TEKNOLOGI YANG TERINSPIRASI OLEH ORGAN DAN JARINGAN TUMBUHAN

 

Alam menjadi sumber pengetahuan dan inspirasi bagi manusia. Ada banyak teknologi yang dikembangkan dengan meniru cara kerja benda-benda di alam. Selain itu, ada banyak sifat benda di alam yang dimanfaatkan dalam kehidupan manusia. Struktur organ dan jaringan tumbuhan juga menginspirasi manusia untuk mengembangkan teknologi yang memiliki banyak manfaat bagi manusia. Berikut beberapa teknologi yang terinspirasi dari struktur organ dan jaringan tumbuhan.

1.       Model Fondasi Cakar Ayam Terinspirasi oleh Perakaran Pohon Kelapa.

Pohon kelapa memiliki susunan perakaran serabut sehingga tidak menancap jauh ke dalam tanah. Meskipun demikian, pohon kelapa tetap berdiri tegak waluapun diterpa oleh angin kencang. Hal ini terjadi karena susunan akar serabut pohon kelapa membentuk ikatan yang sangat kuat untuk mencengkeram tanah.

Fenomena ini menginspirasi Prof. Dr. Ir. Sedijatmo dalam merancang dan Menyusun besi-besi sebagai kerangka fondasi bangunan yang selanjutnya diberi nama fondasi cakar ayam karena bentuknya seperti susunan jari-jari kaki ayam. Konstruksi ini terbukti sangat andal untuk fondasi bangunan, sekalipun di daerah yang memiliki tanah kurang padat, seperti daerah rawah.

2.       Air Mancur dan Sumur Bor Terinspirasi oleh Xilem (Pembuluh Kayu)

Air dan mineral tanah sampai ke daun tumbuhan melalui xylem. Xylem dapat dilewati air dan mineral tanah karena xylem mempunyai daya kapilaritas, yaitu daya Tarik menarik di dalam pembuluh halus (kapiler).

Kapilaritas pada tumbuhan memungkinkan akar dan batang menyerap air naik melawan gaya gravitasi. Kapilaritas dapat terjadi oleh adanya sifat adhesi dan kohesi. Adhesi adalah gaya Tarik menarik antarmolekul sejenis, dalam hal ini antarmolekul air. Sedangkan kohesi adalah gaya Tarik menarik antarmolekul tidak sejenis, dalam hal ini antarmolekul air dengan moleku dinding xylem pada akar dan batang tumbuhan.

Xylem merupakan jaringan pengangkut berbentuk tabung yang terdapat pada pohon dan tumbuhan berkayu. Kapilaritas pada xylem terjadi dengan bantuan transpirasi, yaitu evaporasi air melalui stomata di permukaan daun tumbuhan. Kapilaritas juga dibantu oleh tekanan air di akar. Akar mendapatkan air dari tanah melalui proses osmosis. Konsep kapilaritas inilah yang menginspirasi pembuatan air mancur dan juga pembuatan sumur bora tau sumur artesis.

3.  Panel Surya (Solar Cell) Terinspirasi oleh Mekanisme Fotosintesis ysng Terjadi pada Daun Tumbuhan

Pada proses fotosintesis dibutuhkan cahaya dan zat hijau yang disebut klorofil. Melalui fotosintesis ini dihasilkan oksigen (O₂) dan glukosa (C₆H₁₂O₆). Saat daun terkena sinar matahari klorofil akan meyerap energi cahaya. Elektron pada kompleks klorofil akan bergerak melalui suatu saluran dan menyebabkan muatan positif ikut bergerak. Muatan positif ini selanjutnya bergerak menuju kompleks enzim yang berfungsi menghasilkan energi kimia berupa ATP dan NADPH. Energi ATP dan NADPH ini selanjutnya akan digunakan untuk mengubah CO₂ menjadi glukosa.

Reaksi pengubahan energi cahaya matahari menjadi energi kimia dalam proses fotosintesis di daun

Mekanisme kerja fotosintesis inilah yang menginspirasi mekanisme kerja panel surya. Panel surya merupakan alat yang dapat mengubah sinar matahari menjadi energi listrik. Ketika cahaya matahari menabrak permukaan panel surya meyebabkan electron (partikel penyusun atom yang bermuatan negatif) pada panel surya bergerak melalui suatu konduktor dan menjadi arus listrik.

