Powered Human Exoskeleton (PHE): Iron Man di Dunia Nyata

Hampir semua gamer tentu familiar dengan kedua karakter game diatas. Keduanya berasal dari game berseri HALO dan Crysis. Namun thread ini tidak akan membahas mengenai game tersebut ataupun cara memainkannya. Kali ini akan dibahas mengenai hal yang sama dalam kedua karakter tersebut, yaitu combat armor atau pakaian tempur yang mereka kenakan.

Bagi yang sudah pernah memainkan salah satu game diatas, pasti akan menyadari bahwa karakter utama dalam game tersebut memakai pakaian tempur khusus. Bagi gamer yang meneliti lebih lanjut tentang game ini, akan menemukan bahwa pakaian tempur mereka didesain secara canggih dan ditujukan untuk membuat pemakainya menjadi lebih kuat, lebih tangguh dan lebih handal di dalam pertempuran. “Ah, itukan cuma game, ga ada hubungannya dengan dunia nyata”. Benarkah demikian?? Lets see....

Pengertian
Dalam dunia nyata, pakaian tersebut dikenal dengan Powered Human Exoskeleton (PHE) atau Exoframe. Berbeda dari human exoskeleton pada umumnya, pakaian ini tidak hanya bertujuan untuk melindungi pengguna, namun juga meningkatkan kemampuan mereka. Sebagai contoh dalam bidang militer, maka tentara yang menggunakan PHE ini diharapkan mampu mengangkat beban lebih berat, melompat lebih tinggi, serta mampu berlari lebih cepat dan lebih jauh dibandingkan tentara biasa. Sebenarnya PHE ini tidak hanya berguna di bidang militer saja, namun juga di bidang-bidang yang lain, misalnya dalam bidang kesehatan dan SAR (Search and Rescue). 

Sejarah Singkat
PHE pertama kali muncul pada tahun 1868 dalam bentuk novel dengan judul “Steam Man of the Prairies” karya Edward Sylvester Ellis. PHE ini berbentuk sebuah robot besar yang kemudian dikemudikan oleh manusia. Namun, di masa sekarang, robot tersebut tidak lagi dikategorikan sebagai PHE, namun lebih ke arah Mecha, meskipun seringkali perbedaannya sangat tipis. PHE dalam dunia nyata muncul pertama kali kurang lebih 20 tahun kemudian, tepatnya pada tahun 1890. Pada tahun tersebut, kantor paten Amerika Serikat mengeluarkan sebuah paten bagi Nicholas Yagin. Yagin berhasil membuat sebuah alat bantu untuk berjalan, berlari, dan melompat yang menggunakan gas terkompresi sebagai sumber penggerak, meskipun gas tersebut harus diisikan secara manual. Pada 1917, Leslie C. Kelley menciptakan sebuah alat yang ia sebut Pedomotor. Alat ini merupakan sebuah artificial ligament atau ligamen buatan yang menggunakan tenaga uap sebagai bahan bakar.

PHE yang berbentuk full suit atau mencakup seluruh tubuh pengguna diciptakan pada pertengahan dekade 1960, hasil dari kerjasama antara General Electric Research,Cornell University, dan U.S. Office of Naval Research. PHE ini kemudian dinamai Hardiman (kependekan dari Human Augmentation Research and Development Investigation).

 Hardiman dirancang mampu meningkatkan kemampuan penggunanya hingga 25 kali. Ini artinya, bila pengguna mengangkat beban seberat 25 kg, maka ia hanya akan merasakan beban seberat 1 kg saja. Meskipun demikian, kehebatan Hardiman tidak sebanding dengan beratnya yang mencapai 680 kg, serta responsnya yang lambat terhadap pergerakan tubuh manusia. Pada akhirnya, proyek ini dhentikan.

