Tidak Hanya Ultra-elastis, Material ini Juga Mampu Menyembuhkan Dirinya Sendiri Berulang Kali

Terinspirasi dari kemampuan kulit makhluk hidup yang mampu menyembuhkan luka secara mandiri telah memotivasi para peneliti di seluruh dunia untuk mengembangkan material dengan kemampuan regenerasi (self-healing). Selain kemampuan regenerasi, kulit juga memiliki kemampuan untuk merespon terhadap tekanan, getaran, sentuhan, perubahan suhu dan kelembaban. Melalui inovasi di bidang material dan rekayasa proses, konsep self-healing yang dikombinasikan dengan kemampuan respon kulit terhadap faktor eksternal mulai diaplikasikan pada perangkat elektronik, seperti sensor, perangkat elektronik yang dapat dipakai, fleksibel dan elastis (wearable, flexible and stretchable electronic skin), superkapasitor, sel surya berbasis perovskit, baterai, transistor, teknologi robotik dan kecerdasan buatan.

Berawal dari konsep tersebut, para peneliti dari University of Alabama di Amerika Serikat dan Kookmin University di Korea Selatan berhasil memanfaatkan kombinasi antara polimer konduktif, polimer elektrolit, dan penambahan asam yang selanjutnya diaplikasikan dalam sensor untuk mendeteksi berbagai gerakan tubuh manusia. Material pada sensor ini mampu merenggang hingga 1935% dari kondisi awalnya. Tidak hanya ultra-elastis dan fleksibel, material pada sensor ini juga mampu menyembuhkan dirinya sendiri dengan cepat setelah tergores hingga berulang kali pada kondisi lingkungan dan suhu ruang. Polimer tersebut terdiri dari tiga komponen yaitu polianilin (PANI), poly(2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) (PAAMPSA) dan asam fitat (Phytic acid/PA). Material-material ini saling berinteraksi melalui ikatan hidrogen yang dinamis dan gaya elektrostatik sehingga membuat kompleks material ini mampu melakukan regenerasi tanpa kehadiran stimulus, seperti panas, cahaya, agen penyembuh (healing agent) dan tekanan. Karakteristik kompleks material yang lunak, elastis dan fleksibel serta kemampuan menyembuhkan diri pada kondisi lingkungan menjadikan material ini sangat cocok untuk aplikasi stretchable and wearable electronics. Unik bukan?

Peneliti juga menunjukkan kemudahan dalam proses pembuatan dan fabrikasi kompleks material yang sederhana dengan dua tahap, yaitu reaksi dan pencetakan free-standing film. Penelitian yang diterbitkan dalam artikel ilmiah di jurnal ACS Applied Materials & Interfaces pada 16 Mei 2019 tidak hanya mampu sembuh secara fisik, tetapi juga mampu mengembalikan kemampuan produksi listrik. Untuk membuktikannya, free-standing film disusun secara seri dan dihubungkan dengan lampu LED. Saat kondisi normal, free-standing film dapat menyalakan lampu. Lampu padam setelah free-standing film terpisah menjadi dua bagian. Dengan menyambungkan kembali dua bagian yang terpisah hanya dalam waktu lima detik, lampu kembali menyala normal bahkan setelah film ditarik hingga 3 kali panjang semula. Siklus regenerasi dapat dilakukan berulang kali tanpa mengurangi efisiensi regenerasi. Hasil penelitian menunjukkan efisiensi regenerasi yang cenderung tetap tinggi (>97%) setelah dilakukan enam kali proses perusakan-penyembuhan (cut-heal).

Pada penelitian tersebut, peneliti kemudian mencoba mengaplikasikan kompleks material ke dalam sensor pendeteksi gerakan (wearable strain sensor) yang mudah ditempel di bagian tubuh yang berbeda pada manusia, seperti pada bagian pergelangan tangan, jari, buku jari, lutut, dan siku. Sensor mampu merespon dengan cepat, stabil dan konsisten di segala arah, baik secara vertikal maupun horizontal. Lebih lanjut, sensor mampu mendeteksi gerakan kecil maupun besar secara akurat. Saat menekuk lutut dan siku, sensor mampu merespon gerakan dengan baik. Tidak hanya itu, sensor mampu mendeteksi dan membedakan gerakan yang lebih kompleks, seperti saat berjalan, memanjangkan dan melenturkan lutut serta saat berjongkok. Inovasi ini tentu membawa angin segar dalam perkembangan perangkat elektronik pintar di masa depan yang tidak hanya serbaguna dan dapat diandalkan tetapi juga mampu meregenerasi diri secara mandiri.

Referensi:

[1] Tan, Y. J.; Wu, J.; Li, H.; Tee, B. C. K. Self-Healing Electronic Materials for a Smart and Sustainable Future. ACS Applied Materials & Interfaces. 2018.

[2] Lu, Y.; Liu, Z.; Yan, H.; Peng, Q.; Wang, R.; Barkey, M. E.; Jeon, Ju-Won.; Wujcik, E. K. Ultrastretchable Conductive Polymer Complex as a Strain Sensor with a Repeatable Autonomous Self-Healing Ability. ACS Applied Materials & Interfaces. 2019.