Di antara sekian banyak gambaran kehancuran yang diakibatkan oleh Badai Harvey pada tahun 2017 di Houston adalah pengingat bahwa ketika dihadapkan dengan air banjir, semut api akan berkumpul dalam kelompok yang berjumlah hingga 100.000 ekor dan mengaitkan kaki mereka bersama-sama untuk membuat rakit yang hampir kedap air yang dapat menjangkau beberapa kaki persegi. Heksapoda merah berbisa kemudian secara kolektif melayang ke tempat aman sebelum melepaskan dan melanjutkan pekerjaan penting mereka sebagai teroris di halaman belakang.
Kini para peneliti di Texas A&M telah mengambil inspirasi dari fenomena tersebut dan menirunya untuk mengembangkan bahan sintetis yang dapat dirakit, dibongkar, dan dikonfigurasi ulang secara mandiri sebagai respons terhadap berbagai kondisi, seperti perubahan cahaya atau panas. Profesor Taylor Ware dari program teknik ilmu biomedis dan material A&M, salah satu penulis penelitian yang diterbitkan di Bahan Alam, mengatakan bahwa dia telah terpesona dengan semut api jauh sebelum dia menjadi seorang insinyur. Saat ini ia membayangkan penerapan penelitiannya, antara lain, pada “alat bantu” dalam tubuh manusia. Misalnya saja, “sfingter buatan yang dapat ditanamkan untuk inkontinensia urin” dapat berubah bentuk dan kemudian berubah bentuk sesuai kondisi, sarannya.
Penelitian Ware adalah bagian dari disiplin biomimikri yang sedang berkembang, di mana sains meniru alam. Para peneliti “mengambil pelajaran berbeda dari alam ke dalam laboratorium dan meniru struktur tersebut untuk menghasilkan bahan dan perangkat unik demi kepentingan masyarakat,” kata Raman Chintalapalle, profesor Aerospace dan Teknik Mesin di Universitas Texas di El Paso. dan direktur Pusat Penelitian Material Tingkat Lanjut universitas.
Sebenarnya tidak ada hal baru mengenai biomimikri, namun hal ini telah meningkat selama dekade terakhir. Chintalapalle menjelaskan bahwa, seiring dengan munculnya teknologi yang memungkinkan para peneliti melihat dan memahami struktur yang lebih kecil dibandingkan sebelumnya, hal ini telah membuka cakrawala baru terhadap hal-hal yang dapat mereka ciptakan sebagai hasilnya. “Padahal sebelumnya kita tidak bisa berada di bawah tingkat atom atau molekuler,” katanya, “sekarang kita bisa membuat struktur pada skala nano atau bahkan sub-nano,” sebuah ukuran yang tidak terlihat oleh mata manusia.
Beberapa bulan sebelum penelitian semut api A&M dipublikasikan, pada bulan April 2023 sebuah tim yang dipimpin oleh Chintalapalle menerbitkan penelitian yang terinspirasi oleh penduduk Texas terkenal tangguh lainnya: pir berduri. Di luar laboratorium Chintalapalle terdapat buah pir berduri yang dia dan rekan-rekannya lewati setiap hari. “Kami melihat tanaman ini berada pada suhu yang sangat tinggi dan angin kencang, dan suatu hari kami bertanya-tanya apa yang membuatnya tahan terhadap kondisi tersebut,” katanya. Mereka menyadari bahwa struktur pir berduri—dayungnya yang seperti piring, buahnya yang bulat—memaksimalkan luas permukaan tanaman sehingga kemampuannya menyerap kelembapan dan membentuk ikatan yang erat.
Pada saat itu, tim sedang mempelajari cara menggunakan nikel sebagai katalis dalam proses penguraian air menjadi hidrogen untuk pengembangan bahan bakar alternatif, dan para peneliti menyimpulkan bahwa jika mereka meniru bentuk fisik pir berduri pada skala nano, mereka akan berpotensi menciptakan katalis yang hemat biaya untuk reaksi kimia. Bahan bakar hidrogen telah lama menjadi impian komunitas energi alternatif, namun belum ada yang mampu mengembangkannya dengan cukup efisien sehingga layak secara komersial. Meskipun masih terlalu dini untuk menyatakan keberhasilannya, Chintalapalle optimis mengenai prospek mendapatkan pendanaan untuk melakukan studi lanjutan, mengingat besarnya minat yang ditemukan pada penelitian timnya.
Chintalapalle dan Ware dengan cepat menunjukkan bahwa Texas tidak sendirian sebagai sumber yang kaya akan ide biomimikri. Namun ketahanan dan kemampuan beradaptasi yang dibutuhkan organisme di lingkungan kita yang keras tentu saja berguna. Kekeringan, panas ekstrem, salju parah, banjir: iklim di Texas memiliki semuanya, dan hewan, tumbuhan, serta ekosistem yang bertahan di sini menawarkan strategi bertahan hidup yang patut dipelajari dan ditiru. “Kita cenderung fokus meniru hal-hal menakjubkan di alam, seperti sayap kupu-kupu,” kata Ware. “Tetapi mungkin ada baiknya juga meniru beberapa hal yang menurut kita tidak begitu menarik di alam, namun masih sangat berguna, seperti perilaku semut api.”
