Transformasi Teknologi: Nano, Energi, dan Robotika

Para peneliti dari Max Planck Institute, University of Michigan, dan Cornell University berhasil menciptakan microrobot magnetik berukuran sekitar 300 mikrometer yang dapat memanipulasi objek kecil tanpa menyentuhnya secara langsung. Robot-robot kecil ini berputar ketika mendapat medan magnet dan menciptakan pusaran cairan di sekitarnya. Dengan berkerumun dalam jumlah banyak, robot-robot ini menghasilkan torsi fluida yang mampu memutar roda gigi, merakit struktur rumit, dan mengangkut benda-benda yang ukurannya jauh lebih besar dari mereka. Ini merupakan sebuah terobosan karena manipulasi terjadi tanpa kontak fisik, sehingga cocok untuk benda yang sangat rapuh. Penggunaan gaya hidrodinamika ini memungkinkan peneliti mengatur arah dan kecepatan putaran objek cukup dengan mengubah jumlah robot, kecepatan putarannya, atau bagaimana robot-robot itu disusun di dalam cairan. Hasilnya, microrobot dapat menggerakkan benda yang beratnya ribuan kali lipat dibanding robot individual. Salah satu aplikasi potensial dari teknologi ini adalah bidang medis. Microrobot bisa digunakan untuk membersihkan sumbatan di pembuluh darah, mengantarkan obat ke organ tertentu, atau merakit implan medis langsung di dalam tubuh dengan manipulasi yang sangat presisi dan minim risiko. Penemuan ini dipublikasikan di jurnal Science Advances dan diharapkan dapat membuka jalan baru di bidang manufaktur mikro dan teknologi kesehatan, dengan microrobot yang dapat beradaptasi dan mengorganisasi diri secara otomatis sesuai kebutuhan tugasnya.

Film-film populer kerap memperlihatkan teknologi yang terlihat sangat canggih dan futuristik, membuat banyak orang bertanya-tanya kapan teknologi seperti itu bisa benar-benar ada. Kini, perkembangan di bidang teknologi seperti AI, robotika, dan ilmu material sudah mulai menciptakan alat yang dulu hanya ada dalam imajinasi. Misalnya, baju zirah seperti Iron Man dan alat medis seperti tricorder yang dapat mendiagnosis penyakit dengan cepat. Salah satu contoh nyata adalah pengembangan exoskeleton bertenaga baterai yang membantu pekerja dan tentara mengangkat beban berat tanpa merasa cepat lelah. Selain itu, alat-alat seperti scanner medis portabel yang terinspirasi dari Star Trek mulai diproduksi dan digunakan, meningkatkan kecepatan serta kemudahan dalam diagnosa di lapangan. Teknologi transportasi pribadi juga mengalami kemajuan dengan adanya prototipe hoverboard yang bisa melayang menggunakan levitasi magnetik, sangat mirip dengan film Back to the Future. Walaupun belum sempurna untuk penggunaan sehari-hari, inovasi ini menunjukkan bahwa impian teknologi tersebut makin mendekati kenyataan. Di sisi komunikasi, hologram 3D dan sistem telepresence yang memungkinkan pertukaran gambar hidup secara tiga dimensi terus dikembangkan. Begitu pula dengan earbud penerjemah real-time yang memungkinkan orang berbicara dengan bahasa berbeda tanpa kendala, memudahkan interaksi antar budaya dalam kehidupan sehari-hari. Secara keseluruhan, penelitian dan pengembangan yang menggabungkan teknologi fiksi dengan inovasi nyata ini tidak hanya mengubah cara manusia bekerja dan berkomunikasi, tetapi juga membuka peluang besar untuk masa depan di mana batas antara imajinasi dan realitas semakin tipis.

Peneliti di Argonne National Laboratory telah mengembangkan metode pengujian baru yang dapat mengukur performa bahan nuklir pada suhu hingga 1.000 Kelvin. Ini sangat penting untuk meningkatkan keamanan dan efisiensi reaktor nuklir yang beroperasi dalam kondisi ekstrem. Metode yang disebut 'suspended bridge method' ini menggunakan sampel bahan yang sangat tipis dengan ukuran mikrometer dan diuji dalam kondisi vakum. Teknik ini memungkinkan pengukuran secara akurat tanpa gangguan dari material lain di sekitarnya. Pengujian ini dapat mengisolasi fase individu dari bahan bakar nuklir untuk melihat bagaimana komponen-komponen tertentu mengalami degradasi akibat kerusakan radiasi. Hal ini sangat penting agar bahan bakar tetap aman dan efisien selama digunakan. Keunggulan metode ini termasuk rentang suhu pengujian yang luas, ketelitian tinggi dalam pengukuran, dan pengurangan risiko bagi teknisi karena menggunakan sampel radioaktif berukuran kecil. Hasil awal sudah menunjukkan keakuratan yang baik melalui pengujian pada stainless steel dan paduan uranium-molibdenum. Selain untuk energi nuklir, metode ini juga bisa digunakan untuk mengukur sifat listrik material lain, memberikan manfaat bagi penelitian material termoelektrik dan pengembangan perangkat elektronik yang lebih efisien di masa depan.

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.