Revolusi Material dan Energi Pintar

Penelitian di Argonne menggunakan komputasi berperforma tinggi untuk memodelkan turbulensi dalam reaktor nuklir demi meningkatkan keselamatan. Mereka memakai kode CFD open-source Nek5000 di CPU dan NekRS yang dioptimalkan GPU untuk simulasi lebih cepat dan mendetail. Ini membantu memprediksi perilaku gas hidrogen dalam kontenmen, yang krusial pasca kecelakaan Fukushima. Tim Argonne membuktikan akurasi simulasi mereka dalam uji PANDA internasional dengan memprediksi aliran gas tanpa melihat data eksperimen sebelumnya. Kolaborasi dengan Nuclear Regulatory Commission membantu regulator menguasai teknik simulasi ini untuk evaluasi yang lebih baik terhadap desain reaktor dan skenario kecelakaan langka. Penggunaan GPU dan superkomputer Aurora mempersingkat waktu simulasi secara signifikan. Keberhasilan ini membuka jalan untuk menggantikan eksperimen fisik yang mahal dengan twin digital, mempercepat proses perizinan reaktor baru. Ditambah integrasi AI dan machine learning, simulasi akan semakin cepat dan akurat. Inisiatif ini mendukung transisi ke energi bersih yang lebih aman dan memodernisasi industri nuklir secara menyeluruh.

Para peneliti di ETH Zürich berhasil menciptakan magnet superkonduktor miniatur dengan kemampuan menghasilkan medan magnet hingga 42,3 tesla. Magnet ini sangat kecil dengan diameter bore hanya 3,1 milimeter dan dapat beroperasi dengan konsumsi listrik kurang dari 1 watt. Magnet terbuat dari pita REBCO dengan teknik winding khusus sehingga pita superkonduktor tidak rusak saat dibengkokkan. Dua jenis magnet dibuat, satu dengan dua koil yang menghasilkan 38 tesla dan satunya dengan empat koil mencapai 42,3 tesla, mendekati rekor dunia magnet medan tinggi. Keberhasilan ini memungkinkan eksperimen NMR medan tinggi dapat dilakukan di laboratorium kecil dengan biaya dan daya listrik jauh lebih rendah. Penelitian ini membuka peluang besar bagi pengembangan ilmu fisika, kimia, dan material kuantum di berbagai institusi tanpa harus bergantung pada fasilitas besar.

Deep Fission menggagas proyek reaktor nuklir modular bernama Gravity yang beroperasi satu0.00 km (mil) di bawah tanah di Parsons, Kansas. Pengeboran sumur pertama dengan kedalaman 6.000 kaki telah dimulai untuk mengumpulkan data geologi dan termal yang diperlukan. Ini menandai pergeseran dari konsep ke tahap konstruksi nyata untuk inovasi nuklir ini. Reaktor Gravity memanfaatkan tekanan air alami di kedalaman dan batuan sekitar sebagai pengganti struktur tekanan dan perisai tradisional. Perusahaan telah menjalin kerjasama dengan Urenco USA untuk pasokan bahan bakar uranium rendah dan memperoleh dana sebesar 80 juta dolar AS untuk pengembangan sistem. Konsep ini memungkinkan skala produksi besar dengan jejak lahan yang jauh lebih kecil dibanding reaktor konvensional. Proyek ini didukung oleh program DOE untuk mewujudkan reaktor canggih dapat beroperasi penuh pada Juli 2026. Estimasi menurunkan biaya konstruksi 70-80 persen berpotensi merevolusi industri pembangkit listrik nuklir. Tahapan pengeboran ini penting untuk mendukung desain rekayasa final dan proses perizinan menjelang komersialisasi.

