Sebuah figur kecil menyerupai manusia berdiri di balik jeruji. Tubuhnya terlalu besar untuk melewati celah. Namun, alih-alih merusak kurungan, figur itu perlahan meleleh. Cairan logamnya mengalir melewati jeruji dan keluar dari penjara. Adegan yang mengingatkan kita pada robot dalam film Terminator ini benar-benar diperagakan dalam sebuah eksperimen ilmiah.
Demonstrasi tersebut merupakan bagian dari penelitian Qingyuan Wang dan rekan-rekannya yang diterbitkan dalam jurnal Matter pada 2023. Mereka mengembangkan material yang dapat berpindah antara keadaan padat dan cair, sekaligus dikendalikan menggunakan medan magnet. Namanya magnetoactive phase transitional matter, atau disingkat MPTM.
Mengapa peneliti membutuhkan robot yang bisa mencair? Bayangkan sebuah mesin mungil harus masuk melalui celah sempit, kemudian mengangkat atau mengunci sesuatu di dalamnya. Tubuh kaku memudahkannya menahan beban, tetapi menyulitkannya melewati celah. Sebaliknya, tubuh cair mudah menyesuaikan bentuk, tetapi sulit digunakan untuk menopang benda. Penelitian ini berusaha menggabungkan kedua kemampuan tersebut.
Inspirasi mereka datang dari hewan yang mampu mengubah kekakuan tubuh, termasuk teripang. Hewan ini dapat menyesuaikan kekakuan jaringannya untuk menghadapi kondisi lingkungan. Peneliti kemudian menerapkan gagasan serupa melalui perubahan wujud material: mengeras ketika membutuhkan kekuatan, lalu mencair ketika harus berubah bentuk.
Bahan dasarnya adalah galium, logam dengan titik leleh sekitar 29,8 derajat Celsius. Angka ini jauh di bawah suhu yang diperlukan untuk melelehkan besi. Ke dalam galium, peneliti mencampurkan partikel magnetik neodimium, besi, dan boron. Campuran yang mereka gunakan memiliki titik leleh sekitar 30,6 derajat Celsius.
Partikel magnetik menjalankan dua tugas. Pertama, membantu mengubah energi dari medan magnet bolak-balik menjadi panas sehingga galium mencair. Kedua, membuat material dapat diarahkan dengan magnet. Ketika panasnya dilepas ke lingkungan dan material mendingin, tubuhnya dapat kembali membeku. Dengan demikian, peneliti dapat mengatur gerakan sekaligus perubahan wujudnya dari luar.
Dalam salah satu pengujian, sampel seberat 50 miligram dipanaskan dari 25 menjadi 35 derajat Celsius. Perubahan dari padat menjadi cair berlangsung sekitar 80 detik. Saat didinginkan kembali, material berubah menjadi padat dalam sekitar 70 detik. Waktu tersebut merupakan hasil pada kondisi pengujian tertentu, sehingga tidak berlaku sama untuk semua ukuran dan lingkungan.
Air, misalnya, membawa panas dari material lebih cepat daripada udara. Dalam percobaan, material memerlukan waktu lebih lama untuk mencair ketika berada di air. Artinya, pengaturan medan magnet dan waktu pemanasan harus disesuaikan dengan ukuran perangkat serta lingkungan tempatnya bekerja agar perubahan wujudnya tetap dapat dikendalikan.
Keadaan padat memberi material kemampuan menahan beban dan bergerak dengan lebih terkendali. Dalam demonstrasi sederhana, sampel padat menopang benda sekitar 30 kali beratnya sendiri. Dengan pengaturan medan magnet, material juga dapat bergerak, berputar, dan melompat. Saat cair, ia bisa memanjang, dipisahkan menjadi beberapa bagian, kemudian digabungkan kembali.
Ada detail penting pada adegan kabur dari kurungan. Material tersebut ditarik melewati jeruji menggunakan medan magnet dari luar. Untuk kembali menjadi figur seperti semula, cairannya perlu dibentuk dengan cetakan. Jadi, percobaan ini menunjukkan perubahan wujud dan bentuk yang dikendalikan peneliti. Robotnya belum memiliki kemampuan mengambil keputusan sendiri ataupun mengingat bentuk manusia secara otomatis.
Kegunaannya juga melampaui demonstrasi kurungan. Peneliti mengarahkan material untuk membawa lampu LED menuju bagian tertentu pada rangkaian elektronik. Material kemudian dilelehkan agar membentuk sambungan listrik, lalu didinginkan untuk mengikat komponen. Pendekatan ini membuka kemungkinan perakitan atau perbaikan pada bagian perangkat yang sulit dijangkau alat biasa.
Dalam percobaan lain, material cair dimasukkan ke lubang berulir dan dibiarkan mengeras sehingga berfungsi sebagai pengikat. Bentuknya mengikuti rongga yang diisi. Struktur dua pelat yang disatukan menggunakan dua pengikat berbahan tersebut mampu menahan beban 10 kilogram pada pengujian yang dilaporkan.
Peneliti juga mencoba aplikasi medis menggunakan model lambung berisi air. Material diarahkan mendekati bola, dicairkan untuk membungkusnya, kemudian dipadatkan kembali agar bola dapat diangkat keluar. Demonstrasi lainnya menggunakan kapsul material untuk membawa zat pewarna yang mewakili obat dan melepaskannya melalui perubahan wujud. Percobaan ini masih berupa pembuktian konsep di laboratorium.
Penerapan di tubuh manusia tentu membutuhkan penelitian lanjutan. Galium dapat mencair pada suhu di bawah suhu tubuh, sehingga pemilihan komposisi logam menjadi penting. Peneliti turut menguji campuran bertitik leleh lebih tinggi. Pengaruh pemanasan terhadap jaringan, keamanan bahan, ketepatan kendali, dan pemantauan posisi juga harus dipahami sebelum penggunaan medis bisa dipertimbangkan.
Dari percobaan ini, muncul kemungkinan merancang mesin yang tubuhnya ikut menyesuaikan tugas. Saat harus menyusup, ia mengalir. Ketika perlu menopang atau mengikat, ia mengeras. Tantangan berikutnya adalah membawa kemampuan tersebut bekerja andal di lingkungan yang jauh lebih rumit daripada kurungan mini di meja laboratorium.
Referensi: Wang, Q., dkk. (2023). Magnetoactive liquid-solid phase transitional matter. Matter, 6, 855–872. DOI: 10.1016/j.matt.2022.12.003.
