Revolusi Energi & Komputasi Mutakhir

Teknologi cetak 3D sudah dikenal luas dan digunakan dalam berbagai bidang mulai dari pembuatan objek digital, pembentukan tulang yang disesuaikan untuk pasien hingga perbaikan senjata militer. Namun proses pencetakan secara tradisional mengandalkan nozzle yang membangun objek lapis demi lapis, yang sangat memakan waktu dan kadang mengorbankan ketepatan. Sekelompok ilmuwan dari Universitas Tsinghua di China mengembangkan teknik baru yang bisa mengubah cairan menjadi objek padat tiga dimensi dalam waktu kurang dari satu detik. Cara ini menggunakan proyeksi holografik untuk memadatkan material cetak yang ditempatkan dalam sebuah wadah transparan. Teknik ini adalah perpaduan antara metode pahat dan cetak, yang memungkinkan komponen dengan ukuran milimeter dicetak hanya dalam waktu sekitar 0,6 detik. Kecepatan ini jauh melampaui metode cetak lapis demi lapis yang biasa digunakan saat ini. Karena ketepatan dan kecepatan yang sangat tinggi, teknologi ini membuka peluang baru dalam berbagai aplikasi industri dan medis yang membutuhkan bentuk kompleks dengan waktu produksi sangat singkat. Misalnya, bisa berpotensi digunakan untuk pencetakan jaringan pembuluh darah buatan dan struktur biologis lainnya. Terobosan ini bukan hanya meningkatkan efisiensi pencetakan 3D tapi juga bisa mengubah cara manufaktur di masa depan, menjadikan produksi massal dengan kualitas tinggi lebih mudah dan cepat. Ini adalah langkah penting menuju teknologi cetak 3D yang lebih canggih dan praktis.

3D printing telah menjadi teknologi yang sangat populer, digunakan dalam berbagai bidang mulai dari pembuatan benda digital hingga perbaikan alat di luar angkasa dan pencetakan struktur tulang khusus untuk pasien. Namun, teknologi 3D printing konvensional memerlukan waktu lama dan ketelitian yang tinggi menyebabkan proses menjadi semakin lambat. Baru-baru ini, tim ilmuwan dari Universitas Tsinghua di Tiongkok mengembangkan metode baru yang menggunakan proyeksi holografik untuk mengubah bahan cair menjadi objek tiga dimensi secara instan. Proses ini dilakukan dalam sebuah wadah transparan dengan hanya menekan tombol, mempercepat waktu pencetakan hingga kurang dari satu detik. Metode baru ini menghasilkan objek tiga dimensi dengan presisi tinggi dan dalam ukuran skala milimeter, mampu menyelesaikan pencetakan dalam waktu hanya 0,6 detik. Ini merupakan terobosan dalam bidang manufaktur digital karena menggabungkan kecepatan dengan detail yang akurat tanpa mengorbankan kualitas. Inovasi ini berbeda dari teknik 3D printing tradisional yang membangun lapisan demi lapisan secara mekanis, sebab pendekatan baru ini lebih menyerupai teknik mengukir dengan cahaya holografik untuk membentuk objek sekaligus. Hal ini membuka potensi bagi produksi massal barang tiga dimensi dengan efisiensi yang jauh lebih tinggi. Teknologi yang diperkenalkan ini diharapkan dapat digunakan secara luas dalam berbagai sektor seperti kesehatan, manufaktur, dan teknologi canggih, mengubah cara kita membuat dan menggunakan objek tiga dimensi dalam kehidupan sehari-hari dan industri.

Teknologi 3D printing sudah banyak dikenal dan digunakan di berbagai bidang seperti pembuatan suku cadang, medis, hingga teknologi militer. Namun, prosesnya masih cukup lambat karena harus membentuk objek lapis demi lapis dengan nozzle atau pemindai. Sebuah tim ilmuwan dari Tsinghua University, China, menemukan cara baru untuk mencetak objek tiga dimensi dengan kecepatan sangat tinggi, yakni kurang dari satu detik. Cara ini sangat berbeda dari metode 3D printing konvensional yang lambat. Teknologi baru ini menggunakan proyeksi holografik yang mampu mengubah bahan cair menjadi bentuk padat secara instan dalam sebuah kontainer transparan. Hasil cetakan mencapai detail tinggi dan ukuran komponen sangat kecil hanya beberapa milimeter. Kecepatan pengerjaan yang hanya 0,6 detik untuk mendapatkan objek jadi membuat teknologi ini sangat menjanjikan untuk berbagai aplikasi yang sebelumnya memerlukan waktu lama, termasuk replikasi struktur biologis seperti pembuluh darah. Dengan teknologi ini, masa depan pembuatan objek kompleks akan semakin efisien, cepat, dan presisi tinggi. Ini membuka peluang besar di bidang kesehatan, manufaktur, serta teknologi tinggi lainnya.

