Bahan baru yang dirancang oleh para peneliti di Fakultas Sains & Teknik Terapan Universitas Toronto menggabungkan fleksibilitas kulit manusia dengan peningkatan konduktivitas dan toleransi suhu serendah -93 C.
Dikenal sebagai kulit ionik, atau iSkin, zat ini dapat meningkatkan berbagai teknologi – dari elektronik yang dapat dipakai hingga robotika lunak. Substansi, yang termasuk dalam keluarga bahan yang disebut hidrogel.
“Hidrogel adalah polimer ikatan silang yang mampu menahan banyak air dalam struktur kimianya,” kata Binbin Ying, yang sekarang menyelesaikan pekerjaan pasca-doktoral di MIT tetapi memimpin desain bahan sambil mengejar studi pascasarjana di Universitas McGill dan sekaligus bekerja sebagai mahasiswa PhD tamu di lab U of T Engineering Professor Xinyu Liu.
“Banyak jaringan dalam tubuh kita adalah hidrogel, sehingga sering digunakan dalam aplikasi di mana biokompatibilitas penting seperti kosmetik atau rekayasa jaringan. Tetapi jika kita ingin menggunakannya dalam perangkat elektronik yang lunak, fleksibel, atau dapat dipakai, kita perlu menambahkan fungsionalitas baru seperti daya regang mekanis dan konduktivitas listrik.”
Tahun lalu, Ying dan Liu meluncurkan iterasi sebelumnya dari iSkin yang memamerkan beberapa kemampuannya: bertenaga sendiri, tidak beracun dan dapat meregang hingga 400 persen dari ukuran aslinya.
Yang paling penting, menekuk material menciptakan perubahan proporsional dalam konduktivitasnya. Hal ini memungkinkan untuk mengubah gerakan fisik menjadi sinyal listrik analog.
“Seorang fisioterapis bisa menempelkannya di lutut atau siku Anda untuk mengukur kapan dan seberapa banyak sendi Anda bergerak,” kata Liu. “Kami juga melapisinya dengan sarung tangan, memungkinkan kami untuk mengukur dan melacak gerakan tangan, yang, pada gilirannya, dapat digunakan untuk mengendalikan robot. Ini adalah cara yang sangat serbaguna untuk memfasilitasi semua jenis interaksi manusia-mesin.”
Dengan kontribusi dari mahasiswa sarjana Ryan Chen, Runze Zuo dan kandidat PhD Zhanfeng Zhou, para peneliti mengeksplorasi aplikasi iSkin lebih lanjut. Misalnya, menambahkan tambalan material ke gripper mekanis memberikan serangkaian sinyal umpan balik yang unik untuk setiap item yang dicengkeram. Menganalisis kombinasi sinyal kemudian dapat memungkinkan robot untuk "merasakan" apa yang ditangkapnya. Dalam kombinasi dengan algoritme kecerdasan buatan, robot bahkan dapat belajar membedakan antara item yang keras versus lunak, bulat versus kubik, dll. – dan mengurutkannya dengan tepat.
Sampai saat ini, iSkin mengalami kekurangan yang umum untuk semua hidrogel: ketika air di dalamnya membeku, kristal es yang dihasilkan dapat merusak matriks polimer kompleks. Udara sejuk dan kering juga dapat menyedot sisa air dari hidrogel.
Ying dan anggota timnya mengatasi masalah tersebut dengan menambahkan gliserol, bahan kimia tidak beracun yang biasa digunakan dalam segala hal mulai dari makanan hingga gel rambut. Setelah dengan hati-hati menguji ratusan kemungkinan resep, mereka mengembangkan formulasi iSkin baru yang meningkatkan toleransi dingin tanpa mengorbankan sifat berguna lainnya dari bahan tersebut.
Sebagai bonus tambahan, formulasi baru memungkinkan hidrogel lebih mudah menempel pada kulit, pakaian, dan bahan lainnya.
“Kami menempelkannya di bagian luar jaket dan berjalan ke musim dingin Toronto, di mana suhunya 10 derajat di bawah nol,” kata Ying. “Kami dapat melakukan pengukuran yang sama seperti yang kami lakukan di lab.”
Toleransi dingin dan peningkatan kelengketan semakin meningkatkan daftar kemungkinan aplikasi untuk material tersebut. Misalnya, gripper mekanis penyortiran sekarang dapat beroperasi di fasilitas penyimpanan bersuhu rendah di mana tidak nyaman bagi manusia untuk bekerja.
Tim juga membayangkan kemungkinan lain, termasuk soft robot dirancang untuk memanjat medan kasar di lingkungan Arktik. Kedepannya, mereka berencana untuk terus mengembangkan material tersebut dan berpotensi membuat miniaturnya.