Temukan Bagaimana SuperLimbs MIT Membantu Astronot Berdiri Tegak di Bulan

DENGANProyek SuperLimbs bertujuan untuk meningkatkan mobilitas astronot di bulan dengan anggota tubuh robot yang membantu mereka berdiri setelah terjatuh, meningkatkan keselamatan dan efisiensi untuk misi bulan di masa depan.

Ingin tertawa sebentar? Coba tonton video astronot jatuh di bulan. Gambar gerak lambat dari misi Apollo, yang menunjukkan para astronot tersandung dan tersandung, sangatlah menarik.

Kecelakaan di bulan ini juga mewakili peluang inovasi, seperti yang dicatat oleh para insinyur di MIT.

“Astronot secara fisik sangat mampu, namun mereka dapat berjuang di bulan, yang gravitasinya hanya seperenam bumi, namun kelembaman mereka tetap sama. Selain itu, penggunaan pakaian antariksa memberikan beban yang cukup besar dan dapat membatasi pergerakan mereka, kata Harry Asada. Dia adalah profesor teknik mesin di MIT. “Kami ingin memberikan cara yang aman bagi astronot untuk bangkit kembali jika terjatuh.”

Asada dan rekan-rekannya sedang merancang sepasang anggota badan robot yang dapat dipakai secara fisik untuk menopang astronot dan mengangkat mereka kembali setelah terjatuh. Sistem yang oleh para peneliti dijuluki Supernumerary Robotic Limbs atau “SuperLimbs” ini dirancang untuk diperluas dari tas punggung, yang juga akan membawa sistem pendukung kehidupan astronot, beserta pengontrol dan motor untuk menggerakkan anggota badan.

Ringkasan video penelitian.

Ilmuwan MIT telah membangun prototipe fisik, serta sistem kontrol untuk mengarahkan anggota badan, berdasarkan masukan dari astronot yang menggunakannya. Tim tersebut menguji versi awal pada subjek sehat yang juga secara sukarela mengenakan pakaian ketat yang mirip dengan pakaian antariksa astronot. Ketika para relawan berusaha untuk bangkit dari posisi duduk atau berbaring, mereka melakukannya dengan lebih sedikit usaha ketika dibantu oleh SuperLimbs, dibandingkan ketika mereka harus memulihkan diri.

Tim peneliti membayangkan bahwa SuperLimbs dapat membantu astronot secara fisik setelah terjatuh dan, dalam prosesnya, membantu mereka menghemat energi untuk tugas-tugas penting lainnya. Desain ini terbukti sangat berguna di tahun-tahun mendatang, dengan peluncurannya NASAMisi Artemis, yang berencana mengirim astronot kembali ke bulan untuk pertama kalinya dalam lebih dari 50 tahun. Berbeda dengan misi eksplorasi Apollo, astronot Artemis akan berupaya membangun pangkalan bulan permanen pertama – tugas yang menuntut fisik dan memerlukan aktivitas ekstravehicular (EVA) yang diperpanjang.

“Selama era Apollo, ketika astronot terjatuh, 80 persen di antaranya terjadi saat mereka melakukan penggalian atau semacam pekerjaan dengan peralatan,” kata anggota tim dan mahasiswa doktoral MIT Erik Ballesteros. “Misi Artemis akan sangat fokus pada konstruksi dan penggalian, sehingga risiko terjatuh jauh lebih tinggi. Kami pikir SuperLimbs dapat membantu mereka pulih sehingga mereka bisa lebih produktif, dan memperluas EVA mereka.”

Asada, Ballesteros, dan rekan-rekannya akan mempresentasikan desain dan studi mereka minggu ini di Konferensi Internasional IEEE tentang Robotika dan Otomasi (ICRA). Rekan penulis termasuk postdoc MIT Sang-Yoep Lee dan Kalind Carpenter dari Jet Propulsion Laboratory.

Mengambil tindakan

Desain tim ini merupakan aplikasi terbaru dari SuperLimbs, yang pertama kali dikembangkan Asada sekitar satu dekade lalu. Sejak itu, ia telah mengadaptasinya untuk berbagai aplikasi, termasuk membantu pekerja di bidang manufaktur pesawat terbang, konstruksi, dan pembuatan kapal.

Baru-baru ini, Asada dan Ballesteros bertanya-tanya apakah SuperLimbs dapat membantu astronot, terutama karena NASA berencana mengirim astronot kembali ke permukaan bulan.

“Dalam komunikasi dengan NASA, kami mengetahui bahwa dampak buruk di bulan ini merupakan risiko yang serius,” kata Asada. “Kami menyadari bahwa kami dapat membuat beberapa modifikasi pada desain kami untuk membantu para astronot pulih dari jatuh dan melanjutkan pekerjaan mereka.”

