Impian manusia untuk menjadi superhuman seperti Spiderman yang bisa merayap vertikal di dinding pencakar langit atau mengayun dari satu gedung ke gedung lainnya hanya berbekal pakaian dari serat tipis kini tak lagi sekadar khayalan. Di masa depan, atau mungkin tak lama lagi, kita tidak hanya bisa melihatnya di layar lebar, tapi bisa melihatnya secara langsung atau bahkan mengenakan “kostum” supernya!

Penelitian di berbagai laboratorium telah mengembangkan teknologi material yang memungkinkan pembuatan alat bantu untuk mewujudkan mimpi manusia menjadi super bak Spiderman. 

Proses dalam pengembangan ilmu material

Kita perlu tahu. Penemuan beragam material baru tidak datang tiba-tiba, tetapi melalui proses pengembangan bertahun-tahun, seiring dengan perubahan budaya dan peradaban manusia.

Di zaman prasejarah, contohnya. Manusia menggunakan tulang atau batu sebagai alat untuk bertahan hidup. Batu dan tulang mungkin merupakan “ilmu” material pertama yang digunakan manusia untuk mengolah lingkungan. Sementara di masa sekarang, manusia terus mempelajari dan mengembangkan ilmu material untuk memudahkan kegiatan hidupnya.

Ilmu material yang meliputi ilmu fisika, kimia, dan ilmu teknik atau rekayasa adalah ilmu yang mempelajari bagaimana suatu material dapat terbentuk, serta bagaimana sifat fisik  dan kimia suatu material.

Berbagai disiplin ilmu tersebut juga digunakan untuk menemukan atau menciptakan material baru yang bisa beradaptasi secara langsung terhadap kondisi lingkungan. Inilah yang melahirkan smart material atau material cerdas yang kini digunakan dan diaplikasikan di berbagai bidang kehidupan.   

Material yang reaktif

Smart material disebut juga material yang responsif atau reaktif terhadap rangsangan. Sebab, material cerdas dapat berubah sifat atau bentuk sendiri sebagai respons terhadap suatu rangsangan. Rangsangan ini dapat berupa medan magnet, medan listrik, tekanan, suara, cahaya, temperatur, radiasi nuklir, dan atau sifat kimia. Smart material dapat kembali ke bentuk semula jika tidak mendapatkan rangsangan.

Salah satu contohnya, pakaian olahraga dengan ventilasi yang dapat membuka saat pemakainya berkeringat dan menutup saat temperatur badan sudah kembali normal. Contoh lain, bangunan dan rumah yang dapat beradaptasi dengan perubahan iklim seperti angin, hujan, atau panas.

Produksi dan pengembangan smart material di seluruh dunia kini mengalami peningkatan. Berdasarkan laporan riset Grand View Research, pangsa pasar global smart material diperkirakan akan mencapai 98,2 miliar dollar Amerika Serikat di tahun 2025.

Riset dan inovasi yang ekstensif telah memperluas penggunaan material cerdas di beragam proses industri. Peningkatan kualitas penggunaan sensor, mesin, aktuator (perangkat yang mengubah energi listrik, udara atau hidrolik menjadi energi mekanik), serta bahan struktural diantisipasi untuk memenuhi permintaan selama beberapa tahun ke depan.

Material cerdas generasi berikutnya biasanya menggunakan komposit dari dua jenis material atau lebih. Komposit digunakan untuk mengurangi biaya, berat/massa benda, dan durasi aktif dari material tersebut.

Ragam jenis smart material

Berdasarkan rangsangan dari luar, ada beberapa jenis smart material. Antara lain adalah piezoelectric, material yang dapat mengubah energi mekanik menjadi elektrik serta kebalikannya. Material ini dapat mengubah bentuknya sebagai respon terhadap impuls listrik atau menghasilkan muatan listrik sebagai respons terhadap tekanan mekanik yang mereka dapatkan.  

Selain itu ada juga shape memory material, material yang memiliki kemampuan untuk berubah bentuk dan kembali ke bentuk aslinya ketika terkena sumber panas atau rangsangan lain. Kemudian chromoactive, yakni material yang dapat berubah warna ketika mengalami variasi suhu, cahaya, tekanan, dan lain-lain. Material ini biasanya digunakan di bidang optik. Contohnya lensa kacamata yang berubah warna ketika terkena cahaya matahari.   

Lalu ada pula material magnetorheological, yang dapat mengubah sifatnya ketika terkena medan magnet. Biasanya material ini digunakan sebagai peredam kejut untuk mengurangi getaran gempa di jembatan atau gedung tinggi.

Bentuk lainnya adalah material fotoaktif, yakni material yang bereaksi terhadap cahaya. Terdapat beberapa jenis material fotoaktif. Di antaranya, elektroluminesen yang memancarkan cahaya ketika diberi impuls listrik, fluoresen yang memantulkan cahaya dengan intensitas tinggi, dan fosforesen yang dapat berpendar setelah sumber cahaya terhenti.

Jaring laba-laba sintetis

Terdapat beragam smart material baru yang berkembang beberapa tahun belakangan. Salah satunya adalah jaring laba-laba sintetis. Material ini lima kali lebih kuat dibanding baja dan juga bersifat elastis. Penggunaan material ini sangat luas, mulai dari baju anti-peluru, kulit artifisial untuk mengganti luka bakar, atau sebagai pelapis anti-air. 

Lalu ada shrilk, yang terdiri atas kitin, sejenis karbohidrat yang ditemukan di kulit kerang. Shrilk dibuat oleh para peneliti di Universitas Harvard yang dapat digunakan sebagai material pengganti plastik yang lebih baik. Pasalnya, material ini dapat terdekomposisi di alam selama dua minggu serta dapat digunakan sebagai pupuk.

Yang terakhir adalah graphene atau grafena. Grafena merupakan alotrop karbon berupa lembaran yang terdiri atas atom karbon yang saling membentuk jaringan heksagon. Material ini memiliki banyak kegunaan dan sangat berharga karena kekuatan tariknya sangat tinggi, konduktivitas listrik yang sangat baik, dan transparan. Selain itu, material dua dimensi ini adalah yang tertipis di dunia. 

Grafena sudah banyak digunakan di berbagai bidang, seperti di bidang elektronik, teknologi biomaterial, bahan komposit ringan dan kuat, penyimpanan energi, fotovoltaik, filtrasi, dan masih banyak lagi.

Beragam material cerdas yang kini sedang berkembang, menumbuhkan inspirasi kita untuk masa depan. Mereka juga terus memupuk visi masa depan manusia untuk menjadi manusia super. Manusia dapat membuat baju seperti kostum Spiderman yang antipeluru, tapi setipis kulit yang nyaman digunakan, sarung tangan yang dapat menopang tubuh untuk menempel di dinding dan langit-langit gedung, atau tali tipis sintetis sekuat jaring laba-laba. Smart material menjadi harapan kehidupan manusia yang semakin mudah di masa depan. (E05)