Transformasi Teknologi: Nano, Energi, dan Robotika

Para peneliti dari MIT telah menciptakan sistem printing 3D yang dapat mencetak mesin listrik berfungsi penuh dalam satu proses. Dengan menggunakan printer 3D yang dimodifikasi dengan empat ekstruder, permintaan berbagai bahan seperti konduktif, magnetik, dan struktural dapat diwujudkan secara bersamaan. Teknologi ini berpotensi mengubah cara mesin listrik diproduksi, dengan fokus pada produksi lokal di tempat kerja. Penggunaan mesin listrik saat ini umumnya memerlukan proses pabrik yang lama dan kompleks. Namun, teknologi baru ini memungkinkan pencetakan motor linear listrik dengan biaya material sekitar 50 sen dan hanya butuh waktu sekitar tiga jam. Motor yang tercetak dapat berfungsi dengan baik dan memberikan performa yang bahkan melebihi mesin linear konvensional berbasis hidraulik. Inovasi ini menekankan pada keberhasilan penggabungan berbagai bahan dalam satu cetak. Sistem printer 3D ini menggunakan sensor dan kontrol presisi untuk memastikan ketepatan pengaplikasian lapisan bahan. Meskipun hanya membutuhkan satu langkah pasca-pemrosesan untuk magnetisasi, teknologi ini menunjukkan kemajuan besar dalam manufaktur mesin listrik. Peneliti bertujuan untuk mengintegrasikan seluruh proses magnetisasi langsung dalam sistem printing di masa depan. Mereka juga berencana mengembangkan kemampuan printer untuk mencetak motor rotary elektrik dan perangkat elektronik canggih lainnya secara monolitik, yang akan lebih menyederhanakan produksi dan membuka peluang baru di bidang manufaktur elektronik. Visi jangka panjang dari proyek ini adalah mengubah paradigma manufaktur global dengan memungkinkan produksi perangkat elektronik dan mesin secara terdistribusi di lokasi yang dibutuhkan. Pendekatan ini akan mengatasi masalah ketergantungan rantai pasok global, menurunkan biaya, dan meningkatkan kecepatan penggantian mesin, terutama dalam industri manufaktur dan otomatisasi.

Para ilmuwan di Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, berhasil mengamati dan mengendalikan tahap prethermalisation dalam sistem kuantum menggunakan prosesor kuantum Chaung tzu 2.0 dengan 78 qubit. Tahap ini adalah fase sementara di mana sistem kuantum mempertahankan informasinya sebelum terjadinya decoherence secara penuh. Dalam komputasi kuantum, decoherence menjadi masalah utama karena menyebabkan qubit kehilangan data penting sehingga hasil komputasi tidak bisa disimpan atau diakses. Komputer klasik belum mampu menghitung atau memodelkan proses ini secara efisien karena kompleksitas ruang keadaan sistem kuantum yang sangat besar. Penelitian menggunakan Chaung tzu 2.0 menunjukkan bahwa selama prethermalisation, sistem kuantum bertahan dalam keadaan relatif stabil dan informasi yang tersimpan tidak langsung tersebar. Tahap ini mirip dengan ketika es mulai mencair tetapi suhu tetap stabil sebelum air berubah kondisi. Para peneliti juga berhasil mengatur durasi dan pola fase prethermalisation melalui kontrol khusus yang membuat mereka bisa memperpanjang atau mempersingkat periode ini sesuai kebutuhan. Pengendalian ini penting untuk menjaga informasi kuantum agar tetap utuh lebih lama. Penemuan ini membuka peluang besar dalam mengembangkan teknologi komputasi kuantum yang lebih andal, dengan potensi peningkatan masa koherensi qubit dan pengembangan metode koreksi kesalahan yang lebih efektif. Ini juga memperlihatkan kemampuan komputer kuantum mengatasi masalah yang tidak dapat diselesaikan komputer klasik.