Selain itu, Texas menawarkan beragam lingkungan yang sangat beragam untuk mendapatkan inspirasi. “Mayoritas negara ini tidak memiliki lingkungan ekstrem seperti gurun di Texas Barat, namun juga pantai-pantai Teluk di sekitar Corpus Christi,” kata Chintalapelle. Belum lagi daerah rawa di sebelah timur Houston atau dataran Panhandle yang berangin kencang. Semua ini berarti “lembaga-lembaga Texas sangat memperhatikan hal-hal ini,” katanya.
Tumbuhan gurun bukanlah satu-satunya jenis tanaman yang dipelajari oleh para ilmuwan. Pada tahun 2018, tim UT-Dallas mulai mengembangkan cara memanen air dari udara dengan meniru tanaman kantong semar karnivora, yang tumbuh di lahan basah Texas Timur, seperti di Cagar Alam Nasional Belukar Besar. Itu Berita Pagi Dallas membandingkan proses yang dihasilkan dengan proses yang dilakukan keluarga Skywalker di planet gurun Tatooine pada tahun 2017 Perang Bintang. Peneliti sebelumnya berfokus pada kemampuan kumbang gurun Namibia dalam menjebak dan mengarahkan tetesan air, namun temuan UTD menawarkan solusi yang lebih fleksibel yang dapat bekerja pada permukaan yang lebih besar atau lebih kecil.
Baru-baru ini, pada tahun 2022, tim peneliti yang sama, dipimpin oleh profesor teknik mesin Xianming “Simon” Dai, menerbitkan sebuah penelitian yang menunjukkan cara untuk mempercepat proses pemanenan air yang terinspirasi dari tanaman kantong semar dan memungkinkan siapa pun memiliki perangkat portabel. alat pemanen air yang tidak memerlukan energi eksternal. Hal ini berpotensi mengubah keadaan bagi unit tempur militer atau kelompok lain yang perlu bertahan hidup di alam liar dalam jangka waktu lama dengan persediaan minimal.
Jika proyek Chintalapalle dan Ware menciptakan kembali fenomena alam dari skala manusia dan menerjemahkannya pada tingkat terkecil, pekerjaan Dai mengarah ke arah lain, yaitu meningkatkan skala proses kecil. Profesor Astrid Layton, dari departemen teknik mesin Texas A&M, telah mengambil pendekatan serupa, meskipun ia tidak berfokus pada satu spesies saja melainkan pada cara kerja alam secara keseluruhan. Studi Layton tahun 2022 diterbitkan di Transaksi IEEE pada Sistem Tenaga meniru struktur sistem alami untuk merancang jaringan listrik yang lebih tangguh—sesuatu yang dapat dihargai oleh siapa pun yang sudah menjadi warga Texas selama lebih dari tiga tahun.
Seperti yang ditulis oleh para penulis dalam studi tersebut, “Bencana yang terjadi baru-baru ini telah menyoroti bahwa fokus pada minimalisasi biaya dapat mengakibatkan sistem yang rapuh, seperti kerugian ekonomi yang sangat besar dan dampak sosial yang merugikan setelah Badai Musim Dingin Texas pada tahun 2021.”
Meskipun sebagian besar sistem jaringan yang dirancang manusia mengoptimalkan efisiensi, Layton menduga, jaringan yang dirancang oleh alam seperti ekosistem dan sistem biologis dibangun berdasarkan redundansi—yang membuatnya tidak terlalu rapuh dalam menghadapi gangguan yang tidak terduga. Sebagian besar pendekatan terhadap ketahanan sistem tenaga listrik berfokus pada membuat sistem kembali aktif dan berjalan setelah terjadi gangguan, namun pendekatan Layton justru berfokus pada struktur jaringan. Meskipun membangun redundansi ke dalam suatu jaringan membutuhkan biaya yang lebih besar, studi tersebut menyimpulkan bahwa hal ini dapat mengimbangi biaya tersebut jika terjadi bencana.
Penelitian Layton juga mengisyaratkan batasan biomimikri. “Tidak ada kekurangan organisme yang menarik untuk ditiru,” kata Ware. Dan dengan musim panas yang lebih panas dan badai yang lebih ekstrem yang semakin menjadi hal biasa di Texas, kebutuhan manusia untuk belajar dari kemampuan beradaptasi alam akan semakin meningkat—sampai akhirnya hal tersebut tidak bisa terjadi lagi. Ketika alam menghadapi keterbatasan kemampuan beradaptasi dan ketahanannya dalam menghadapi perubahan lingkungan, para insinyur harus mencari inspirasi di tempat lain.