Para peneliti dari Hong Kong University of Science and Technology telah menemukan metode baru menggunakan multi-source co-evaporation untuk memproduksi film perovskite dengan kualitas kristal yang jauh lebih baik. Dengan menambahkan sumber PbCl2 selama proses thermal evaporation, kristal perovskite tumbuh dengan orientasi yang lebih teratur. Metode ini menghasilkan film dengan energi gap lebar sebesar 1,67 eV yang memiliki banyak kristal terarah di posisi (100) face-up. Struktur kristal ini meningkatkan stabilitas terhadap degradasi yang disebabkan oleh cahaya dan panas, serta memaksimalkan sifat optoelektroniknya. Tim peneliti mencapai efisiensi terverifikasi sebesar 18,35% untuk sel surya perovskite wide-bandgap yang sepenuhnya dibuat menggunakan teknik vacuum. Di laboratorium, efisiensi sel yang lebih besar (1 cm2) juga menunjukkan hasil sangat baik dengan nilai 18,5%. Selain efisiensi tinggi, stabilitas sel surya ini juga terjamin melalui uji perpajanan dengan protokol ISOS-L-2. Setelah 1.080 jam di bawah cahaya penuh dengan suhu sekitar 75 derajat Celsius dan dalam kondisi udara terbuka, sel masih mempertahankan 80% dari kinerjanya. Penemuan ini penting karena mengatasi salah satu masalah utama dalam teknologi perovskite berbasis vacuum yang selama ini menghambat produksi massal. Dengan metode baru ini, diharapkan produksi industri sel surya yang efisien dan tahan lama bisa segera terealisasi.

Penelitian terbaru dari University of Michigan memperkenalkan metode baru yang disebut QUICC, menggunakan sinar ion untuk menguji material inti reaktor nuklir dengan kecepatan hingga 1.000 kali lebih cepat dibandingkan pengujian konvensional menggunakan neutron. Proses ini dapat menghemat waktu dari lebih dari satu dekade menjadi hanya beberapa hari saja. Biasanya, material diuji dalam reaktor uji neutron yang memerlukan paparan selama bertahun-tahun untuk mencapai tingkat kerusakan tertentu, di mana atom dalam material bergeser hingga 200 kali (dpa). Namun, dengan ion berat yang digunakan dalam metode QUICC, simulasi kerusakan semacam ini dapat tercapai dengan cepat tanpa mengubah sifat kimia material. QUICC juga menambahkan ion helium untuk meniru produksi helium saat reaktor beroperasi, dan dalam pengujian untuk reaktor fusi, metode ini menggunakan tiga jenis ion sekaligus: ion berat, helium, dan hidrogen. Hal ini menciptakan lingkungan yang sangat realistis untuk menguji bagaimana material bertahan dalam kondisi ekstrim di reaktor fusi masa depan. Studi ini didukung oleh berbagai institusi besar seperti Departemen Energi AS, Oak Ridge National Laboratory, dan perusahaan besar seperti Rolls-Royce. Metode ini sedang dalam proses untuk menjadi standar oleh ASTM International, yang memungkinkan pengujian berbasis laboratorium ini menggantikan pengujian lama yang memakan waktu puluhan tahun. Dengan adanya QUICC, diharapkan proses pengembangan dan validasi material reaktor fisi dan fusi akan jauh lebih cepat dan murah. Ini akan mempercepat penerapan teknologi nuklir canggih yang lebih aman dan lebih efisien untuk masa depan energi dunia.

