Fitur Otomotif yang Terinspirasi Perilaku Mahluk Hidup

Biomimetika dalam industri otomotif merupakan bidang yang dinamis dengan potensi besar untuk inovasi yang terinspirasi dari perliaku mahluk hidup. Industri otomotif semakin mengintegrasikan desain dan mekanisme alami ke dalam kendaraan mereka, didorong oleh kemajuan signifikan dalam penelitian dan teknologi.

Perekat Velcro dan Tanaman Burdock (Credit : Nadia Farah)

Dr. -Ing. Salman, ST., MSc., Penulis Staff Pengajar Jurusan Teknik Mesin, Universitas Mataram

Biomimetika (biomimetics) adalah istilah yang digunakan untuk mendeskripsikan material, mekanisme dan sistem yang dibuat oleh manusia dengan jalan meniru desain dan sistem yang terdapat di alam, terutama untuk bidang-bidang: robotika, teknologi nano, kecerdasan buatan, dan pertahanan. Ini diawali oleh kekaguman manusia akan kesempurnaan dan kehebatan beberapa jenis hewan/organisme yang kemudian diaplikasikan salah satunya ke bidang otomotif.

Biomimetika memicu revolusi dalam desain otomotif dengan mengambil inspirasi dari solusi alam yang luar biasa. Para inovator mengeksplorasi segala hal mulai dari organisme mikroskopis hingga biologi manusia untuk mendapatkan wawasan tentang teknologi otomotif baru. Dengan mengamati efisiensi dan keanggunan alam, para insinyur automotive menciptakan kendaraan yang tidak hanya menawarkan kemajuan luar biasa dalam efisiensi, kinerja, dan keberlanjutan, tetapi juga daya tarik estetika. Eksplorasi yang sedang berlangsung ini menjanjikan untuk mendorong batasan teknologi otomotif, mendorong pengembangan ide dan inovasi yang terinspirasi oleh biologi.

Ini menawarkan banyak manfaat pada kendaraan dengan mengoptimalkan bentuk, struktur, dan kemampuan manuver, meningkatkan aerodinamika dan efisiensi, yang dapat membantu mengurangi konsumsi bahan bakar dan emisi. Misalnya, bentuk aerodinamis yang terinspirasi oleh ikan dan burung menciptakan mobil yang hemat bahan bakar dan ramah lingkungan. Inovasi seperti permukaan pembersih otomatis berbahan dasar daun teratai dan sistem pendingin canggih yang dimodelkan berdasarkan gundukan rayap juga tengah dikembangkan untuk meningkatkan fungsionalitas dan keberlanjutan kendaraan.

Material biomimetika adalah material yang meniru sifat atau fungsi material atau organisme alami. Material ini dapat digunakan untuk membuat fitur cerdas yang beradaptasi dengan lingkungan atau preferensi pengemudi, seperti kamuflase, ventilasi, atau komunikasi. Bahan biomimetik juga dapat menginspirasi solusi desain baru yang lebih efisien, berkelanjutan, atau inovatif, seperti struktur ringan, sumber energi terbarukan, atau komponen yang dapat terurai secara hayati.

Biomimetika mengambil inspirasi dari desain, proses, dan sistem alam untuk memecahkan tantangan rekayasa manusia. Rekayasa otomotif sering kali menuntut konsep yang kreatif dan inovatif untuk mencapai tujuan kinerja dan efisiensi. Seiring berkembangnya strategi, fokus pada desain biomimetik semakin berkembang.

Berangkat dari inspirasi tersebut, perusahaan-perusahaan mapan bereksperimen dan mengintegrasikan prinsip-prinsip ini. Berikut ini beberapa contohnya:

Desain Mobil Mercedes-Benz Terinspirasi oleh Boxfish

Desain mobil Mercedes-Benz terinspirasi oleh boxfish, yang dikenal dengan kulit luarnya yang berbentuk heksagonal dan seperti baju besi yang memberikan kekakuan, perlindungan, dan kemampuan manuver. Dengan meniru bentuk boxfish, mobil tersebut mencapai koefisien hambatan yang memecahkan rekor yang mengurangi hambatan udara; lebih jauh lagi, konsumsi bahan bakar dan emisi nitrogen oksida masing-masing turun sebesar 20% dan 80%.

