Inovasi MIT: Struktur 3D Lipat Otomatis Hanya dengan Tarikan Tali

Inovasi MIT: Bangunan 3D Fleksibel Sekali Tarik Tali

Dunia terus mencari solusi inovatif untuk tantangan yang kompleks, terutama dalam konteks kecepatan dan efisiensi. Salah satu terobosan terbaru yang menarik perhatian datang dari para peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT). Mereka telah berhasil mengembangkan sebuah metode revolusioner untuk merancang struktur tiga dimensi (3D) yang dapat berubah dari bentuk datar menjadi bentuk yang melengkung dan sepenuhnya jadi hanya dengan satu tarikan tali. Bayangkan, sebuah rumah sakit lapangan darurat yang bisa berdiri tegak dalam hitungan menit di lokasi bencana alam di Indonesia, seperti setelah tsunami atau gempa bumi, di mana kecepatan adalah kunci untuk menyelamatkan nyawa.

Teknik canggih ini bekerja dengan mengubah struktur 3D yang telah ditentukan oleh pengguna menjadi bentuk datar yang tersusun dari ubin-ubin yang saling terhubung. Algoritma khusus kemudian digunakan untuk mencari jalur tali dengan gesekan minimal, memastikan mekanisme penggerak yang halus dan efisien. Keunggulan lain dari pendekatan ini adalah reversibilitasnya. Jika tali dilepaskan, struktur akan dengan cepat kembali ke konfigurasi datarnya. Hal ini tentu saja membuka peluang besar untuk penyimpanan dan transportasi struktur 3D yang kompleks dengan lebih efisien dan biaya yang lebih rendah. Terlebih lagi, desain yang dihasilkan oleh sistem ini tidak terikat pada metode fabrikasi tertentu, sehingga struktur dapat diproduksi menggunakan berbagai teknik seperti pencetakan 3D, penggilingan CNC, pencetakan, atau metode lainnya.

Potensi Aplikasi Luas dari Struktur Fleksibel

Inovasi ini tidak hanya sebatas konsep; potensinya untuk diterapkan di berbagai sektor sangatlah besar. Di Indonesia, misalnya, dengan topografi yang beragam dan seringnya terjadi bencana, teknologi ini bisa menjadi game-changer. Peralatan medis portabel yang dapat dikerahkan dengan cepat di daerah terpencil atau bahkan robot lipat yang mampu menembus ruang sempit untuk misi pencarian dan penyelamatan adalah beberapa contoh aplikasinya. Tidak hanya itu, di masa depan, kita bahkan bisa melihat habitat antariksa modular yang dapat diaktifkan oleh robot di permukaan Mars.

Akib Zaman, seorang mahasiswa pascasarjana teknik elektro dan ilmu komputer (EECS) di MIT dan penulis utama makalah tentang metode baru ini, menyoroti kesederhanaan mekanisme penggerak sebagai manfaat utama. "Pengguna hanya perlu menyediakan desain yang mereka inginkan, dan kemudian metode kami mengoptimalkannya sedemikian rupa sehingga tetap membentuk setelah hanya satu tarikan tali. Jadi, struktur dapat digunakan dengan sangat mudah. Saya berharap orang-orang dapat menggunakan metode ini untuk menciptakan berbagai macam struktur yang dapat digunakan," ujarnya. Penelitian ini juga melibatkan Jacqueline Aslarus, Jiaji Li, Stefanie Mueller, dan Mina Konaković Luković, dan telah dipresentasikan pada Konferensi dan Pameran SIGGRAPH Association for Computing Machinery tentang Grafika Komputer dan Teknik Interaktif di Asia.

Dari Seni Kuno Jepang hingga Algoritma Modern

Menciptakan struktur yang dapat dikerahkan dari potongan datar sangat menyederhanakan perakitan di lokasi dan bisa sangat berguna dalam membangun tempat penampungan darurat setelah bencana alam. Dalam skala yang lebih kecil, barang-barang seperti helm sepeda lipat dapat meningkatkan keamanan pengendara yang mungkin tidak dapat membawa helm yang besar. Namun, mengubah objek datar yang dapat dikerahkan menjadi bentuk 3D-nya seringkali memerlukan peralatan khusus atau beberapa langkah, dan mekanisme penggeraknya biasanya sulit dibalik.

"Karena tantangan-tantangan ini, struktur yang dapat dikerahkan cenderung dirancang secara manual dan cukup sederhana secara geometris. Namun, jika kita dapat menciptakan geometri yang lebih kompleks, sambil menyederhanakan mekanisme penggerak, kita dapat meningkatkan kemampuan struktur-struktur yang dapat dikerahkan ini," jelas Zaman. Untuk mencapai hal ini, para peneliti menciptakan metode yang secara otomatis mengubah desain 3D pengguna menjadi struktur datar yang terdiri dari ubin, dihubungkan oleh engsel yang berputar di sudut-sudutnya, yang dapat sepenuhnya diaktifkan dengan menarik satu tali satu kali.

