Sebuah terobosan teknologi baru berhasil dikembangkan oleh para peneliti dari Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) dengan menciptakan membran tipis bertenaga matahari yang mampu melayang secara mandiri di lapisan atmosfer bagian atas Bumi. Membran ini berpotensi menjadi alat canggih untuk menjelajahi wilayah atmosfer yang selama ini sulit dijangkau oleh teknologi konvensional.
Teknologi Membran Tipis dan Prinsip Fotoforesis
Membran tipis berdiameter 1 sentimeter ini terbuat dari aluminium oksida yang dilapisi kromium dan beroperasi berdasarkan fenomena fisika yang disebut fotoforesis. Prinsip fenomena ini terjadi ketika satu sisi material menghangat lebih tinggi dibanding sisi lainnya akibat paparan cahaya, sehingga molekul gas yang bertabrakan di sisi panas memberikan dorongan kecil yang mampu mengangkat dan menjaga membran melayang. Eksperimen yang menggunakan cahaya buatan dengan intensitas 55 persen dari matahari ini membuktikan bahwa perangkat tersebut dapat berfungsi optimal dalam kondisi ruang vakum sekaligus di atmosfer bagian atas.
Ben Schafer, salah satu peneliti utama proyek ini, menegaskan pentingnya capaian ini. “Itu adalah hasil besar yang menunjukkan bahwa metode ini benar-benar bisa bekerja dalam kondisi di atmosfer bagian atas,” ungkapnya dikutip dari Live Science. Hal ini membuka jalan bagi aplikasi yang selama ini dianggap sulit atau mustahil, khususnya untuk eksplorasi atmosfer pada ketinggian tertentu.
Menembus Wilayah Atmosfer "Ignorosfer"
Wilayah atmosfer yang disebut ignorosfer, terletak antara ketinggian 50 hingga 160 kilometer di atas permukaan Bumi, merupakan area yang sulit dijangkau teknologi saat ini. Wilayah ini terlalu tinggi untuk pesawat terbang dan terlalu rendah untuk satelit orbit rendah, sehingga data mengenai kondisi atmosfer di sini sangat jarang dan hanya diperoleh sesekali melalui penggunaan roket sonda.
Menurut Schafer, kemampuan membran tipis ini untuk terbang dan bertahan dalam ignorosfer dapat merevolusi pengumpulan data iklim dan atmosfer. “Jika kita bisa mengirim perangkat ke sana, data yang diperoleh akan jauh lebih akurat,” ujarnya. Wilayah ignorosfer sangat penting karena merupakan tempat terjadinya berbagai fenomena atmosfer krusial, seperti aurora, badai geomagnetik yang berpotensi mengganggu listrik dan satelit, serta tempat terjadinya pembakaran satelit ketika memasuki atmosfer.
Selain itu, data tentang angin, suhu, dan tekanan dari lapisan ini sangat dibutuhkan guna meningkatkan akurasi model iklim global yang kini masih terbatas oleh kurangnya informasi langsung dari lokasi tersebut.
Pengembangan Startup dan Misi Komersialisasi
Untuk mengakselerasi pengembangan teknologi ini, Schafer bersama koleganya Angela Feldhaus mendirikan startup bernama Rarefied Technologies. Mereka bertujuan melakukan uji coba nyata di atmosfer dan membuka potensi komersialisasi perangkat ini.
Perangkat membran besar kira-kira berukuran 6 sentimeter akan dilepaskan dari balon stratosfer di ketinggian sekitar 50 kilometer. Setelah itu, membran akan melayang naik secara pasif hingga mencapai 100 kilometer, di area ignorosfer. Teknologi ini memungkinkan perangkat bertahan melayang indah pada siang hari dan turun sedikit saat malam sebelum kembali naik saat matahari terbit.
Profesor David Keith dari University of Chicago, yang pernah membimbing Schafer, menyatakan dukungannya terhadap penelitian ini. “Ini adalah pertama kalinya ada yang berhasil membangun struktur fotoforetik berukuran besar dan benar-benar membuatnya terbang di atmosfer. Penemuan ini membuka kelas perangkat baru pasif, digerakkan oleh sinar matahari, dan sangat cocok untuk menjelajahi atmosfer bagian atas,” ujarnya.
Potensi Aplikasi pada Sistem Komunikasi
Selain manfaat riset iklim, teknologi membran tipis ini juga memiliki potensi untuk bidang komunikasi. Schafer menjelaskan, “Jika perangkat ini dipasangi paket komunikasi kecil dan diterbangkan ke mesosfer, kemampuannya bisa menyaingi kecepatan data dari satelit orbit rendah.”
Namun, masih terdapat sejumlah tantangan teknis yang harus diatasi, antara lain mengembangkan perangkat yang lebih ringan dan berukuran lebih besar agar bisa membawa muatan komunikasi serta sistem navigasi agar posisi perangkat dapat stabil di atas satu titik tertentu di permukaan Bumi.
Pengembangan inovasi ini menandai langkah maju dalam eksplorasi atmosfer bagian atas sekaligus membuka peluang baru bagi pengumpulan data atmosferik yang lebih detail dan efisien. Dengan riset lanjutan dan penyempurnaan teknis, membran tipis bertenaga matahari ini dapat menjadi pionir perangkat pasif revolusioner yang memanfaatkan energi matahari untuk operasi dalam kondisi ekstrem di lapisan atmosfer yang selama ini sulit dimasuki.
