Prosiding Pertemuan Ilmiah gains Materi 1996

KECENDERUNGAN SAINS MATERIAL DALAM INDUSTRI

MASA KINI DAN YANG AKAN DATANG1)

~Achmad Baiquni2)

Sebelum membicarakan hal yang sangat khusus ini saya ingin mengetengahkan terlebih dahulukeadaan yang mewarnai cakrawala yang lebih luas, agar kita dapat melihat lebih jelas rnasalah apa sajayang nanti akan kita tangani dan bagaimana kaitan bidang yang khusus tersebut dengan bidang-bidanglain yang selayaknya mendapatkan perhatian Bangsa Indonesia pada saat ini. Sebagaimana kita ketahui,kini kita sedang melaksanakan Pembangunan Jangka Panjang Tahap Kedua yang akan meliputi duadasawarsa pertama abad ke-XXI. Dari pengalaman yang kita peroleh selarna melaksanakanPembangunan Jangka Panjang Tahap Pertarna kita menyadari dan telah berketetapan hati bahwapembangunan tersebut harus kita laksanakan dengan menjaga kelestarian ekosistim yang merupakansumber bahan sandang, pangan dan papan Bangsa.

1. Pembangunan Yang Lestari

Dalam kerangka inilah harus kita tingkatkan kualitas Manusia Indonesia selama kurun waktu25 tahun yang kita hadapikini melalui proses nilai tambah di bidang Ilmu Pengetahuan dan Teknologi,yang dapat diwujudkan sebagai peningkatan kemampuan ilmiah serta teknologis Bangsa Indonesia, danpeningkatan kesejahteraannya sesuai dengan sasaran kedelapan jalur pemerataan yang dijabarkandidalam lingkup trilogi pembangunan. Hal ini berarti bahwa dua sejoli yang dalam abad modern ini iakterpisahkan itu, yakni Riset dan Pengembangan Sains dan Teknologi, harus diarahkan sedemikian rupahingga eksploitasi sumber daya alam dan pengolahannya, untuk seterusnya, dapat dilaksanakan tanpamerusaknya :

a. Bagi sumberdaya hayati, baik yang berada di daratan maupun yang hidup di lautan,pembudidayaannya hams dilakukan sejauh ia dimungkinkan, disertai dengan penerapan teknik-teknikilmiah yang mutakhir seperti kultur jaringan, kloning, rekayasa genetik, transfer embrio dan lainsebagainya. Hanya dengan pembudidayaanlah kita akan memiliki sumberdaya hayati yang lestari.Pemuliaan dan eksploitasi dapat dilakukan terhadap jenis-jenis tertentu secara selektif, sedangkanselebihnya yang belum diperlukan untuk di eksploitasi dapat diperlakukan sebagai cadangan plasmanutfah. Dengan demikian maka sekaligus akan tertransformasi pertanian kita dari sifatnya yangtradisional dan konvensional menjadi pertanian yang modern yang sanggup mengumpani industri, baikbagi pemantapan swasembada pangan dan pemenuhan kebutuhan dalam negeri maupun untuk

keperluan ekspor.

b. Bagi sumberdaya non-hayati, harus ditempuh jalan penggunaannya secara efektif dail efisien,sesuai dengan prinsip konservasi dalam arti luas yakni pemanfaatan yang sebesar-besarnya bagimasyarakat yang seluas-luasnya untuk waktu yang selama-larnanya. Dalam kaitan ini dapatdipergunakan teknik-teknik mutakhir seperti pengurasan sisa minyak bumi dengan uap panas daDdengan detergen, teknologi pendauran ulang logam-logam, gelas dail sebagainya, serta pembangunanbahan-subtitusi dalam teknologi maju, pengambilan kembali uranium dari limbah pabrik pupuk fosfat-marin dail pabrik tembaga porfirik, penyimpanan-kembali gas helium yang terikut dalam gas alam, daillain sebagainya. Hanya dengan konservasi inilah dapat kita amankan sumberdaya alam yang tak-terbarukan itu, daD kita perkecil pencemaran lingkungan; atau kita menukarnya dengan sumberdayalain yang lebih tinggi mutunya.

