• LATEST
    • A PHP Error was encountered

      Severity: Notice

      Message: Undefined variable: latest

      Filename: views/_header.php

      Line Number: 48

      A PHP Error was encountered

      Severity: Warning

      Message: Invalid argument supplied for foreach()

      Filename: views/_header.php

      Line Number: 48


Telson Udang Mantis: Ilham ‘Prisai’ Terhadap Ledakan & Benturan

'Perisai' makhluk laut akhir-akhir ini mengilhami ilmuwan untuk menciptakan bahan-bahan tahan terhadap ledakan atau ‘perisai biologis’ yang lebih tipis, lebih ringan, dan lebih kuat. Misalnya, baru-baru ini riset eksperimen kolaborasi ahli (Nicholas A. Yaraghi, et al, 2019) dari University of California, Purdue University, The University of Texas at San Antonio, dan University of California di Amerika Serikat (AS), menemukan rahasia telson--pelengkap ekor mirip prisai-- udang mantis (mantis shrimp) di lautan, menyerap pukulan dari dirinya tanpa cedera atau retak-retak.

Proyek riset eksperimen dan kajian itu didanai oleh Air Force Office of Scientific Research di Amerika Serikat dan dirilis oleh jurnal Advanced Functional Materials, 2019 (Nicholas A. Yaraghi, Adwait A. Trikanad, David Restrepo, Wei Huang, Steven Herrera, Roy L. Caldwell, Pablo D. Zavattieri, David Kisailus, “The Stomatopod Telson: Convergent Evolution in the Development of a Biological Shield”, 2019).

Manfaat penemuan itu antara lain menciptakan struktur dari bahan-bahan jauh lebih ringan yang menyerap sebagian besar energi dari dampak benturan langsung-keras dalam suatu ruang terbatas; misalnya struktur pelindung kargo, bahan pelindung penumpang jika terjadi kecelakaan mobil, atau pelindung obyek-obyek selama transportasi jarak-jauh hingga bahan tahan ledakan atau pelindung prajurit di medan tempur.

Proyek riset dan penemuan itu melibatkan banyak ahli yaitu (1) Nicholas A. Yaraghi, PhD, asal University of California, Riverside, California (Amerika Serikat); (2) Adwait A. Trikanad asal Purdue University, West Lafayette, IN (Amerika Serikat); (3) David Restrepo asal Purdue University, West Lafayette, IN dan The University of Texas at San Antonio, San Antonio, TX (Amerika Serikat); (4) Wei Huang asal University of California, Riverside, Riverside, California (Amerika Serikat); (5) Steven Herrera asal University of California, Riverside, Riverside, California (Amerika Serikat);(6) Roy L. Caldwell asal University of California, Berkeley, Berkeley (Amerika Serikat); (7) Profesor Pablo D. Zavattieri asal Purdue University, West Lafayette, IN (Amerika Serikat); dan (8) Profesor David Kisailus asal University of California, Riverside, California (Amerika Serikat).

Profesor Pablo D. Zavattieri dan Profesor David Kisailus, ahli rekayasa-lingkungan dan kimia, dan The Winston Chung Endowed Chair of Energy Innovation pada UC Riverside (Amerika Serikat), sebelumnya mengobservasi struktur helicodial yang sama dalam pelengkap dactyl club udang mantis smasher, yang menyerang telson dengan kecepatan peluru kaliber 22 (James C. Weaver, Garrett W. Milliron, Ali Miserez, Kenneth Evans-Lutterodt, Steven Herrera, Isaias Gallana, William J. Mershon, Brook Swanson, Pablo Zavattieri, Elaine DiMasi, David Kisailus, “The Stomatopod Dactyl Club: A Formidable Damage-Tolerant Biological Hammer”, Science, June 8, 2012: Vol. 336 no. 6086 pp. 1275-1280).

Profesor David Kisailus dan timnya (2012) membedah dactyl club dari 15 udang Mantis dan menggunakan mikroskop elektron dan x-ray untuk mengamati strukturnya. Hasilnya, bagian luar alat pemukul udang mantis terdiri dari kristalisasi mineral hidroksiapatit dengan konsentrasi sangat tinggi. Hidroksiapatit adalah material utama tulang dan gigi manusia. Lapisan bawahnya mengandung hidroksiapatit tidak mengkristal. Lapisan paling dalam mengandung kitin berbentuk heliks; di antara lapisan-lapisan kitin tersebut juga terdapat hidroksiapatit. Pada saat udang mantis memukul dan terjadi retakan pada bagian pemukulnya, ketiga lapisan tersebut dapat mencegah retakan menyebar;  sehingga organ pemukul tetap utuh.

