Transformasi Teknologi: Nano, Energi, dan Robotika

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.

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.

Peneliti di NYU Tandon School of Engineering mengembangkan model baterai termal berbasis zeolit untuk memanfaatkan panas limbah fasilitas industri sebagai sumber pendinginan pada data center. Sistem ini dapat mengurangi konsumsi listrik untuk pendinginan data center hingga 86%, serta mengintegrasikan penggunaan panas limbah dari industri secara efisien. Model menggunakan zeolit yang dikeringkan dengan panas limbah di fasilitas industri, kemudian diangkut ke data center untuk menggantikan chiller berkapasitas listrik tinggi dalam proses pendinginan dengan adsorpsi uap air. Jarak rata-rata antar fasilitas memungkinkan transportasi bahan termal ini dengan truk listrik atau kereta tanpa kehilangan energi signifikan. Penerapan teknologi ini akan meningkatkan efisiensi daya data center hingga 12%, mengurangi beban listrik keseluruhan hingga lebih dari 75%, tetapi meningkatkan konsumsi air sekitar 15-25%. Peneliti dan industri mulai berdiskusi untuk memperluas aplikasi nyata sehingga sistem ini dapat membantu pertumbuhan data center tanpa membebani jaringan listrik.

Para peneliti telah mengembangkan model jantung dinamis 3D yang meniru gerakan kompleks sisi kiri jantung, termasuk atrium, ventrikel, dan katup mitral. Model ini dibuat dengan bahan lunak menggunakan teknologi cetak 3D dan dilengkapi dengan fitur struktural seperti sutur yang meniru chordae tendineae. Model jantung ini menggunakan aktuator McKibben sebagai robot lunak untuk menghasilkan kontraksi ventrikel dan gerakan katup yang realistis. Sensor tekanan fleksibel juga dipasang dalam model untuk memantau dinamika tekanan di dalam jantung dan membantu penelitian aliran darah. Penggunaan model ini dapat meningkatkan latihan bedah presisi, terutama pada prosedur perbaikan katup, serta menghindari isu etis terkait penggunaan jaringan hewan. Inovasi ini berpotensi mempercepat ke arah pengobatan yang lebih personal dan mengurangi kesalahan saat operasi yang sebenarnya.

Baterai solid-state menjadi solusi utama untuk permasalahan baterai kendaraan listrik seperti jarak tempuh terbatas dan waktu pengisian lama. Teknologi ini menggantikan elektrolit cair dengan bahan padat untuk meningkatkan kinerja baterai. Berbagai jenis baterai solid-state sedang dikembangkan, termasuk lithium-metal, sulfida, oksida keramik, polimer, halida, film tipis, dan lithium-sulfur. Setiap teknologi memiliki keunggulan dan tantangan masing-masing, seperti konduktivitas ionik, stabilitas kimia, dan skalabilitas manufaktur. Jika tantangan teknis dan biaya dapat diatasi, baterai solid-state dapat menghasilkan baterai EV yang lebih aman, tahan lama, dan mampu mengisi daya lebih cepat. Ini akan mengubah industri kendaraan listrik dan mempercepat transisi ke mobilitas ramah lingkungan.