Robot yang dapat dikenakan adalah perangkat bertenaga yang Anda kenakan di tubuh untuk membantu Anda bergerak, dan membutuhkan lima komponen utama robot yang dapat dikenakan: sensor, aktuator, komponen struktural, catu daya, dan sistem kontrol. Setiap komponen robot yang dapat dikenakan dibuat dengan cara khusus. Sensor dibuat menggunakan fotolitografi, bagian struktural dibentuk dengan mesin CNC, casing dibentuk dengan cetakan injeksi, sistem kontrol dibangun dengan perakitan PCB, dan catu daya membutuhkan produksi sel baterai. Pasar untuk teknologi yang dapat dikenakan ini diperkirakan akan mencapai USD 11,889.36 juta pada tahun 2030, tumbuh dengan CAGR sebesar 43.45%. Bayangkan sebuah kerangka luar industri atau prostetik pintar. Komponen robot yang dapat dikenakan ini bekerja sama untuk mengurangi ketegangan dan mengembalikan fungsi. Mari kita lihat bagaimana material dan manufaktur mewujudkannya.
Sensor pada Komponen Robot yang Dapat Dipakai
Apa yang Dilakukan Sensor?
Sensor bertindak seperti sistem saraf pada robot yang dapat dikenakan. Sensor mendeteksi gerakan, gaya, posisi, dan sinyal tubuh dari pengguna dan lingkungan sekitar. Tanpa sensor, perangkat tidak akan tahu kapan Anda berjalan, mengangkat beban, atau berdiri diam.
Bayangkan sebuah kerangka luar industri. Kerangka tersebut harus mengetahui sudut pinggul Anda, gaya yang Anda berikan pada beban, dan aktivitas listrik di otot Anda. Informasi tersebut kemudian dikirim ke pengontrol, yang selanjutnya menentukan seberapa besar torsi bantuan yang harus diberikan. Jika pendeteksiannya salah, robot akan bekerja melawan Anda, bukan membantu Anda.
Unit pengukuran inersia (IMU) adalah contoh yang baik. IMU menggabungkan akselerometer, giroskop MEMS, dan algoritma fusi untuk memberikan data pergerakan yang akurat dan mendukung kontrol cerdas. Hal ini membantu eksoskeleton merespons keinginan pengguna dan menyesuaikan diri secara alami. Pada eksoskeleton lunak, IMU mengumpulkan data gerakan secara real-time seperti sudut, percepatan sudut, dan kecepatan sudut. Hal ini memungkinkan sistem kontrol untuk mengenali medan dan menyesuaikan mode pergerakan secara akurat.
IMU juga memungkinkan analisis gaya berjalan di luar ruang tertutup, mengatasi keterbatasan sistem penangkap gerakan tradisional. IMU memungkinkan estimasi niat gerakan manusia, yang merupakan kunci untuk mengendalikan eksoskeleton. Sistem IMU yang dapat dikenakan memberikan data referensi untuk strategi bantuan dalam mencapai lintasan yang diinginkan. Beberapa IMU yang ditempatkan pada segmen tubuh yang berbeda mengumpulkan data kompleks dan, melalui fusi sensor, memperkirakan kinematika dan sudut sendi.
Bagaimana Sensor Diproduksi
Metode pembuatan perangkat ini berbeda-beda tergantung jenis sensornya. Mikrosensor, seperti giroskop MEMS di dalam IMU, bergantung pada fotolitografi dan fabrikasi MEMS. Proses ini membangun struktur mekanik kecil pada wafer silikon, lapis demi lapis, dengan presisi yang luar biasa.
Sensor fleksibel dan elastis menempuh jalur yang berbeda. Sablon menempatkan tinta konduktif pada substrat polimer, menciptakan elemen sensor tipis dan lentur. Metode ini sangat cocok untuk aplikasi yang dapat dikenakan di mana sensor harus sesuai dengan permukaan tubuh yang melengkung.
Modul sensor kemudian melalui proses perakitan pick-and-place. Mesin menempatkan komponen-komponen kecil ke papan sirkuit dengan kecepatan tinggi, dan penyolderan reflow menahannya di tempatnya. Dalam praktiknya, langkah ini menentukan keandalan lebih dari hampir semua langkah lainnya.
Perusahaan seperti NOBLE, perusahaan manufaktur terkemuka di Tiongkok, menghadirkan kemampuan layanan yang luar biasa dan keahlian permesinan profesional pada tahap ini. Mereka membantu klien untuk beralih secara efisien dari pembuatan prototipe ke produksi massal komponen robot yang dapat dikenakan, yang sangat mempersingkat siklus pengembangan.
Jenis Sensor Umum
Beberapa keluarga sensor muncul berulang kali dalam robotika yang dapat dikenakan. Unit pengukuran inersia menangani pelacakan gerakan. Resistor peka gaya mengukur tekanan dan gaya genggaman. Sensor elektromiografi (EMG) membaca aktivitas listrik otot untuk kontrol prostetik. Encoder melacak rotasi sendi pada lengan robot industri.
Performa sensor EMG sangat penting untuk prostetik mioelektrik. Pertimbangkan spesifikasi berikut:
| Spesifikasi | Sensor otot Myoware | Sensor EMG yang dikembangkan |
| SNR | 23.39 dB | 32.95 dB |
| Kepekaan | 0.159 V/N | 0.2943 V/N |
| Bangun waktu | 323 ms | 136 ms |
| Waktu jatuh | 261 ms | 408 ms |
Sensor EMG yang dikembangkan menunjukkan nilai SNR 1.4 kali lebih besar dan sensitivitas 45% lebih tinggi dibandingkan dengan sensor EMG komersial. Selain itu, sensor yang diusulkan 57% lebih cepat daripada sensor komersial dalam menghasilkan respons keluaran.
