ProsidingPertemuanIlmiah gains Materi 1996
KECENDERUNGAN
SAINS MATERIAL
DALAM INDUSTRI
MASA KINI DAN YANG AKAN DATANG1)
Achmad Baiquni2)
~
Sebelummembicarakanhal yang sangatkhususini sayaingin mengetengahkan terlebih dahulu keadaanyang mewarnaicakrawalayang lebih luas, agar kita dapatmelihat lebihjelas rnasalahapa saja yang nanti akan kita tanganidan bagaimanakaitanbidang yangkhusustersebutdenganbidang-bidang lain yangselayaknyamendapatkanperhatianBangsaIndonesiapada saatini. Sebagaimanakita ketahui, kini kita sedangmelaksanakanPembangunanJangka PanjangTahap Kedua yang akan meliputi dua dasawarsa pertama abad ke-XXI. Dari pengalaman yang kita peroleh selarna melaksanakan PembangunanJangka Panjang Tahap Pertarnakita menyadari dan telah berketetapanhati bahwa pembangunantersebutharus kita laksanakandenganmenjagakelestarian ekosistim yang merupakan sumberbahansandang,pangandanpapanBangsa.
1. Pembangunan YangLestari Dalam kerangka inilah harus kita tingkatkankualitas Manusia Indonesiaselamakurun waktu 25 tahun yang kita hadapikini melalui prosesnilai tambahdi bidang Ilmu Pengetahuan dan Teknologi, yang dapatdiwujudkan sebagaipeningkatankemampuanilmiah sertateknologisBangsaIndonesia,dan peningkatankesejahteraannyasesuai dengan sasarankedelapanjalur pemerataanyang dijabarkan didalam lingkup trilogi pembangunan.Hal ini berartibahwadua sejoli yangdalam abad modernini iak terpisahkanitu, yakni Risetdan Pengembangan Sainsdan Teknologi, harus diarahkansedemikianrupa hingga eksploitasisumberdaya alam dan pengolahannya,untuk seterusnya,dapat dilaksanakantanpa merusaknya: a. Bagi sumberdayahayati, baik yang berada di daratan maupun yang hidup di lautan, pembudidayaannya hams dilakukan sejauhia dimungkinkan, disertai denganpenerapanteknik-teknik ilmiah yang mutakhir seperti kultur jaringan, kloning, rekayasagenetik, transfer embrio dan lain sebagainya.Hanya dengan pembudidayaanlahkita akan memiliki sumberdayahayati yang lestari. Pemuliaan dan eksploitasi dapat dilakukan terhadapjenis-jenis tertentu secara selektif, sedangkan selebihnyayang belum diperlukan untuk di eksploitasi dapatdiperlakukansebagaicadanganplasma nutfah. Dengan demikian maka sekaligus akan tertransformasipertanian kita dari sifatnya yang tradisionaldan konvensionalmenjadipertanianyang modernyang sanggupmengumpaniindustri, baik bagi pemantapan swasembadapangan dan pemenuhankebutuhan dalam negeri maupun untuk keperluanekspor. b. Bagi sumberdayanon-hayati,harusditempuhjalan penggunaannya secaraefektif dail efisien, sesuai dengan prinsip konservasidalam arti luas yakni pemanfaatanyang sebesar-besarnya bagi masyarakat yang seluas-luasnyauntuk waktu yang selama-larnanya.Dalam kaitan ini dapat dipergunakanteknik-teknik mutakhir seperti pengurasansisa minyak bumi dengan uap panas daD dengandetergen,teknologi pendauranulang logam-logam,gelas dail sebagainya,sertapembangunan bahan-subtitusidalam teknologi maju, pengambilankembali uranium dari limbah pabrik pupuk fosfatmarin dail pabrik tembagaporfirik, penyimpanan-kembali gas helium yang terikut dalam gas alam, dail lain sebagainya.Hanya dengan konservasiinilah dapat kita amankan sumberdayaalam yang takterbarukan itu, daD kita perkecil pencemaranlingkungan; atau kita menukarnyadengan sumberdaya lain yang lebih tinggi mutunya.
