Language
Country/Area
No result found
Dari tahun 1880 hingga sekarang: apa evolusi mengejutkan dari polimer elektroaktif?
Polimer elektroaktif (EAP) adalah polimer yang dapat berubah ukuran atau bentuk sebagai respons terhadap rangsangan medan listrik. Aplikasi paling umum dari jenis material ini adalah aktuator dan sensor. Salah satu sifat EAP yang menonjol adalah dapat menahan deformasi besar saat dikenai gaya besar. Di masa lalu, aktuator sebagian besar terbuat dari material piezoelektrik keramik, yang meskipun mampu menahan gaya besar, sering kali mengalami deformasi kurang dari satu bagian per seribu. Pada akhir 1990-an, penelitian menunjukkan bahwa beberapa EAP dapat mencapai regangan setinggi 380%, jauh melebihi aktuator keramik mana pun. Aplikasi penting EAP dalam robotika adalah pengembangan otot buatan, dan oleh karena itu polimer elektroaktif sering disebut sebagai otot buatan.
Secara historis, studi tentang polimer elektroaktif dimulai pada tahun 1880, ketika Wilhelm Roentgen merancang sebuah eksperimen untuk menguji pengaruh medan elektrostatik pada sifat mekanis karet alam.
Muatan listrik dari udara diberikan ke karet gelang dengan salah satu ujungnya tetap, dan perubahan panjangnya diamati. Pada tahun 1925, polimer piezoelektrik (dielektrik) pertama ditemukan, dan penelitian ini meletakkan dasar bagi masa depan EAP. Bahan tersebut dibuat dengan mencampur lilin carnaba, resin, dan lilin lebah, lalu mendinginkannya di bawah tegangan DC yang diberikan. Seiring berjalannya waktu, respons polimer terhadap kondisi lingkungan juga menjadi fokus bidang penelitian ini. Pada tahun 1949, Kacharsky dkk. menunjukkan bahwa serat kolagen menunjukkan perubahan volume dalam larutan asam atau basa, yang juga memicu penelitian pada rangsangan lain.
Pada tahun 1969, Kawai mengonfirmasi bahwa polivinilidena fluorida (PVDF) memiliki efek piezoelektrik yang kuat, yang memicu minat peneliti untuk mengembangkan polimer lain dengan efek serupa.
Pada tahun 1977, batch pertama polimer konduktif ditemukan oleh Hideki Shiokawa dan yang lainnya. Konduktivitas poliasetilena dapat ditingkatkan hingga delapan kali lipat dengan doping uap yodium. Dengan penemuan komposit logam ionomer (IPMC) pada awal tahun 1990-an, pengembangan EAP memasuki tahap baru. Material ini hanya memerlukan satu hingga dua volt tegangan untuk menghasilkan deformasi, suatu fitur yang menunjukkan bahwa EAP memiliki potensi aplikasi yang lebih besar.
Pada tahun 1999, Yousef Bar-Kohan mengusulkan gagasan lengan robot EAP yang bersaing dengan manusia, dan kompetisi pertama diadakan pada sebuah konferensi pada tahun 2005. Pada tahun 2002, Eamex Jepang memproduksi perangkat otot buatan EAP komersial pertama, seekor ikan yang dapat berenang secara mandiri, yang mempercepat pengembangan EAP dalam aplikasi praktis. Namun, kemajuan teknologi terkait yang sebenarnya masih belum memuaskan. Penelitian yang didanai oleh DARPA pada tahun 1990-an menghasilkan pendirian perusahaan otot buatan pada tahun 2003 dan produksi industri pada tahun 2008.
Jenis-jenis Polimer Elektroaktif
EAP dapat dibagi secara sederhana menjadi dua kategori berdasarkan strukturnya: dielektrik dan ionik.
EAP Dielektrik
Pada EAP dielektrik, aktuasi disebabkan oleh gaya elektrostatik antara elektroda. Elastomer dielektrik mampu menahan regangan yang sangat tinggi dan berperilaku seperti kapasitor yang kapasitansinya berubah saat tegangan diberikan.
Polimer piezoelektrik
Kelas polimer ini menggunakan efek piezoelektrik untuk membuat sensor akustik dan aktuator motor dan memiliki berbagai macam aplikasi karena respons piezoelektrik intrinsiknya.
Polimer Kristal Cair
Polimer kristal cair rantai utama memiliki struktur rantai, yang dapat menunjukkan sifat mekanis unik di bawah perubahan termal dan memiliki aplikasi penggerak mekanis yang potensial.
EAP Ionik
Jenis polimer ini digerakkan oleh perpindahan ion dalam polimer, yang hanya memerlukan beberapa volt tetapi daya listrik yang relatif tinggi.
Arah Pengembangan Masa Depan
Meskipun bidang EAP masih berkembang, masih banyak tantangan yang harus diatasi. Di satu sisi, meningkatkan kinerja dan stabilitas jangka panjang EAP serta merancang permukaan kedap air untuk mencegah penguapan air akan secara efektif meningkatkan keandalannya di berbagai lingkungan. Di sisi lain, mengembangkan EAP yang stabil secara termal untuk meningkatkan kemampuannya beroperasi terus-menerus pada tegangan yang lebih tinggi juga merupakan salah satu fokus penelitian di masa mendatang.
Dengan latar belakang kemajuan yang berkelanjutan ini, teknologi EAP akan memiliki peluang untuk diintegrasikan ke dalam lebih banyak area aplikasi di masa depan, terutama pada antarmuka antara manusia dan mesin. Dengan kemajuan ilmu dan teknologi material, ditambah dengan pengembangan teknologi biomimikri, kita tidak dapat tidak bertanya-tanya perubahan menakjubkan seperti apa yang akan dibawa oleh polimer elektroaktif di masa depan?