Untuk kontrol prostetik, diperlukan perangkat EMG berkualitas sedang dengan waktu respons yang lebih singkat (di bawah 300 ms) dan tingkat intuisi yang tinggi.
Ambang batas waktu respons tersebut menjelaskan mengapa pemilihan sensor bukan hanya tentang akurasi. Kecepatan dan intuisi menentukan apakah pengguna mempercayai perangkat tersebut. Perangkat wearable yang bereaksi lambat terasa rusak, meskipun pembacaannya sempurna.
Aktuator pada Komponen Robot yang Dapat Dipakai
Peran Aktuator
Aktuator mengubah energi menjadi gerakan. Itulah cara termudah untuk menjelaskannya. Pada robot yang dapat dikenakan, aktuator bekerja seperti otot. Mereka menggunakan daya listrik untuk menghasilkan gerakan yang membantu Anda mengangkat, berjalan, atau menggenggam.
Sebagian besar aktuator dimulai dengan motor. Motor berputar cepat, tetapi tidak menghasilkan torsi yang besar. Sistem penggerak dan roda gigi reduksi mengatasi masalah itu. Mereka memperlambat putaran dan meningkatkan gaya. Kemudian, transmisi mengirimkan gaya tersebut ke sambungan atau ujung efektor. Seluruh rangkaian itu penting. Kotak roda gigi yang lemah akan membuang-buang potensi motor yang kuat.
Aktuator elastis seri menambahkan pegas di antara motor dan beban. Desain ini memberikan toleransi guncangan alami dan kepatuhan yang aman. Hal ini penting untuk interaksi fisik manusia-robot dalam eksoskeleton rehabilitasi. Pegas menyerap gaya mendadak alih-alih meneruskannya ke tubuh Anda.
Manfaatnya terlihat dalam penggunaan nyata:
- Interaksi manusia-robot yang transparan mengurangi biaya metabolisme selama berjalan dengan beban sebesar 10–15%.
- Kontrol gaya yang dapat dikendalikan balik membantu pemulihan stroke, seperti yang ditunjukkan pada eksoskeleton H2.
- Desain impedansi variabel meningkatkan kemampuan adaptasi bagi pengguna lanjut usia dengan otot yang lemah.
Angka-angka ini berasal dari penelitian rehabilitasi. Angka-angka ini menunjukkan mengapa kepatuhan bukan hanya tambahan yang menyenangkan, tetapi juga fitur keselamatan.
Bagaimana Aktuator Diproduksi
Produksi aktuator merupakan proses multi-tahap. Setiap tahap membutuhkan toleransi yang ketat. Kesalahan kecil di satu tahap dapat merusak seluruh unit.
Pemesinan CNC membentuk rumah motor terlebih dahulu. Rumah motor harus menahan stator dan rotor dalam posisi sejajar sempurna. Goyangan sekecil apa pun akan menciptakan getaran dan kebisingan. Selanjutnya adalah penggulungan kumparan. Mesin melilitkan kawat tembaga di sekitar inti stator dengan tegangan yang tepat. Kumparan yang longgar akan membuang energi sebagai panas. Kumparan yang terlalu kencang berisiko menyebabkan kawat putus.
Selanjutnya adalah perakitan magnet. Magnet permanen dimasukkan ke dalam rotor dengan posisi yang tepat. Orientasi magnet menentukan konstanta torsi motor. Kemudian, pemotongan roda gigi menghasilkan roda gigi reduksi. Mesin hobbing dan shaping memotong gigi yang saling terkait dengan mulus. Roda gigi yang dipotong dengan buruk akan cepat aus dan kehilangan efisiensi.
Integrasi encoder menyelesaikan proses pembuatan. Encoder melacak posisi dan kecepatan motor. Kemudian mengirimkan data tersebut kembali ke pengontrol. Tanpanya, aktuator tidak dapat bergerak ke posisi yang diperintahkan. Loop kontrol bergantung pada umpan balik ini.
Dari sudut pandang praktis, setiap langkah dalam rantai ini memengaruhi kinerja akhir. Motor yang bagus dengan gearbox yang buruk akan berkinerja seperti motor yang buruk. Produsen harus mengontrol kualitas di setiap tahap.
Aktuator Lunak dan Pneumatik
Tidak semua robot yang dapat dikenakan menggunakan motor dan roda gigi yang kaku. Robotika lunak mengambil jalur yang berbeda. Sistem ini menggunakan aktuator lunak, kain, dan material yang lentur. Mereka menekuk dan meregang mengikuti tubuh, bukan melawannya.
Robotika lunak mengubah cara para insinyur berpikir tentang aktuasi. Alih-alih motor di setiap sendi, robotika lunak menggunakan tekanan udara atau fluida. Otot buatan pneumatik adalah contoh yang umum. Otot tersebut berkontraksi ketika udara mengisi kantung di dalam selubung yang terjalin. Jalinan tersebut memaksa kantung untuk memendek dan melebar. Gerakan tersebut meniru otot sungguhan.
Pembuatan aktuator ini melibatkan pencetakan dan fabrikasi. Silikon atau karet dimasukkan ke dalam cetakan untuk membentuk kantung. Selongsong anyaman membungkusnya. Lapisan-lapisan tersebut direkatkan dengan perekat atau panas. Aktuator yang sudah jadi ringan dan fleksibel.
Robotika lunak menawarkan keunggulan yang jelas untuk perangkat yang dapat dikenakan. Materialnya menyesuaikan dengan bentuk tubuh. Material ini mengurangi titik-titik tekanan. Selain itu, material ini juga menyerap benturan lebih baik daripada bagian yang kaku. Untuk robot yang dapat dikenakan yang membantu pasien stroke atau pekerja pabrik, kenyamanan menentukan apakah orang benar-benar menggunakannya.
