Robot terbang berskala serangga terbaru dari MIT telah memecahkan kode dalam penerbangan yang cepat dan gesit. Cukup kecil untuk menyelinap ke dalam bangunan yang runtuh setelah gempa bumi. Kecepatannya cukup cepat untuk melampaui puing-puing yang jatuh dari bangunan yang tidak stabil. Selama bertahun-tahun, robot mikro lamban. Mereka melayang di sepanjang jalur yang mulus dan dapat diprediksi. Kini, berkat sistem kendali AI yang baru, mereka meniru manuver serangga sungguhan yang tidak menentu dan berperforma tinggi.
Implikasinya langsung terasa: kemampuan pencarian dan penyelamatan yang lebih baik. Namun lompatan kinerja juga merupakan kemenangan bagi rekayasa robotika itu sendiri.
Mengapa Microrobot Tradisional Gagal
Secara historis, robot mikro udara menghadapi dua kendala berat. Perangkat kerasnya rapuh. Perangkat lunak kontrolnya kaku. Para peneliti dapat membuat kerangka yang lebih ringan dan aktuator sayap yang lebih cepat. Namun tanpa otak yang mampu memproses aerodinamika kompleks secara real time, keunggulan perangkat keras tersebut tidak akan terpakai.
Manusia menyetel pengontrolnya dengan tangan. Itu lambat. Itu tidak tepat. Robot tidak dapat memanfaatkan potensinya sendiri.
Kevin Chen, profesor di Departemen Teknik Elektro dan Ilmu Komputer MIT, memimpin upaya untuk mengubah hal tersebut. Timnya tidak hanya mengubah perangkat kerasnya. Mereka membangun kembali “otak” robot. Hasilnya? Sebuah sistem yang menandingi kecepatan dan ketangkasan serangga hidup.
Cara Kerja Pengontrol AI
Solusinya bukanlah algoritma tunggal. Ini adalah sistem dua bagian.
Pertama, seorang perencana ahli menggunakan model matematika dari gerakan robot. Ini memprediksi perilaku. Ini memilih tindakan optimal untuk rute yang kompleks. Ia menangani tikungan tajam, kemiringan curam, dan jungkir balik berturut-turut. Perencana ini berat secara komputasi. Hal ini memerlukan tenaga yang sangat besar. Itu tidak dapat berjalan secara real time pada microchip.
Jadi, para peneliti menggunakan perencana yang hebat ini sebagai guru.
Melalui pembelajaran imitasi, mereka melatih model pembelajaran mendalam untuk meniru keputusan perencana. Mesin kebijakan ini berfungsi sebagai robot pengambil keputusan secara real-time. Ini ringan. Ini cepat. Ini menangkap ketangguhan perencana kompleks tanpa beban komputasi.
“Jika kesalahan kecil terjadi, dan Anda mencoba membaliknya sebanyak 10 kali, robot akan crash. Kita memerlukan kontrol penerbangan yang kuat.”
Metrik Kinerja: Lebih Cepat dan Lebih Agitatif
Hasilnya dapat diukur. Secara drastis.
Dibandingkan dengan demonstrasi sebelumnya yang dilakukan oleh tim peneliti:
- Kecepatan meningkat sebesar 447%
- Akselerasi meningkat sebesar 255%
Dalam pengujiannya, robot menyelesaikan 10 kali gerakan membalik badan (jungkir balik) berturut-turut hanya dalam waktu 11 detik. Ia tetap berada dalam jarak 4 hingga 5 sentimeter dari jalur targetnya meskipun ada gangguan angin. Tingkat presisi pada skala serangga belum pernah terjadi sebelumnya.
Robot itu juga meniru sacacade. Serangga miring tajam, berakselerasi, lalu mundur ke belakang untuk berhenti. Ini membantu mereka mempertahankan penglihatan yang jelas selama gerakan cepat. Microrobot juga bisa melakukannya. Kemampuan ini pada akhirnya memungkinkan robot-robot ini membawa kamera dan sensor bawaan untuk navigasi independen.
Perangkat Keras di Balik Perangkat Lunak
Anda tidak dapat melakukan penerbangan berkecepatan tinggi dengan sayap yang lemah. Model terbaru menampilkan kepakan sayap lebih besar yang digerakkan oleh otot buatan yang lembut. Otot-otot ini bergerak maju mundur dengan kecepatan ekstrim. Rangkanya lebih tahan lama dibandingkan versi sebelumnya. Ini tidak lebih besar dari mikrokaset. Beratnya kurang dari penjepit kertas.
Namun perangkat keras saja tidak cukup. Jonathan P. How, rekan penulis senior dan profesor di bidang Aeronautika dan Astronaut, mencatat sinergi tersebut.
“Saat tim Kevin mendemonstrasikan kemampuan baru, kami menunjukkan bahwa kami dapat memanfaatkannya. Perangkat keras mendorong pengontrol. Pengontrol mendorong perangkat keras.”
Pencarian dan Penyelamatan: Paradigma Baru?
Mengapa hal ini penting di luar lab?
Setelah gempa bumi, para penyintas mungkin terjebak di bawah reruntuhan. Quadcopter terlalu besar untuk memasuki celah sempit. Mereka mudah jatuh. Namun, serangga dapat menavigasi puing-puing dengan mudah. Mereka menghindari rintangan. Mereka menyesuaikan diri dengan angin. Mereka mendarat di permukaan yang tidak stabil.
Microrobot baru ini bertujuan untuk menjembatani kesenjangan tersebut. Ini menggabungkan ukuran serangga dengan kekuatan komputasi untuk melakukan manuver mirip serangga.
“Kami ingin menggunakan robot-robot ini dalam skenario yang tidak dapat diterbangkan oleh quadcopter tradisional,” kata Chen.
Langkah selanjutnya melibatkan penambahan sensor independen. Saat ini, robot mengandalkan sistem penangkapan gerak eksternal untuk navigasi. Menambahkan kamera di dalam pesawat akan memungkinkan penerbangan di luar ruangan tanpa pengawasan. Para peneliti juga mengeksplorasi koordinasi gerombolan. Bisakah beberapa mikrorobot bekerja sama untuk menghindari tabrakan saat memindai zona bencana?
Apa Selanjutnya
Makalah ini, yang diterbitkan di Science Advances, menandai pergeseran dalam arsitektur kontrol. Hal ini membuktikan bahwa kinerja tinggi dan efisiensi dapat hidup berdampingan.
Tapi pekerjaannya belum selesai. Sensor adalah rintangan berikutnya. Penerapan di dunia nyata masih akan dilakukan. Untuk saat ini, kami memiliki robot yang dapat melakukan jungkir balik sepuluh kali dalam sebelas detik. Ia terbang lebih cepat dari sebelumnya. Ia tidak terlihat seperti mesin dan lebih seperti bug.
Apakah ini awal mula munculnya kawanan mikrorobot otonom? Mungkin. Atau mungkin ini hanyalah langkah pertama untuk semakin mendekati apa yang telah disempurnakan alam selama jutaan tahun.