Proyek baru diluncurkan oleh H2Pro dan Doral Hydrogen untuk memproduksi hidrogen hijau langsung dari tenaga surya tanpa memakai listrik jaringan. Proyek ini menggunakan teknologi Decoupled Water Electrolysis yang inovatif dan fleksibel. Teknologi ini dirancang khusus agar dapat bekerja pada energi terbarukan yang berfluktuasi tanpa merusak perangkat. Teknologi DWE memisahkan produksi hidrogen dan oksigen sehingga dapat beroperasi secara fleksibel sesuai dengan pasokan energi matahari yang variatif. Proyek awal berkapasitas 5 MW dengan tenaga surya 10 MWp dan direncanakan berkembang menjadi 50 MW dengan 80 MWp tenaga surya. Hidrogen yang dihasilkan akan segera dicampurkan ke dalam jaringan pipa gas alam milik Enagás, menjamin pemasukan pendapatan tanpa harus menunggu infrastruktur baru. Penggunaan teknologi ini berpotensi memangkas biaya produksi hidrogen hijau dan mempercepat transisi energi rendah karbon di Eropa. Lokasi proyek di Extremadura akan menjadi titik utama dalam jaringan pipa hidrogen masa depan untuk industri berat di Eropa. Selain itu, Doral Hydrogen berencana mengaplikasikan model ini secara global di portofolio 1 GW mereka, menjadi katalis perubahan energi dunia.

Para peneliti di MIT dan institusi mitra mengembangkan chip fotonik yang mampu memproyeksikan ribuan sinar laser yang dikontrol secara individual ke ruang bebas. Teknologi ini menanggapi tantangan lama dalam mengirimkan cahaya secara efisien dari chip ke lingkungan luar, yang penting untuk aplikasi modern seperti komputer kuantum dan lidar. Chip menggunakan ribuan struktur mikro menyerupai ski jump yang melengkung ke atas dibuat dari dua material berbeda dengan ekspansi termal berbeda, yakni silicon nitride dan aluminum nitride. Cahaya diarahkan melalui waveguide dan dimodulasi agar setiap sinar dapat dihidupkan dan dimatikan sesuai kebutuhan. Sistem ini mampu memproyeksikan gambar warna penuh yang sangat kecil dan stabil tanpa perlu koreksi kesalahan, membuka potensi untuk perangkat augmented reality ringan, sensor lidar kompak, dan teknologi pencetakan 3D yang lebih cepat. Ini menjadi lompatan besar dalam kemampuan menghubungkan cahaya di dalam chip dengan dunia nyata.

Para peneliti dari University of Cincinnati mengembangkan sistem robotik dual lengan yang dapat menyeimbangkan gerakan saat memperbaiki satelit di orbit. Sistem ini dinamakan Dual-Arm Zero Momentum yang memungkinkan satu lengan melakukan perbaikan sementara lengan kedua secara otomatis mengimbangi gerakan. Konsep ini mengatasi masalah utama yang muncul akibat mikrogravitasi yang menyebabkan satelit dan robot mudah bergerak tak terkendali. Simulasi menunjukkan bahwa penggunaan lengan kedua yang bergerak secara strategis dapat mengurangi gangguan yaw, pitch, dan roll yang ditimbulkan lengan kerja. Ide ini terinspirasi dari cara manusia menggunakan lengan bebas untuk menjaga keseimbangan di permukaan licin. Dengan cara ini, orientasi satelit dan robot dapat tetap stabil selama proses servis berlangsung. Teknologi ini penting untuk mengatasi risiko tabrakan dan kerusakan satelit di orbit yang semakin padat dengan berbagai satelit aktif maupun sampah antariksa. Penggunaan robotik servis dapat memperpanjang umur satelit, memperbaiki komponen rusak, dan mengurangi sampah ruang angkasa yang berbahaya. Penelitian ini membuka jalan bagi operasi servis satelit yang lebih aman dan efisien di luar angkasa.

