HONG KONG SAR – Media OutReach Newswire – Pada suhu ruangan, tetesan air dapat meluncur dari permukaan seperti daun teratai, tetapi ini menjadi lebih rumit pada suhu rendah: tetesan air berinteraksi lebih kuat dengan permukaan, ditambah dengan kurangnya salah satu cara untuk mengubah energi, tetesan air akan mengembun dan membeku. Tetesan air beku atau es yang terkumpul di permukaan suatu benda biasanya perlu dihilangkan secara manual atau dengan peralatan mekanis, yang mahal dan tidak efisien.

Oleh karena itu, mencegah tetesan air terkumpul di permukaan sangat penting baik dari segi ilmiah maupun aplikasi praktis. Peneliti di Universitas Politeknik Hong Kong (PolyU) telah mencapai terobosan ilmiah dan berhasil mengembangkan mekanisme penggerak otonom untuk pengeluaran tetesan air beku, yang memungkinkan tetesan air keluar sendiri tanpa masukan energi eksternal, dan diharapkan dapat mengembangkan mekanisme penggerak otonom yang sangat baik untuk pengeluaran tetesan air beku, membuka jalan bagi aplikasi teknologi yang hemat biaya dan menjanjikan.

Diterbitkan di Nature Chemical Engineering sebagai fitur sampul untuk edisi Desember lalu, proyek penelitian “Pengeluaran tetesan pembekuan oleh pilar elastis seperti pegas” dipimpin oleh Prof. Zuankai WANG, Associate Vice President (Penelitian dan Inovasi), Kuok Group Professor di Kuok Group Professor di Nature-Inspired Engineering dan Ketua Profesor Departemen Teknik Mesin PolyU, dan Prof. Haimin YAO, Profesor Associate Professor Departemen Teknik Mesin PolyU. Rekan penulis pertama termasuk Rekan Pascadoktoral Dr Huanhuan ZHANG, mahasiswa PhD Mr Wei ZHANG, Asisten Profesor Riset Dr Yuankai JIN, dan mahasiswa PhD Mr Chenyang WU.

Penemuan fenomena self-ejection pada tetesan air yang membeku terinspirasi oleh jamur yang mampu menembakkan sporanya melalui ekspansi volume yang diinduksi oleh osmosis. Memperhatikan bahwa ekspansi volume yang serupa terjadi ketika tetesan air membeku, tim peneliti telah mereplikasi mekanisme self-shooting yang ditemukan pada jamur dan mengembangkan permukaan elastis terstruktur (SES) dengan pilar seperti pegas dan kontras pembasahan yang memungkinkan pengeluaran spontan tetesan air yang membeku.

Struktur SES dirancang untuk mempercepat kecepatan lontaran dan memperbesar transformasi energi kinetik tetesan pembekuan. Ketika tetesan pembekuan mengalami ekspansi volume, tetesan tersebut menekan pilar SES. Pekerjaan pemuaian volume pertama-tama diubah menjadi dan disimpan sebagai energi elastis dalam pilar dalam waktu puluhan detik, dan kemudian diubah menjadi energi kinetik tetesan dengan cepat dalam waktu milidetik. Pengurangan ribuan kali lipat dalam rentang waktu ini menghasilkan energi kinetik yang cukup untuk mendorong pengeluaran tetesan yang membeku.

Struktur SES yang sederhana, setelah desain parameter, efektif dalam mengeluarkan tetesan pembekuan tanpa input energi eksternal dan bahkan melawan kekuatan angin dan gravitasi. Hal ini dapat diterapkan pada pesawat terbang, baling-baling angin atau jalur kabel untuk mencegah bahaya yang disebabkan oleh pertambahan es. Dr Huanhuan Zhang mengatakan, “Sangat menyenangkan bahwa kami, untuk pertama kalinya, memperkenalkan konsep penghilang es bertenaga sendiri yang akan menawarkan berbagai solusi inovatif. Kami akan terus meningkatkan desain SES, sehingga memungkinkannya untuk diproduksi dalam berbagai skala dan dengan biaya rendah untuk memenuhi kebutuhan masyarakat.”

Lebih lanjut, model teoretis yang dikembangkan dalam penelitian ini menjelaskan faktor-faktor yang menentukan keberhasilan timbulnya fenomena pelepasan tetesan beku, dengan desain terukur yang menunjukkan potensi kepraktisan di berbagai bidang.

Prof. Wang membayangkan, “Penelitian yang terinspirasi dari alam ini membuka jalan untuk berbagai aplikasi yang berdampak besar. Kami percaya bahwa pelepasan tetesan pembekuan, sebagai prototipe, dapat menstimulasi pengembangan konsep dan metode bertenaga sendiri untuk berbagai tujuan seperti penghilang es, pemanenan energi, dan aplikasi robot lunak.”

Secara khusus, pengeluaran tetesan yang disebabkan oleh ekspansi volume meningkatkan pemahaman tentang dinamika pembekuan multi-fase untuk aplikasi anti-icing. Prof. Yao berkomentar, “Penelitian kami menunjukkan strategi untuk memanfaatkan secara efisien dan memanfaatkan kerja ekspansi volume tetesan pembekuan untuk menghasilkan gerakan balistik. Hal ini kemudian dapat memperluas penerapan fenomena konversi energi, dan menginspirasi pengembangan generator energi berbasis tetesan dan ketapel robot lunak.”

Keterangan Foto: Tim peneliti yang dipimpin oleh Prof. Zuankai Wang, Associate Vice President (Riset dan Inovasi), Kuok Group Professor di Kuok Group Professor di bidang Teknik yang Terinspirasi oleh Alam dan Ketua Profesor di Departemen Teknik Mesin PolyU (barisan depan, kiri), dan Prof. Haimin Yao, Profesor di Departemen Teknik Mesin PolyU (barisan depan, kanan), telah menemukan mekanisme pelepasan tetesan air yang dapat melontarkan dirinya sendiri. Anggota tim peneliti termasuk anggota Postdoctoral Fellow Dr Huanhuan Zhang (barisan belakang, pertama dari kiri), mahasiswa PhD Mr Wei Zhang (barisan belakang, kedua dari kiri), Asisten Profesor Riset Dr Yuankai Jin (barisan belakang, kedua dari kanan), dan mahasiswa PhD Mr Chenyang Wu (barisan belakang, pertama dari kanan).