Meniru Rancangan yang Menakjubkan dari Kehidupan

Balita sering kali terjatuh dan kepalanya terbentur. Anak-anak yang lebih besar biasanya jatuh dari pohon dan sepeda. Para atlet sering bertabrakan di lapangan. Pengemudi mengalami kecelakaan yang tak terhitung banyaknya. Namun, sekalipun kita terjatuh, terbentur, dan tertabrak, sering kali kita tidak sampai mengalami cedera serius. Kita pun cenderung menyepelekan ketangguhan dan daya tahan tubuh kita. Tetapi, sebagaimana mulai diketahui para ilmuwan, dari tulang hingga kulit, kita adalah hasil rancangan yang benar-benar cemerlang.

SEBENARNYA, perpaduan kekuatan dan ketangguhan—dengan berat yang relatif ringan—dapat terlihat di alam. Anak pohon yang lunak menembus retakan beton dan cadas, mendesak retakan itu hingga jebol seraya ia tumbuh menjadi pohon yang subur. Selanjutnya, pohon dapat bertahan melawan angin yang menumbangkan tiang listrik dan menghancurkan rumah-rumah. Burung pelatuk melubangi kayu sedemikian rupa sehingga kepala mereka mendapat tekanan yang dapat melumatkan otak biasa. Kulit buaya dan aligator dapat membuat tombak, anak panah, dan bahkan peluru terpental. (Bandingkan Ayub 41:1, 26.) Hal-hal seperti ini telah mencengangkan manusia selama ribuan tahun.

Selama 40 tahun terakhir, kemajuan besar dalam bidang teknologi telah memberi para ilmuwan peralatan-peralatan baru yang sangat ampuh untuk meneliti rahasia di balik rancangan-rancangan ini, yang sebagian besar tersembunyi jauh di dalam sel hidup. Pada skala mikroskopis ini, kualitas rancangan itu benar-benar memesona dan mencengangkan dalam hal kerumitannya. Akan tetapi, tujuan sains bukan sekadar untuk menyingkapkan rahasia di balik material-material alam yang menakjubkan, melainkan untuk menirunya—setidaknya dari prinsip umumnya. Bidang penelitian ini memberi harapan yang sedemikian besar sehingga terciptalah sebuah ilmu sains baru yang disebut biomimetika, dari kata Yunani bios, berarti ”kehidupan”, dan mimesis, berarti ”tiruan”.

Biomimetika Menjanjikan Suatu Dunia yang Lebih Baik

”Biomimetika adalah ilmu yang meneliti struktur biologis [dan] fungsi-fungsinya,” jelas buku Biomimetics: Design and Processing of Materials. Buku ini menambahkan bahwa bidang ilmu ini bertujuan ’merangsang gagasan-gagasan baru dan mengembangkannya menjadi sistem sintetis yang mirip dengan yang ada pada sistem biologis’.

Ilmuwan Stephen Wainwright mengatakan bahwa ”biomimetika akan mencakup biologi molekuler dan menggantikannya sebagai ilmu sains biologis yang paling penting dan menantang pada abad ke-21”. Profesor Mehmet Sarikaya menyatakan, ”Kita sedang berada di ambang suatu revolusi material yang akan sebanding dengan Abad Besi dan Revolusi Industri. Kita sedang melompat menuju suatu era baru dalam hal material. Dalam abad berikutnya, saya kira biomimetika akan banyak mengubah cara hidup kita.”

Sebenarnya, biomimetika telah mulai mengubah dunia ini, sebagaimana akan kita lihat. Tetapi, pertama-tama, marilah kita melihat sekilas beberapa hal mengagumkan yang belum dipahami namun sedang diteliti oleh para ilmuwan. Kita juga akan memeriksa implikasi di balik kata ”rancangan” yang menggugah pikiran kita, dan melihat bagaimana hal ini memberi arti bagi dunia menakjubkan di sekeliling kita.

Belajar dari Rancangan di Alam

”Banyak temuan terbaik kita ditiru dari, atau telah digunakan oleh, makhluk hidup lain.”​—Phil Gates, Wild Technology.