Papan Lantai Ford yang Dapat Disesuaikan Terinspirasi oleh Lebah Madu

Model EcoSport Ford memiliki papan lantai yang dapat disesuaikan yang terinspirasi oleh lebah madu. Desain ini menggunakan lapisan sel berbentuk heksagonal yang terbuat dari 100% kertas daur ulang dan lem berbahan dasar air, diapit di antara dua lapisan material komposit. Struktur ini dapat menampung lebih dari 100 kali berat enam pon dalam kargo, menawarkan kekuatan dan kemampuan beradaptasi yang luar biasa.

Desain Hypercar McLaren Terinspirasi oleh Ikan Layar

Hypercar McLaren P1 terinspirasi oleh ikan layar, ikan tercepat di laut. Sisiknya menghasilkan pusaran kecil yang mengurangi hambatan, yang mendorong McLaren untuk memasukkan desain ini ke dalam saluran udara mobil, meningkatkan aliran udara hingga 17% dan meningkatkan efisiensi dan tenaga kendaraan.

Konsep Chrysler Terinspirasi oleh Burung Hantu

Mobil konsep Chrysler Halcyon terinspirasi oleh terbangnya burung hantu. Mobil ini memiliki bodi yang terbuat dari bahan yang mirip dengan tulang burung hantu, yang memastikan penyerapan suara untuk interior yang tenang. Perjalanan mobil yang mulus meniru gerakan burung hantu yang senyap dan mudah saat terbang.

Fitur Keselamatan Nissan Terinspirasi Gerakan Kawanan Ikan

Terinspirasi oleh ikan, seperti bantuan rem cerdas dan peringatan tabrakan depan, terinspirasi oleh gerakan serempak kawanan ikan. Konsep akuatik ini membantu menjaga jarak aman dan meningkatkan keselamatan kendaraan. Tidak mengherankan bahwa perusahaan rintisan mengembangkan prinsip serupa untuk menciptakan teknologi yang sangat efektif yang meningkatkan kinerja dan mengatasi berbagai tantangan industri; berikut ini adalah beberapa contohnya:

Opteran Terinspirasi oleh Perilaku Lebah

Perusahaan rintisan yang berbasis di Inggris ini mengembangkan solusi kecerdasan alami untuk kendaraan otonom, menggunakan algoritme yang terinspirasi oleh perilaku lebah untuk meningkatkan penginderaan, navigasi, dan pengambilan keputusan. Teknologi mereka dapat diintegrasikan ke dalam mobil untuk menciptakan sistem yang sangat adaptif untuk berbagai lingkungan.

Fusion Bionic Terinspirasi Daun Teratai  

Sebagai spin-off dari Fraunhofer Institute, Fusion Bionic yang berkantor pusat di Jerman menciptakan permukaan yang terinspirasi oleh biologi menggunakan teknologi mikrotekstur laser yang telah dipatenkan. Pendekatan mereka memodelkan tekstur berdasarkan desain alami seperti daun teratai dan mata ngengat, meningkatkan kinerja otomotif dengan mengurangi resistansi kontak listrik dan meningkatkan resistansi terhadap kondensasi dan penumpukan kotoran.

Noa Marine Terinspirasi oleh Cumi-cumi

Perusahaan yang berbasis di Polandia merancang kendaraan bawah air otonom yang terinspirasi oleh cumi-cumi, dengan fokus pada daya tahan, kemampuan manuver, dan efisiensi. Sistem propulsi penggerak gelombang mereka, yang dikembangkan melalui biomimikri, meningkatkan kapasitas muatan, kemampuan manuver, dan kinerja akustik, dan prinsip-prinsip teknologi mereka dapat diterapkan untuk meningkatkan sistem otomotif. Tren paten terkini mencerminkan komitmen yang semakin kuat untuk mengintegrasikan desain dan mekanisme alami ke dalam teknologi otomotif, meningkatkan fungsionalitas dan efisiensi. Beberapa contoh digambarkan di bawah ini:

Kendaraan Bawah Air yang Terinspirasi Ikan

Aquaai Corp yang berbasis di AS mematenkan kendaraan bawah air yang terinspirasi dari biologi yang menggunakan metode gerakan ekor yang mirip dengan propulsi anguilliform atau carangiform untuk pergerakan yang efisien. Kendaraan ini memiliki desain yang kuat dengan mekanisme sederhana yang meniru gerakan alami ikan besar.

