Teknik Terbang Burung Walet

Pernahkah anda melihat tornado atau pusaran angin puting-beliung? Semua benda yang berada di sekeliling tornado akan dibawa terbang masuk ke dalam pusarannya, seperti dihisap ke arah sumbu tornado. Mengapa begitu? Karena tekanan udara di dalam tornado lebih kecil dari tekanan udara di sekitarnya. Perbedaan tekanan udara yang ditimbulkan cukup besar untuk menarik benda-benda seperti drum minyak, atap rumah, dan bahkan seekor kerbau ke dalam pusaran tornado. Lalu, apa hubungannya dengan burung walet? Apakah burung walet mampu terbang menembus pusaran tornado? Begini ceritanya.

Ada jenis pesawat jet tempur yang dilengkapi dengan sepasang sayap yang dapat dilipat ke belakang dan dikembangkan lagi. Jenis sayap seperti ini disebut swept-wing, dan sayap jenis inilah yang memberikan kemampuan terbang cepat dan membelok tajam bagi pesawat jet tempur – seperti kemampuan seekor burung walet. Lucunya, para insinyur penerbangan sudah memanfaatkan keunikan burung ini, jauh sebelum para ilmuan memahami dan menjelaskannya. Bukan saja peswat jet tempur Amerika, F-14 Tomcat yang menggunakan teknik burung walet ini, tetapi pesawat jet penumpang jenis Concorde juga.

Kedua jenis pesawat terbang di atas membutuhkan kecepatan tinggi ketika terbang, tetapi juga kemampuan untuk memperlambat kecepatannya ketika hendak mendarat, tanpa kehilangan ketinggian, atau lebih baik dikatakan tanpa kehilangan kemampuan untuk mempertahankan ketinggian yang tepat, sebab mengurangi kecepatan berarti mengurangi daya dorong ke atas dari udara. Pernahkah anda memperhatikan seekor burung ketika hendak mendarat atau hinggap di cabang pohon? Itu juga adalah salah satu dari rahasia burung walet yang akan diungkap di sini.

Sejak tahun 1996, para ilmuan sudah tahu bahwa serangga menggunakan gejala tornado yang disebut vortex, yaitu aliran udara yang berputar, untuk terbang. Tetapi, menghubungkan bentuk khas sayap burung dengan vortex-nya serangga adalah sesuatu hal yang hampir mustahil untuk diperagakan dan diamati.

Sekitar tahun 2004, para ilmuan membuat model sayap burung walet dan menempatkannya di dalam lorong air yang berfungsi seperti lorong udara (air-tunnel). Air sengaja diberi warna agar aliran air yang timbul bisa lebih mudah diamati. Ternyata, model sayap walet dengan bentuk khusus ini menimbulkan semacam aliran vortex di bagian atas model sayap tersebur. Seperti pada tornado, tekanan rendah di dalam vortex seperti menghisap sayap burung walet ke atas.

Vortex yang terlihat di dalam percobaan water-tunnel tersebut menghasilkan dua hal, masing-masing daya angkat yang besar dan hambatan yang besar untuk semua kecepatan. Ketika terbang cepat, baik burung maupun pesawat jet dengan swept-wings akan melipat sayapnya ke belakang. Ketika akan tinggal landas atau mendarat, sayap dibentangkan kembali untuk mendapatkan daya angkat udara yang lebih besar.

Sama halnya, baik F-14 Tomcat maupun burung walet mampu membelok tajam ke atas dengan mengatur sayapnya untuk menghasilkan tornado yang menariknya ke atas. Kemampuan maneuver semacam inilah yang memampukan burung walet untuk menyambar serangga di udara. Ketika burung walet hendak mendarat, hambatan udara yang dihasilkan memperlambat terbangnya, tetapi daya angkat udara yang dihasilkan menahannya untuk tidak jatuh ke tanah karena kecepatan yang rendah, tetapi bisa mencapai dahan pohon yang ditujunya. Hal ini juga memberikan penjelasan, bagaimana kira-kira burung yang lain mendarat.

Lebih dari sayap serangga atau sayap pesawat jet tempur, sayap burung terdiri dari dua bagian. Bagian yang dekat ke badannya adalah arm-wing yang berfungsi untuk menghasilkan tekanan udara ke atas secara konvensional seperti layaknya sayap pesawat terbang. Bagian sebelah luar disebut hand-wing, yang memiliki sisi depan yang tajam, sehingga mampu menghasilkan tornado dalam posisi sedikit miring. Sementara sayap serangga harus membentuk kemiringan sebesar 25^o untuk menghasilkan vortex, sayap burung walet hanya membutuhkan kemiringan 5 – 10^o saja.

Selain burung albatross dan burung laut raksasa (giant petrel), semua burung memiliki konstruksi sayap yang kurang-lebih-sama. Oleh sebab itu, teknik terbang burung walet ini dapat diterapkan ke burung-burung tersebut juga.

Penjelasan di atas ini pasti akan mengubah pengertian banyak orang dalam hal bagaimana burung terbang. Tetapi haruslah diingat bahwa alam selalu berada di depan para insinyur/teknisi dan ilmuan. Di dalam hal penggunaan teknik tornado atau vortex di dalam tebang akrobatik burung walet, para ilmuan hanya baru mengupas bagian permukaan dari keseluruhan rahasia alam burung-burung. Ada banyak hal yang masih harus diungkap dan salah satunya adalah, bagaimana burung walet mengatur sayapnya untuk meningkatkan kemampuan terbangnya. Dengan terungkapnya ‘kontrol terbang burung walet’, mungkin saja terjadi bahwa di masa depan nanti, para insinyur akan dapat menciptakan semacam alat terbang dengan kecepatan, kelincahan, efisiensi dan jarak lepas-landas dan mendarat yang pendek seperti yang dimiliki serangga dan burung. Siapa tahu?

