Terobosan Material dan Energi Masa Depan

Para peneliti di Penn State berhasil mengembangkan termometer mikroskopis berbasis material 2D yang dapat mengukur suhu langsung di chip prosesor. Sensor ini lebih kecil dari antena semut dan sangat cepat dalam mendeteksi lonjakan suhu hanya dalam 100 nanodetik. Sensor menggunakan bahan bimetalik thiophosphates bernama material 2D yang sangat tipis hanya beberapa atom. Desain ini juga sangat hemat daya, 80 kali lebih efisien dibandingkan dengan sensor silikon konvensional dan mampu dipasang dalam jumlah besar di satu chip. Implementasi sensor ini dapat mengatasi masalah pemanasan internal pada chip yang mengganggu kinerja dan kestabilan komputer. Lebih jauh, teknologi ini membuka potensi pengembangan sensor kompak lainnya yang dapat memantau berbagai data kimia, optik, dan fisika di masa depan.

Peneliti dari Penn State menggunakan pemodelan numerik untuk menunjukkan bahwa petir seperti di awan badai besar dapat direplikasi dalam blok plastik sebesar kartu remi. Mereka menerapkan model yang sama seperti untuk penelitian petir di skala besar namun dalam skala miniatur. Simulasi menunjukkan bahwa bahan padat seperti akrilik yang 1.000 kali lebih padat dari udara mampu mengakumulasi tegangan listrik hingga 100 juta volt dalam jarak beberapa centimeter. Fenomena 'relativistic runaway electron avalanches' yang biasanya memicu petir di atmosfer dapat disimulasikan dalam bahan ini, menghasilkan pelepasan listrik yang sangat cepat. Jika penelitian ini dikonfirmasi secara eksperimental, maka studi petir dapat dilakukan dalam kondisi terkontrol di laboratorium tanpa membutuhkan badai. Ini akan mempermudah penelitian, mengurangi biaya, dan membuka kemungkinan teknologi sinar-X yang lebih kecil dan aman untuk aplikasi medis dan keamanan.

Para peneliti di Empa, Swiss, telah mengembangkan elektrolit polimer berbasis silikon yang elastis dan lentur untuk baterai solid-state. Elektrolit ini berbeda dari kebanyakan elektrolit solid-state yang kaku dan tidak fleksibel, memungkinkan penggunaan pada baterai yang dapat menyesuaikan bentuk dan nyaman digunakan, khususnya dalam aplikasi medis seperti pacemaker. Penelitian ini memecahkan masalah utama polimer silikon yang biasanya tidak dapat menghantarkan ion dengan baik karena sifat nonpolarnya melalui penambahan gugus fungsional khusus. Elektrolit silikon ini telah diuji dalam berbagai prototipe baterai, termasuk kecil seperti button cell dan berpotensi untuk baterai fleksibel yang lebih luas. Material ini dapat diproses menjadi film tipis beberapa mikrometer dan bisa diproduksi secara massal dengan biaya lebih murah dibandingkan elektrolit polimer konvensional. Selain lentur dan aman, elektrolit ini juga dapat dikombinasikan dengan berbagai bahan katoda, sehingga fleksibel untuk berbagai jenis aplikasi baterai. Pengembangan elektrolit ini berpotensi meningkatkan keamanan serta kenyamanan penggunaan baterai untuk alat medis dan aplikasi portabel lainnya. Penelitian sedang berfokus pada peningkatan konduktivitas ionik sambil mempertahankan sifat elastisnya. Para peneliti juga sedang mencari mitra industri untuk mulai mengkomersialkan teknologi ini dan mengaplikasikannya dalam produksi baterai masa depan.