1) Dipresentasikan pada Pertemuan llmiah Sains Materi , Serpong, 22-23 Oktober 1996.2) Dewan Riset Nasional, Ketua Panel Bidang V RUT

c. Khususnya dalam penyediaan energi untuk industri, transportasi dan rumah tangga, perludilakukan penggeseran dari pengunaan cara tradisional yang penuh polutan dan dilibatkan teknologimutakhir seperti sistem pembakaran alurfluida (fluidized bed combustion), yang dapat diumpani bahanbakar yang berupa limbah kayu, gambut atau batubara, untuk menanggulangi bahaya pencemaranlingkungan; sel bahan bakar (fuel cell) yang dapat menghasilkan panas serta listrik langsung daripembakaran gas secara katalitik dengan efisiensi yang jauh lebih tinggi daripada apa yang dapatdiperoleh dengan cara konvensional, dan tak melepaskan gas penyebab hujan asam; sistem energi nukliryang memiliki terutama keamanan inheren, disamping keamanan yang direkayasa; serta energi solarbaik secara langsung melewati sel surra maupun tak langsung; dan teknologi energi yang lain bilamanapertimbangan ekonomis memungkinkannya.

Dalam jangka panjang kita hams mengusai teknologi energi yang bertumpu pada hidrogen,untuk dipergunakan bagi penyediaan energi dalam industri, transportasi daD rumah tangga. Sebab gashidrogen dapat diproduksi secara elektrolitis dengan tenaga listrik surra, atau yang lainnya yang takmencemarkan, dibagian manapun daTi negeri kita, disimpan daD ditransport dengan aman, sertadigunakan tanpa pencemaran, baik daIam pembakaran langsung maupun lewat proses katalitis, karenaia hanya menghasilkan air saja pada oksidasi, tanpa menimbulkan gas-gas pencemar atau penyebab efekrumah kaca; bahkan daIam reaktor fusi yang terkendalipun bola mikro daTi hidrogen tak menghasilkanpencemar meskipun ia diimplosikan dengan sinal laser, atau digencet dalam bentuk plasma denganmedan magnet toroidal yang terpilin, kecuali bahan-bahan struktur daD perisai yang menjadi radioaktifkarena menangkap neutron yang terbebas.

Dengan "Peningkatan Kualitas Manusia Indonesia" sebagai sasaran dan kebijaksanaan"Pembangunan yang Lestari" sebagai kendala, strategi pencapaian sasaran itu harns disusun denganoptimaIisasi, agar Bangsa kita dapat mengembangkan serta menguasai Ilmu Pengetahuan dan Teknologisedernikian rnpa sehingga kualitas hidup Bangsa, sebagai obyek, dapat terangkat secara material danspiritual, sedangkan mutu kompetensinya sebagai subyek pembangunan dalam sains dan teknologi, yangkini jelas telah mernpakan komoditi yang bemilai tinggi itu, menjadi menanjak. Untuk keperluan inikita hams mengetahui: sains dan teknologi yang manakah yang kita perlukan, dan bagaimana keadaansains dan teknologi itu sendiri yaitu yang telah dikuasai dan dikembangkan oleh para ilmuwanIndonesia serta terbina dan membudaya di lingkungan Bangsa.

2. Teknologi Yang Diperlukan

Sebagaimana telah diketahui, zaman informatika daD telekomunikasi, yang telah kita masukikini, mendorong masyarakat manusia untuk menghimpun segala data yang dapat diperolehnya menjadisumber informasi raksasa yang dapat disadapnya kembali dengan cepat serta dipergunakannya untukmemperhitungkan berbagai kecenderungan pada berbagai bidang, seperti laju eksploitasi sumberdayaalam tertentu, volume serta nilai mala dagangan yang beredar dipasaran, kemajuan gains daD teknologinegara kompetitor, persenjataan lawan, daD sebagainya, untuk mengantisipasi problem serta peluangyang mendatang, agar dapat dipersiapkan langkah dan tindakan yang tepat untuk menghadapinya, ataumemanfaatkannya dengan baik.

Untuk melaksanakan pengumpulan data dan pemrosesannya diperlukan perangkat lunak yangcanggih dan perangkat keras yang dapat mengolah data secara cepat dan akurat; teknologi elektronikaini bertumpu pada chip silikon monokristal dengan kemurnian amat tinggi yang mengandungkomponen-komponen terintegrasi secara sangat besar dan ultra besar, yang beriapis-lapis serta diukirremit dengan berkas raton laser dan elektron. Sebagaimana kita ketahui, mikroelektronikalah yangmemungkinkan penyusutan ukuran komputer yang semula sebesar puluhan meter-kubik menjadi alaiyang dapat diletakkan diatas meja, sehingga dapat dibuat perangkat elektronik yang dapat dibawa modulantariksa dan dapat mengendalikannya, sepanjang perjalanan dan dalam pendaratan di planet maupundi bulan.