Oak Ridge National Laboratory (ORNL) bersama Kairos Power memulai kemitraan senilai 27 juta dolar AS untuk mengembangkan reaktor nuklir canggih. Reaktor ini menggunakan teknologi baru yang menggantikan air sebagai pendingin dengan garam fluorida cair yang dapat beroperasi pada suhu sangat tinggi dengan keamanan yang lebih baik. Teknologi utama yang digunakan adalah bahan bakar berbentuk pelet TRISO, yang dirancang khusus untuk menahan suhu tinggi tanpa meleleh atau rusak. Metode manufaktur aditif atau 3D printing digunakan untuk membuat komponen reaktor, sambil meneliti material seperti keramik dan karbon komposit untuk memastikan ketahanan terhadap korosi garam cair. Selain itu, proyek ini juga mengembangkan sistem pemeliharaan jarak jauh yang dapat bekerja di lingkungan radiasi dan menyusun rencana pengelolaan bahan bakar bekas. Semua ini bertujuan menjembatani langkah dari pengujian eksperimental menuju pembangkitan listrik komersial yang andal dan ramah lingkungan. Hermes 1 adalah reaktor demonstrasi yang menggunakan teknologi ini dan saat ini sedang dibangun di Oak Ridge. Reaktor ini adalah yang pertama di Amerika Serikat berjenis non-light-water yang mendapat izin konstruksi dari regulator, menjadikannya tonggak penting dalam pengembangan reaktor generasi baru. Selain pendanaan, Kairos Power juga telah mengamankan pasokan bahan bakar uranium tinggi (HALEU) yang diperkaya antara 5% sampai 20%. Dengan dukungan dari berbagai lembaga dan riset, teknologi ini diharapkan dapat memenuhi kebutuhan energi masa depan yang terus meningkat secara efisien dan aman.

Para ilmuwan di Tiongkok berhasil mengamati dan mengendalikan suatu fase sementara yang stabil dalam sistem kuantum menggunakan prosesor kuantum superkonduktor bernama ‘Chuang-tzu 2.0’ dengan 78 qubit. Fase ini dikenal sebagai prethermalisation dan merupakan tahap peralihan penting dalam evolusi sistem kuantum setelah terganggu. Jika sistem kuantum terganggu, energi dan informasi di dalamnya tersebar hingga merata, mirip seperti ayunan yang setelah digerakkan akan berhenti. Ini menimbulkan masalah besar dalam komputasi kuantum karena informasi yang berubah terlalu cepat akan sulit disimpan dan diakses kembali dengan akurat. Sebelumnya, asal usul dan durasi proses ini sulit diprediksi oleh komputer klasik karena kompleksitas sistem kuantum yang sangat tinggi. Namun dalam studi ini, para peneliti berhasil menemukan bahwa ada fase peralihan yang sementara dan relatif stabil sebelum sistem mencapai keseimbangan. Kemampuan untuk mengendalikan kecepatan evolusi kuantum ini sangat penting bagi pengembangan teknologi kuantum. Dengan memanfaatkan kondisi prethermalisation, informasi kuantum dapat dipertahankan lebih lama, sehingga meningkatkan efektivitas komputasi dan pengolahan data kuantum. Penemuan ini bukan hanya membuka jalan untuk kemajuan teknologi kuantum, tetapi juga memberikan alat baru bagi para peneliti dalam mengelola dan memanipulasi sistem kuantum yang kompleks, yang sebelumnya sulit untuk dikendalikan secara presisi.

Peneliti di China telah berhasil mengamati dan mengontrol sebuah tahap sementara dalam sistem kuantum yang disebut prethermalisation menggunakan prosesor superconducting dengan 78 qubit bernama Chuang-tzu 2.0. Tahap ini terjadi sebelum sistem kuantum mengalami decoherence atau kehilangan informasi penting. Ketika sistem kuantum terganggu, biasanya ia akan cepat kembali ke keadaan seimbang dan membuat informasi sulit disimpan. Prethermalisation adalah fase transisi yang bertahan cukup lama dan dapat diatur, memberikan peneliti waktu untuk mengelola informasi kuantum tersebut. Eksperimen ini memungkinkan peneliti untuk mengatur kecepatan decoherence, yang selama ini sulit diprediksi dan dikendalikan, bahkan dengan bantuan komputer klasik. Hal ini sangat penting untuk pengembangan komputer kuantum di masa depan. Dengan mengendalikan fase prethermalisation, tantangan utama di komputasi kuantum yang berkaitan dengan kestabilan informasi perlahan bisa diatasi, membuka peluang baru dalam pengembangan teknologi kuantum yang lebih efisien dan dapat diandalkan. Penemuan ini merupakan langkah besar dalam riset kuantum yang dapat mempercepat kemajuan teknologi komputasi global dan memperluas kemampuan penyimpanan serta pemrosesan data kuantum dalam skala besar.

