Peneliti MIT mengembangkan sensor fleksibel yang mampu merekonstruksi bentuk tiga dimensi selama proses deformasi

Peneliti Massachusetts Institute of Technology (MIT) telah mengembangkan sensor fleksibel yang mampu merekonstruksi bentuk tiga dimensinya sendiri selama proses pembengkokan, pelipatan, dan pelintiran. Teknologi ini membantu pengendalian jarak jauh robot, penciptaan pakaian pelacakan gerak, serta pengukuran kemajuan pasien selama rehabilitasi fisik. Sistem ini menanamkan serat optik fleksibel ke dalam silikon, memanfaatkan perubahan cahaya yang ditransmisikan untuk melacak deformasi permukaan. Selanjutnya, perangkat lunak mengubah pengukuran tersebut menjadi rekonstruksi digital, hampir secara real-time mengikuti gerakan material. Berbeda dengan sistem pengambilan gerak yang bergantung pada sensor kaku yang dipasang pada pakaian, desain ini menggunakan elemen fleksibel pada permukaan penginderaannya, dan bahkan jika serat rusak, kemampuan merekonstruksi bentuk keseluruhan tidak hilang.

Peneliti memproduksi serat optik dengan inti karet fleksibel, dibungkus lapisan karet hitam di sekelilingnya. Mereka sengaja mengasarkan satu sisi setiap inti agar respons terhadap pembengkokan lebih jelas. Saat serat optik dibengkokkan, sebagian cahaya menyimpang dari jalurnya. Permukaan kasar membuat efek ini lebih sensitif terhadap arah pembengkokan, memungkinkan peneliti memperkirakan kelengkungan setiap serat dengan mengukur cahaya yang keluar dari port berlawanan. Meskipun serat optik tunggal dapat mendeteksi kelengkungan sepanjang satu garis, merekonstruksi seluruh permukaan menantang lebih besar. Tim MIT mengatasinya dengan menanamkan banyak serat optik ke dalam lembaran silikon yang dapat ditarik.

Desain Serat Optik dan Pengukuran Kelengkungan

Simulasi komputer membantu peneliti membandingkan berbagai susunan serat optik, termasuk pola papan catur dan pola zigzag. Salah satu konfigurasi zigzag tertentu terbukti paling efektif dalam menangkap perubahan kompleks bentuk lembaran.

Peneliti memanfaatkan susunan tersebut untuk membuat lembaran fisik. Lampu LED mengirimkan cahaya melalui serat optik, dan sensor di port berlawanan mengukur keluaran. Papak sirkuit eksternal mengumpulkan dan memperkuat bacaan tersebut. Sebuah algoritma mengubah pengukuran itu menjadi representasi tiga dimensi lembaran. Dalam demonstrasi, peneliti melipat bahan secara diagonal, dan konterpart digitalnya berubah mengikuti perubahan geometri. Mereka juga meletakkan lembaran pada cetakan cetak 3D berbentuk akurat untuk menilai akurasinya. Menurut mahasiswa pascasarjana teknik mesin MIT Qifan Yu, kesalahan permukaan yang direkonstruksi kurang dari 0,4 sentimeter.

Yu menyatakan, sistem serupa yang menggunakan sensor kaku biasanya menghasilkan kesalahan sekitar 1 hingga 2 sentimeter. Tim juga menunjukkan bahwa bahkan jika beberapa serat dipotong atau putus, lembaran tetap mampu merekonstruksi bentuk keseluruhannya.

Potensi Aplikasi dalam Fisioterapi

Peneliti membayangkan pakaian yang memungkinkan pengguna mengontrol karakter permainan video atau mengoperasikan robot dari jarak jauh. Teknologi ini juga dapat membantu fisioterapis mengukur mobilitas pasien selama rehabilitasi. Terapis dapat melilitkan material ke lengan atau kaki pasien untuk mencatat gerakan dan rentang gerak. Pengukuran berulang membantu dokter klinis membandingkan mobilitas antar sesi dan menilai pemulihan. Penulis bersama, profesor asisten teknik mesin MIT Kaitlyn Becker, menyatakan teknologi ini dapat membantu terapis membandingkan penilaian pasien seiring waktu.

Rencana Perbaikan di Masa Depan

Tim saat ini berencana membuat serat lebih tipis. Serat mereka saat ini sekitar 1 milimeter tebal, tetapi metode manufaktur yang diperbaiki berpotensi mengecilkan ketebalannya menjadi beberapa puluh mikrometer. Serat yang lebih tipis akan memungkinkan peneliti menanamkan lebih banyak elemen penginderaan ke dalam pakaian, berpotensi menangkap detail gerak tubuh yang lebih halus.

Penelitian ini diterbitkan di jurnal Advanced Intelligent Systems.

Potensi Aplikasi dan Tantangan Sensor Fleksibel

Pengembangan teknologi ini menunjukkan potensi sensor fleksibel dalam berbagai aplikasi, terutama di bidang pengendalian jarak jauh dan rehabilitasi fisik. Seiring kemampuan sensor merekonstruksi bentuk tiga dimensi secara akurat selama deformasi, hal ini tidak hanya meningkatkan akurasi pengambilan gerak, tetapi juga membantu tenaga medis memantau kemajuan pemulihan pasien secara lebih efektif. Di masa depan, seiring perbaikan lebih lanjut teknologi serat optik, sensor-sensor ini diharapkan memainkan peran penting dalam aplikasi yang lebih luas, terutama di situasi yang memerlukan pelacakan gerak presisi tinggi.