Skip to main content
header-image
ge indonesia

Sensor dan Sensibilitas: Terobosan Menuju Cara Terbaik Untuk Mendeteksi Gas Berbahaya

September 21, 2020

Radislav Potyrailo, Principal Scientist GE Research di Niskayuna, New York, mengenang pepatah yang pernah diucapkan oleh salah satu pembimbingnya: “Sehari di perpustakaan sama nilainya dengan setahun di laboratorium.” Itulah sebabnya ketika ilmuwan lainnya mungkin menghabiskan waktu luang untuk mendaki gunung atau memancing, Potyrailo lebih memilih mencermati catatan-catatan kaki pada artikel dalam jurnal ilmiah untuk mencari perincian uraian tentang percobaan dan kegagalan atau keberhasilan orang lain, serta berbagai nuansa dalam percobaan mereka.

Sebagai orang yang berasal dari Ukraina yang kemudian datang ke Amerika Serikat pada 1993 untuk mempelajari kimia analitik di Indiana University, Bloomington, dia sudah mendatangi berbagai perpustakaan ilmiah di Moskow hingga Manhattan, dan berkorespondensi dengan para ilmuwan di seluruh dunia – semua itu atas nama keingintahuan. “Tujuannya adalah untuk memperoleh pengetahuan yang ada di luar sana dan kemudian membangun jembatan menuju masa depan,” katanya.

Potyrailo juga mendapatkan inspirasi dari alam. Dalam proyek terdahulu, dia dan tim penelitiannya telah menciptakan film yang mampu mendeteksi bahan kimia beracun untuk keamanan negara, yang dibuat dengan mencontoh struktur sayap kupu-kupu warna-warni dari spesies Morpho. Dengan latar belakang keilmuan di bidang optoelectronic engineering, Potyrailo telah mempelajari sisik di sayap kupu-kupu tersebut untuk memahami cara sisik itu menyerap dan membelokkan cahaya. Perkembangan itu hanya salah satu contoh dari pendekatannya yang kreatif dan multi-disipliner untuk merancang teknologi baru.

Pencapaian terbarunya adalah melakukan perbaikan pada sensor gas, yang membuat orang mengetahui adanya unsur kimia berbahaya. Perbaikan sensor itu berguna untuk keselamatan kerja di industri. Dengan bentuknya yang kecil seperti butiran beras dan tak terpengaruh oleh perubahan suhu udara, sensor gas yang baru ini dapat digunakan pada drone atau aplikasi yang digunakan untuk membantu menjaga keselamatan di tempat kerja dan pada manusia. Pada bulan Mei, penemuan ini menjadi sampul di jurnal Nature Electronics.

Proyek terakhirnya membuatnya mempertanyakan asumsi dasar dari sensor gas konvensional. Ketika terpapar gas, sensor yang menjadi aktif itu memperlihatkan perubahan dramatis pada bagian hambatannya. Perubahan itu bisa menunjukkan tingginya tingkat gas yang sangat mudah terbakar. Sensor gas itu sudah banyak digunakan di berbagai tempat dan telah membantu banyak orang mencegah kebakaran atau kecelakaan lainnya.

Namun, sensor gas konvensional itu bekerja hanya dalam suatu radius tertentu. Suhu udara dan kelembaban mempengaruhi kinerjanya. Selain itu, sensor tersebut hanya memberika satu output, yakni hambatan, sehingga jika Anda ingin mengetes gas-gas yang berbeda, Anda harus memasukkan gas-gas tersebut ke dalam susunan yang kompleks, yang cepat sekali menjadi besar, mahal dan membutuhkan banyak energi.