Tim pertama-tama mengambil langkah mundur untuk mempelajari bagaimana manusia pulih secara alami setelah terjatuh. Dalam studi barunya, mereka meminta beberapa sukarelawan sehat untuk mencoba berdiri tegak setelah berbaring miring, depan, dan belakang.

Para peneliti kemudian mengamati bagaimana upaya para sukarelawan untuk berdiri berubah ketika pergerakan mereka dibatasi, mirip dengan bagaimana pergerakan astronot dibatasi oleh sebagian besar pakaian antariksa mereka. Tim tersebut menciptakan pakaian yang meniru kekakuan pakaian antariksa tradisional, dan meminta para sukarelawan mengenakan pakaian tersebut sebelum kembali mencoba berdiri dari berbagai posisi jatuh. Urutan pergerakan para relawan serupa, meskipun membutuhkan usaha yang lebih besar dibandingkan dengan relawan yang tidak terbebani.

Tim memetakan gerakan masing-masing sukarelawan saat mereka berdiri, dan menemukan bahwa mereka masing-masing melakukan urutan gerakan yang sama, berpindah dari satu pose, atau “titik jalan”, ke pose berikutnya, dalam urutan yang dapat diprediksi.

“Eksperimen ergonomis tersebut membantu kami memodelkan secara langsung bagaimana manusia berdiri,” kata Ballesteros. “Kita dapat berasumsi bahwa sekitar 80 persen manusia memiliki pandangan yang sama. Kemudian kami merancang pengontrol di sekitar lintasan itu.”

Uluran tangan

Tim mengembangkan perangkat lunak untuk menghasilkan lintasan robot, mengikuti urutan yang akan membantu mendukung manusia dan mengangkat mereka kembali ke posisi semula. Mereka memasang pengontrol pada lengan robot yang berat dan tetap, yang mereka tempelkan pada ransel besar. Para peneliti kemudian menempelkan ransel tersebut ke jas besar tersebut dan membantu para relawan mengenakan kembali jas tersebut. Mereka meminta para relawan untuk berbaring telentang, depan, atau menyamping lagi, lalu meminta mereka mencoba berdiri saat robot merasakan gerakan orang tersebut dan beradaptasi untuk membantu mereka berdiri.

Secara keseluruhan, para relawan mampu berdiri dengan stabil dengan sedikit usaha ketika dibantu oleh robot, dibandingkan ketika mereka mencoba berdiri sendiri sambil mengenakan pakaian tebal.

“Rasanya ada kekuatan ekstra yang bergerak bersama Anda,” kata Ballesteros, yang juga mencoba setelan jas dan bantuan lengan. “Bayangkan mengenakan ransel dan seseorang meraih bagian atasnya dan menarik Anda ke atas. Seiring berjalannya waktu, hal itu menjadi wajar.”

Eksperimen tersebut memastikan bahwa sistem kendali berhasil mengarahkan robot untuk membantu seseorang berdiri kembali setelah terjatuh. Para peneliti berencana untuk memasangkan sistem kendali tersebut dengan SuperLimbs versi terbaru mereka, yang terdiri dari dua lengan robot multijointed yang dapat dikeluarkan dari ransel. Ransel tersebut juga akan berisi baterai dan motor robot, serta sistem ventilasi astronot.

“Kami merancang lengan robot ini berdasarkan pencarian AI dan optimalisasi desain, untuk menemukan desain manipulator robot klasik dengan batasan teknik tertentu,” kata Ballesteros. “Kami menyaring banyak desain dan mencari desain yang mengonsumsi energi paling sedikit untuk mengangkat seseorang. Versi SuperLimbs ini adalah produk dari proses tersebut.”

Selama musim panas, Ballesteros akan membangun sistem SuperLimbs lengkap di Jet Propulsion Laboratory NASA, di mana ia berencana menyederhanakan desain dan meminimalkan bobot komponen dan motornya menggunakan material canggih dan ringan. Nantinya, ia berharap untuk memasukkan anggota tubuhnya ke dalam pakaian astronot, dan mengujinya dalam simulator gravitasi rendah, dengan tujuan suatu hari nanti membantu astronot dalam misi masa depan ke bulan dan Mars.

“Mengenakan pakaian antariksa bisa melelahkan secara fisik,” kata Asada. “Sistem robotik dapat membantu meringankan beban tersebut, dan membantu astronot menjadi lebih produktif selama misi mereka.”

Penelitian ini sebagian didukung oleh NASA.