Transistor Grafin

Tahukah berapa kecepatan prosesor komputermu saat ini? Kecepatan prosesor notebook atau netbookmu saat ini? Tahukah berapa kecepatan prosesor komputer tercepat saat ini? Ternyata semua masih dalam angka Mega Hertz (MHz) atau Giga Hertz (GHz). Pernahkah membayangkan bagaimana rasanya menggunakan komputer super cepat dengan kecepatan prosessor 40 Terra Hertz (40.000 GHz)? Inilah yang sedang didesain oleh seorang profesor teknik fisika bernama Walter de Heer. Pada tahun 2008 lalu dia menemukan sebuah bahan untuk membuat semikonduktor guna dipakai dalam perangkat eletronik termasuk prosesor komputer. Bahan tersebut adalah grafin, suatu bentuk baru dari karbon. Selama ini bahan semikonduktor yang digunakan dalam sirkuit elektronik berasal dari silikon. Material yang banyak kita temui dalam isi pensil. Sebelumnya telah dibuat model-model karbon yang diperkirakan bisa menjadi bahan semikonduktor yang lebih baih dari silikon. Dan ternyata menurut model tersebut grafin salah satu yang paling cocok.. Satu lapis karbon dengan ketebalan 1 atom dapat dibuat menjadi transistor dengan kecepatan ratusan kali lebih cepat daripada transistor silikon saat ini. Bersama dengan laboratorium Lincoln MIT, Walter membuat ratusan transistor grafin pada sepotong chip. Hasilnya makin menguatkan bahwa grafin bisa menjadi bahan transistor generasi masa depan. Dia menambahkan, komputer berbasis transistor silikon saat ini hanya bisa menjalankan sejumlhha operasi saja per detiknya tanpa over heating. Namun dengan grafin, elektron bisa bergerak lebih cepat hampir-hampir tanpa hambatan sehingga panas yang diihasilkan juga kecil. Terlebih lagi,, bahan grafin sendiri adalah bahan konduktor panas sehingga panas yang dihasilkan bisa segera dihilangkan dengan cepat. Oleh karenanya elektronik berbasis grafin akan bekerja dengan jauh lebih cepat. “Saya meyakini bahwa kita bisa membuat (prosesor) terra hertz – sebuah faktor 1000 kali dari giga hertz.” tandas Walter. Selain menjadikan koomputer lebih cepat, barang-barang elekktronik berbasis grafin akan sangat bermmanfaat untuk teknologi komunikasi dan imaging yang memerlukan transistor ultra cepat. Penggunaan grafin pertama adalah pada aplikasi freekuensi tinggi seperti imaging gelombang terahertz, yang dapat digunakan untuk mendeteksi senjata tersembunyi. Selain pada kecepatannya ada nilai lebih lagi dari grafin dibandingkan silikon. Silikon tidak bisa “diukir” menjadi sirkuit elektronik dengan ukuran lebih kecil dari 10 nanometer tanpa kehilang properti elektroniknya. Namun grafin akan tetap sama propertinya – bahkan properti elektroniknya makin tinggi – pada ukuran 1 nanometer. Ketertarikan terhadap grafin bermula dari penelitian nanotube karbon. Nanotube karbon, yang pada dasarnya merupakan lembaran grafin yang digulung menjadi silinder, mempunyai properti elektronik yang bisa menjadi komponen elekktronik kinerja tinggi. Walter membuat sirkuit elektronik pada grafin tersebut dengan metode yang sama untuk membuat sirkuit silikon. Dan oleh karenannya sekarang perusahaan-perusahaan semikonduktor berbondong-bondong mengajukan kerjasama dengan sang profesor. Meskipun demikian, dengan banyaknya kelebihan grafin dibandingkan silikon ternyata grafin masih menyisakan 1 masalah mendasar. Silikon meski transfer elektronnya tidak secepat grafin tapi dia bisa bertindak seperti saklar, kadang bisa meneruskan arus kadang menyetop arus. Ini karakter bahan yang dibutuhkan untuk sebuah prosesor. Sedangkan grafin konduktivitasnya memang sangat tinggi tapi dia tidak bisa bertindak sebagai saklar. Grafin sulit menjadi penyetop arus, karena resistansinya terlalu kecil dan konduktivitasnya tidak bisa dibuat nol. Konduktivitas yang tinggi akan sangat bermanfaat pada aplikasi-aplikasi tertentu semisal transistor frekuensi tinggi untuk keperluan imaging dan komunikasi. Namun sangat tidak efisien bila digunakan sebagai transistor prosesor komputer. Meski ada kelemahan tersebut, sang profesor tidak kalah akal. Prof. Walter menjelaskan dalam sebuah seminarnya bahwa grafin bisa dibuat menjadi semikonduktor dengan 3 cara. Pertama, dengan membuat grafin tersebut menjadi pita sempit & tipis sehingga akan menaiikan resistensinya. Dan cara kedua, dengan memodifikasi grafin secara kimiawi. Cara ketiga dengan meletakkan selapis grafin di atas substrat tertentu. Modifikasi pita grafin dengan oksigen bisa menginduksi karakteristik semikonduktor pada grafin, jelasnya. Dengan menggabungkan ketiga metode ini, sangat dimungkinkan untuk menciptakan perilaku saklar yang dibutuhkan transistor dalam prosesor komputer. Sekarang perusahaan-perusahaan raksasa elektronik, Hewlett-Packard, IBM, dan Intel berduyun-duyun meneliti grafin untuk pengembangan produk mereka di masa depan. Bagaimana, ingin segera merasakan komputer berprosesor 40 Terra Hertz? Kita tunggu saja.