Robotika lunak memang memiliki beberapa kelemahan. Aktuator ini menghasilkan gaya yang lebih kecil daripada motor. Mereka membutuhkan saluran pneumatik atau pompa. Hal itu menambah ukuran. Namun demikian, robotika lunak terus berkembang dalam rehabilitasi dan alat bantu. Bidang robotika lunak terus menarik pendanaan penelitian. Robotika lunak pada akhirnya mungkin akan menggantikan aktuator kaku dalam banyak aplikasi yang dapat dikenakan. Robotika lunak mewakili pergeseran besar dalam cara para insinyur mendekati mesin yang ramah bagi manusia. Masa depan robotika lunak tampak cerah untuk teknologi yang dapat dikenakan.
Komponen Struktural dari Komponen Robot yang Dapat Dipakai
Fungsi Elemen Struktural
Komponen struktural memberikan bentuk dan kekuatan pada robot yang dapat dikenakan. Komponen ini menopang beban, menahan setiap komponen lain pada tempatnya, dan menyalurkan gaya ke titik yang tepat pada tubuh. Anggap saja komponen ini sebagai kerangka. Tanpa kerangka yang kuat, sensor dan aktuator tidak akan memiliki tempat untuk dipasang.
Daftar bagian struktural lebih panjang dari yang kebanyakan orang bayangkan. Daftar tersebut mencakup alas, badan, rangka, sasis, efektor ujung, dan perangkat input. Alas dan sasis membentuk platform utama. Rangka menghubungkan sambungan dan penghubung. Efektor ujung adalah bagian yang bersentuhan dengan pengguna atau lingkungan, seperti pegangan atau pelat kaki. Perangkat input, seperti tombol atau joystick, juga membutuhkan pemasangan struktural.
Pembuatan Komponen Struktural
Fabrikasi lembaran logam menangani sebagian besar rangka dan sasis. Pemotongan laser membentuk lembaran logam datar dengan akurasi tinggi. Mesin pembengkok kemudian melipat logam menjadi bentuk tiga dimensi. Pengelasan menyatukan potongan-potongan tersebut menjadi satu unit yang kokoh. Rantai proses ini bekerja dengan baik untuk komponen berukuran sedang hingga besar.
Pemesinan CNC mengambil alih untuk komponen presisi. Braket sambungan, dudukan bantalan, dan pelat pemasangan membutuhkan toleransi yang ketat. Mesin penggiling atau bubut CNC memotong logam dengan dimensi yang tepat. Pencetakan injeksi digunakan untuk melapisi wadah polimer. Plastik cair mengisi cetakan baja, mendingin, dan keluar sebagai cangkang jadi. Metode ini cocok untuk produksi penutup dan wadah dalam jumlah besar.
Bahan untuk Struktur
Pemilihan material menentukan berat, kekuatan, dan biaya. Berikut perbandingan pilihan umum yang tersedia:
| Bahan | Properti Utama | Penggunaan Khas |
| Paduan aluminium | Ringan, kuat, mudah dikerjakan dengan mesin | Bingkai, braket |
| titanium | Rasio kekuatan-ke-berat yang tinggi | Sambungan penahan beban |
| Komposit serat karbon | Sangat kaku, sangat ringan | Lengan, tautan |
| Plastik rekayasa | Murah, fleksibel, isolasi | Perumahan, penutup |
Paduan aluminium sangat ideal untuk banyak komponen robot yang dapat dikenakan. Paduan ini mudah dikerjakan dan tahan korosi. Titanium lebih mahal, tetapi rasio kekuatan terhadap beratnya sangat menguntungkan pada sambungan yang menahan beban tinggi. Komposit serat karbon memberikan kekakuan yang luar biasa dengan bobot rendah, yang penting untuk sambungan lengan yang berayun sepanjang hari. Plastik rekayasa melengkapi daftar untuk casing dan bagian yang tidak menahan beban.
Memilih material yang tepat adalah sebuah keseimbangan. Bingkai yang lebih berat terasa kokoh tetapi membuat pengguna cepat lelah. Bingkai yang lebih ringan mungkin akan melentur di bawah beban. Keputusan manufaktur yang baik pada tahap ini menentukan apakah perangkat wearable akhir terasa seperti alat atau beban.
Sistem Kontrol pada Komponen Robot yang Dapat Dipakai
Otak Robot
Sistem kendali bekerja seperti otak robot yang dapat dikenakan. Sistem ini menerima data dari semua sensor, menentukan langkah selanjutnya, dan memberi tahu aktuator apa yang harus dilakukan. Siklus ini terjadi berkali-kali setiap detik. Jika terlalu lambat, robot akan terasa tersentak-sentak bagi pengguna.
Sistem ini memiliki empat bagian utama. Pengontrol adalah prosesor yang menjalankan logika. Unit kontrol berisi elektronika daya dan pengkondisian sinyal. Perangkat lunak memberi tahu perangkat keras aturan apa yang harus diikuti. Antarmuka perangkat input menghubungkan tombol, joystick, atau aplikasi telepon ke papan utama. Bersama-sama, bagian-bagian ini mengubah sinyal mentah menjadi gerakan yang halus dan aman.
Perangkat Keras Kontrol Manufaktur
Pembuatan papan kontrol dimulai dengan pembuatan PCB. Garis-garis tembaga diukir pada papan fiberglass. Kemudian papan tersebut diproses melalui perakitan teknologi pemasangan permukaan (SMT). Mesin menempatkan chip-chip kecil di papan, dan penyolderan reflow menahannya di tempatnya.