Para peneliti di University of Colorado Boulder berhasil mengembangkan laser ultraviolet vakum yang 100 hingga 1.000 kali lebih efisien dibanding teknologi sebelumnya. Laser ini menghasilkan pancaran cahaya pada panjang gelombang 100-200 nanometer yang sulit diakses. Perangkat ini cukup kecil untuk diletakkan di atas meja. Tim menggunakan kombinasi laser merah dan biru bersama ruang serat inti berlubang anti-resonansi yang diisi dengan gas xenon. Proses ini memungkinkan atom xenon menyerap dan memancarkan kembali cahaya pada panjang gelombang lebih pendek di wilayah ultraviolet vakum. Henry Kapteyn dan Margaret Murnane dari JILA memimpin riset ini. Keberhasilan ini membuka jalan untuk pengembangan mikroskop beresolusi tinggi dan jam nuklir thorium yang lebih praktis dan portabel. Jam nuklir ini dapat meningkatkan teknologi navigasi, misi luar angkasa, dan pencarian planet ekstrasurya. Penelitian ini akan dipresentasikan di APS Global Physics Summit.

Para peneliti dari Tohoku University dan kolaborator Prancis berhasil menciptakan aktuator serat yang sangat tipis dan lembut dengan kemampuan gerak tiga dimensi saat dialiri listrik. Teknologi ini menggunakan metode thermal drawing yang diadaptasi dari pembuatan serat optik untuk menghasilkan serat seukuran rambut manusia yang fleksibel. Bahan utama aktuator adalah poliuretan termoplastik, yang berperan sebagai elastomer dielektrik, memungkinkan serat untuk membengkok, memendek, dan melakukan gerakan kompleks dalam bentuk 3D dengan tegangan listrik sekitar 2,4 MV/m. Bentuknya yang menyerupai benang memungkinkan integrasi ke dalam tekstil atau struktur yang fleksibel. Pengembangan ini menawarkan solusi atas keterbatasan aktuator konvensional yang kaku dan sulit dikendalikan serta memungkinkan penerapan praktis di wearable dan robot lunak yang bersentuhan langsung dengan tubuh manusia. Teknologi ini diprediksi akan mendukung kemajuan perangkat asistif dan robotik yang lebih human-friendly.

Para ilmuwan mengembangkan teknik elektrowinning yang didukung asam tartarat alami untuk memisahkan kobalt dan nikel dari bahan baterai lithium-ion bekas. Proses ini menggunakan asam bio yang berasal dari fermentasi mikroba, berbeda dari asam mineral berbahaya yang umum digunakan dalam daur ulang baterai. Penelitian yang dipimpin oleh Yayuan Liu menemukan bahwa asam tartarat membentuk kompleks unik dengan logam yang memudahkan pemisahan kobalt dan nikel. Metode ini berhasil diuji di laboratorium menggunakan limbah simulasi baterai dan memberikan hasil pemisahan yang lebih bersih dan efisien dibandingkan metode pelarutan konvensional. Pendekatan ini berpotensi meningkatkan teknik daur ulang baterai yang ramah lingkungan serta membantu keamanan suplai logam penting untuk kendaraan listrik dan penyimpanan energi. Uji coba sedang diperluas ke skala lebih besar dengan limbah elektronik yang lebih kompleks untuk validasi lebih lanjut.

Peneliti Jepang dan Jerman mengembangkan teknologi baru untuk mengendalikan antiferromagnet menggunakan pulsa cahaya intens yang memungkinkan pemrosesan data jauh lebih cepat. Kolaborasi lintas negara ini berfokus pada karakteristik unik antiferromagnet yang tidak menghasilkan medan magnet eksternal, sehingga sulit dikendalikan secara konvensional. Tim peneliti mengidentifikasi bahwa keadaan antiferromagnet bisa dideteksi dan dimanipulasi secara optik dengan sinar intens pada skala waktu femto-detik. Partisipan utama dari berbagai universitas dan institusi riset besar mendukung riset yang didanai oleh pemerintah Jerman dan Jepang ini. Manfaatnya berupa kemungkinan pengembangan perangkat komputasi dan penyimpanan data 1.000 kali lebih cepat dan efisien energi dibanding teknologi saat ini. Penelitian ini menandai langkah penting menuju teknologi komputasi kuantum dan spintronik masa depan yang lebih cepat dan hemat energi.