Pada akhir tahun 1980-an, seorang insinyur Kanada bernama Tad McGeer membangun sepasang kaki mekanis luar biasa yang tidak memiliki daya, tidak memiliki aktuator, tidak memiliki sensor, dan tidak memiliki kendali komputer. Namun gerakkan mereka sedikit miring dan mereka mulai berjalan dengan gaya berjalan malas seperti seorang koboi yang suka menembak.
Sebaliknya, kaki robot dilengkapi dengan sensor untuk memantau posisi setiap sendi, prosesor komputer untuk merencanakan lintasan setiap gerakan, dan aktuator untuk mendorong anggota tubuh ke posisinya. Semua ini tentu saja merupakan pekerjaan yang haus kekuasaan.
Terobosan McGeer meningkatkan prospek pendekatan robotika yang sepenuhnya baru di mana sebagian besar kecerdasan yang diperlukan untuk mengendalikan mesin dimasukkan ke dalam desainnya. Dia menyebut pendekatan baru ini sebagai dinamika pasif dan harapannya adalah bahwa hal ini akan membuat robot memiliki kemampuan dan efisiensi energi yang hampir sama dengan manusia.
Namun hal-hal belum berjalan seperti itu. Lebih dari 30 tahun kemudian, para insinyur telah mencapai kemajuan, namun robot masih merupakan mesin yang haus daya yang dilengkapi dengan sensor, aktuator, dan prosesor. Mesin yang lebih efisien tentu saja dimungkinkan, jadi pertanyaan pentingnya adalah seberapa sedikit bantuan elektronik yang dapat dilakukan oleh robot walker? Atau dengan kata lain, apa cara paling sederhana untuk mencapai kemampuan berjalan kaki?
Pejalan Paling Sederhana
Kini kita mendapat jawabannya berkat karya James Kyle di Universitas Carnegie Mellon di Pittsburgh dan rekannya yang telah membuat robot berjalan bernama Mugatu yang hanya terdiri dari satu motor dan dua kaki kaku.
Kyle dan kawan-kawan mengatakan bahwa desain mereka adalah robot berjalan bipedal pertama yang memiliki kesederhanaan yang dapat memulai dan berhenti dengan sendirinya, berjalan dalam garis lurus atau menyetir. “Meskipun morfologinya sederhana dan aktuator tunggalnya, ia juga mampu berbelok ke kiri dan ke kanan serta memvariasikan radius beloknya dengan mulus,” kata mereka.
Pekerjaan ini mengurangi kebutuhan mesin untuk berjalan robotik hingga seminimal mungkin. Dan karena Mugatu bahkan tidak memiliki sendi lutut, kesederhanaannya membuka jalan bagi alat berjalan lainnya yang lebih sederhana dan bahkan lebih kecil.
Tindakan berjalan tampaknya rumit. Robot berjalan harus mengangkat setiap kakinya dan menggerakkannya ke depan dengan tetap menjaga keseimbangan dan mampu mengarahkan.
Kyle dan rekannya mengatakan bahwa hal ini biasanya memerlukan beberapa motor berbeda untuk mengoordinasikan semua tugas ini. “Kami menunjukkan bahwa desain mekanis yang cermat dan tunduk pada beberapa aturan desain memungkinkan satu motor melakukan semua tugas ini sekaligus,” kata tim tersebut.
Desain dan kelengkungan kaki Mugatu menjadi sangat penting karena memungkinkan robot untuk berguling maju mundur dan juga dari sisi ke sisi saat berjalan. Kyle dan kawan-kawan telah menemukan sejumlah aturan desain yang memastikan robot dapat berjalan meskipun pengaturan mekanisnya sederhana.
Mugatu–robot berjalan paling sederhana (Sumber: arxiv.org/abs/2308.08401)
Misalnya, salah satu aturan desain adalah pusat gravitasi robot harus berada di bawah pusat kelengkungan kaki. Hal ini memastikan bahwa ketika robot tidak seimbang, robot akan berputar kembali ke posisi tegak.
Aturan kedua adalah ketika robot berdiri tegak dengan kedua kaki rapat, robot harus bersandar ke belakang. Hal ini memastikan bahwa saat pinggul berputar untuk menggerakkan kaki ke depan, kaki akan terangkat ke atas dan tidak terjepit di lantai.
Dengan kaki terangkat, robot berguling ke depan, condong ke arah kaki yang terangkat. Saat menyentuh tanah, kaki lainnya terangkat dan bergerak ke depan sehingga menyebabkan robot bersandar ke arah lain. Dan seterusnya.
Kaki Desainer
Saat berjalan, kelengkungan kaki menentukan frekuensi gaya berjalan berguling ini. Jadi mencocokkan aksi motor dengan frekuensi ini menyebabkan robot berjalan lurus. Mengubah frekuensi ini menyebabkan robot membelok ke kiri atau ke kanan.
Tim selanjutnya membahas faktor-faktor lain seperti kelembaman robot — setiap kaki berisi baterai yang meningkatkan massanya, meskipun Mugatu hanya ditenagai oleh salah satu kaki tersebut.
Mugatu ternyata merupakan alat bantu jalan yang efisien dibandingkan robot lain dengan ukuran serupa. Memang benar, semakin cepat ia berjalan, semakin efisien jadinya. Hal ini terjadi dengan frekuensi langkah yang lebih rendah tetapi langkahnya lebih panjang.
Itu adalah karya menarik yang membawa prinsip dinamika pasif ke tingkat yang baru. Namun masih banyak yang harus dilakukan. Tim menunjukkan bahwa meskipun Mugatu mengungguli robot lain, efisiensi yang dicapai hewan tidak sebanding.
Namun ini masih awal bagi tim. “Studi optimasi desain di masa depan dapat menyelidiki apakah efisiensi dapat ditingkatkan,” kata mereka.
Sementara itu, para insinyur pasti dapat belajar dari penggunaan dinamika pasif yang dilakukan Kyle dan rekannya untuk membuat robot menjadi lebih baik, selangkah demi selangkah.
Ref: Robot Berjalan Paling Sederhana: Robot bipedal dengan satu aktuator dan dua benda kaku : arxiv.org/abs/2308.08401