SMT sangat penting untuk sirkuit fleksibel pada robot lunak. Lebih sedikit lubang tembus dan sambungan solder berarti lebih sedikit titik yang berpotensi gagal.
Selain itu, memiliki lebih sedikit lubang tembus dan sambungan solder membuat robot lebih andal. Dengan lebih sedikit titik penghubung, ada lebih sedikit tempat di mana terjadi kesalahan. Ini berarti sistem robot dapat bekerja lebih lama tanpa perlu perbaikan.
Setelah perakitan, mikrokontroler dan chip ditambahkan. Kemudian papan tersebut disegel dalam wadah untuk melindunginya dari debu, keringat, dan benturan. Langkah ini menentukan apakah komponen elektronik tersebut dapat bertahan dalam penggunaan sehari-hari.
Perangkat Lunak dan Firmware
Firmware adalah kode yang tersimpan di dalam mikrokontroler. Firmware menangani integrasi sensor, mengambil data dari IMU, sensor gaya, dan encoder ke dalam satu aliran data. Fusi sensor menggabungkan pembacaan tersebut menjadi satu gambaran yang jelas tentang gerakan pengguna.
Algoritma kontrol waktu nyata kemudian menggunakan gambaran tersebut. Mereka menentukan berapa torsi yang harus diberikan setiap aktuator. Siklus kontrol harus selesai dengan cepat, atau robot akan tertinggal dari pengguna. Firmware yang baik juga menangani pemeriksaan keamanan, seperti memutus daya ketika masalah muncul.
Dari sudut pandang praktis, perangkat lunak dan perangkat keras perlu bekerja sama. Papan sirkuit yang bagus dengan firmware yang buruk tetap terasa rusak. Para insinyur menguji kedua bagian tersebut sebagai satu sistem sebelum robot yang dapat dikenakan dikirimkan.
Proses Pemesinan untuk Komponen Robot yang Dapat Dipakai
Manufaktur Subtraktif
Metode subtraktif menghilangkan material dari blok padat hingga bentuk akhir yang diinginkan terbentuk. Pemesinan CNC adalah pilihan terbaik dalam kelompok ini. Alat putar memotong logam dengan presisi tinggi, dan mesin 5 sumbu dapat mencapai sudut yang tidak dapat dicapai oleh mesin 3 sumbu. Untuk sambungan rangka luar aluminium, pemesinan CNC 5 sumbu menghasilkan permukaan akhir Ra 0.2 µm. Pemesinan paduan aluminium standar biasanya mencapai Ra 0.8 µm. Selisih tersebut penting ketika bagian-bagian saling bergesekan atau menanggung beban berat.
Pemotongan laser dan pemotongan waterjet dapat digunakan untuk material datar dan komponen lembaran. Masing-masing metode memiliki kelebihan dan kekurangan untuk komponen robot yang dapat dikenakan. Periksa perbandingannya untuk komposit serat karbon:
| Atribut | Laser Cutting | Pemotongan Waterjet |
| Lebar kerf | Garitan sempit | Lebar celah potong lebih besar daripada laser. |
| Kualitas tepi | Tepi yang tajam dan persegi; zona yang terkena panas kecil. | Tepi satin yang halus; tidak ada zona yang terkena panas. |
| Kesesuaian serat karbon | Tidak disarankan — asap beracun | Disarankan — erosi dingin membuat struktur tetap utuh |
Pemotongan laser memberikan presisi yang tak tertandingi untuk lembaran serat karbon tipis di bawah 5 mm. Proses tanpa kontak menghilangkan keausan alat. Namun, kerusakan termal merupakan risiko. Pengaturan yang salah dapat melemahkan ikatan resin. Pemotongan waterjet sangat baik untuk serat karbon tebal di atas 10 mm tanpa distorsi panas. Aliran abrasif menangani komposit berlapis dengan sempurna. Kecepatan yang lebih lambat dan biaya perawatan yang lebih tinggi akibat keausan nosel adalah kekurangannya. Lembaran tipis menggunakan laser. Pelat tebal menggunakan waterjet. Bentuk sederhana dapat dikerjakan dengan keduanya. Kurva tiga dimensi membutuhkan CNC.
Manufaktur Aditif
Pencetakan 3D membangun komponen lapis demi lapis dari file digital. Proses ini sangat bagus selama pembuatan prototipe dan produksi komponen khusus. FDM mendorong plastik cair melalui nosel. Proses ini murah dan cepat, sehingga cocok untuk pengecekan desain awal. SLA menggunakan laser untuk mengeraskan resin cair. Proses ini menghasilkan permukaan yang lebih halus dan detail yang lebih presisi. SLS menggabungkan bubuk dengan laser, menciptakan komponen yang kuat tanpa struktur pendukung.
Untuk komponen robot yang dapat dikenakan, manufaktur aditif sangat mengurangi waktu tunggu. Soket prostetik khusus yang dulunya membutuhkan waktu berminggu-minggu untuk dibuat sekarang dapat dicetak dalam hitungan hari. Para insinyur melakukan iterasi lebih cepat karena mereka dapat memegang bagian fisik lebih awal. Material yang digunakan berkisar dari PLA dasar hingga nilon kelas teknik dan filamen berisi serat karbon. Setiap pilihan menyeimbangkan kekuatan, berat, dan biaya secara berbeda.
Proses Pembentukan dan Penggabungan
Metode formatif membentuk material tanpa memotongnya. Pencetakan injeksi memaksa plastik cair masuk ke dalam cetakan baja. Plastik mendingin dan keluar sebagai cangkang jadi. Proses ini cocok untuk produksi massal casing dan penutup. Thermoforming memanaskan lembaran plastik hingga melunak, kemudian menariknya di atas cetakan. Metode ini bekerja dengan baik untuk bagian-bagian besar dan tipis seperti cangkang helm atau panel bodi.