Kecuali dengan ultra-miniaturisasi, kecepatan komputer juga dipacu dengan pemrosesan secarapararel, penggunaan superkonduksi untuk menghilangkan tahanan listrik, dan foton-foton yang lebihcepat dari elektron daD tidak menimbulkan gangguan silang. Fotonik yang diterapkan dalam komputer

2

ini juga dipergunakan didalam sistem telekomunikasi yang mengirimkan informasinya dalam bentukdigital dengan pertolongan rolon-Colon laser melalui seTal optik yang berpenampang balDs Damunmampu menyalurkan lalu-lintas sinyal, yang sangat padat, tanpa memberikan peluang untukpenyadapan serta timbulnya gangguan-silang. Sistem ini memerlukan teknologi sinar laser daD serat-optik yang indeks-biasnya bervariasi secara radial sehingga rolon-Colon laser yang bersangkutan dapatterefleksi total, kedalam seTal, sepanjang perjalanannya; diperlukan juga komponen-komponen erbiumpenguat sinyal, serta komponen-komponen pencabangan saluran, dan lain sebagainya.

Dalam pada itu teknologi laser dan serat -optik telah menghasilkan berbagai peralatan yangbermanfaat dalam kedokteran yang digunakan dalam operasi tanpa-membuka, daD kegiatan pentinglainnya seperti menjebol penyumbat pembuluh darah, serta reparasi illata daD gigi. Didalamketeknikanpun laser memainkan peranan yang sangat penting untuk penyipat arab pacta pembuatanterowongan, untuk melaksanakan pengelasan khusus daD sebagainya. Dibidang pengayaan isotopikelemen-elemen kimiawi, ia memainkan peranan yang vital, begitu pula dalam usaha manusia untukmelaksanakan proses fusi nuklir yang terkendali. Sedangkan dalam bidang persenjataan, laserdimanfaatkan sebagai sarana-bidik bagi beraneka ragam pucuk senjata serta pengukur jarak, bahkansebagai sarana utama perangkat "perang bintang".

Gejala superkonduksi yang didalam komputer ditimbulkan dengan sistem kriogenik daDdipergunakan untuk menghilangkan tahanan listrik dida!amnya, menemukan penerapannya dalamteknik kelistrikan untuk memungkinkan transmisi energi tanpa rugi, daD didalam transportasi, denganmenimbulkan bantal magnetik (mag-lev), sehingga kereta listrik dapat bergerak tanpa gesek padarelnya, daD kapal feri dapat menyemburkan air pendorongnya melewati elektromagnet superkonduktordengan gaya Lorentz yang amat kuat; sebab dengan superkonduksi, kuat medan magnet yangditimbulkan oleh sebuah elektromagnet normal sebesar gardu, dapat diperoleh daTi kumparan sebesarkepalan tangan saja. Berkat ditemukannya bahan-bahan keramik yang memperlihatkan gejalasuperkonduksi pada suhu yang relatif tinggi, maka harapan orang bagi penggunaannya didalam perabotrumah tangga yang hampir tak memakan energi itu makin menjadi-jadi.

Memang bahan keramik khusus telah dikembangkan dalam teknologi tinggi dewasa ini, yangberaneka ragam sifat dan kemampuannya, dan karena kegetasannya, dapat diberi bentuk sesuai denganfungsinya melalui teknik metalurgi-serbuk. Mereka tahan terhadap suhu tinggi daD dipergunakansebagai onderdil-onderdil mesin yang memerlukan sifat-sifat khususnya. Kecuali bahan keramik,teknologi tinggi juga mengembangkan sifat-karbon, serat-komposit, organometal, dan lain-lainnya.Sains material memainkan peranan yang sangat penting dalam pengembangan bahan-bahan barn ini,yang sifatnya belum pernah diimpikan orang. Disamping bidang sains yang sangat luas jangkauannyaini, kiranya perlu disebutkan juga neurofisiologi yang sangat penting bagi ilmu kedokteran daD besarperanannya bagi pengembangan superkomputer daD inteligensi-buatan.