1)Dipresentasikanpada Pertemuanllmiah SainsMateri , Serpong,22-23 Oktober1996. 2)DewanRisetNasional, Ketua PanelBidang V RUT
c. Khususnyadalam penyediaanenergi untuk industri, transportasidan rumah tangga, perlu dilakukan penggeserandari pengunaancara tradisionalyang penuh polutan dan dilibatkan teknologi mutakhir seperti sistempembakaranalurfluida (fluidized bed combustion),yang dapat diumpani bahan bakar yang berupa limbah kayu, gambut atau batubara,untuk menanggulangibahaya pencemaran lingkungan; sel bahan bakar (fuel cell) yang dapat menghasilkanpanas serta listrik langsung dari pembakarangas secara katalitik dengan efisiensi yang jauh lebih tinggi daripada apa yang dapat diperolehdengancarakonvensional,dan tak melepaskangaspenyebabhujan asam; sistemenergi nuklir yang memiliki terutama keamananinheren, disamping keamananyang direkayasa;serta energi solar baik secaralangsungmelewatiselsurra maupuntak langsung;dan teknologienergiyang lain bilamana pertimbanganekonomismemungkinkannya. Dalam jangka panjang kita hams mengusaiteknologi energi yang bertumpupada hidrogen, untuk dipergunakanbagi penyediaanenergi dalam industri, transportasidaDrumah tangga. Sebabgas hidrogen dapat diproduksi secaraelektrolitis dengantenaga listrik surra, atau yang lainnya yang tak mencemarkan,dibagian manapun daTi negeri kita, disimpan daD ditransport dengan aman, serta digunakantanpa pencemaran,baik daIampembakaranlangsungmaupunlewat proseskatalitis, karena ia hanya menghasilkanair sajapadaoksidasi,tanpamenimbulkangas-gaspencemarataupenyebabefek rumahkaca; bahkandaIam reaktorfusi yang terkendalipunbola mikro daTihidrogentak menghasilkan pencemarmeskipunia diimplosikan dengansinal laser, atau digencet dalam bentuk plasma dengan medan magnettoroidal yang terpilin, kecuali bahan-bahanstruktur daDperisai yang menjadi radioaktif karenamenangkapneutronyangterbebas. Dengan "Peningkatan Kualitas Manusia Indonesia" sebagai sasaran dan kebijaksanaan "Pembangunanyang Lestari" sebagaikendala, strategi pencapaiansasaranitu harns disusun dengan optimaIisasi,agarBangsakita dapatmengembangkan sertamenguasaiIlmu Pengetahuandan Teknologi sedernikianrnpa sehinggakualitas hidup Bangsa,sebagaiobyek, dapat terangkatsecaramaterial dan spiritual, sedangkanmutu kompetensinyasebagaisubyekpembangunan dalam sainsdan teknologi, yang kini jelas telah mernpakankomoditi yang bemilai tinggi itu, menjadimenanjak.Untuk keperluan ini kita hams mengetahui: sainsdan teknologiyang manakahyang kita perlukan, danbagaimanakeadaan sains dan teknologi itu sendiri yaitu yang telah dikuasai dan dikembangkanoleh para ilmuwan Indonesiasertaterbina danmembudayadi lingkunganBangsa.
2. Teknologi Yang Diperlukan Sebagaimanatelah diketahui, zamaninformatika daD telekomunikasi,yang telah kita masuki kini, mendorongmasyarakatmanusiauntuk menghimpunsegaladatayang dapatdiperolehnyamenjadi sumberinformasi raksasayang dapatdisadapnyakembali dengancepat sertadipergunakannyauntuk memperhitungkanberbagaikecenderunganpada berbagaibidang, seperti laju eksploitasisumberdaya alam tertentu,volume sertanilai mala daganganyangberedardipasaran,kemajuangainsdaDteknologi negara kompetitor, persenjataanlawan, daD sebagainya,untuk mengantisipasiproblem serta peluang yang mendatang,agar dapatdipersiapkanlangkahdan tindakanyang tepatuntuk menghadapinya,atau memanfaatkannya denganbaik. Untuk melaksanakanpengumpulandata dan pemrosesannya diperlukan perangkatlunak yang canggih dan perangkatkeras yang dapatmengolahdatasecaracepatdan akurat; teknologi elektronika ini bertumpu pada chip silikon monokristal dengan kemurnian amat tinggi yang mengandung komponen-komponen terintegrasisecarasangatbesar dan ultra besar,yang