Proses penyambungan menyatukan bagian-bagian yang terpisah. Pengelasan menggabungkan bagian-bagian logam dengan panas atau tekanan. Pengikatan perekat menggunakan ikatan kimia untuk menghubungkan permukaan. Perekat menyebarkan tegangan secara merata dan bekerja pada material yang berbeda. Lengan serat karbon yang diikat ke braket aluminium mendapat manfaat dari pendekatan ini. Metode penyambungan yang tepat bergantung pada jenis beban, pasangan material, dan paparan lingkungan. Dari sudut pandang praktis, proses manufaktur terbaik untuk komponen robot yang dapat dikenakan sering kali menggabungkan beberapa metode dalam satu perakitan.
Pertimbangan Desain untuk Komponen Robot yang Dapat Dipakai
Berat, Kenyamanan, dan Ergonomi
Robot yang dapat dikenakan dan terlalu berat tidak membantu siapa pun. Orang-orang akan berhenti memakainya. Setiap gram sangat berarti selama delapan jam kerja. Para insinyur memilih material ringan seperti aluminium dan serat karbon. Mereka menghilangkan material di tempat yang tidak dibutuhkan. Kenyamanan bergantung pada bagaimana perangkat tersebut pas dengan tubuh Anda. Tali pengikat perlu diberi bantalan. Sambungan harus sesuai dengan cara Anda bergerak secara alami. Ketidaksesuaian menyebabkan gesekan dan rasa sakit.
Standar ergonomis membantu mendapatkan kesesuaian yang tepat. ISO 11228 menetapkan aturan untuk mengangkat dan membawa beban. Standar ini memberi tahu perancang berapa berat yang aman dan posisi tangan mana yang paling efektif. Misalnya, standar ini menyarankan pegangan yang kuat dengan pergelangan tangan netral dan memperingatkan terhadap sudut yang ekstrem. Hal ini secara langsung membentuk cara pembuatan penyangga lengan eksoskeleton. Standar lain, ISO 11226, mencakup postur kerja statis. Standar ini memberikan aturan untuk desain di mana pekerja diam dalam waktu lama. Untuk eksoskeleton pergelangan tangan di pabrik, aturan tentang penanganan manual dan postur statis ini merupakan pedoman yang paling bermanfaat.
Aturan-aturan ini membantu para insinyur memutuskan di mana harus menambahkan penyangga dan di mana harus membiarkan pergerakan tetap bebas. Desain yang baik memungkinkan Anda untuk membungkuk secara alami sementara robot membawa beban.
Daya Tahan dan Keamanan
Komponen robot terpapar keringat, debu, dan tekanan berulang. Braket yang retak setelah satu minggu tidak berguna. Daya tahan dimulai dengan memilih material yang tepat. Logam harus tahan karat. Plastik harus tahan benturan. Pengelolaan panas juga penting. Motor menjadi panas selama penggunaan. Jika panas menumpuk, komponen akan rusak atau pengguna akan terbakar. Para perancang menambahkan ventilasi atau pendingin untuk menjaga suhu tetap rendah.
Standar keselamatan menetapkan patokan untuk apa yang dapat diterima. ISO 13482 mencakup robot perawatan pribadi. Ini termasuk robot pelayan bergerak, robot asisten fisik (yang mencakup eksoskeleton), dan robot pengangkut orang. Untuk eksoskeleton, standar tersebut mensyaratkan fitur spesifik yang termasuk dalam tiga kategori:
- Desain mekanis yang aman secara inheren — perlindungan terhadap titik jepit, kesesuaian permukaan, dan stabilitas.
- Keselamatan dan kontrol fungsional — penghentian darurat, kontrol kecepatan, pembatasan gaya/torsi, dan penginderaan lingkungan.
- Perilaku yang dapat diprediksi dan dikendalikan — isyarat niat yang jelas, pemberhentian darurat yang mudah diakses, dan penurunan kinerja yang terkendali.
Persyaratan ini mendorong para perancang untuk memikirkan apa yang bisa salah. Sensor rusak. Baterai habis di tengah proses pengangkatan. Robot harus gagal dengan aman. Memenuhi standar ini membuka pasar dan membangun kepercayaan.
Desain untuk Mengurangi Cedera
Tujuan utama dari sebuah eksoskeleton adalah untuk mengurangi cedera. Di pabrik, pekerja mengalami cedera punggung akibat mengangkat beban berat. Eksoskeleton menopang tulang belakang dan mengurangi sebagian beban tersebut. Di lokasi konstruksi, pekerjaan di atas kepala dapat menyebabkan ketegangan pada bahu. Penopang lengan menahan beban tersebut. Dengan mengalihkan gaya dari tubuh pengguna, alat-alat ini mencegah kerusakan otot dan tulang sebelum terjadi.
Perangkat medis mengikuti ide yang sama. Eksoskeleton rehabilitasi membantu pasien stroke untuk berjalan kembali. Tetapi alat ini juga harus melindungi mereka dari jatuh. Sensor mendeteksi ketika pasien tidak stabil. Sistem kontrol memutus daya atau menyesuaikan penyangga. Para perancang menambahkan bantalan pada titik kontak. Mereka membentuk rangka untuk menghindari tekanan pada tulang. Setiap detail bertujuan untuk menyembuhkan, bukan membahayakan.
Desain yang baik lebih dari sekadar mendukung pengguna. Desain yang baik secara aktif melindungi pengguna. Perangkat yang pas terasa alami. Anda bergerak bebas, dan robot membantu tanpa menghalangi. Desain yang buruk menciptakan risiko baru seperti terjepit atau kepanasan. Itulah mengapa standar penting dan pengujian sangat penting. Ketika para insinyur berhasil, mesin-mesin ini membuat pekerjaan berbahaya menjadi lebih aman dan membantu orang pulih dari cedera lebih cepat.