SEBAGAIMANA disebutkan dalam artikel sebelumnya, ilmu sains biomimetika bertujuan menghasilkan material dan mesin yang lebih rumit dengan meniru alam. Alam menghasilkan produk-produknya tanpa menyebabkan polusi, dan produk-produk ini cenderung tangguh dan ringan, namun luar biasa kuat.

Misalnya, kalau dihitung dari beratnya, tulang lebih kuat daripada baja. Apa rahasianya? Sebagian rahasianya terletak pada bentuk tulang yang direkayasa dengan sangat baik, tetapi alasan kuncinya terletak lebih dalam lagi​—pada tingkat molekuler. ”Keberhasilan organisme hidup terletak pada rancangan dan perakitan komponen-komponennya yang terkecil,” jelas Gates. Setelah meneliti komponen-komponen terkecil ini, para ilmuwan berhasil memisahkan senyawa-senyawa yang membuat produk-produk alam, dari tulang hingga sutra, memiliki kekuatan dan keringanan yang membuat iri manusia. Mereka menemukan bahwa senyawa-senyawa ini adalah berbagai bentuk komposit alam.

Keajaiban Komposit

Komposit adalah material padat yang dihasilkan sewaktu dua senyawa atau lebih berpadu membentuk suatu senyawa baru dengan sifat-sifat yang lebih unggul daripada unsur-unsur semulanya. Contohnya adalah serat kaca komposit sintetis, atau fiberglass, yang umumnya digunakan pada badan kapal, tongkat pancing, anak panah, dan peralatan olahraga lainnya.a Fiberglass dibuat dengan memasukkan serat-serat kaca yang halus ke dalam matriks plastik (disebut polimer) yang cair atau berupa agar-agar. Sewaktu polimer tersebut mengeras, hasil akhirnya adalah komposit yang ringan, kuat, dan lentur. Dengan mengubah jenis serat dan matriksnya, banyak sekali jenis produk yang dapat dihasilkan. Tentu saja, komposit buatan manusia masih kasar dibandingkan dengan yang secara alami terdapat dalam tubuh manusia, binatang, dan tumbuhan.

Dalam tubuh manusia dan binatang, sebaliknya dari serat kaca atau karbon, suatu protein berserat yang disebut kolagen menjadi bahan dasar komposit yang memberi kekuatan pada kulit, usus, tulang rawan, tendon, tulang, dan gigi (kecuali pada email).b Sebuah karya referensi melukiskan bahwa komposit dari kolagen ”termasuk material komposit yang paling mutakhir dalam hal struktur yang diketahui”.

Sebagai contoh, perhatikan tendon, yang mengikat otot ke tulang. Tendon sangat mengagumkan, bukan hanya karena ketangguhan serat kolagennya, melainkan juga karena serat-serat ini dianyam secara cemerlang. Dalam buku Biomimicry, Janine Benyus menulis bahwa tendon yang utuh ”memiliki lapisan demi lapisan yang tersusun dengan ketepatan yang nyaris tak terbayangkan. Tendon pada lengan depan Anda merupakan seikat kabel terpilin, seperti kabel yang digunakan pada jembatan gantung. Setiap kabel itu sendiri merupakan ikatan terpilin dari kabel-kabel yang lebih tipis lagi. Setiap kabel yang lebih tipis ini sendiri merupakan ikatan terpilin dari molekul-molekul yang, tentu saja, merupakan ikatan heliks terpilin dari atom-atom. Lagi-lagi tersingkap keindahan matematis.” Ia mengatakan bahwa itu adalah ”kecemerlangan dalam bidang rekayasa”. Apakah mengherankan bila para ilmuwan mengaku tergugah oleh rancangan alam?​—Bandingkan Ayub 40:15, 17.

Seperti telah disebutkan, komposit buatan manusia kalah jauh dibandingkan dengan komposit alam. Meskipun demikian, material sintetis adalah produk yang mengagumkan. Sebenarnya, itu termasuk di antara sepuluh prestasi dalam bidang rekayasa yang paling menonjol dalam 25 tahun terakhir. Misalnya, komposit dari serat grafit atau karbon telah menghasilkan generasi baru komponen pesawat terbang dan pesawat luar angkasa, peralatan olahraga, mobil balap Formula Satu, kapal layar balap, dan anggota badan tiruan yang ringan—ini baru sebagian kecil dari daftar yang kian bertambah panjang dengan cepat.

