Selama 15 tahun terakhir, para peneliti di University of Texas (UT), Dallas, AS, telah menemukan beberapa jenis otot buatan yang kuat menggunakan bahan berbasis carbon nanotubes (CNT) teknologi tinggi . Dalam studi baru yang diterbitkan 12 Juli 2019 dalam jurnal Science, para peneliti menggambarkan kemajuan terbaru mereka, yang disebut sheath-run artificial muscles (SRAMs).

Penelitian sebelumnya, otot tersebut dibuat dengan memilin benang CNT, tali polimer atau benang jahit nilon. Dengan memuntir serat-serat ini, para peneliti menghasilkan otot-otot yang secara dramatis berkontraksi, atau bergerak, sepanjang ketika dipanaskan, dan kem­bali ke panjang awal ketika didinginkan.

Untuk membentuk otot-otot baru, tim peneliti mene­rapkan lapisan polimer pada benang CNT, serta benang nilon, sutra dan serat bambu, yang membuat selubung di sekitar inti benang.

“Pada otot-otot baru itu ada selubung di seki­tar benang yang dililit atau dipuntir yang menggerakkan aktuasi dan memberikan ke­padatan kerja-per-siklus yang jauh lebih tinggi dari otot-otot yang kami sebelumnya,” kata Ray Baughman, peneliti di UT.

Dalam percobaan mereka, langkah kunci untuk mem­buat otot jadi adalah memutar benang yang baru dilapisi, sementara ba­han selubungnya masih basah.

“Jika Anda me­masukkan secara melingkar setelah selubungnya mengering, selubung akan re­tak. Mengoptimalkan ketebal­an selubung juga sangat pen­ting. Jika terlalu tebal, benang pada intinya tidak akan lepas karena selubung menahan di tempatnya. Jika terlalu tipis, pelonggaran dari benang akan menyebabkan selubungnya retak,” tambahnya.

Baughman mengatakan banyak bahan dapat diguna­kan untuk selubung, asalkan memiliki kekuatan dan da­pat mengalami perubahan dimensi di bawah ber­bagai variabel lingkungan, seperti pe­rubahan suhu atau kelem­baban.

Ketika dioperasikan secara elek­trokimia, otot yang terdiri dari selubung CNT dan inti nilon menghasilkan daya kontraktil rata-rata 40 kali lipat dari otot manusia dan 9 kali lipat dari otot elektrokimia al­ternatif dengan daya tertinggi.

“Dalam pekerjaan kami sebelumnya, kami menunjuk­kan bahwa benang yang terbuat dari karbon nanotube membuat otot buatan yang indah. Benang tersebut ringan, namun lebih kuat dari otot manusia dengan panjang dan berat yang sama,” kata Baugh­man.

Dia menambahkan bahwa proses pelapisan polimer dapat dengan mudah di­tingkatkan untuk produksi komersial.

“Karena teknologi SRAMs memungkinkan penggantian benang CNT dengan benang yang lebih murah, otot-otot ini sangat menarik untuk struk­tur cerdas, seperti robot dan pakaian yang menyesuaikan kenyamanan,” urainya.

Untuk menunjukkan kemungkinan penggunaan selubung otot buatan, para peneliti merajut SRAMs men­jadi tekstil yang meningkat­kan porositas saat terpapar kelembaban. Mereka juga menunjukkan SRAMs yang terbuat dari benang nilon yang dilapisi polimer yang berkon­traksi secara linier ketika terpapar dengan peningkatan konsentrasi glukosa.

Selain Baughman, peneliti UT yang terlibat dalam pe­kerjaan ini termasuk Monica Jung de Andrade, ilmuwan riset; Shaoli Fang, profesor riset; dan Shi Hyeong Kim, peneliti postdoctoral. Juga berpartisipasi adalah Hyun Kim, mahasiswa doktor biote­knologi; Taylor Ware, asisten profesor bioteknologi; dan Dong Qian dan Hongbing Lu, profesor teknik mesin.