Material untuk Komponen Robot yang Dapat Dipakai
Logam dan Paduan
Logam memainkan peran penting dalam sebagian besar komponen robot yang dapat dikenakan. Paduan aluminium adalah pilihan utama untuk rangka dan braket. Paduan ini ringan, kuat, dan mudah dikerjakan. Titanium harganya lebih mahal, tetapi rasio kekuatan terhadap beratnya yang tinggi membuatnya sempurna untuk sambungan penahan beban. Baja tahan karat melengkapi daftar ini. Baja ini tahan karat dan mampu menahan tekanan tinggi, sehingga cocok untuk pin dan pengencang struktural.
Memilih logam yang tepat bergantung pada fungsinya. Kerangka eksoskeleton pinggul membutuhkan kekakuan tanpa bobot tambahan. Aluminium mampu menangani hal itu dengan baik. Sendi lutut yang menerima benturan berulang mungkin membutuhkan titanium. Baja tahan karat cocok untuk bagian yang terpapar keringat dan cuaca. Setiap logam memiliki keseimbangan bobot, kekuatan, dan biaya yang berbeda.
Polimer dan Komposit
Plastik dan komposit mencakup segala hal mulai dari casing hingga sambungan lengan. ABS adalah plastik rekayasa serbaguna. Ia memiliki kekuatan benturan yang baik, mudah dibentuk, dan mudah dicat serta diberi lapisan akhir. Hal ini menjadikannya standar untuk casing elektronik konsumen dan penutup peralatan. Polikarbonat (PC) menawarkan ketahanan benturan yang lebih tinggi. Ia juga memberikan stabilitas dimensi dan kejernihan optik pada grade alami. Grade tahan UV tersedia untuk penggunaan di luar ruangan.
| Plastik | Dampak Perlawanan |
| ABS | High |
| Polycarbonate (PC) | Sangat tinggi |
Campuran PC/ABS memberikan ketahanan benturan yang lebih baik serta pemrosesan yang lebih mudah daripada PC tanpa pengisi. Untuk komponen robot yang dapat dikenakan, hal itu penting ketika penutup harus tahan terhadap benturan dan keausan sehari-hari. Komposit serat karbon memberikan kekakuan yang luar biasa dengan bobot rendah. Serat kaca lebih murah dan tetap menambah kekuatan. Nilon cocok untuk roda gigi dan komponen yang aus. Material-material ini memungkinkan para insinyur untuk mengurangi bobot tanpa mengorbankan daya tahan.
Bahan Cerdas dan Fungsional
Material pintar mengubah bentuk atau sifatnya saat dipicu. Paduan memori bentuk kembali ke bentuk semula saat dipanaskan. Hal ini membuatnya berguna untuk aktuator kompak. Material piezoelektrik menghasilkan muatan saat ditekan. Material ini juga dapat mengubah bentuk saat tegangan diterapkan. Material ini mendukung penginderaan dan pergerakan di ruang sempit.
Tekstil konduktif menghidupkan robotika lunak. Tekstil ini menghantarkan sinyal dan daya melalui kain. Hal ini memungkinkan robotika lunak untuk menekuk dan meregang mengikuti tubuh. Robotika lunak bergantung pada material fleksibel ini agar nyaman dipakai. Robotika lunak juga menggunakannya untuk penginderaan tekanan. Robotika lunak mendapat manfaat dari kain yang menghantarkan listrik tanpa terasa kaku. Robotika lunak terus mengadopsi material pintar baru setiap tahunnya. Para peneliti robotika lunak menguji tekstil konduktif untuk aktuasi seperti otot. Robotika lunak suatu hari nanti mungkin akan menggantikan bagian-bagian kaku di banyak perangkat yang dapat dikenakan. Robotika lunak sudah muncul di sarung tangan rehabilitasi dan pakaian bantu. Robotika lunak mewakili pergeseran besar dalam cara para insinyur membangun mesin yang ramah bagi manusia.
Aplikasi Komponen Robot yang Dapat Dipakai
Aplikasi Industri dan Manufaktur
Pabrik-pabrik kini menggunakan komponen robot yang dapat dikenakan setiap hari. Para pekerja mengenakan kerangka luar (exoskeleton) sebelum menjalani shift panjang di jalur perakitan. Perangkat ini menopang punggung, bahu, dan kaki selama tugas-tugas yang dilakukan berulang kali. Robot yang dapat dikenakan di industri tidak menggantikan pekerja. Sebaliknya, robot ini membantu meringankan beban fisik.
Perusahaan otomotif mulai menggunakannya sejak dini. Pekerja perakitan yang mengangkat lengan mereka di atas kepala selama berjam-jam menggunakan eksoskeleton penopang lengan. Perangkat ini menahan berat alat, sehingga otot bahu dapat beristirahat. Pekerja logistik yang mengangkat kotak sepanjang hari mengenakan pakaian penopang punggung. Penggunaan ini mengurangi kelelahan dan meningkatkan efisiensi pekerja selama shift kerja. Komponen yang sama juga digunakan dalam konstruksi, pertanian, dan penyimpanan. Setiap lingkungan membutuhkan kombinasi sensor, aktuator, dan rangka yang berbeda.
Aplikasi Medis dan Rehabilitasi
Dokter dan terapis menggunakan bagian robot yang dapat dikenakan dengan cara yang sangat bermanfaat. Robot medis yang dapat dikenakan membantu pasien berjalan kembali setelah stroke atau cedera tulang belakang. Eksoskeleton bertenaga memandu kaki melalui pola berjalan alami. Perangkat rehabilitasi seperti ini memungkinkan terapis untuk fokus pada kemajuan alih-alih menopang pasien. Anggota tubuh prostetik dengan sendi bertenaga mengembalikan cengkeraman dan keseimbangan bagi orang yang mengalami amputasi. Robot bantu bedah juga menggunakan teknologi sensor dan aktuator yang sama.
