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. * 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). * 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.

Di Balik Rancangan—Seorang Perancang!

Lektor kepala madya bidang biokimia, Michael Behe, menyatakan bahwa temuan-temuan terbaru dalam sel hidup  menghasilkan ”suatu pernyataan yang lantang, jelas, dan menusuk akan adanya ’rancangan’!” Ia menambahkan bahwa hasil dari upaya meneliti sel ini ”benar-benar tidak diragukan dan benar-benar signifikan sehingga ini harus dinobatkan sebagai salah satu prestasi terbesar dalam sejarah sains”.

Tidak heran bila bukti adanya Perancang menimbulkan problem bagi orang-orang yang berpegang pada teori evolusi, karena evolusi tidak dapat menjelaskan rancangan yang rumit dalam makhluk hidup, khususnya pada tingkat sel dan molekul. ”Ada alasan-alasan yang kuat,” kata Behe, ”untuk menyimpulkan bahwa penjelasan ala Darwin tentang mekanisme kehidupan tidak akan pernah dapat dipahami.”

Pada zaman Darwin, sel hidup​—fondasi kehidupan​—disangka sebagai sesuatu yang sederhana, dan teori evolusi diterima pada era yang relatif kurang pengetahuan itu. Tetapi, sekarang sains telah melampaui era itu. Tanpa dapat diragukan, biologi molekuler dan biomimetika telah membuktikan bahwa sel adalah suatu sistem yang luar biasa kompleks, dikemas dengan rancangan-rancangan yang sempurna dan anggun, sehingga membuat bagian dalam peralatan dan mesin kita yang paling rumit sekalipun tampak seperti mainan anak-anak.

Rancangan yang jenius mengarahkan kita ke kesimpulan yang logis, kata Behe, ”bahwa kehidupan dirancang oleh pembuat yang cerdas”. Oleh karena itu, bukankah masuk akal bahwa Pembuat ini juga memiliki maksud-tujuan, yang mencakup manusia? Kalau begitu, apa maksud-tujuan itu? Dan, dapatkah kita tahu lebih banyak tentang Perancang kita sendiri? Artikel berikut akan meninjau pertanyaan-pertanyaan penting ini.

[Catatan Kaki]

[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

Bayangkan bagaimana perasaan de Mestral seandainya orang-orang diberi tahu bahwa Velcro bukan hasil rancangan siapa-siapa, bahwa itu muncul begitu saja dari ribuan kecelakaan berantai dalam sebuah bengkel kerja. Jelaslah, keadilan menuntut agar penghargaan diberikan kepada mereka yang layak. Untuk memastikan hal ini, para penemu mendaftarkan hak paten. Ya, tampaknya manusia layak memperoleh penghargaan, imbalan finansial, dan bahkan pujian untuk karya mereka, yang sering kali adalah tiruan yang lebih rendah kualitasnya daripada apa yang terdapat di alam. Bukankah Pencipta kita yang berhikmat seharusnya menerima pengakuan atas ciptaan-Nya yang asli dan sempurna?

[Gambar di hlm. 5]

Kalau dihitung dari beratnya, tulang lebih kuat daripada baja

[Keterangan]

Anatomie du gladiateur combattant . . . ., Paris, 1812, Jean-Galbert Salvage

[Gambar di hlm. 7]

”Blubber” paus memungkinkannya terapung, menyekat panas tubuhnya, dan menjadi cadangan makanan

[Keterangan]

© Dave B. Fleetham/ Visuals Unlimited

[Gambar di hlm. 7]

Kulit buaya dan aligator dapat membuat tombak, anak panah, dan bahkan peluru terpental

[Gambar di hlm. 7]

Sutra laba-laba lima kali lebih kuat daripada baja, namun sangat elastis

[Gambar di hlm. 8]

Otak burung pelatuk dilindungi tulang yang sangat padat sebagai peredam kejut

[Gambar di hlm. 8]

Bunglon berganti warna untuk membaur dengan lingkungannya

[Gambar di hlm. 8]

Nautilus memiliki ruang-ruang khusus yang memungkinkannya mengatur daya apungnya

[Gambar di hlm. 9]

Kolibri berleher merah delima menempuh jarak hampir 1.000 kilometer dengan bahan bakar kurang dari 3 gram

[Gambar di hlm. 9]

Cumi-cumi menggunakan semacam pendorong jet

[Gambar di hlm. 9]

Keajaiban kimia menyulut cahaya dingin yang cemerlang pada kunang-kunang

[Keterangan]

© Jeff J. Daly/Visuals Unlimited