Metode mereka memecah desain pengguna menjadi kisi-kisi ubin segi empat yang terinspirasi oleh kirigami, seni kuno Jepang dalam memotong kertas. Dengan kirigami, dengan memotong bahan dengan cara tertentu, mereka dapat mengkodekannya dengan sifat-sifat unik. Dalam kasus ini, mereka menggunakan kirigami untuk menciptakan mekanisme auxetic, yaitu struktur yang menjadi lebih tebal saat diregangkan dan lebih tipis saat dikompresi. Setelah mengkodekan geometri 3D ke dalam satu set ubin auxetic datar, algoritma menghitung jumlah minimum titik yang harus diangkat oleh tali penarik untuk sepenuhnya menggerakkan struktur 3D. Kemudian, ia menemukan jalur terpendek yang menghubungkan titik-titik angkat tersebut, sambil menyertakan semua area batas objek yang harus dihubungkan untuk memandu struktur ke dalam konfigurasi 3D-nya. Ini melakukan perhitungan sedemikian rupa sehingga jalur tali yang optimal meminimalkan gesekan, memungkinkan struktur untuk digerakkan dengan lancar hanya dengan satu tarikan.

"Metode kami memudahkan pengguna. Yang harus mereka lakukan hanyalah memasukkan desain mereka, dan algoritma kami secara otomatis mengurus sisanya. Kemudian, yang perlu dilakukan pengguna hanyalah membuat ubin persis seperti yang telah dihitung oleh algoritma," kata Zaman. Sebagai contoh, seseorang dapat membuat struktur menggunakan printer 3D multi-bahan yang mencetak engsel ubin dengan bahan fleksibel dan permukaan lainnya dengan bahan keras.

Fleksibilitas Skala dan Tantangan Pengembangan

Salah satu tantangan terbesar yang dihadapi para peneliti adalah mencari tahu bagaimana rute tali dan gesekan di dalam saluran tali dapat secara efektif dimodelkan sedekat mungkin dengan realitas fisik. "Saat bermain dengan beberapa model yang dibuat, kami mengamati bahwa menutup ubin batas adalah suatu keharusan untuk memungkinkan pengerahan yang berhasil, dan tali harus dirutekan melaluinya. Kemudian, kami membuktikan pengamatan ini secara matematis. Kemudian, kami melihat kembali persamaan fisika kuno dan menggunakannya untuk merumuskan masalah optimasi untuk minimisasi gesekan," jelas Zaman.

Mereka membangun algoritma otomatis mereka ke dalam antarmuka pengguna interaktif yang memungkinkan seseorang untuk merancang dan mengoptimalkan konfigurasi untuk menghasilkan objek yang dapat diproduksi. Para peneliti menggunakan metode mereka untuk merancang beberapa objek dengan ukuran berbeda, dari barang medis pribadi termasuk belat dan korektor postur hingga struktur portabel seperti igloo. Mereka juga membuat kursi skala manusia yang dapat dikerahkan yang mereka rancang menggunakan metode mereka.

Metode ini bersifat independen skala, sehingga dapat digunakan untuk menciptakan objek yang dapat dikerahkan sangat kecil yang disuntikkan dan diaktifkan di dalam tubuh, atau struktur arsitektur, seperti kerangka bangunan, yang dikerahkan dan diaktifkan di lokasi menggunakan derek. Ini membuka banyak kemungkinan, mulai dari alat bedah minimal invasif hingga rumah modular yang dapat dibangun dengan cepat di daerah bencana.

Visi Masa Depan untuk Struktur Deployable

Ke depan, para peneliti ingin lebih jauh mengeksplorasi desain struktur yang sangat kecil, sekaligus mengatasi tantangan rekayasa yang terlibat dalam menciptakan instalasi arsitektur, seperti menentukan ketebalan kabel yang ideal dan kekuatan engsel yang diperlukan. Selain itu, mereka ingin menciptakan mekanisme pengerahan diri, sehingga struktur tidak perlu diaktifkan oleh manusia atau robot. Bayangkan, sebuah tenda darurat yang bisa mengembang sendiri begitu tiba di lokasi, tanpa perlu campur tangan manusia. Ini tentu akan sangat membantu dalam situasi kritis di mana setiap detik berharga.

Penelitian yang didanai sebagian oleh MIT Research Support Committee Award ini menjanjikan masa depan di mana struktur kompleks dapat dirancang, diangkut, dan dikerahkan dengan kecepatan dan efisiensi yang belum pernah ada sebelumnya. Potensi dampaknya di Indonesia, khususnya dalam mitigasi bencana dan pengembangan infrastruktur di daerah terpencil, sangatlah besar. Inovasi ini adalah bukti nyata bahwa dengan pemikiran kreatif dan penelitian yang mendalam, kita bisa mengubah cara kita berinteraksi dengan dunia fisik.