Para peneliti dari University of Leicester berhasil mengembangkan teknologi jubah tak terlihat yang bekerja dengan membelokkan medan magnet di sekitar objek nyata. Teknologi ini memungkinkan objek dengan bentuk kompleks untuk “tersembunyi” dari deteksi medan magnet menggunakan material yang sudah tersedia secara komersial.
Selama hampir dua dekade, ilmuwan berusaha menghilangkan jejak medan magnet pada objek menggunakan lapisan bahan khusus. Namun, percobaan sebelumnya hanya berhasil pada bentuk objek yang ideal seperti silinder atau bola. Bentuk tidak beraturan, seperti kabel listrik atau perangkat industri dengan sudut tajam, biasanya menimbulkan distorsi medan dan membuat jubah magnetik gagal berfungsi.
Cara Kerja Jubah Magnetik
Jubah magnetik terdiri dari dua lapisan bahan utama. Lapisan dalam berupa superkonduktor yang menolak medan magnet sehingga medan tersebut terdorong menjauh. Lapisan luar menggunakan bahan feromagnetik lunak yang memiliki kemampuan mengarahkan kembali garis medan magnet agar seolah-olah mengelilingi objek secara mulus.
Ketika kedua lapisan ini bekerja secara sinergis, medan magnet di luar objek tetap tampak tidak terganggu. Dengan demikian, objek yang tertutup oleh jubah tersebut tidak dapat dideteksi oleh sensor medan magnet di luar jubah. Konsep ini sebelumnya terbukti efektif untuk bentuk-bentuk simetris seperti tabung dan bola berlapis superkonduktor dan feromagnetik.
Tantangan Bentuk Tidak Beraturan
Peneliti menghadapi kendala utama pada geometri objek. Bentuk tidak beraturan seperti sudut tajam atau tepi tidak rata menyebabkan distribusi medan magnet tidak merata. Sistem jubah magnet tradisional yang menggunakan bahan feromagnetik dengan permeabilitas seragam tidak mampu mengatasi distorsi ini.
Tim peneliti dari Leicester menggunakan metode baru yang memanfaatkan algoritma optimasi berbasis persamaan Maxwell lengkap. Metode ini memungkinkan pencarian profil permeabilitas magnetik yang berbeda-beda pada setiap bagian lapisan feromagnetik. Pencarian ini didasarkan pada bentuk objek sehingga medan magnet di luar jubah bisa dipulihkan agar tetap alami.
Eksperimen Bentuk Sederhana Hingga Kompleks
Untuk menguji akurasi metode tersebut, mereka pertama kali melakukan simulasi pada silinder berongga berselubung lapisan feromagnetik. Hasil simulasi cocok dengan solusi teoritis klasik dengan akurasi lebih dari 99 persen.
Selanjutnya, tim menguji pada objek berbentuk pipa persegi dan pipa berbentuk belah ketupat. Hasil menunjukkan medan magnet berinteraksi berbeda pada kedua bentuk ini. Pada pipa persegi, medan mengenai sisi datar lurus. Pada pipa belah ketupat, medan bertemu sudut tajam secara miring.
Algoritma optimasi mampu mengatur permeabilitas magnetik lapisan luar agar medan magnet menyebar kembali ke jalur semula, menghasilkan distorsi yang sangat kecil. Pada pipa belah ketupat, tingkat distorsi medan menurun menjadi sekitar 0,01 persen, sementara pada pipa persegi menurun sekitar 0,31 persen.
Membuat Desain yang Praktis dan Dapat Diproduksi
Desain jubah yang sangat sempurna biasanya memerlukan perubahan permeabilitas yang ekstrim dan tajam pada lapisan feromagnetik. Kondisi ini sulit diterapkan pada material nyata. Untuk itu, peneliti menambahkan proses regularisasi dalam algoritma optimasi supaya variasi permeabilitas lebih halus.
Walau sedikit mengurangi keefektifan jubah, desain dengan profil permeabilitas halus telah jauh lebih memungkinkan untuk dibuat. Misalnya, nilai puncak permeabilitas pada lapisan feromagnetik turun drastis dari sekitar 80 menjadi 11 untuk pipa persegi. Penyesuaian ketebalan lapisan feromagnetik juga mempengaruhi kebutuhan nilai permeabilitas dengan mengurangi ekstrimnya variasi material.
Uji pada Geometri Kabel Listrik Nyata
Peneliti juga menerapkan metode ini pada objek dengan bentuk yang terinspirasi oleh kabel listrik tegangan tinggi, yang memiliki penampang multi-lobus dan bentuk tak beraturan. Lapisan superkonduktor saja menghasilkan perlindungan yang tidak merata dengan area medan magnet yang sangat berbeda intensitasnya.
Namun, kombinasi lapisan superkonduktor dan feromagnetik hasil optimasi mampu mengembalikan medan magnet di sekitar objek agar mendekati pola aslinya dengan kesalahan hanya beberapa persen. Simulasi dilakukan pada kondisi frekuensi rendah yang sesuai dengan lingkungan sistem tenaga listrik dan teknologi lain seperti sistem pencitraan medis.
Dampak dan Peluang Ke depan
Penelitian ini menandai kemajuan besar dalam pengembangan jubah tak terlihat magnetik yang dapat diproduksi untuk bentuk objek nyata dan rumit. Teknologi ini potensial untuk melindungi peralatan sensitif di bidang kedokteran, sistem tenaga, dan laboratorium ilmiah.
Kostumisasi jubah magnetik dapat mencegah interferensi magnet pada instrumen medis, menjaga kestabilan lingkungan elektromagnetik pada fasilitas penelitian, hingga melindungi perangkat teknologi canggih seperti sensor kuantum dan reaktor fusi.
Tim peneliti kini berencana membuat prototipe nyata dengan menggunakan pita superkonduktor suhu tinggi dan komposit magnetik lunak. Langkah ini diperlukan untuk menguji efektivitas jubah di dunia nyata dan mengembangkan aplikasinya lebih jauh.
Hasil penelitian ini telah dipublikasikan di jurnal Science Advances dan membuka jalan bagi solusi pelindung magnetik modern yang sebelumnya sulit diwujudkan karena keterbatasan bentuk dan material.