beriapis-lapis sertadiukir remit denganberkas raton laser dan elektron. Sebagaimanakita ketahui, mikroelektronikalah yang memungkinkanpenyusutanukuran komputeryang semula sebesarpuluhan meter-kubik menjadi alai yang dapatdiletakkandiatas meja,sehinggadapatdibuatperangkatelektronikyang dapatdibawa modul antariksadan dapat mengendalikannya,sepanjangperjalanandan dalam pendaratandi planet maupun di bulan. Kecuali denganultra-miniaturisasi,kecepatankomputerjuga dipacudenganpemrosesansecara pararel, penggunaansuperkonduksiuntuk menghilangkantahananlistrik, dan foton-foton yang lebih cepatdari elektron daDtidak menimbulkangangguansilang. Fotonik yang diterapkandalam komputer
2
ini juga dipergunakandidalam sistem telekomunikasiyang mengirimkan informasinyadalam bentuk digital dengan pertolongan rolon-Colonlaser melalui seTaloptik yang berpenampangbalDs Damun mampu menyalurkan lalu-lintas sinyal, yang sangat padat, tanpa memberikan peluang untuk penyadapansertatimbulnya gangguan-silang.Sistemini memerlukanteknologi sinar laser daD seratoptik yang indeks-biasnyabervariasisecararadial sehinggarolon-Colonlaseryang bersangkutandapat terefleksi total, kedalam seTal,sepanjangperjalanannya;diperlukanjuga komponen-komponenerbium penguatsinyal, sertakomponen-komponen pencabangan saluran,dan lain sebagainya. Dalam pada itu teknologi laser dan serat-optik telah menghasilkanberbagaiperalatanyang bermanfaatdalam kedokteran yang digunakan dalam operasitanpa-membuka,daD kegiatan penting lainnya seperti menjebol penyumbat pembuluh darah, serta reparasi illata daD gigi. Didalam keteknikanpunlaser memainkanperananyang sangatpenting untuk penyipat arab pactapembuatan terowongan,untuk melaksanakan pengelasankhusus daD sebagainya.Dibidang pengayaanisotopik elemen-elemenkimiawi, ia memainkan perananyang vital, begitu pula dalam usaha manusia untuk melaksanakanproses fusi nuklir yang terkendali. Sedangkandalam bidang persenjataan, laser dimanfaatkansebagaisarana-bidikbagi beranekaragam pucuk senjataserta pengukurjarak, bahkan sebagaisaranautama perangkat"perangbintang". Gejala superkonduksiyang didalam komputer ditimbulkan dengan sistem kriogenik daD dipergunakanuntuk menghilangkan tahanan listrik dida!amnya, menemukanpenerapannyadalam teknik kelistrikan untuk memungkinkantransmisienergi tanpa rugi, daD didalam transportasi,dengan menimbulkan bantal magnetik (mag-lev), sehingga kereta listrik dapat bergerak tanpa gesekpada relnya,daD kapal feri dapatmenyemburkanair pendorongnyamelewatielektromagnetsuperkonduktor dengan gaya Lorentz yang amat kuat; sebab dengan superkonduksi,kuat medan magnet yang ditimbulkan oleh sebuahelektromagnetnormal sebesargardu, dapat diperoleh daTikumparan sebesar kepalan tangan saja. Berkat ditemukannya bahan-bahan keramik yang memperlihatkan gejala superkonduksipada suhuyang relatif tinggi, maka harapanorang bagi penggunaannya didalam perabot rumahtanggayang hampir tak memakanenergi itu makin menjadi-jadi. Memangbahankeramik khusustelah dikembangkandalam teknologi tinggi dewasaini, yang beranekaragam sifat dan kemampuannya, dan karena kegetasannya, dapatdiberi bentuk sesuaidengan fungsinya melalui teknik metalurgi-serbuk.Mereka tahan terhadap suhu tinggi daD dipergunakan sebagai onderdil-onderdil mesin yang memerlukan sifat-sifat khususnya. Kecuali bahan keramik, teknologi tinggi juga mengembangkansifat-karbon, serat-komposit,organometal,dan lain-lainnya. Sains material memainkanperananyang sangatpenting dalam pengembangan bahan-bahanbarn ini, yang sifatnya belum pernah diimpikan orang. Disampingbidang sainsyang sangatluasjangkauannya ini, kiranya perlu disebutkanjuga neurofisiologiyang sangatpenting bagi ilmu