Para peneliti di Peking University, Cina, berhasil mengembangkan transistor terkecil dan paling hemat energi yang dapat digunakan untuk chip kecerdasan buatan (AI) masa depan. Transistor ini disebut ferroelectric field-effect transistor (FeFET), yang menyimpan dan memproses data dalam satu unit, mirip dengan cara kerja otak manusia. Teknologi chip konvensional saat ini menggunakan silikon yang menyimpan data dan memprosesnya secara terpisah. Hal ini menyebabkan konsumsi energi tinggi dan panas berlebih saat memindahkan data. Dengan peningkatan kebutuhan AI yang memproses data jumlah besar, teknologi chip ini mulai menunjukkan keterbatasan signifikan. Perbedaan utama dari FeFET yang dikembangkan adalah penggunaan elektroda gerbang dengan ukuran satu nanometer, lebih kecil dari molekul DNA yang lebarnya sekitar dua nanometer. Desain ini memungkinkan pengoperasian pada tegangan hanya 0,6 volt, sehingga lebih hemat energi dibandingkan model FeFET sebelumnya yang memerlukan 1,5 volt. Transistor ini juga menawarkan kecepatan operasi yang sangat tinggi dengan waktu respons hanya 1,6 nanodetik. Ini akan memungkinkan chip AI melakukan komputasi lebih cepat dan efisien, sekaligus mengurangi penggunaan tenaga listrik secara signifikan. Pengembangan ini sudah dipatenkan oleh Peking University dan diperkirakan akan membawa perubahan besar di bidang pembuatan chip, termasuk kemungkinan menciptakan chip dengan node di bawah satu nanometer. Ini menjadi harapan agar data center masa depan dan perangkat AI bisa lebih hemat energi dan memiliki performa lebih tinggi.

Sekelompok ilmuwan internasional telah menemukan cara untuk mengendalikan efek Hall nonlinier, sebuah fenomena kuantum yang memungkinkan konversi sinyal listrik bolak-balik langsung menjadi arus searah tanpa perlu medan magnet. Ini bisa membawa perubahan besar dalam teknologi energi. Efek Hall adalah fenomena yang ditemukan pada 1879, saat arus listrik mengalir pada logam atau semikonduktor dengan medan magnet, menghasilkan tegangan melintang secara tegak lurus. Saat ini, efek ini banyak digunakan dalam berbagai sensor di kendaraan dan perangkat elektronik sehari-hari. Berbeda dengan efek Hall klasik, efek Hall nonlinier memungkinkan pengubahan sinyal listrik tanpa medan magnet dan komponen besar seperti dioda. Hal ini membuka kemungkinan perangkat yang dapat mengambil energi langsung dari lingkungan tanpa butuh baterai. Penelitian dilakukan pada material topologis khusus yang menjaga stabilitas efek ini hingga suhu kamar. Para peneliti mendapati bahwa pada suhu rendah, ketidaksempurnaan kecil dalam material mengontrol efek ini, sedangkan pada suhu tinggi, getaran kristal memainkan peran penting mengubah arah sinyal yang dihasilkan. Penemuan ini sangat berpotensi mendukung pengembangan sensor pintar yang beroperasi sendiri, teknologi wearable, hingga komponen cepat untuk komunikasi nirkabel masa depan yang lebih efisien dan ramah lingkungan.

Oak Ridge National Laboratory (ORNL) telah melakukan kerja sama dengan perusahaan investasi Australia, Out The Back Ventures, untuk mengembangkan teknologi bahan bakar nuklir baru yang disebut ULIMES. Teknologi ini menggunakan suspensi partikel uranium dioksida dalam logam cair, berbeda dari bahan bakar padat yang selama ini digunakan di reaktor air ringan di Amerika Serikat. Konsep ULIMES memungkinkan bahan bakar mengalir melalui inti reaktor, sehingga dapat melakukan pembakaran energi secara merata dan menghilangkan energi tidak terpakai di pusat pelet. Ini meningkatkan efisiensi pembakaran bahan bakar dibandingkan dengan bahan bakar padat konvensional. Selain itu, penggunaan logam cair sebagai pembawa dapat meningkatkan konduktivitas panas, sehingga suhu bahan bakar dapat dikontrol lebih baik dan meningkatkan kemampuan pendinginan reaktor. Perubahan ini berpotensi menurunkan risiko dan biaya perawatan reaktor. Keunggulan lain dari teknologi ini adalah pengurangan kerusakan pada material bahan bakar. Gas hasil fisi tidak menumpuk seperti pada bahan padat, dan logam cair lebih tahan terhadap kerusakan yang biasanya menyerang struktur bahan padat akibat tumbukan partikel energi tinggi. Dengan kompatibilitas bahan bakar ULIMES terhadap material reaktor yang sudah ada di pembangkit listrik tenaga nuklir, teknologi ini dapat diintegrasikan lebih cepat tanpa memerlukan pengujian material yang panjang dan mahal. Investasi dari Out The Back Ventures akan mendukung penelitian lanjutan agar teknologi ini bisa siap digunakan secara komersial.