Hasil dari klinik mendukung hal ini. Dalam satu studi setelah stroke, 7 dari 9 pasien yang menggunakan eksoskeleton mengalami peningkatan kemampuan berjalan. Mereka mencapai level 2 hingga 4 pada tes berjalan. Sementara itu, 6 dari 8 pasien yang tidak menggunakan eksoskeleton tetap berada pada level terendah (0 hingga 1). Skor kualitas hidup jauh lebih tinggi pada kelompok eksoskeleton, dengan skor rata-rata 0.767 dibandingkan dengan 0.434 untuk kelompok lainnya. Tidak ada kejadian buruk yang serius terjadi.
Para pengguna memberikan nilai rata-rata 4.5 dari 5 untuk keamanan dan kenyamanan. Beberapa masih mengeluhkan berat dan daya tahannya. Umpan balik tersebut mendorong para insinyur untuk terus meningkatkan setiap bagiannya.
Aplikasi yang Meningkatkan Keselamatan Pekerja
Keuntungan terbesar dari mesin-mesin ini adalah meningkatkan keselamatan pekerja. Cedera punggung, ketegangan bahu, dan keausan sendi merupakan masalah umum dalam pekerjaan yang membutuhkan tenaga fisik yang besar. Cedera otot dan tulang merugikan perusahaan miliaran dolar setiap tahunnya karena hilangnya waktu kerja. Komponen robot yang dapat dikenakan mengalihkan beban dari tubuh ke kerangka robot. Perubahan sederhana ini mencegah kerusakan sebelum terjadi.
Dukungan postur yang baik sangat penting selama pengangkatan berulang. Eksoskeleton menjaga tulang belakang dalam lengkungan yang aman dan mendistribusikan beban. Pekerja tetap produktif lebih lama dan pulang tanpa rasa sakit. Dari sudut pandang praktis, keselamatan dan produktivitas bukanlah hal yang berlawanan di sini. Keduanya tumbuh bersama. Robotika lunak menambahkan lapisan lain dengan membuat pakaian ini lebih ringan dan lebih nyaman. Robotika lunak memungkinkan perangkat untuk menekuk mengikuti tubuh alih-alih melawannya. Penggunaan yang lebih luas di bidang perawatan kesehatan, penyimpanan, dan manufaktur terus berkembang seiring dengan peningkatan teknologi.
NOBLE: Membuat Komponen Robot yang Dapat Dipakai
Keahlian dalam Pengolahan Logam dan Plastik
NOBLE dikenal karena keahliannya dalam pengerjaan logam dan plastik, dan fokus tersebut sangat cocok untuk komponen robot yang dapat dikenakan. Rangka, braket, dan rumah sambungan membutuhkan ukuran yang tepat dan hasil akhir yang halus setiap saat. Perusahaan ini melakukan pemesinan CNC, pengerjaan lembaran logam, dan pencetakan injeksi semuanya di satu tempat. Kombinasi ini mencakup rangka aluminium, sambungan titanium, dan penutup plastik tanpa perlu mengirim pekerjaan ke bengkel lain.
Menggunakan satu mitra untuk pengerjaan logam dan plastik menghemat waktu. Jika desain braket berubah, Anda tidak perlu mencari pemasok baru. Para insinyur mengubah file CAD, dan bengkel membuat versi baru. Untuk perangkat wearable yang melalui banyak model uji, kecepatan tersebut sangat penting.
Sertifikasi dan Kualitas
Sistem mutu menunjukkan produsen mana yang serius dan mana yang tidak. NOBLE memiliki sertifikasi ISO 9001:2015 dan ISO 13485:2016. Sertifikasi yang kedua sangat penting bagi siapa pun yang memproduksi produk medis atau perawatan kesehatan.
Sertifikasi ISO 13485 menunjukkan komitmen terhadap standar kualitas, keamanan, dan keunggulan hukum tertinggi dalam pembuatan perangkat medis.
Komitmen tersebut membuahkan hasil nyata. Pemasok bersertifikat sering mendapatkan:
- Pengakuan sebagai pemasok tepercaya oleh perusahaan-perusahaan besar perangkat medis.
- Harga lebih tinggi karena pelanggan tidak perlu repot memeriksanya.
- Jumlah audit pelanggan berkurang karena sertifikasi ISO memenuhi banyak persyaratan peninjauan.
- Pendaftaran pelanggan perangkat medis baru yang lebih cepat.
Salah satu perusahaan pembuat perangkat steril berdasarkan kontrak memperoleh sertifikasi ISO 13485 dan memangkas waktu persetujuan pelanggan dari 12 bulan menjadi 4 bulan. Kunjungan audit turun dari empat kali setahun menjadi sekali setahun. Nilai kontrak meningkat 25% melalui pen positioning yang lebih baik, dan perusahaan tersebut memasuki pasar Eropa yang sebelumnya tampak tertutup. Hasil tersebut menunjukkan apa yang dapat dilakukan oleh sistem mutu yang kuat untuk program robot yang dapat dikenakan.
Layanan Lengkap dari Desain hingga Perakitan
NOBLE melakukan lebih dari sekadar menjalankan mesin. Tim membantu di seluruh jalur mulai dari desain hingga perakitan. Semuanya dimulai dengan umpan balik tentang desain untuk manufaktur. Para insinyur menunjukkan fitur-fitur yang akan sulit dikerjakan atau dicetak sebelum alat-alat dibuat. Model uji coba dilakukan selanjutnya, kemudian alat produksi, lalu perakitan akhir dan pengujian.