kedokterandaDbesar peranannyabagi pengembangan superkomputerdaDinteligensi-buatan. Untuk dapatmenghasilkanproduk yang unggul, dalam industri kini dipergunakanrobot-robot yang dilengkapi dengan inteligensi buatan, yang mengunggulimanusia dalam pekerjaan rutin yang memerlukanketelitian tinggi, karena merekatidak mengenallelah, kantuk, lapar dan haus; meskipun bekerja secaraterus-menerustanpa hentinya mereka tetap melaksanakanpekerjaan dengan akurat. Robotika merupakansuatu cabangbarn dalam keteknikan yang maju denganpesat, karena disadari perlunya diciptakan alat-alatyang dapatmenggantikanmanusiadalam pekerjaanyang harns dilakukan ditengah lingkungan yang sangat mematikan, misalnya karena radiasi atau suhu yang tinggi, di permukaanplanetlain, di dasarsamudrayang dalam,ataupadapengintaiandanpemotretanudara yang penuhresiko danlain-lainnya. Teknologi deteksi memang sangatpenting bagi kesiapan suatu bangsa dalam bela-din. Ia diperlukan bukan hanya sebagaisalafia peringatan dini, tetapi juga untuk pamantauangerak-gerik lawall, dan mengetahuiposisi sertamengarahkanrobot-robotterkendalike sasarannya;sistemhidrofon untuk kapal selam, radar normal atau yang dapat melihat di belakang horison, untuk benda di dirgantara dan antariksa, sistem fotografi dengan resolusi yang sangat tinggi dan pengindraan multispektraluntuk sasarandi bumi. Submikroelektronikadan elektronikamolekular yang kini sedang dikembangkan merupakan indikasi terhadap kecenderunganteknologi dalam miniaturisasi yang menjurus pada apa yang mereka sebut sebagainano-elektronikabaik untuk deteksi maupun untuk pemrosesan, sertaterwujudnyaperangkatkerasyangberkapasitasgigabit.
3
Tidak kalah pentingnya,pada hematsara, adalahpengembangan berbagaijenis membranyang diperlukan daIam berbagai proses,'tak terkecuaii proses osmose-balik(reverse osmosis) meskipun tampaknyahanya untuk memperolehsediaanair murni saja, karenakita akan memerlukanair bersih yang sangatbanyakkuantitasnyadalam abadke-XXI nanti, mengingatmerajalelanyapencemarandan kemsakanLaut Jawayang hams menampunglimbah dari kota-kotadisepanjangpantai Jawa,Sumatera, dan Kalimantan yang akan berlipat ganda industrialisasinya,dan dibutuhkannyaair bersih di pulaupolan yang tersebardi selumhNusantara,
3. Dmu Pengetahuanyang diperlukan Sebagaimanadiketahui, teknologi abad ke-XX ini bertumpupada fisika daD kimia modem, yang didukung pengertianyang mendalamtentangstruktur daDmekanismeatom serta molekul berkat perkembangan mekanikakuantum dalam fisika, daDkehadirankomputer.Memang tak dapatdisangkal bahwa teknik kimia, elektro, mesin daD segenapteknologi yang ada, yang menghasilkankekayaan melimpahyang diproduksi industri dewasaini, mempunyaiakar yang kuat dalam fisika daDkimia yang didukung oleh metode numerik dalam matematika yang diterapkan dalam komputer. Dengan telah terungkapnyastruktur DNA pada sel rnahkluk hidup sejaktiga dasawarsayang lalu, berkattersedianya teknik fisika dan kimiawi sertaperalatanyangcanggih,berkembanglahkini biologi modem. Perkembanganini sejalandengankecendemnganmanusiauntuk meneliti struktur renik yang mendasarisistemmakro, dan kegiatan riset biologi molekular mulai menonjolhingga biologi modern menampakkandiri sebagaicabangsains barn yang akan memegangperananpenting, bersama-sama denganfisika dan kimia modern, dalamabadke-XXI nanti. Biologi molekular perlu dikembangkandan diterapkan dalam rekayasagenetik untuk pemuliaantanamanatau hewan disamping teknik kloning, kultur jaringan, fusi-inti, transfer embrio, dan lain-lainnya yang akan menjamin tersedianyatanaman sertahewan bermutuungguI. Bioteknologimemberikanharapanbesarjuga dalam bidang farmasi dan industri makanan. Sedangkanneuro-fisiologi sangatpenting