Penelitian terbaru mengungkap bahwa butiran beras memiliki kemampuan unik untuk berubah kekuatan tergantung pada seberapa cepat mereka dikompresi. Saat mendapatkan tekanan lambat, beras tetap kuat, namun saat tekanan cepat, beras menjadi lebih lemah karena gesekan antar butiran berkurang. Fenomena ini disebut rate softening dan memberikan inspirasi untuk pengembangan material baru. Para ilmuwan menggunakan sifat beras ini untuk menciptakan metamaterial, yaitu material yang dirancang untuk berperilaku berbeda dari bahan alami biasa. Dengan menggabungkan beras dan bahan granular lain seperti pasir yang justru menguat saat dimuat cepat, mereka membuat material yang bisa lentur, kaku, atau bahkan menekuk otomatis tergantung tekanan dan kecepatan beban. Keistimewaan metamaterial ini adalah tidak membutuhkan sensor, elektronik, atau perangkat kontrol untuk beradaptasi. Fisikanya sendiri yang mengendalikan responnya, membuat teknologi ini sangat efisien dan praktis untuk aplikasi seperti robot lunak yang bisa lebih ringan, aman, dan fleksibel dibanding robot berbahan logam dan mekanisme rumit. Selain membantu kemajuan robotik, material ini juga berpotensi besar digunakan dalam alat pelindung tubuh seperti helm atau pelindung lutut yang dapat menyesuaikan kekuatan perlindungan sesuai kecepatan benturan. Ini dapat mengurangi risiko cedera dengan cara yang lebih natural dan otomatis. Penelitian ini menunjukkan bahwa bahan sehari-hari seperti beras dan pasir dapat dimanfaatkan untuk menciptakan sistem pintar yang merespon gaya dan kecepatan secara alami. Temuan ini membuka jalan bagi pengembangan mesin adaptif dan perlengkapan pelindung inovatif di masa depan tanpa perlu teknologi elektronik yang rumit.

Para ilmuwan China berhasil menciptakan transistor ferroelectric terkecil dan paling hemat energi di dunia. Transistor ini memiliki kemampuan unik karena dapat mengintegrasikan memori dan pemrosesan data dalam satu unit, mirip dengan cara kerja neuron di otak manusia. Ini adalah terobosan besar yang diharapkan bisa mempercepat perkembangan hardware kecerdasan buatan. Pada chip komputer konvensional, penyimpanan data dan proses komputasi terjadi di tempat yang terpisah, sehingga menyebabkan keterlambatan karena data harus berpindah antara kedua area tersebut. Terobosan baru ini mengatasi masalah tersebut dengan menggabungkan fungsi tersebut dalam satu transistor, mengurangi waktu yang hilang pada transfer data. Penelitian ini dipimpin oleh Qiu Chenguang dan Peng Lianmao dari Peking University dan Chinese Academy of Sciences. Penemuan mereka dipublikasikan dalam jurnal ilmiah terkemuka, Science Advances, yang menandai relevansi dan keabsahan ilmiah dari hasil studi ini. Menurut para peneliti, kemampuan komputasi di dalam memori (in-memory computing) dari transistor ferroelectric ini sejalan dengan kebutuhan evolusi chip AI yang semakin menuntut efisiensi, kecepatan, dan integrasi proses dan memori secara maksimal. Industri teknologi menganggap ini sebagai kunci pengembangan AI dan komputasi neuromorfik di masa mendatang. Terobosan ini membuka peluang baru bagi pengembangan AI hardware yang lebih hemat energi dan berukuran sangat kecil, memungkinkan aplikasi yang lebih luas dan besar dalam berbagai teknologi seperti robotika, sistem cerdas, hingga perangkat mobile pintar. Ini bisa menjadi fondasi penting untuk generasi chip komputer berikutnya.