China akan segera mengoperasikan reaktor nuklir canggih bernama Accelerator Driven System (ADS) yang dapat membakar limbah nuklir dengan efisiensi 100 kali lebih baik dibandingkan teknologi saat ini. Sistem ini memanfaatkan akselerator partikel superkonduktor untuk menghasilkan energi sekaligus mengubah limbah jangka panjang menjadi isotop yang lebih aman. Prototipe ADS pertama di dunia dengan kapasitas megawatt akan dipasang di Provinsi Guangdong dan menargetkan operasional pada tahun depan. Teknologi ini dikembangkan oleh Chinese Academy of Sciences sebagai solusi pengolahan limbah nuklir dan produksi energi yang aman serta berkelanjutan. Implementasi teknologi ini diharapkan menjadikan energi nuklir lebih bersih dan aman untuk digunakan selama 1.000 tahun ke depan dengan mengurangi masa bahaya limbah nuklir hingga kurang dari seribu kali dibandingkan saat ini. Meskipun belum ada sistem komersial, proyek ini membuka jalan bagi solusi energi masa depan yang hijau dan stabil.

BYD memperkenalkan Blade Battery 2.0 yang mampu mengisi daya dari 10% ke 70% hanya dalam 5 menit, dengan pengisian penuh hingga 97% hanya dalam 9 menit. Ini menjadikannya baterai yang paling cepat di dunia untuk produksi massal. Teknologi ini diupayakan untuk membuat pengisian listrik kendaraan secepat dan senyaman mengisi bensin. Teknologi ini tetap efektif dalam suhu ekstrem hingga minus 30 derajat Celsius, dengan pengisian dari 20% ke 97% bisa dilakukan dalam 12 menit. BYD akan membangun 20.000 stasiun pengisian berteknologi tinggi dengan output mencapai 1.500 kW di seluruh Cina. Hal ini jauh melampaui teknologi pengisian cepat Tesla yang saat ini tersebar dengan jumlah terbatas. Inovasi BYD berpotensi mengatasi masalah kecemasan jarak tempuh yang menghambat adopsi kendaraan listrik. Dengan pengisian super cepat dan jaringan stasiun yang masif, kendaraan listrik bisa menjadi pilihan utama masyarakat. Rival seperti Tesla akan terdorong meningkatkan teknologinya untuk tetap kompetitif di pasar Cina.

Para peneliti di Rice University mengembangkan elemen pemanas industri baru berbahan serat nanotube karbon (CNTF) yang menawarkan alternatif efisien dan tahan lama dibandingkan logam tradisional. CNTF memungkinkan pemanas untuk beroperasi lebih baik di kondisi aliran gas yang ekstrim berkat kekuatan dan konduktivitas panasnya. Heater berbasis CNTF diuji dalam berbagai konfigurasi termasuk filamen tunggal, array paralel, dan kain tekstil, menunjukkan daya panas per massa yang lebih tinggi dan daya tahan yang beterbangan dalam lingkungan nonoksidasi. Teknik tekstil membantu menciptakan struktur pemanas 3D yang ringan dan poros dengan distribusi panas merata, mengurangi potensi hot spot yang sering merusak elemen pemanas. Penemuan ini membuka peluang besar bagi elektrifikasi pemanas industri yang lebih ramah lingkungan dan efisien, memungkinkan pengurangan ketergantungan terhadap bahan bakar fosil. Kolaborasi dengan industri memastikan produksi skala besar dan integrasi praktis, yang nantinya bisa mempercepat dekarbonisasi sektor industri.

Proyek penyimpanan energi udara terkompresi (CAES) terbesar di dunia di Huai'an, Tiongkok telah mencapai operasional penuh dengan kapasitas total 600 MW dan penyimpanan energi 2.400 MWh. Proyek ini menggunakan teknologi tanpa pembakaran dengan efisiensi konversi energi sekitar 71%. Proyek ini memanfaatkan gua garam bekas tambang sedalam 1.150-1.500 meter untuk menyimpan udara terkompresi dan menggunakan teknologi 'molten salt + pressurized thermal water' untuk menyimpan dan menggunakan kembali panas kompresi. Shanghai Electric memasok peralatan inti termasuk turbin udara, generator, dan tangki penyimpanan panas. Jenis penyimpanan energi ini mampu menyediakan listrik untuk sekitar 600.000 rumah dan mengurangi emisi karbon hingga 600.000 ton per tahun. Projek ini menjadi model penyimpanan energi terbarukan yang dapat mengatasi ketidakstabilan pasokan energi dan mendukung transisi energi rendah karbon di Tiongkok.