Para peneliti di Thomas Jefferson National Accelerator Facility sedang mengembangkan teknologi canggih yang dapat mengubah limbah bahan bakar nuklir bekas menjadi sumber listrik tambahan. Proyek ini bertujuan untuk mengurangi masa radioaktif limbah yang biasanya mencapai 100.000 tahun menjadi hanya 300 tahun. Teknologi yang mereka kembangkan disebut Accelerator-Driven Systems (ADS), menggunakan akselerator partikel untuk menembakkan proton berenergi tinggi ke target cair seperti merkuri. Proses ini memicu spallation yang menghasilkan neutron yang dapat menetralkan isotop berbahaya. Salah satu kemajuan penting adalah penggantian material dalam akselerator dari niobium biasa menjadi niobium-tin yang dapat beroperasi pada suhu yang lebih tinggi, sehingga mengurangi kebutuhan pendinginan mahal dan memungkinkan penggunaan pendingin komersial yang lebih sederhana dan murah. Selain itu, mereka juga mengembangkan magnetron yang merupakan sumber daya mirip dengan yang digunakan di oven microwave, yang diadaptasi agar dapat memberikan hingga 10 megawatt daya pada frekuensi yang sangat presisi agar sesuai dengan cavity akselerator. Inisiatif ini didukung oleh pemerintah Amerika Serikat melalui program NEWTON, yang melibatkan berbagai mitra industri untuk memastikan teknologi ini dapat dengan cepat bergerak dari penelitian menuju produksi komersial dan membantu menyelesaikan masalah limbah nuklir yang sudah lama menjadi tantangan dunia.

Para peneliti di Oak Ridge National Laboratory (ORNL) berhasil memvalidasi prototipe sensor neutron bernama fission chamber yang mampu beroperasi dengan stabil pada suhu sangat tinggi hingga 800 derajat Celsius. Sensor ini sangat penting untuk mengawasi dan mengendalikan reaktor nuklir generasi baru yang beroperasi pada suhu ekstrim, seperti reaktor gas suhu tinggi dan reaktor cair. Pengujian dilakukan di reaktor riset The Ohio State University dengan menggunakan perangkat uji khusus yang dibuat untuk meniru kondisi ekstrem di dalam reaktor. Selama pengujian berlangsung selama satu minggu, sensor mampu mempertahankan performanya tanpa tanda-tanda kerusakan meskipun berada di bawah radiasi dan suhu tinggi. Sensor neutron ini digunakan untuk memulai dan mengatur daya reaktor agar energi yang dihasilkan tetap aman dan efisien. Dibandingkan dengan reaktor air ringan yang beroperasi pada suhu lebih rendah, reaktor generasi baru punya tuntutan lebih tinggi terhadap ketahanan sensor karena lingkungan yang lebih keras. Kolaborasi ini melibatkan beberapa pakar dari ORNL dan Curtiss-Wright serta difasilitasi oleh program dukungan GAIN yang diselenggarakan Departemen Energi Amerika Serikat. Program ini bertujuan mempercepat inovasi teknologi nuklir dengan akses fasilitas dan keahlian laboratorium nasional. Hasil pengujian ini merupakan salah satu langkah kunci untuk mempersiapkan sensor suhu tinggi yang handal agar dapat dipakai secara komersial dalam pembangkit listrik nuklir maju. Ini penting untuk mewujudkan reaktor efisien dengan keamanan dan keandalan yang lebih baik dalam memenuhi kebutuhan energi masa depan.

Para peneliti dari Universitas Oklahoma telah menciptakan material perovskit hibrida yang memanfaatkan bagian organik dalam struktur kristalnya untuk menghasilkan cahaya dengan sangat cepat dan efisien ketika terkena radiasi. Ini merupakan perubahan besar dari fokus tradisional yang hanya mengutamakan bagian anorganik. Dengan menyisipkan molekul stilbene ke dalam perovskit dua dimensi yang dirancang khusus, emisi cahaya dari bagian organik meningkat hingga lima kali lipat dibandingkan dengan molekul organik yang berdiri sendiri, menunjukkan pengaruh lingkungan kristal yang positif. Levantannya adalah kemampuan emisi cahaya yang sangat cepat dari bagian organik, yang sangat penting untuk aplikasi deteksi radiasi neutron, sinar-X, dan gamma di mana kecepatan respons adalah hal utama. Selain cepat dan terang, material tersebut juga menunjukkan stabilitas yang sangat baik terhadap kondisi lingkungan terbuka, bertahan lebih dari satu tahun tanpa perlu pelapis pelindung yang biasanya diperlukan untuk material serupa. Kesuksesan penelitian ini membuka kemungkinan bahwa dengan penyempurnaan lebih lanjut, material perovskit hybrid berbasis organik bisa melampaui detektor radiasi generasi sekarang dan meningkatkan teknologi deteksi radiasi secara signifikan.