Penelitian ini didanai be­berapa sumber, antara lain Kantor Penelitian Ilmiah Ang­katan Udara, Kantor Peneli­tian Angkatan Laut, Yayasan Sains Nasional, Yayasan Robert A. Welch, Dewan Riset Australia, Yayasan Riset Nasional Korea, dan Komisi Sains dan Teknologi Kota Shanghai.

Mampu Angkat 12.600 Kali

Beberapa peneliti yang bekerja pada otot tiruan melihat hasil yang bahkan membuat iri orang yang paling cocok, meran­cang otot yang mampu mengangkat hingga 12.600 kali berat mereka send­iri. Otot-otot baru ini dibuat dari karet siloxane yang diperkuat serat karbon dan memiliki geometri melingkar.

Latihan pull-up, latihan yang pa­ling ditakuti, menjawab pertanyaan dasar, apakah otot Anda cukup kuat untuk mengangkat berat badan Anda sendiri?

Beberapa peneliti Illinois yang bekerja untuk otot buatan meli­hat hasil yang bahkan membuat iri orang yakni merancang otot yang mampu mengangkat hingga 12.600 kali berat mereka sendiri.

Asisten profesor sains dan teknik mesin Sameh Tawfick, rekan postdoctoral Beckman, Caterina Lamuta, dan Simon Messelot baru-baru ini melakukan studi tentang bagaimana merancang otot buatan yang sangat kuat dalam jurnal Smart Materials and Structures. Otot-otot baru ini dibuat dari karet siloxane yang diperkuat serat karbon dan memiliki geometri melingkar.

Otot-otot ini tidak hanya mampu mengangkat hingga 12.600 kali beratnya sendiri, tetapi juga men­dukung hingga 60 MPa dari tekanan mekanis, memberikan pukulan tarik lebih tinggi dari 25 persen dan kerja spesifik hingga 758 J / kg. Jumlah ini 18 kali lebih banyak daripada yang bisa dihasilkan otot alami. Ketika digerakkan secara lis­trik, otot-otot buatan berbasis serat karbon menunjukkan kinerja yang sangat baik tanpa memerlukan tegangan input yang tinggi. Mereka menunjukkan ba­gaimana ikatan otot berdiameter 0,4 mm mampu mengangkat setengah galon air sebesar 1,4 inci de­ngan hanya 0,172 V / cm yang diterapkan voltase.

“Rangkaian ap­likasi dari otot-otot artifisial berbiaya rendah dan ringan ini sangat luas dan melibatkan ber­bagai bidang seperti robotika, prosthetics, orthotic, dan alat bantu manu­sia. Model matematika yang kami usulkan adalah alat desain yang berguna untuk menyesuaikan kinerja otot buatan melingkar se­suai dengan aplikasi yang berbeda. Selain itu, mo del ini memberikan pemahaman yang jelas tentang semua parameter yang memainkan peran penting dalam mekanisme aktuasi, dan ini mendorong peneli­tian di masa depan bekerja menuju pengembangan tipologi baru dari otot melingkar yang diperkuat serat dengan sifat yang diting­katkan,” kata Lamuta.

Otot-otot buatan itu sendiri adalah gulungan yang terdiri dari serat karbon komersial dan polydimethylsiloxane (PDMS). Serat karbon awalnya dicelupkan dalam PDMS yang tidak diawetkan yang diencerkan dengan heksana, kemudian dipelintir de­ngan bor sederhana untuk mem­buat benang dengan bentuk yang homogen dan jari-jari yang kon­stan. Setelah pengeringan PDMS, benang komposit lurus dipilin sedemikian rupa.

“Untuk menggunakan serat kar­bon, kami harus memahami me­kanisme kontraksi otot melingkar. Begitu kami mengungkap teorinya, kami belajar bagaimana mengubah serat karbon menjadi otot yang sa­ngat kuat. Kami hanya mengisi serat karbon dengan jenis karet silikon yang sesuai, dan kinerja mereka sangat mengesankan, tepat seperti yang kami tuju,” ungkap Tawfick.(koran-jakarta.com)