Para ilmuwan memodelkan struktur kaca ideal yang molekulnya padat dan stabil namun tetap acak. Tim dipimpin oleh fisikawan Eric Corwin menggunakan disk dua dimensi untuk mensimulasikan molekul yang tidak beraturan namun sangat rapat. Ini adalah pertama kalinya model ideal glass yang stabil dibuat secara komputasi. Model ini meniru struktur dua dimensi yang mirip kristal dalam kepadatan, tetapi tanpa pola berulang yang khas kristal. Pengujian simulasi menunjukkan model ini memiliki stabilitas mekanis setara kristal meski tetap amorf. Penemuan ini mendemonstrasikan bahwa material jenis ini mungkin ada dalam teori dan bisa dipelajari lebih lanjut. Pemahaman ideal glass ini penting untuk menjelaskan proses transisi kaca dan dapat membantu mengembangkan metallic glasses yang kuat dan fleksibel. Jika alloy baru bisa didesain agar lebih mudah didinginkan perlahan, proses manufaktur material dapat menjadi lebih efisien dan revolusioner. Ke depan, penelitian ini akan diperluas ke sistem tiga dimensi.

Para peneliti mengembangkan chip komputasi fotonik yang memungkinkan jaringan neural mempelajari tugas menggunakan cahaya, bukan elektronik. Sistem ini menghilangkan bottleneck pada teknologi sebelumnya dengan mengerjakan operasi nonlinier sepenuhnya dalam domain optik. Inovasi ini membuka potensi pemrosesan yang lebih cepat dan hemat energi untuk AI. Chip terdiri dari dua bagian utama: prosesor neuromorfik fotonik 16 kanal dengan 272 parameter pelatihan dan laser array dengan saturable absorber untuk mendorong nonlinieritas optik. Sistem diuji menggunakan pembelajaran penguatan pada masalah kontrol klasik seperti CartPole dan pendulum terbalik. Hasil menunjukkan akurasi mendekati perangkat lunak dengan penurunan kurang dari 2%. Dengan latensi hanya 320 pikodetik dan performa komputasi yang sangat tinggi, sistem ini dinilai potensial untuk aplikasi real-time dalam kendaraan otonom dan robot adaptif. Peneliti berencana meningkatkan desain hingga 128 kanal untuk tugas pembelajaran lebih kompleks. Keberhasilan ini dapat merintis era baru komputasi AI fotonik yang efisien dan cepat.

Peneliti dari South China University of Technology berhasil mengembangkan sensor kapasitif fleksibel dengan lapisan pelindung dinamis yang memungkinkan robot mendeteksi objek dari jarak jauh dan merasakan sentuhan halus secara bersamaan. Sensor ini mengatasi keterbatasan tradisional antara elektroda kecil untuk sentuhan dekat dan elektroda besar untuk deteksi jauh. Sensor memiliki kemampuan mengubah area sensor melalui pengaturan koneksi listrik dan masking, meningkatkan jangkauan deteksi hingga lebih dari 90 mm dan 104,56 persen lebih jauh dibandingkan sensor dual-mode tradisional. Sensor juga dapat merekam tekanan sangat ringan hingga beberapa gram serta tahan tekanan hingga 400 kPa, sesuai kebutuhan robot kolaboratif. Pengembangan sensor ini dapat meningkatkan keselamatan dan keluwesan robot di lingkungan kerja bersama manusia dengan menggantikan banyak sistem sensor menjadi satu 'kulit elektronik' adaptif. Tantangan selanjutnya termasuk mengatasi variasi produksi dan gangguan lingkungan agar sensor dapat diterapkan secara luas di dunia industri.