Lapisan Anti Korosi Bionik yang Terinspirasi dari Mutiara

Institut Teknologi Material dan Teknik Ningbo yang berbasis di Tiongkok dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok mematenkan lapisan anti korosi sandwich bionik yang terinspirasi oleh lapisan mutiara dan kerang alami. Cocok untuk industri otomotif dan lainnya, lapisan ini memiliki beberapa lapisan resin berbasis air dengan lapisan penghalang graphene, yang menawarkan perlindungan korosi dan daya tahan yang lebih baik.

Perekat Kering yang Terinspirasi dari Tokek

Universitas Carnegie Mellon yang berbasis di AS mematenkan perekat kering yang terinspirasi oleh kaki tokek, menggunakan struktur fibrilar dan serat mikro dan nano dengan ujung khusus untuk meningkatkan cengkeraman. Teknologi ini, yang meniru sifat perekat alami, berguna dalam berbagai industri, termasuk otomotif, untuk meningkatkan daya rekat dan fungsionalitas.

Serat Bionik yang Terinspirasi dari Cakar Kalajengking, Rahang Mantis, dan Tanduk Domba

Universitas Jilin yang berbasis di Tiongkok mematenkan material komposit yang diperkuat serat bionik yang terinspirasi oleh cakar kalajengking, rahang udang mantis, dan tanduk domba Han. Material ini memiliki lapisan resin serat spiral yang berselang-seling, ditumpuk dan diawetkan di bawah tekanan, sehingga meningkatkan ketahanan terhadap benturan dan ketangguhan antar lapisan. Komposit canggih ini dapat diaplikasikan dalam industri otomotif untuk meningkatkan daya tahan dan kinerja.

Pelapis Hidrofobik yang Terinspirasi dari Daun Teratai dan Bulu Hewan

Ohio State Innovation Foundation yang berpusat di AS mematenkan pelapis baru yang terinspirasi oleh sifat antiair daun teratai dan bulu hewan tertentu. Pelapis ini memiliki pengikat polimer dengan partikel hidrofobik yang tersusun dalam struktur rumit untuk ketahanan air dan minyak yang unggul. Pelapis canggih ini dapat digunakan dalam industri otomotif untuk meningkatkan perlindungan permukaan kendaraan terhadap unsur-unsur lingkungan.

Selain itu ada pula aplikasi material yang dapat memperbaiki diri sendiri. Material yang dapat memperbaiki diri sendiri adalah material yang dapat memperbaiki diri sendiri setelah rusak oleh faktor eksternal, seperti goresan, retakan, atau korosi. Material ini dapat digunakan untuk membuat lapisan dan struktur cerdas yang melindungi kendaraan dari keausan, sehingga mengurangi biaya perawatan dan penggantian. Material yang dapat memperbaiki diri sendiri juga dapat meningkatkan keselamatan dan keandalan, karena dapat mencegah atau meminimalkan dampak kegagalan atau malfungsi struktural. Material yang dapat memperbaiki diri sendiri juga dapat meningkatkan tampilan dan daya tahan kendaraan, karena dapat mengembalikan warna dan kilap aslinya.

Bahan yang dapat menyembuhkan diri sendiri adalah bahan pintar yang, setelah mengalami kerusakan, luka, terpotong, atau patah, dapat kembali ke keadaan semula yang menyebabkan perbaikannya sendiri.

Bahan-bahan ini telah dikembangkan, seperti banyak bahan lainnya, berdasarkan alam, dan lebih khusus lagi, pada sistem regeneratif makhluk hidup. Jika seseorang menderita luka, sistem kekebalan tubuhnya sendiri akan menutup luka tersebut dan seiring berjalannya waktu, ia akan melanjutkan untuk menyembuhkannya, membuat semuanya kembali ke keadaan semula.