Blubber Ajaib yang Serbaguna

Meskipun tidak disadari oleh ikan paus dan lumba-lumba, tubuh mereka sebenarnya terbungkus dalam suatu jaringan ajaib—blubber, sejenis lemak. ”Barangkali, blubber pada ikan paus merupakan material paling serbaguna yang kita kenal,” kata buku Biomimetics: Design and Processing of Materials. Seraya menjelaskan alasannya, buku itu menambahkan bahwa blubber merupakan peralatan apung yang mengagumkan sehingga membantu ikan paus muncul ke permukaan untuk bernapas. Bagi mamalia berdarah panas ini, blubber merupakan penyekat yang sangat baik terhadap dinginnya samudra. Blubber juga merupakan cadangan makanan terbaik selama migrasi tanpa makan sejauh ribuan kilometer. Sebenarnya, kalau dihitung dari beratnya, lemak menghasilkan dua hingga tiga kali lipat energi daripada protein dan gula.

”Blubber juga merupakan material yang sangat kenyal seperti karet,” menurut buku tersebut. ”Menurut perkiraan kita yang terbaik sekarang ini, sewaktu blubber kembali ke bentuk semula setelah ditekan dan direntangkan setiap kali paus mengibaskan ekornya, percepatan yang dihasilkan dapat menghemat hingga 20% energi yang dikeluarkan selama paus berenang terus-menerus untuk waktu yang lama.”

Selama berabad-abad, blubber telah dipanen orang, namun baru belakangan ini diketahui bahwa kira-kira setengah volume blubber terdiri dari anyaman rumit serat kolagen yang membungkus setiap binatang. Meskipun para ilmuwan masih mencoba memahami cara kerja paduan komposit lemak ini, mereka yakin bahwa mereka telah menemukan satu lagi produk ajaib yang akan banyak kegunaannya jika dihasilkan secara sintetis.

Rekayasa Jenius Berkaki Delapan

Pada tahun-tahun belakangan ini, para ilmuwan juga telah meneliti laba-laba. Mereka sangat berminat mengetahui bagaimana laba-laba menghasilkan benang sutranya, yang juga adalah sejenis komposit. Memang, ada banyak serangga yang menghasilkan benang sutra, tetapi benang sutra laba-laba memiliki keistimewaan. Ia termasuk material terkuat di bumi, sampai-sampai seorang penulis sains menyebutnya ”material impian”. Sutra laba-laba sedemikian unggulnya sehingga kita nyaris tidak percaya bila melihat daftar sifat-sifatnya yang mengagumkan.

Mengapa para ilmuwan sedemikian mengagumi benang sutra laba-laba? Selain lima kali lebih kuat daripada baja, sutra laba-laba juga sangat elastis​—suatu kombinasi material yang jarang. Sutra laba-laba dapat merentang 30 persen lebih panjang daripada nilon yang paling elastis. Namun, ia tidak melenting seperti trampolin sehingga melemparkan makanan si laba-laba ke udara. ”Dalam skala manusia,” kata Science News, ”sebuah jaring laba-laba yang menyerupai jaring nelayan dapat menangkap sebuah pesawat terbang penumpang.”

Jika kita dapat meniru keajaiban kimia laba-laba—dua spesies bahkan menghasilkan tujuh jenis sutra—bayangkan saja kegunaannya! Sabuk pengaman yang jauh lebih baik, serta benang jahit luka, jaringan ikat tiruan, kabel yang ringan, dan kain antipeluru, ini hanyalah beberapa kemungkinannya. Para ilmuwan juga sedang mencoba memahami bagaimana laba-laba membuat sutra sedemikian efisiennya​—dan tanpa menggunakan bahan kimia yang beracun.

Persneling dan Mesin Jet Alam

Persneling dan mesin jet memungkinkan dunia sekarang terus bergerak. Tetapi, tahukah Anda bahwa alam juga mengalahkan kita dalam hal rancangan ini? Misalnya, perhatikan persneling. Persneling memungkinkan kita mengganti gigi kendaraan sehingga mesin mobil dimanfaatkan seefisien mungkin. Demikian pula yang dilakukan persneling alam, meskipun ia tidak menghubungkan mesin ke roda. Sebaliknya, ia menghubungkan sayap ke sayap! Di mana kita dapat menemukannya? Pada lalat rumah. Lalat memiliki persneling tiga gigi yang menghubungkan sayap-sayapnya, memungkinkannya mengganti gigi sambil terbang!