Pendekatan menyeluruh ini cocok untuk komponen robot yang dapat dikenakan karena komponen-komponen tersebut bekerja bersama. Dudukan sensor harus sejajar dengan rangka. Sebuah wadah harus menyisakan ruang untuk aktuator. Ketika satu tim menangani setiap langkah, koneksi tersebut diperiksa sejak awal. Pembaca yang memiliki proyek yang ingin dikerjakan dapat menghubungi NOBLE dan memulai pembicaraan tersebut.
Robot yang dapat dikenakan membutuhkan lima bagian inti: sensor, aktuator, komponen struktural, catu daya, dan sistem kontrol. Fotolitografi menciptakan sensor MEMS kecil. Penggulungan kumparan dan pemesinan CNC membangun aktuator. Pemesinan CNC juga membentuk rangka. Pencetakan injeksi membentuk wadah plastik. Perakitan PCB membangun papan kontrol. Produksi baterai memberi daya pada seluruh perangkat. Material seperti serat karbon menjaga bobot tetap rendah tanpa mengurangi kekuatan. Desain yang baik membantu mengurangi cedera dan menjaga keselamatan pekerja selama shift kerja yang panjang. Manufaktur canggih mendorong kemajuan robotika yang dapat dikenakan dengan material dan metode yang lebih baik setiap tahunnya. Jika Anda memiliki proyek robot yang dapat dikenakan, NOBLE menawarkan dukungan penuh mulai dari desain hingga perakitan.
Pertanyaan yang Sering Diajukan (FAQ) tentang Komponen Robot yang Dapat Dipakai
Apa saja komponen utama robot yang dapat dikenakan?
Lima kategori utama mencakup hampir setiap perangkat: sensor, aktuator, bagian struktural, catu daya, dan sistem kontrol. Sensor membaca gerakan dan gaya. Aktuator menciptakan gerakan. Bagian struktural menyatukan semuanya. Catu daya menjalankan elektronik. Sistem kontrol menghubungkan semuanya dan menentukan apa yang terjadi selanjutnya.
Proses manufaktur mana yang menghasilkan setiap komponen?
Setiap komponen robot yang dapat dikenakan memiliki proses pembuatannya sendiri. Fotolitografi dan fabrikasi MEMS membangun mikro-sensor. Pemesinan CNC dan penggulungan kumparan membentuk aktuator. Pengerjaan lembaran logam dan pencetakan injeksi membentuk rangka dan wadah. Perakitan PCB membangun papan kontrol. Produksi sel baterai membuat catu daya.
Mengapa sensor sangat penting dalam robot yang dapat dikenakan?
Sensor memberi tahu robot apa yang dilakukan tubuh Anda. IMU melacak sudut sendi. Resistor peka gaya mengukur cengkeraman. Sensor EMG membaca sinyal otot. Jika pendeteksian salah, perangkat akan melawan Anda alih-alih membantu. Waktu respons juga penting — kontrol prostetik membutuhkan pembacaan di bawah 300 ms agar terasa alami.
Apa perbedaan antara aktuator kaku dan aktuator lunak?
Aktuator kaku menggunakan motor, roda gigi, dan transmisi. Aktuator ini memberikan gaya yang tinggi dan kontrol yang presisi. Aktuator lunak menggunakan tekanan udara, kain, dan material fleksibel. Aktuator ini menekuk mengikuti tubuh Anda dan menyerap benturan dengan lebih baik. Kelemahannya adalah keluaran gaya yang lebih rendah, dan seringkali membutuhkan pompa atau saluran udara.
Material apa yang paling cocok untuk bagian struktural?
Tergantung pada pekerjaannya. Paduan aluminium ringan dan mudah dikerjakan, sehingga cocok untuk rangka dan braket. Titanium memiliki rasio kekuatan terhadap berat yang tinggi untuk sambungan penahan beban. Komposit serat karbon tetap kaku dengan bobot rendah. Plastik rekayasa digunakan untuk wadah dan penutup dengan biaya rendah.
Apakah robot yang dapat dikenakan harus memenuhi standar keselamatan?
Ya, dan aturannya bergantung pada penggunaannya. ISO 13482 mencakup robot perawatan pribadi, termasuk eksoskeleton. Standar ini mensyaratkan perlindungan titik jepit, penghentian darurat, dan batasan gaya. ISO 11228 dan ISO 11226 memandu desain ergonomis untuk pengangkatan dan postur statis. Memenuhi standar ini membangun kepercayaan dan membuka pasar.
Bisakah pencetakan 3D menggantikan permesinan CNC untuk suku cadang ini?
Tidak sepenuhnya. Manufaktur aditif sangat bagus untuk pembuatan prototipe dan pekerjaan khusus. Soket prostetik khusus yang dulunya membutuhkan waktu berminggu-minggu kini dapat dicetak dalam hitungan hari. Namun, rangka dan sambungan produksi masih membutuhkan pemesinan CNC untuk toleransi yang ketat dan permukaan yang halus. Sebagian besar pembuatan menggabungkan kedua metode tersebut, ditambah pencetakan injeksi untuk pembuatan wadah dalam jumlah besar.
Bagaimana cara saya memilih mitra manufaktur?
Carilah fasilitas pengolahan logam dan plastik di bawah satu atap, karena rangka, sambungan, dan wadah semuanya saling terkait. Periksa sertifikasi kualitas — ISO 9001:2015 mencakup kualitas umum, dan ISO 13485:2016 penting untuk perangkat medis. Mitra yang menangani umpan balik desain, pembuatan prototipe, dan perakitan akhir menghemat waktu dan mendeteksi masalah kecocokan sejak dini.