Untuk dapat menghasilkan produk yang unggul, dalam industri kini dipergunakan robot-robotyang dilengkapi dengan inteligensi buatan, yang mengungguli manusia dalam pekerjaan rutin yangmemerlukan ketelitian tinggi, karena mereka tidak mengenal lelah, kantuk, lapar dan haus; meskipunbekerja secara terus-menerus tanpa hentinya mereka tetap melaksanakan pekerjaan dengan akurat.Robotika merupakan suatu cabang barn dalam keteknikan yang maju dengan pesat, karena disadariperlunya diciptakan alat-alat yang dapat menggantikan manusia dalam pekerjaan yang harns dilakukanditengah lingkungan yang sangat mematikan, misalnya karena radiasi atau suhu yang tinggi, dipermukaan planet lain, di dasar samudra yang dalam, atau pada pengintaian dan pemotretan udara yangpenuh resiko dan lain-lainnya.

Teknologi deteksi memang sangat penting bagi kesiapan suatu bangsa dalam bela-din. Iadiperlukan bukan hanya sebagai salafia peringatan dini, tetapi juga untuk pamantauan gerak-geriklawall, dan mengetahui posisi serta mengarahkan robot-robot terkendali ke sasarannya; sistem hidrofonuntuk kapal selam, radar normal atau yang dapat melihat di belakang horison, untuk benda didirgantara dan antariksa, sistem fotografi dengan resolusi yang sangat tinggi dan pengindraanmultispektral untuk sasaran di bumi. Submikroelektronika dan elektronika molekular yang kini sedangdikembangkan merupakan indikasi terhadap kecenderungan teknologi dalam miniaturisasi yangmenjurus pada apa yang mereka sebut sebagai nano-elektronika baik untuk deteksi maupun untukpemrosesan, serta terwujudnya perangkat keras yang berkapasitas gigabit.

3

Tidak kalah pentingnya, pada hemat sara, adalah pengembangan berbagai jenis membran yangdiperlukan daIam berbagai proses,' tak terkecuaii proses osmose-balik (reverse osmosis) meskipuntampaknya hanya untuk memperoleh sediaan air murni saja, karena kita akan memerlukan air bersihyang sangat banyak kuantitasnya dalam abad ke-XXI nanti, mengingat merajalelanya pencemaran dankemsakan Laut Jawa yang hams menampung limbah dari kota-kota disepanjang pantai Jawa, Sumatera,dan Kalimantan yang akan berlipat ganda industrialisasinya, dan dibutuhkannya air bersih di pulau-polan yang tersebar di selumh Nusantara,

3. Dmu Pengetahuan yang diperlukan

Sebagaimana diketahui, teknologi abad ke-XX ini bertumpu pada fisika daD kimia modem,yang didukung pengertian yang mendalam tentang struktur daD mekanisme atom serta molekul berkatperkembangan mekanika kuantum dalam fisika, daD kehadiran komputer. Memang tak dapat disangkalbahwa teknik kimia, elektro, mesin daD segenap teknologi yang ada, yang menghasilkan kekayaanmelimpah yang diproduksi industri dewasa ini, mempunyai akar yang kuat dalam fisika daD kimia yangdidukung oleh metode numerik dalam matematika yang diterapkan dalam komputer. Dengan telahterungkapnya struktur DNA pada sel rnahkluk hidup sejak tiga dasawarsa yang lalu, berkat tersedianyateknik fisika dan kimiawi serta peralatan yang canggih, berkembanglah kini biologi modem.

Perkembangan ini sejalan dengan kecendemngan manusia untuk meneliti struktur renik yangmendasari sistem makro, dan kegiatan riset biologi molekular mulai menonjol hingga biologi modernmenampakkan diri sebagai cabang sains barn yang akan memegang peranan penting, bersama-samadengan fisika dan kimia modern, dalam abad ke-XXI nanti. Biologi molekular perlu dikembangkan danditerapkan dalam rekayasa genetik untuk pemuliaan tanaman atau hewan disamping teknik kloning,kultur jaringan, fusi-inti, transfer embrio, dan lain-lainnya yang akan menjamin tersedianya tanamanserta hewan bermutu ungguI. Bioteknologi memberikan harapan besar juga dalam bidang farmasi danindustri makanan. Sedangkan neuro-fisiologi sangat penting bagi pengembangan inteligensi-buatandisamping pengetahuan tentang fungsi dan mekanisme jaringan syaraf.