Pada pertengahan dekade 1980, Jeffrey Moore dari Los Alamos University menulis sebuah makalah tentang PHE yang mampu meningkatkan kemampuan tentara di medan tempur. Moore sendiri terinspirasi dari novel Starship Troopers karya Robert Heinlein, dan menamakan PHE ini Pitman, namun tidak pernah diproduksi. Masih terinspirasi dari novel yang sama, Monty Reed, seorang US Ranger yang pensiun karena patah tulang punggung, menciptakan Lifesuit pada tahun 1986.

Lifesuit terutama ditujukan bagi para penyandang cacat yang tidak mampu untuk berjalan. Dengan Lifesuit ini, diharapkan mereka mampu kembali berjalan kembali, atau bahkan berlari dan melompat layaknya orang normal. Lifesuit membuat penggunanya mampu mengangkat beban hingga 92 kg. PHE ini masih terus dikembangkan, hingga sekarang prototipenya telah mencapai versi ke-14, dan diberi nama LS14.

Tahun 2000, Professor H. Kazerooni mulai mengembangkan Human Universal Load Carrier (HULC) bersama dengan timnya di EksoBionics. Melihat potensinya dalam bidang militer, maka pada tahun 2009 Lockheed Martin membuat perjanjian kerjasama pengembangan PHE ini. EksoBionics sendiri masih terus memproduksi beberapa PHE lain yang ditujukan bagi kepentingan sipil. 

Pada tahun 2001, DARPA (Defense Advanced Research Project Agency) meluncurkan program senilai total 75 juta dollar AS bernama Exoskeletons for Human Performance Augmentation (EHPA). Program ini bertujuan untuk mendapatkan PHE yang mampu “meningkatkan kemampuan pasukan darat melampaui batas kemampuan seorang manusia (increase the capabilities of ground soldiers beyond that of a human)”. Selama 7 tahun program ini berlangsung, beberapa PHE militer berhasil diciptakan, meskipun masih memiliki beberapa batasan. Batasan-batasan tersebut umumnya berkisar dari sumber energi, material penyusun yang sering kurang cocok, kemampuan respons yang masih kurang cepat, serta sensor gerakan yang sering bermasalah.

Tantangan dalam Pengembangan
Ada beberapa tantangan yang harus dihadapi dalam pengembangan PHE ini. Beberapa tantangan-tantangan tersebut antara lain:

Sumber Energi
Sumber energi bagi PHE merupakan salah satu masalah klasik yang tidak kunjung terselesaikan dengan baik. Hal ini dikarenakan teknologi yang ada belum cukup memadai untuk menyediakan energi dalam jumlah besar secara terus menerus, namun dengan ukuran sumber energi yang cukup kecil. PHE yang ada saat ini umumnya hanya mampu bertahan selama beberapa jam pengoperasian. Bagi PHE sipil yang tidak digunakan secara terus menerus, tentu hal ini tidak menjadi masalah, namun di bidang militer hal ini bisa menentukan jalannya pertempuran.

Beberapa sumber energi yang sudah diuji coba memiliki kelebihan dan kekurangan tersendiri. Contohnya baterai sekali pakai mampu menyimpan lebih banyak daya daripada baterai isi ulang, namun bila harus mengganti baterai pada saat penggunaan tentu tidak efisien. Sedangkan untuk baterai isi ulang, memiliki kecenderungan lebih cepat habis, masa pakai yang lebih pendek, serta ketersediaan tempat pengisian ulang masih menjadi masalah.

Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) mampu menyediakan jumlah daya yang dibutuhkan, namun memiliki waktu respons yang rendah dan tidak cocok untuk penggunaan secara cepat dan mendadak yang nantinya dibutuhkan oleh PHE. Selain itu mesin ini memiliki kecenderungan untuk menjadi panas, yang tentunya membutuhkan alat tambahan untuk mendinginkannya. Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) juga pernah dipertimbangkan untuk menjadi sumber energi, mengingat kelebihannya yaitu mampu menyediakan daya secara cepat, serta mudah diisi ulang menggunakan methanol. Hanya saja, masalah suhu yang tinggi masih menjadi ganjalan, karena SOFC membutuhkan suhu minimal 600^o Celcius untuk beroperasi.