Panel surya dan kompnen penyusunnya, 
mengubah energi cahaya menjadi energi lsitrik

4.       Sensor Cahaya Terinspirasi oleh Tanaman Kaktus

Sensor cahaya atau fotoresisteor atau light-dependent resistor (LDR) biasa digunakan pada lampu penerangan jalan. Lampu penerangang jalan yang dilengkapi dengan fotoresistor dan saklar pengatur on dan off dapat menyala sendiri Ketika menjelang malam dan mati sendiri saat menjelang pagi tanpa harus dinyalakan dan dimatikan secara manual. Fotoresistor mampu mendeteksi ada tidaknya cahaya di lingkungan sekitar. Fotoresistor ini merupakan resistor atau hambatan listrik yang dapat diubah nilai hambatannya melalui penyinaran cahaya. Hambatan listrik dari fotoresistor ini akan berkurang jika terkena cahaya, dengan kata lain jika terdapat cahaya alat ini mampu menghantarkan lsitrik.

Lampu jalanan dan sensor cahaya

Saat menjelang pagi, sinar matahari akan mengenai fotoresistor. Meyebabkan listrik menuju sakelar. Aktifnya sakelar ini malah akan mematikan aliran listrik utama, sehingga lampu penerangan jalan menjadi mati. Saat menjelang malam, aliran listrik tidak dapat mengalir melalui fotoresistor ini sehingga tidak ada aliran lsitrik yang mengalir menuju sakelar. Akibatnya, sakelar berada dalam kondisi on sehingga lampu penerangan menyala.

Mekanisme pada lampu penerangan jalan tersebut terinspirasi dari tanaman kaktus. Tanaman kaktus hidup di daerah gurun yang kering. Kaktus memiliki stomata yang uni. Stomata kaktus akan membuka saat malam hari dan akan tertutup saat siang hari untuk mengurangi penguapan air. Proses membuka dan menutupnya stomata didukung oleh aktivitas sel penjaga stomata. Sel penjaga ini meiliki reseptor cahaya yang disebut fotoreseptor yang peka terhadap cahaya. Saat siang hari yang terik, fotoreseptor pada sel penjaga akan menangkap cahaya dan menyebabkan air di dalam sel penjaga dipompa keluar dengan bantuan ion-ion. Akibatnya sel panjaga akan mengecil dan lubang stomata tertutup. Saat malam hari, air dipompa lagi masuk ke dalam sel penjaga dengan bantuan ion-ion, sehingga sel penjaga menjadi lebih besar, akibatnya stomata mejadi terbuka.

Kaktus di Gurun dan stomata

5.       Lapisan Pelindung dan Pengilap Terinspirasi oleh Tanaman Talas dan Daun Teratai.

(a) lapisan pelindung (kutikula) pada daun tumbuhan,
(b) perbandingan mobil sebelum dan sesudah dilapisi pelindung yang terbuat dari Wax (lilim)

Tanaman talas atau daun Teratai sangat bersih dan tahan air. Ketika dilihat melalui mikroskop, penampang melintang dari kedua daun tersebut akan terlihat pada permukaan daun terdapat lapisan tebal yang disebut kutikula. Kutikula ini tersusun atas senyawa lipid berupa lilin dan polimer hidrokarbon yang disebut kutan. Kedua senyawa ini bersifat hidrofobik atau tidak suka air, sehingga jika air mengenai lapisan ini tidak akan membasahi daun. Lapisan lilin ini juga mampu mencegah menempelnya debu atau kotoran lain dan membuat daun tetap bersih.

Ilmuwan telah mengadopsi mekanisme ini dan menerapkannya untuk membuat cat yang tidak mudah kotor, lapisan pengilap, dan lapisan anti air, misalnya pada semir sepatu, lapisan pengilap pada mobil, atau pada perabot rumah tangga.

6.       Alat Pemurnian Air Terinspirasi oleh Tanaman Eceng Gondok.

Pada umumnya, perairan yang ditumbuhi eceng gondok kondisi airnya jernih. Hal ini karena akar eceng gondok yang berbentuk serabut-serabut yang banyak dan rapat. Akar-akar ini mampu menyerap partikel yang terlarut di dalam air sehingga air menjadi bersih. Bahkan zat-zat berbahaya seperti racun pun dapat diserap oleh eceng gondok.

Eceng gondok dan jalur penyerapan air serta partikel lainnya

Alat pemurnian air

Apabila membran sel akar diamati menggunakan mikroskop elektron, maka akan telihat lubang-lubang atau saluran kecil pada membrane sel akar. Saluran ini terbentuk dari protein dan memiliki lubang dengan ukuran tertentu dan daya ikat tertentu. Salah satu salurannya bernama aquaporin. Aquaporin ini merupakan saluran (protein kanal) yang hanya dpaat dilewati oleh air, sehingga partikel lain tidak dapat masuk lewat aquaporin. Mekanisme tersebut menginspirasi ilmuwan untuk mengembangkan teknologi penyaringan atau pemurnian air. Dengan teknologi ini, air yang kotor dapat disaring sehingga air hasil penyaringan benar-benar bersih dan aman untuk dikonsumsi.