Ibnu Taufan, peneliti PhD di UL, membahas penelitian getaran dan minat khususnya pada fenomena ‘jembatan menari’.
Bagi banyak peneliti, asal mula ketertarikan mereka pada bidang ilmiah tertentu dapat ditelusuri kembali ke peristiwa atau tempat tertentu. Bagi Ibnu Taufan, kaitan tersebut terdapat pada dua peristiwa spesifik – yang pertama melibatkan jembatan terpanjang di Indonesia.
“Waktu saya kecil, saya dan ayah sering bepergian dari Sumenep (kampung halaman saya) ke Surabaya (kota terbesar kedua setelah Jakarta) dengan kapal feri. Di kapal feri, saya melihat Jembatan Suramadu sedang dibangun,” ujarnya.
“Butuh waktu enam tahun untuk menyelesaikan jembatan tersebut. Saya bertanya kepada ayah saya mengapa butuh waktu lama untuk membangun jembatan tersebut, namun tidak ada jawaban yang tepat.”
Peristiwa kedua bisa ditelusuri saat Taufan kuliah di bidang teknik fisika di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya, di mana ia akhirnya mendapatkan jawaban atas pertanyaan yang diajukan ayahnya.
“Dosen menjelaskan fenomena resonansi pada sebuah jembatan, beliau menunjukkan contoh terkenal Jembatan Tacoma yang runtuh karena fenomena resonansi,” kata Taufan. “Jembatan ini telah merevolusi penelitian getaran, menjadikan jembatan di seluruh dunia lebih aman. Dia menjelaskan dan membuktikan resonansi menggunakan model matematika sederhana dan fisika di baliknya.
“Saya menyukai matematika dan fisika di sekolah menengah pertama, dan karena penjelasannya, saya semakin menyukai pelajaran tentang getaran.”
Taufan melanjutkan menyelesaikan gelar sarjananya dengan minat khusus pada penelitian getaran, dan memulai karir sebagai product and development engineer di bidang teknik getaran di sebuah perusahaan manufaktur pompa di Indonesia.
“Sebagian besar saya mengerjakan penelitian tentang cara memanfaatkan sinyal getaran untuk memantau kesehatan mesin dan mengurangi gerakan berlebihan pada struktur menggunakan kontrol getaran,” katanya.
Beberapa tahun dalam karirnya, Taufan diberikan kesempatan untuk mengejar gelar PhD di bidang pemanenan energi getaran di University of Limerick (UL). Tertarik dengan arah penelitian baru ini, Taufan memutuskan untuk menindaklanjuti peluang tersebut dan pindah ke Irlandia.
“Topik ini menarik bagi saya karena alih-alih mengurangi getaran tidak nyaman (dari mobil), tujuan penelitian ini adalah memanfaatkan getaran lingkungan – limbah – dari mesin menjadi listrik untuk menggerakkan sensor Internet of Things (IoT) untuk aplikasi Industri 4.0,” katanya kepada SiliconRepublic.com.
“Dalam konteks ini, saya ingin memecahkan tantangan penelitian getaran agar dapat berkontribusi pada industri dan masyarakat.”
Getaran yang bagus
Topik penelitian PhD Taufan adalah mengembangkan teknologi pemanen energi getaran piezoelektrik (PVEH) broadband baru untuk memberi daya pada sensor IoT secara berkelanjutan untuk pemeliharaan preventif dan optimalisasi kinerja di Industri 4.0.
“Umumnya, industri bergantung pada baterai atau jaringan listrik untuk menggerakkan sensor guna keperluan pemantauan mesin. Namun, sumber energi jenis ini tidak berkelanjutan dan mahal di lokasi terpencil,” jelasnya. “PVEH (perangkat bebas baterai) yang dibuat dalam program PhD saya dapat memanen getaran sekitar dari mesin itu sendiri untuk memberi daya secara berkelanjutan pada sensor IoT untuk pemantauan kesehatan mesin secara real-time.”
Dia mengatakan pentingnya penelitian ini terletak pada kemampuannya mengurangi limbah baterai dan ketergantungan berlebihan pada jaringan listrik.
“Baterai tidak hanya berkontribusi terhadap pencemaran tanah dan air tanah akibat limbah logam pada saat produksinya, namun limbah baterai juga mengandung logam berat beracun yang dapat menyebabkan pencemaran tanah dan air di pemukiman penduduk jika tidak dibuang dengan benar,” kata Taufan. “Selain itu, jaringan listrik memerlukan kabel fisik atau kabel ke ribuan sensor jarak jauh yang tidak praktis dan mahal.”