Materi Penyusun
Materi penyusun PHE sendiri masih terus dikembangkan. Hal ini menjadi penting karena bila menggunakan besi atau baja, maka PHE akan menjadi terlalu berat dan mengurangi efisiensi, karena ia harus mengkompensasi beratnya sendiri. Namun menggunakan bahan ringan seperti alumunium juga bukan pilihan. Alumunium memiliki kecenderungan untuk rusak lebih cepat daripada baja, sehingga biaya perawatan menjadi lebih besar dan resiko cidera pengguna juga meningkat. Bahan yang dibutuhkan adalah bahan yang cukup kuat untuk menanggung beban berat, namun cukup ringan untuk dipakai oleh manusia. Sebenarnya titanium bisa digunakan, namun belakangan ini telah dikembangkan teknologi carbon nanotube, yang mampu menghasilkan material yang lebih ringan dan lebih kuat 10 kali dibandingkan titanium serta lebih tahan terhadap panas.

Kontrol Gerakan

Salah satu contoh sensor gerak dan cara kerjanya pada XOS 2 Exoskeleton.

Umumnya PHE yang ada saat ini menggunakan sensor gerak berdasarkan perubahan kondisi otot. Sensor ini cukup sederhana, namun masih memiliki beberapa kekurangan. Sensor gerak yang terlalu sensitif akan menyebabkan terjadinya gerakan yang tidak terkontrol. Hal ini dikarenakan sensor tersebut akan mendeteksi perubahan kondisi otot yang bahkan tidak disengaja oleh pengguna, sehingga menyebabkan PHE bereaksi. Sementara itu, pengguna akan berusaha untuk mencegah gerakan tersebut dengan cepat, dan sensor gerak akan menyampaikannya kembali kepada komputer kontrol. Akibatnya, komputer kontrol akan memerintahkan gerakan baru secara lebih cepat, yang tidak dimaksudkan oleh pengguna. Pengguna pun akan berusaha untuk mengubah kembali gerakan tersebut. Proses ini akan berlangsung terus-menerus, kecuali PHE dimatikan oleh orang lain. Namun sensor yang kurang sensitif juga bukan pilihan, karena justru akan memperlambat respons dari PHE itu sendiri.

Penelitian dan pengembangan terbaru dalam bidang BMI (Brain to Machine Interface) atau juga sering disebut BCI (Brain to Computer Interface) telah menyediakan cara yang diharapkan bisa menyelesaikan masalah ini. Dengan cara ini, maka sensor gerakan berdasarkan perubahan kondisi otot tidak lagi digunakan. Sebagai gantinya, digunakan sensor yang akan mendeteksi sinyal syaraf dari otak pengguna ketika ia berusaha untuk menggerakkan ototnya. Sinyal syaraf ini akan dideteksi oleh sensor yang ada di PHE, untuk kemudian diteruskan ke komputer kontrol. Komputer kontrol kemudian akan menerjemahkan sinyal syaraf tersebut menjadi gerakan, lalu memerintahkan sendi pada rangka untuk bergerak. Dengan demikian, maka gerakan-gerakan yang tidak disengaja diharapkan bisa dikurangi.

Demikianlah pembahasan singkat mengenai Powered Human Exoskeleton. Memang semuanya masih dalam tahap pengembangan. Menurut TS sendiri, masih perlu beberapa puluh tahun lagi sampai kita bisa melihat sebuah PHE yang mampu beroperasi layaknya Iron Man. Namun ini merupakan pandangan TS sebagai orang awam, yang tentu saja tidak selalu sejalan dengan perkembangan dunia sains. Meskipun PHE yang telah berhasil diciptakan belum mampu menyamai kecanggihan MJOLNIR Powered Assault Armor dan CryNet Nanosuit, bahkan untuk sekedar mendekati saja belum, setidaknya kita sudah mulai melangkah, biar hanya satu langkah saja.

SUMBER : 

http://forum.indowebster.com/showthread.php?t=365332