Bahan penyembuhan diri atau self-healing bekerja dengan prinsip yang sama, menutup "luka" bahan dan mengembalikannya ke keadaan semula, dengan keuntungan bahwa prosesnya biasanya berlangsung antara beberapa menit hingga beberapa jam, tergantung pada jenis bahan penyembuhan yang telah digunakan.

Seperti yang telah kita lihat, material-material ini mencoba meniru respons sistem imun makhluk hidup untuk memperbaiki diri, namun, mereka memiliki berbagai jenis mekanisme untuk mencapai tujuan ini.

Mikrokapsul

Ini adalah jenis material penyembuhan diri yang paling sederhana, dan pada gilirannya, cara yang paling serbaguna untuk mengubah material umum menjadi material penyembuhan diri. Untuk mencapai hal ini, mikrokapsul harus ditambahkan ke dalam material. Ketika terjadi retakan, potongan, fraktur atau kerusakan, mikrokapsul pecah dan melepaskan senyawa yang mengisi kerusakan dan mengeras, menutup retakan dan mengembalikan material ke keadaan semula.

Kerugian dari jenis material penyembuhan diri ini adalah jumlah waktu yang dapat diperbaiki terbatas, karena ketika semua mikrosfer di area tertentu pecah, ia kehilangan kemungkinan untuk pulih.

Saluran Pembuluh Darah

Jenis material perbaikan diri ini sangat mirip dengan mikrokapsul, karena ia juga didasarkan pada pelepasan senyawa yang mengisi kerusakan yang dihasilkan dan mengeras untuk memperbaikinya. Namun, alih-alih memiliki bola-bola yang tersebar di dalam material, yang dimilikinya adalah saluran, yang menyimpan senyawa tersebut dan dapat disusun dalam 1D, 2D, atau 3D.

Saluran ini melepaskan produk perbaikan saat mendeteksi kerusakan material. Selain itu, saluran ini dapat dihubungkan ke tangki eksternal yang dapat menyediakan cairan perbaikan untuk waktu yang lebih lama, sehingga fungsi penyembuhan sendiri dipertahankan lebih lama.

Penyembuhan Diri Secara Intrinsik

Jenis material penyembuhan diri terakhir ini mencakup berbagai macam material, yang memiliki karakteristik mampu kembali ke bentuk aslinya dengan sendirinya, baik melalui kontribusi energi eksternal, seperti cahaya, panas, atau sifatnya sendiri.

Jenis ini mencakup, misalnya, material memori bentuk, yang dapat dikembalikan ke bentuk aslinya dengan menerapkan panas; ionomer, yang mengatur ulang struktur fisiknya untuk memperbaiki sendiri kerusakannya dan bahkan menutupnya; atau jenis lainnya, di antaranya termasuk beberapa material termoplastik yang, saat panas diterapkan, berubah menjadi keadaan padat-cair dan mengalir hingga potongan atau retakan yang dihasilkan terisi dan tertutup. Jenis material ini memberikan keuntungan karena perilaku penyembuhannya sendiri hampir tak terbatas selama material tersebut memiliki kondisi yang diperlukan agar proses perbaikannya sendiri dapat dimulai (panas, cahaya, material yang cukup, dll.). Sebaliknya, material ini memiliki kerugian karena material ini harus diformulasikan secara khusus, sehingga hanya akan berfungsi untuk aplikasi tertentu dan tidak dapat meningkatkan kinerja material yang sudah ada.

Biomimetika dalam industri otomotif merupakan bidang yang dinamis dengan potensi besar untuk inovasi yang terinspirasi dari perliaku mahluk hidup. Industri otomotif semakin mengintegrasikan desain dan mekanisme alami ke dalam kendaraan mereka, didorong oleh kemajuan signifikan dalam penelitian dan teknologi. Selain itu, perusahaan rintisan dan universitas secara aktif mengeksplorasi dan bereksperimen dengan konsep-konsep ini. Seiring tren ini berlanjut, kita dapat mengantisipasi aplikasi biomimetika yang inovatif, yang mengarah pada kendaraan yang unggul dalam keramahan lingkungan, fungsionalitas, dan desain.

Dari berbagai sumber

Dr. -Ing. Salman, ST., MSc.

Penulis Staff Pengajar

Jurusan Teknik Mesin, Universitas Mataram