bagi pengembanganinteligensi-buatan disampingpengetahuantentangfungsidan mekanismejaringan syaraf. Dari ungkapandi atas jelaslah bahwa dalam rangka penguasaandaD penggunaanteknologi dalam abad yang akan kita masuki nanti, kita hams berpartisipasi secaraaktif dalam pengembangan daDpenguasaansains modemkhususnyabidangfisika, kimia daDbiologi (disampingmatematikayang mendasarimetodekomputasi): a) Biologi molekular, biokimia, daD mikrobiologi, yang diperlukan untuk mendukungrekayasagenetikdan bioteknologi, b) Fisika zat-mampat, fisika-permukaan, daD fisika lapisan-tipis untuk per kembangansainsdaDteknologimaterial barn, c) Superkonduksidan semikonduksi,yang penting bagi sains material untuk nanoelektronikakomunikasimaupunkomputer, d) Fotonika, termasuk optika-serat daD optoelektronika, untuk teknologi laser, telekomunikasi,komputersupercepat. Kegiatan tersebut haJ:Us juga dilengkapi dengan aktivitas dalarn bidang neurofisiologi baik untuk kepentingan kedokteranrnaupun untuk teknologi super-komputer;dalam sains kelautan yang meliputi pengetahuangeologis, mineralogis daD biologis bagi pemanfaatansumberdayaalarn yang bersangkutan;juga dengankegiatandi bidang rnaternatik,terrnasukmetodenumeris, yang diterapkan dalarn komputasi dengansuperkomputer.Sudah barang tentu adanya penekanankegiatan diberbagai bidang sainsdan maternatikaini mempunyaikonsekuensiyang luas pada kurikulum maupun struktur organisasidi universitas,dan di sekolahmenengahyang mempersiapkancalon-calonrnahasiswanya. Sara sangatgembira melihatkepedulianPemerintahkini untuk membiayaikegiatan riset, baik ilmu pengetahuandasar maupunterapan, dan pengembanganteknologi generik serta teknik produksi yang berbentukRUT, RUK, RUSNAS,URGE dan lain sebagianya.Kini terserahpada para ilmuwan untuk memanfaatkanpeluangini sebaik-baiknya.
4
4. PerananSainsMaterial Dari uraian diatas tampak pactakita bahwa Sains Material amat besar perananya dalam penelitian maupunpengembangandalam industri, karena bidang tersebutmenghasilkanbahan-bahan canggih yang diperlukan bagi pembuatanalat-alat serta produk dalam perindustrian.Kecenderungan yangtampak adalahkearahultra miniaturisasimenuju nano-elektronika,dan kearah pemumianbahanbahankhususyangberanekaragamjenisnya. Kecuali itu tidaklah dapatdisembunyikankeinginanpara ahli untuk mempergunakankomponen-komponen-dasar makhluk hidup sebagaibahan-pintar(inteligent materials)untuk pembuatanproduk tertentu. Sara tidak akan memperpanjangpembicaraandenganmenyinggungmaterial magnetikyang cenderungberbentuk partikel dan selaput tipis, atau seTaloptik besertasistem lasemya dan sistem amplifikasi sinyalnya serta percabangan salurannya, tetapi akan mengungkapkan perlunya dikembangkan kata~isatoryang beraneka ragam yang diperlukan reaksi kimiawi didalam proses produksi,termasuksel bahanbakaryang dapatmengkonversikanbahanbakar langsungkedalam energi listrik dengan efisiensi yang amat tinggi. Sara cenderung untuk mendorong pengembangannya, mengingatditemukannyagas metan dalamjumlah yang besardi pulau Natuna yang konon tercampur dengan gas dioksida karbon dengan kadar 70 %. Tidaklah rasional bagi sara untuk memasukkan kembali gas ini kedalamtanah denganbiaya, katanyaUSD 9 milyar!. Jugatidak dapatsara bayangkan betapahebohnyamasyarakatnanti apabilagastersebutakan diolah denganhidrogendalam reaktorsuhu tinggi yang teknologinyadan operasinyabelum pemahkita kenaI, menjadimetan.Pada hemal sara sel bahanbakar (fuel cell) merupakanpilihan yang bijaksana,karena sangatefisien dan beroperasipada suhu diatas 500 derajat. Kecuali itu sistem ini bersifat modular sehingga sangat luas dalam penggunaannyadi pedesaan,di pulauyang terpencil,maupundi daerahperindustrian.
5