Dalam riset eksperimen terbaru bersama koleganya, Pablo D. Zavattieri dkk (2019), Profesor David Kisailus mengakui bahwa kemampuan alamiah struktur biologis udang mantis menyerap energi benturan. “We realized that if these organisms were striking each other with such incredible forces, the telson must be architected in such a way to act like the perfect shield. Not only did the telson of the smasher contain the helicoid microstructure, but there were significantly more energy-absorbing helicoidal layers in the smashing type than the spearing type,” ungkap Profesor David Kisailus (Purdue University, 11/6/2019).

Udang mantis (mantis shrimp), krustasea-laut yang agresif, mampu berburu cepat dan kuat; dengan pelengkap-pelengkap raptorial (raptorial appendages) sangat khusus, udang mantis menyerang dan membunuh mangsa dengan kecepatan dan kekuatan luar-biasa. Udang mantis  melindungi diri dengan prisai-baja telson terhadap serangan cepat dan sangat kuat selama pertarungan dengan musuhnya. Ini kurang banyak diketahui oleh para ilmuwan selama ini.

Nicholas A. Yaraghi et al (2019) pada lab David Kisailus di University of California, Riverside (Amerika Serikat) dan lab Pablo Zavattieri pada Purdue University (Amerika Serikat) meneliti pola hubungan properti struktur-mekanis multi-skala dari komposisi biologis telson udang mantis, yang toleran-kerusakan. Tim peneliti  hendak menyingkap, potensi alamiah telson udang mantis menahan tiap impak energi-tinggi yang berulang-ulang terhadap dirinya.

Tim ilmuwan itu membandingkan struktur-struktur telson spesies jenis smashing, Odontodactylus scyllarus, dan spesies-spesies jenis spearing yang kurang agresif, Lysiosquillina maculata. Tujuannya, memahami lebih baik tekanan-tekanan ekologis yang memicu pembentukan dan penggunaan telson udang mantis sebagai ‘prisai biologis’ (biological shield) (Nicholas A. Yaraghi et al (2019).

Nicholas A. Yaraghi et al (2019) mengidentifikasi kekakuan kompresif jauh lebih tinggi  dalam telson smasher. Ini berhubungan dengan morfologi-makro cekung, kutikula lebih tebal, dan tingkat mineralisasi lebih tinggi dalam exocuticle dari telson smasher. Sedangkan bubung-bubung (ridges) pada permukaan punggungnya, dapat menyerap energi (compliance for energy absorption). Hasil analisis fraktur mengidentifikasi mekanisme crack-twisting dalam telson smasher, menguat atau menjadi makin kuat. Ini berkaitan dengan mikro-arsitektur berserat helicoidal bertingkat dari telson smasher. Penemuan ini bermanfaat untuk desain atau manufaktur bahan komposit ringan yang lentur, multifungsi, dan toleran-kerusakan.

Telson dapat menjadi perisai teritorial bagi spesies “smasher” atau sekop penggali atau perangkat sodok / penusuk mangsa bagi spesies “spearer”. Hasil riset tim ilmuwan itu menemukan bahwa telson smasher lebih baik dari telson spearer, melindung udang mantis; telson smasher memiliki carinae atau bubung-bubung kurva pada sisi luarnya dan satu struktur helicoidal berbentuk seperti tangga spiral pada bagian dalamnya.

Tim ilmuwan pada University of California, Riverside (Amerika Serikat), melakukan uji pada kedua jenis telson udang mantis--smasher dan spearer—dan replika-replika telson pada cetak 3D. Hasilnya menunjukkan bahwa carinae memperkeras pelindung smasher dan memudahkannya melentur ke arah bagian dalam. Dengan carinae dan struktur helicoidal—mencegah keretakan-keretakan akibat benturan--, “prisai” udang mantis mampu menyerap sejumlah besar energi tanpa retak atau pecah saat melakukan serangan.

Sedangkan tim ilmuwan asal Purdue University (Amerika Serikat) memvalidasi peran carinae melalui model komputasi, mensimulasikan serangan satu udang mantis terhadap telson undang mantis lainnya. Hasilnya, tim ilmuwan itu menemukan jenis spesies dengan fitur antara smasher dan spearer guna mengkaji telson terbaik bagi perlindungan udang mantis.

“We started with the telson of the spearer and gradually added features that start looking like the smasher. The smasher shield is clearly more ideal for preventing impact from reaching the rest of the body, which makes sense because the mantis has organs all the way to its tail,” ungkap Profesor Pablo D. Zavattieri, ahli civil engineering pada Purdue University (Purdue University, 11/6/2019).

Tim ilmuwan Zavattieri dkk memadukan mekanisme perbanyakan retak dari arthropoda exoskeletons ke dalam pasta semen 3D-cetak, bahan utama beton dan mortar berbagai elemen infrastruktur. Lab Zavattieri juga hendak menguji-coba keunggulan carinae dan struktur helicoidal udang mantis. “The dactyl club is bulky, while the telson is very lightweight. How do we make protective layers, thin films and coatings for example, that are both stronger and lighter?” papar Profesor Pablo D. Zavattieri (Purdue University, 11/6/2019).

Oleh: Servas Pandur