Cumi-cumi, gurita, dan nautilus, semuanya memiliki semacam pendorong jet yang melesatkan mereka menembus air. Para ilmuwan merasa iri melihat jet-jet ini. Mengapa? Karena jet-jet ini terbuat dari bagian-bagian lunak yang tidak dapat pecah, sanggup bertahan di tempat yang sangat dalam, dan beroperasi dengan senyap serta efisien. Sebenarnya, seekor cumi-cumi dapat melesat hingga 32 kilometer per jam sewaktu melarikan diri dari pemangsanya, ”adakalanya bahkan melompat ke luar air dan jatuh ke dek kapal”, kata buku Wild Technology.

Ya, sesaat saja merenungkan dunia alam dapat membuat kita kagum. Alam benar-benar merupakan teka-teki hidup yang silih berganti menimbulkan pertanyaan-pertanyaan: Keajaiban kimia apa yang menyalakan cahaya dingin yang cemerlang pada kunang-kunang dan beberapa alga? Bagaimana berbagai ikan dan katak di Kutub Utara, setelah membeku selama musim dingin, menjadi aktif kembali sewaktu udara memanas? Bagaimana ikan paus dan anjing laut bertahan di bawah air untuk waktu yang lama tanpa alat bantu pernapasan? Dan, bagaimana mereka berulang kali menyelam ke tempat yang sangat dalam tanpa mengalami kejang-kejang? Bagaimana bunglon dan sotong berubah warna untuk membaur dengan lingkungannya? Bagaimana burung kolibri menyeberangi Selat Meksiko dengan bahan bakar kurang dari 3 gram? Tampaknya daftar pertanyaannya tidak ada habisnya.

Sebenarnya, manusia hanya dapat mengamati dan terheran-heran. Para ilmuwan merasakan kekaguman ”yang cenderung ke rasa hormat yang dalam” sewaktu mereka meneliti alam, kata buku Biomimicry.

[Kotak di hlm. 5]

Lalat yang Telah Punah Membantu Meningkatkan Mutu Panel Surya

Sewaktu mengunjungi sebuah museum, seorang ilmuwan melihat gambar seekor lalat yang telah punah dan terawetkan dalam damar, kata sebuah laporan dalam majalah New Scientist. Ia memperhatikan serangkaian jalur pada mata serangga itu dan menduga bahwa mungkin inilah yang membantu mata lalat tersebut menangkap lebih banyak cahaya, khususnya pada sudut yang sangat kecil. Ia serta peneliti lain mulai mengadakan eksperimen dan meneguhkan dugaan mereka.

Tak lama kemudian, para ilmuwan menyusun rencana untuk mencoba mengetsa pola jalur yang sama ke kaca panel surya. Mereka berharap ini akan meningkatkan energi yang dihasilkan oleh panel surya. Ini dapat juga menyingkirkan perlunya sistem pelacak yang mahal yang saat ini dibutuhkan agar panel surya tetap terarah ke matahari. Panel surya yang lebih baik mengurangi penggunaan bahan bakar minyak dan dengan demikian mengurangi polusi.​—tujuan yang layak diupayakan. Jelaslah, temuan seperti ini membantu kita menghargai bahwa alam adalah sumber rancangan cemerlang yang siap ditemukan, dipahami, dan jika mungkin ditiru dengan cara yang berguna.

[Kotak di hlm. 6]

Memberikan Penghargaan Kepada Mereka yang Layak

Pada tahun 1957, insinyur asal Swiss, George de Mestral, memperhatikan bahwa duri-duri kecil yang tersangkut erat pada pakaiannya dilapisi kait-kait kecil. Ia meneliti duri ini serta kaitnya, dan tak lama kemudian, pikirannya yang kreatif pun mulai bekerja. Selama delapan tahun berikutnya, iia mengembangkan tiruan dari duri tersebut. Temuannya menghebohkan dunia dan sekarang menjadi nama sehari-hari​—Velcro