Peneliti di Penn State berhasil mengembangkan kapasitor polimer yang dapat beroperasi pada suhu sangat tinggi hingga 482 derajat Fahrenheit, jauh lebih tinggi dibandingkan kapasitor polimer komersial yang biasanya mulai rusak di suhu sekitar 212 F. Kemampuan ini bisa membuat perangkat elektronik bekerja lebih baik di lingkungan ekstrem seperti kendaraan listrik dan sistem penerbangan. Kapasitor ini dibuat dengan menggabungkan dua plastik tahan panas, PEI dan PBPDA, yang secara alami membentuk struktur nanoskala stabil. Struktur ini meningkatkan konstanta dielektrik menjadi 13,5, padahal masing-masing polimer secara individual memiliki konstanta di bawah empat, sehingga kapasitor bisa menyimpan lebih banyak energi. Material baru ini tidak hanya meningkatkan kapasitas penyimpanan energi sampai empat kali lipat, tetapi juga mempertahankan performa dari suhu minus 148 F hingga 482 F. Hal ini sangat penting untuk membuat perangkat yang lebih kecil dan padat, tanpa mengorbankan kekuatan atau kecepatan dalam mengisi dan mengeluarkan energi. Para peneliti menemukan bahwa nanointerfaces yang terbentuk antara PEI dan PBPDA mencegah kebocoran muatan yang biasanya terjadi pada suhu tinggi. Ini memungkinkan kapasitor bekerja lebih kuat dan tahan lama tanpa harus didinginkan secara intensif seperti pada kapasitor biasa. Teknologi ini mudah diproduksi karena menggunakan bahan yang sudah komersial dan murah, serta proses pembuatannya sederhana. Penelitian ini sudah dipatenkan dan dapat menjadi solusi teknologi penting untuk kendaraan listrik, pusat data, dan sistem kelistrikan di masa depan yang menuntut perangkat tahan panas dan efisien.

Para peneliti dari Karlsruhe Institute of Technology (KIT) di Jerman mengembangkan turbin gas tanpa kompresor yang baru-baru ini memecahkan rekor dengan bisa beroperasi selama 303 detik, melampaui rekor NASA yang mencapai 250 detik. Turbin ini menggunakan hidrogen sebagai bahan bakar yang tidak hanya cepat bereaksi tetapi juga ramah lingkungan karena dapat diproduksi dari sumber energi terbarukan. Perbedaan utama turbin ini dibandingkan dengan turbin konvensional adalah tidak adanya kompresor yang biasa digunakan untuk menekan udara sebelum pembakaran. Kompresor ini biasanya menghabiskan hingga 50% dari daya turbin, sehingga mengurangi efisiensi secara signifikan. Dengan menghilangkan kompresor, turbin ini berpotensi menghasilkan listrik jauh lebih banyak dari bahan bakar yang sama. Teknologi yang digunakan dalam turbin ini adalah pembakaran tekanan naik yang memanfaatkan gelombang detonasi untuk menciptakan tekanan tinggi tanpa memerlukan bagian mekanis yang bergerak. Hal ini mengurangi risiko keausan dan meningkatkan efisiensi, serta menjanjikan desain turbin yang lebih sederhana dan kuat. Selain uji coba menjalankan turbin selama lima menit lebih, para peneliti juga berhasil menghasilkan listrik secara langsung dari turbin, yang merupakan pencapaian besar karena pembakaran yang cepat dan intens menimbulkan tantangan saat mentransfer energi stabil ke turbin. Hasil ini menunjukkan bahwa turbin hidrogen dengan tekanan naik dapat berperan penting dalam sistem energi masa depan yang bebas karbon. Para peneliti akan memamerkan teknologi ini pada Hannover Messe pada April 2026. Keberhasilan ini membuka jalan bagi penggunaan luas turbin gas tanpa kompresor yang hemat energi dan ramah lingkungan, mendukung transisi global ke energi terbarukan yang lebih efisien dan fleksibel.