Teknologi pemanen energi getaran (VEH), jelasnya, dapat digunakan untuk memberi daya pada ribuan sensor IoT di lokasi terpencil untuk pemantauan mesin di Industri 4.0. Sensor IoT kemudian dapat membuat data dapat diakses melalui internet untuk memantau aset industri secara real time tanpa baterai atau sambungan listrik.
Fenomena menari
Dalam penelitian getarannya, salah satu topik favorit Taufan adalah resonansi, fenomena yang telah disebutkan sebelumnya yang dapat menyebabkan kegagalan besar pada jembatan, gedung, kereta api atau pesawat terbang yang tidak dibangun dengan benar.
Resonansi didefinisikan sebagai fenomena yang terjadi ketika frekuensi getaran eksternal sesuai dengan frekuensi alami suatu struktur, menyebabkan amplitudo getaran meningkat secara dramatis – meskipun Taufan memiliki cara yang lebih baik (dan lebih menyenangkan) untuk menjelaskannya.
“Sederhananya, jika seseorang menyukai suatu musik (A), maka ia akan menari ketika mendengar musik yang ia sukai, namun jika ia mendengar musik lain (B) yang tidak ia sukai, maka ia tidak akan menari.
“Orang dapat digambarkan sebagai suatu struktur, misalnya jembatan, sedangkan musik merupakan sumber getaran eksternal (misalnya getaran kendaraan yang melintasi jembatan atau getaran akibat angin).
“Fenomena menari menjadi penyebab jembatan itu runtuh.”
Taufan mengatakan bahwa sebagai bagian dari penelitian PhD-nya, ia perlu merancang sebuah mesin pemanen – atau struktur – yang memiliki frekuensi alami yang mirip dengan frekuensi operasional mesin (getaran sekitar).
“Makanya, mesin pemanen akan ‘menari’ kalau saya taruh di mesin,” ujarnya. “Fenomena menari pada mesin pemanen saya akan menghasilkan daya output tinggi yang dapat memberi daya secara berkelanjutan pada sensor IoT untuk pemantauan mesin di Industri 4.0.
“Inilah mengapa saya menyukai resonansi, dan matematika serta fisika di baliknya!”
Masa depan VEH
Taufan percaya bahwa dalam waktu dekat, limbah baterai dapat dikurangi secara signifikan berkat bidang penelitiannya, dan teknologi VEH memainkan “peran penting” dalam Industri 4.0.
“Insinyur pemeliharaan di industri tidak perlu memantau mesin secara manual atau mengganti baterai sensor IoT,” katanya. “Dalam industri perkeretaapian, VEH dapat dimanfaatkan untuk memantau kondisi perkeretaapian menggunakan sensor IoT.
“Getaran dari jalur kereta api (akibat perlintasan kereta api) cukup untuk menggerakkan sensor – sehingga, perusahaan kereta api tidak perlu memantau jalur secara konvensional, yang menyebabkan gangguan perjalanan.”
Ia mengatakan sebagian orang mengira VEH dapat menggantikan baterai pada perangkat seperti jam tangan pintar karena getaran sekitar saat kita berjalan, berlari, atau bersepeda dianggap dapat mengisi daya jam tangan pintar tersebut menggunakan teknologi VEH.
“Menurut pendapat saya,” katanya, “VEH dapat mengganti sebagian – namun tidak seluruhnya – baterai, mengisi ulang baterai yang dapat diisi ulang di jam tangan pintar kami. Hal ini karena ketika total volume VEH kecil – seperti di dalam jam tangan pintar – frekuensi alami VEH akan lebih tinggi dari 30Hz.
“Dalam konteks ini, kandungan frekuensi getaran sekitar (dari gerakan manusia) berada di bawah 30Hz. Masih ada tantangan terbuka bagi para peneliti VEH untuk mengusulkan VEH (dengan volume kecil seperti jam tangan pintar) untuk memberi daya pada perangkat ini tanpa baterai.”
Dengan gelar PhD yang masih dalam proses, apa yang akan dihadapi peneliti ini setelah ia menyelesaikan studinya?
Meskipun ia terbuka terhadap peluang penelitian dan pengembangan di industri, Taufan mengatakan ia berencana untuk tetap bekerja di dunia akademis.
“Saya menyukai pengajaran dan penelitian yang berkaitan dengan getaran,” katanya. “Saya percaya bahwa keahlian dan minat saya dalam penelitian getaran dapat berkontribusi dalam memecahkan banyak masalah terkait getaran dan keberlanjutan baik di industri maupun masyarakat.”