Atas: Radislav Potyrailo dan tim GE Research telah menciptakan suatu sensor yang jauh lebih kecil, menggunakan energi lebih kecil pula, dan lebih dapat diandalkan, akurat dan fungsional daripada model-model tradisional untuk mengukur gas di udara. “Tujuannya adalah untuk memperoleh pengetahuan yang ada di luar sana dan kemudian membangun jembatan menuju masa depan,” katanya. Kredit foto: GE Research

Potyrailo tidak berusaha mendorong kinerja teknologi konvensional, namun dia mencari sudut pandang yang berbeda. “Pendekatan ini merangkum pemahaman tentang hubungan antara berbagai hal yang ada di dalam pengukuran yang berbeda, dan begitu Anda memahaminya dengan lebih mendalam dan melihat bagaimana hal-hal itu saling berhubungan, maka Anda bisa membuat solusi sebagai seorang ilmuwan industrial,” dia berkata.

Dari sejumlah gagasan yang dikumpulkannya melalui bahan bacaannya yang luas, dia memutuskan untuk menjalankan medan listrik alternating current (AC) melalui material pada daerah dielektrik relaksasi. Dalam penjelasannya, Potyrailo menggunakan analogi, yakni ketika orang memandang lukisan terkenal: “Mona Lisa” karya Leonardo da Vinci. Bila mengamati lukisan ini, memandangnya hingga ke bagian tepi, Anda akan melihat satu garis lurus. Itulah output tunggal dari suatu sensor tradisional. Tetapi, pandanglah lukisan tersebut dalam posisi tegak lurus sampai permukaannya kelihatan, maka sejumlah detail yang penting tiba-tiba muncul.

Nah, itu serupa dengan yang terjadi ketika tim Potyrailo menggunakan satu prinsip yang disebut dielectric excitation, yang dimunculkan oleh arus bolak-balik untuk mengaktifkan sensor. “Jika variabelnya benar ketika Anda menegok maka akan tampak bermacam-macam warna pada lukisan tersebut,” katanya. Atau, dalam hal sensor gas, ada bermacam-macam output yang memberi tahu kepada penggunanya lebih banyak lagi informasi mengenai kondisi atmosfir yang sedang diukur.

Terobosan ini menghasilkan sensor buatan Potyrailo dan timnya berukuran jauh lebih kecil, menggunakan daya listrik lebih sedikit, dan lebih dapat diandalkan, akurat dan fungsional daripada model-model tradisional. Penelitian tersebut sebagian didanai oleh National Institue for Occupational Safety, Centers for Disease Control dan Prevention.

Tim penelitian menunjukkan efektivitas dari pendekatan yang menggunakan sensor nirkabel sehingga terbukti teruji di bawah kondisi yang semakin keras: pertama di pusat penelitian, kemudian di lapangan di sejumlah negara bagian seperti North Dakota dan Texas. Tim ingin melihat seberapa efektifnya sensor tersebut mendeteksi polutan gas rumah kaca, seperti metan, di bawah temperatur dan kondisi kelembaban yang lebih ekstrem. Tim juga telah mengetes sensor baru ini untuk mendeteksi sejumlah besar volatil yang memiliki arti penting pada lingkungan dan industri: benzene, toluene, hidrogen sulfida, hidrogen, karbon monoksida, etana, propana, asetilena, metanol, etanol, aseton dan formalin. Dalam beberapa tahun mendatang, rancangan ini dapat digunakan untuk sensor yang mendeteksi kebocoran gas di perusahaan dan di rumah, melakukan survey bahan-bahan polutan lingkungan atau  daerah industri yang berbahaya, atau memonitor kualitas udara dalam ruangan.

Sementara itu, Potyrailo sudah mulai bekerja keras untuk penemuan berikutnya. Proyek berikutnya, katanya akan “sedikit lebih gila daripada yang satu ini.” Dia ingin merancang sensor yang menurutnya “tidak takut terhadap hal apapun juga” dalam arti pengaruh cuaca, kelembaban atau kondisi lingkungan lain yang umumnya membahayakan kinerjanya. Sensor tersebut akan digunakan dalam sejumlah aplikasi yang dibutuhkan orang, terutama yang tidak punya kesempatan untuk melakukan kalibrasi pada perangkat tersebut. Terobosan berikutnya, menurut dia adalah “lukisan lain yang akan kami luncurkan dalam waktu dekat.”

tags