Saat para insinyur di University of California, Berkeley, melengkapi robot serangga berkaki enam dan bersayap dalam upaya meningkatkan mobilitasnya, mereka tiba-tiba menemukan titik terang mengenai evolusi penerbangan.
Meskipun sayap secara signifikan meningkatkan kinerja robot berukuran 10-sentimeter – dinamai DASH, singkatan dari Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod – mereka menemukan bahwa dorongan ekstranya tidak akan menghasilkan kecepatan yang cukup untuk meluncurkan hewan itu dari daratan. Mengepakkan sayap juga meningkatkan kinerja terbang robot, konsisten dengan hipotesis bahwa penerbangan berasal dari hewan peluncur penghuni pohon.
Tim peneliti, yang dipimpin Ron Fearing, profesor teknik elektro dan kepala Biomimetic Millisystems Lab di UC Berkeley, melaporkan kesimpulannya secara online dalam jurnal Bioinspiration and Biomimetics, 18 Oktober.
Menggunakan model robot dapat memainkan peran yang berguna dalam mempelajari asal-usul penerbangan, terutama karena bukti-bukti fosil sangat terbatas, catat para peneliti.
Pertama diresmikan oleh Fearing dan mahasiswa pascasarjana Paulus Birkmeyer pada tahun 2009, DASH merupakan robot ringan dan cepat yang terbuat dari bahan rak yang murah, termasuk papan serat kompatibel untuk kaki yang digerakkan dengan motor bertenaga baterai. Ukurannya yang kecil membuatnya menjadi kandidat untuk ditempatkan di daerah yang terlalu sempit atau berbahaya bagi manusia, seperti bangunan yang runtuh.
Robot mendapatkan sayapnya
Tapi dibandingkan dengan inspirasi biologis, yaitu kecoa, DASH memiliki keterbatasan tertentu untuk bisa berlari cepat. Dengan adanya hambatan yang cukup rumit bagi robot kecil ini, para peneliti menempelkan DASH dengan sayap dan ekor lateral untuk melihat apakah hal itu akan membantu.
“Tujuan utama kami adalah memberikan robot kami ini semua medan kemampuan yang sama dengan yang dimiliki hewan lain,” kata Fearing. “Dalam dunia nyata, akan ada situasi di mana terbang adalah pilihan yang lebih baik daripada merangkak, dan di tempat lain, di mana terbang tidak akan bekerja, seperti di ruang tertutup atau di keramaian. Kami membutuhkan robot hibrida yang bisa berjalan dan terbang.”
Para peneliti melakukan tes pada empat konfigurasi yang berbeda pada robot kecoak, yang kemudian disebut sebagai DASH+Wings. Pengujian robot meliputi satu robot yang hanya memiliki ekor saja dan yang lain yang hanya memiliki sayap, untuk menentukan bagaimana sayap berdampak pada gerakan.
Dengan sayap yang mengepak-ngepak, kecepatan DASH+Wings mencapai hampir dua kali lipat, meluncur dari 0,68 meter per detik hingga 1,29 meter per detik. Robot juga bisa menapaki perbukitan yang curam, bergerak dari sudut lereng 5,6 derajat hingga 16,9 derajat.
“Dengan sayap, kami melihat peningkatan kinerja dengan segera,” kata pemimpin penulis studi Kevin Peterson, Ph.D. mahasiswa di laboratorium Fearing. “Sayap tidak hanya membuat robot lebih cepat dan lebih baik di tanjakan curam, tapi juga bisa menjaga dirinya sendiri tetap tegak ketika turun. DASH versi bersayap bisa bertahan saat jatuh dari delapan macam ketinggian, tapi terkadang mendarat terbalik, dan di mana ia mendarat sebagian dipandu oleh keberuntungan.”
Mengepakkan sayap meningkatkan rasio lift-drag (gaya angkat dan gaya hambat), membantu DASH+Wings mendarat dengan kakinya, bukan jatuh dengan tak terkendali. Setelah menyentuh darat, robot mampu melanjutkan perjalanan. Percobaan terowongan angin menunjukkan bahwa DASH+Wings secara aerodinamis mampu meluncur hingga sudut 24,7 derajat.
Penghuni pohon vs pelari darat
Hasil kerja tim riset ini menarik perhatian ahli penerbangan hewan, Robert Dudley, profesor biologi integratif UC Berkeley, yang mencatat bahwa teori yang paling dominan pada evolusi penerbangan utamanya berasal dari catatan fosil yang sedikit serta pemodelan teoritis.
Dudley merujuk model komputer sebelumnya yang menunjukkan bahwa penghuni darat, dengan mengingat kondisi yang tepat, hanya perlu tiga kali lipat kecepatan lari mereka dalam rangka membangun dorongan yang cukup untuk tinggal landas. Fakta bahwa DASH+Wings secara maksimal bisa mengumpulkan dua kali lipat kecepatan berlarinya, menunjukkan bahwa sayap tidak memberi dorongan yang cukup untuk menerbangkan hewan dari darat. Temuan ini konsisten dengan teori bahwa penerbangan muncul dari hewan yang meluncur ke bawah dari beberapa ketinggian.
“Bukti fosil yang kami kerjakan telah menunjukkan bahwa cikal-bakal pada burung-burung awal memiliki bulu panjang di keempat anggota badannya, dan ekor panjang juga diberkahi dengan banyak bulu, yang secara mekanis lebih bermanfaat bagi penghuni pohon daripada bagi pelari darat,” kata Dudley.
Dudley mengatakan bahwa DASH versi bersayap bukan model yang sempurna untuk proto-burung – robot ini memiliki enam kaki, bukan dua, dan sayapnya menggunakan lembaran plastik, bukan bulu – dan dengan demikian tidak dapat memberi jawaban slam-dunk untuk pertanyaan tentang bagaimana penerbangan berevolusi.
“Apa yang dilakukan adalah melakukan percobaan untuk menunjukkan kelayakan menggunakan model robot untuk menguji hipotesis tentang asal-usul penerbangan,” katanya. “Ini adalah bukti dari konsep bahwa kita sebenarnya dapat mempelajari sesuatu yang berguna tentang kinerja biologis melalui pengujian sistematis model fisika.”
Di antara robot serangga lainnya yang sedang diuji di Biomimetic Millisystems Lab adalah robot bipedal bersayap yang disebut BOLT (Bipedal Ornithopter for Locomotion Transitioning), lebih dekat menyerupai ukuran dan aerodinamis prekursor pada burung dan serangga terbang.
“Masih perlu dicatat bahwa menambahkan sayap untuk DASH menghasilkan perbaikan yang menyolok dalam kemampuannya untuk berkeliaran,” kata Fearing. “Ini menunjukkan bahwa mengepakkan sayap dapat memberikan beberapa keuntungan evolusioner, bahkan sekalipun sayap tidak memungkinkan untuk penerbangan.”
Tidak ada komentar:
Posting Komentar