi wajar.”

Eksperimen tersebut menegaskan bahwa sistem kendali berhasil mengarahkan robotic untuk membantu seseorang berdiri kembali setelah terjatuh. Para peneliti berencana untuk memasangkan sistem kontrol dengan SuperLimbs versi terbaru mereka, yang terdiri dari dua lengan robotic multijointed yang dapat dikeluarkan dari ransel. Ransel tersebut juga akan berisi baterai dan motor robotic, serta sistem ventilasi astronot.

“Kami merancang lengan robotic ini berdasarkan pencarian AI dan optimalisasi desain, untuk mencari desain manipulator robotic klasik dengan batasan teknik tertentu,” kata Ballesteros. “Kami menyaring banyak desain dan mencari desain yang mengonsumsi energi paling sedikit untuk mengangkat seseorang. Versi SuperLimbs ini adalah produk dari proses tersebut.”

Selama musim panas, Ballesteros akan membangun sistem SuperLimbs secara penuh di Jet Propulsion Laboratory NASA, di mana ia berencana untuk menyederhanakan desain dan meminimalkan bobot komponen dan motornya menggunakan bahan yang canggih dan ringan. Kemudian, ia berharap untuk memasangkan anggota badannya dengan pakaian astronot, dan mengujinya dalam simulator gravitasi rendah, dengan tujuan suatu hari nanti membantu astronot dalam misi masa depan ke bulan dan Mars.

“Mengenakan pakaian antariksa bisa menjadi beban fisik,” kata Asada. “Sistem robotik dapat membantu meringankan beban tersebut, dan membantu astronot menjadi lebih produktif selama misi mereka.”

Penelitian ini sebagian didukung oleh NASA.