Dari ungkapan di atas jelaslah bahwa dalam rangka penguasaan daD penggunaan teknologidalam abad yang akan kita masuki nanti, kita hams berpartisipasi secara aktif dalam pengembangandaD penguasaan sains modem khususnya bidang fisika, kimia daD biologi (disamping matematika yangmendasari metode komputasi):

a) Biologi molekular, biokimia, daD mikrobiologi, yang diperlukanmendukung rekayasa genetik dan bioteknologi,

b) Fisika zat-mampat, fisika-permukaan, daD fisika lapisan-tipiskembangan sains daD teknologi material barn,

c) Superkonduksi dan semikonduksi, yang penting bagi sains material untukelektronika komunikasi maupun komputer,

d) Fotonika, termasuk optika-serat daD optoelektronika, untuktelekomunikasi, komputer super cepat.

untuk

untuk per

nano-

teknologi laser,

Kegiatan tersebut haJ:Us juga dilengkapi dengan aktivitas dalarn bidang neurofisiologi baikuntuk kepentingan kedokteran rnaupun untuk teknologi super-komputer; dalam sains kelautan yangmeliputi pengetahuan geologis, mineralogis daD biologis bagi pemanfaatan sumberdaya alarn yangbersangkutan; juga dengan kegiatan di bidang rnaternatik, terrnasuk metode numeris, yang diterapkandalarn komputasi dengan superkomputer. Sudah barang tentu adanya penekanan kegiatan diberbagaibidang sains dan maternatika ini mempunyai konsekuensi yang luas pada kurikulum maupun strukturorganisasi di universitas, dan di sekolah menengah yang mempersiapkan calon-calon rnahasiswanya.

Sara sangat gembira melihat kepedulian Pemerintah kini untuk membiayai kegiatan riset, baikilmu pengetahuan dasar maupun terapan, dan pengembangan teknologi generik serta teknik produksiyang berbentuk RUT, RUK, RUSNAS, URGE dan lain sebagianya. Kini terserah pada para ilmuwanuntuk memanfaatkan peluang ini sebaik-baiknya.

4

4. Peranan Sains Material

Dari uraian diatas tampak pacta kita bahwa Sains Material amat besar perananya dalampenelitian maupun pengembangan dalam industri, karena bidang tersebut menghasilkan bahan-bahancanggih yang diperlukan bagi pembuatan alat-alat serta produk dalam perindustrian. Kecenderunganyang tampak adalah kearah ultra miniaturisasi menuju nano-elektronika, dan kearah pemumian bahan-bahan khusus yang beraneka ragam jenisnya. Kecuali itu tidaklah dapat disembunyikan keinginan paraahli untuk mempergunakan komponen-komponen-dasar makhluk hidup sebagai bahan-pintar (inteligentmaterials) untuk pembuatan produk tertentu.

Sara tidak akan memperpanjang pembicaraan dengan menyinggung material magnetik yangcenderung berbentuk partikel dan selaput tipis, atau seTal optik beserta sistem lasemya dan sistemamplifikasi sinyalnya serta percabangan salurannya, tetapi akan mengungkapkan perlunyadikembangkan kata~isator yang beraneka ragam yang diperlukan reaksi kimiawi didalam prosesproduksi, termasuk sel bahan bakar yang dapat mengkonversikan bahan bakar langsung kedalam energilistrik dengan efisiensi yang amat tinggi. Sara cenderung untuk mendorong pengembangannya,mengingat ditemukannya gas metan dalam jumlah yang besar di pulau Natuna yang konon tercampurdengan gas dioksida karbon dengan kadar 70 %. Tidaklah rasional bagi sara untuk memasukkankembali gas ini kedalam tanah dengan biaya, katanya USD 9 milyar!. Juga tidak dapat sara bayangkanbetapa hebohnya masyarakat nanti apabila gas tersebut akan diolah dengan hidrogen dalam reaktor suhutinggi yang teknologinya dan operasinya belum pemah kita kenaI, menjadi metan. Pada hemal sara selbahan bakar (fuel cell) merupakan pilihan yang bijaksana, karena sangat efisien dan beroperasi padasuhu diatas 500 derajat. Kecuali itu sistem ini bersifat modular sehingga sangat luas dalampenggunaannya di pedesaan, di pulau yang terpencil, maupun di daerah perindustrian.

5