Lapisan semprot untuk menjaga saluran listrik tetap kokoh saat badai es mungkin bukan solusi yang tepat untuk pemadaman listrik di musim dingin — namun inovasi seperti itulah yang terjadi ketika mahasiswa MIT mengatasi tantangan keberlanjutan.
“Ancaman besar terhadap jaringan saluran listrik adalah lapisan es musim dingin yang menyebabkan banyak sekali pemadaman listrik setiap tahunnya,” kata Trevor Bormann, mahasiswa pascasarjana di Departemen Sains dan Teknik Material (DMSE) MIT dan anggota MITten, tim pemenang dalam kontes inovasi MADMEC 2025. Memperbaiki pemadaman listrik memerlukan banyak karbon, sehingga membutuhkan peralatan bertenaga diesel, bahan pengganti, dan penggunaan energi tambahan. Dan ketika rumah tangga beralih ke pompa panas listrik, risiko pemadaman listrik yang berkepanjangan pun meningkat.
Untuk mengatasi tantangan ini, tim mengembangkan lapisan polimer khusus yang dapat menolak air dan dapat disemprotkan ke saluran listrik aluminium. Lapisan tersebut mengandung nanofiller – partikel yang ratusan kali lebih kecil dari rambut manusia – yang memberikan tekstur pada permukaan yang membuat butiran air dan menetes.
Efeknya dikenal sebagai “superhidrofobisitas,” kata Shaan Jagani, mahasiswa pascasarjana di Departemen Aeronautika dan Astronautika. “Artinya, air tidak akan tinggal di permukaan, sehingga air tidak akan mempunyai kesempatan untuk bernukleasi menjadi es.”
MITten — diucapkan “mitten” — memenangkan hadiah pertama senilai $10.000 dalam kontes tersebut, yang diselenggarakan oleh DMSE pada 10 November di MIT, di mana presentasi penonton dan sesi poster mengakhiri bulan-bulan desain dan eksperimen. Sejak tahun 2007, MADMEC (Kontes Rekayasa Pembuatan dan Perancangan Material), yang didanai oleh Dow dan Saint-Gobain, telah memberikan siswa kesempatan untuk mengatasi tantangan keberlanjutan dunia nyata, dengan masing-masing tim menerima $1.000 untuk membangun dan menguji proyek mereka. Para juri mengevaluasi kerja tim mulai dari konsep hingga prototipe.
Pemenang MADMEC telah sukses dalam kompetisi inovasi besar seperti MassChallenge, dan setidaknya enam startup – termasuk pembuat gelang pendingin pribadi Embr dan perusahaan pengendali gerak kendaraan ClearMotion – menelusuri akar mereka ke dalam kontes tersebut.
Inspirasi dingin
Ide untuk proyek MITten datang sebagian dari pengalaman Bormann saat tumbuh besar di South Dakota, di mana pemadaman listrik pada musim dingin sering terjadi. Rumahnya dipanaskan oleh gas alam, namun jika pompa panas yang bergantung pada jaringan listrik dapat menghangatkannya pada bulan-bulan musim dingin yang suhunya minus nol derajat, pemadaman listrik selama berhari-hari akan menjadi “sangat berat”.
“Saya menyukai bagian dari keberlanjutan yang berfokus pada pengembangan semua teknologi baru untuk pembangkitan dan penggunaan listrik, namun sisi distribusinya juga tidak boleh diabaikan,” kata Bormann. “Penting bagi semua pihak untuk tumbuh secara sinergis, dan memperhatikan semua aspeknya.”
Dan terdapat peluang untuk membuat infrastruktur distribusi lebih tahan lama: Diperkirakan pembangunan jaringan listrik baru sepanjang 80.000 km direncanakan dalam dekade mendatang di Amerika Serikat bagian utara, dimana lapisan es merupakan risiko yang serius.
Untuk menguji lapisannya, tim membangun ruang lapisan es untuk menyimulasikan kondisi hujan dan titik beku, dengan membandingkan sampel aluminium yang dilapisi dengan yang tidak dilapisi pada suhu –10 derajat Celcius (14 derajat Fahrenheit). Mereka juga mencelupkan sampel ke dalam nitrogen cair untuk mengevaluasi kinerja dalam kondisi dingin ekstrem dan simulasi tekanan di dunia nyata seperti garis yang bergoyang saat badai angin.
“Kami pada dasarnya melapisi substrat aluminium dan kemudian membengkokkannya untuk menunjukkan bahwa lapisan itu sendiri dapat menampung tegangan yang sangat panjang,” kata Jagani.
Tim tersebut menjalankan simulasi untuk memperkirakan bahwa pemadaman listrik yang terjadi pada 20 persen wilayah suatu wilayah dapat memakan biaya perbaikan sebesar $7 juta. “Tetapi jika Anda melapisi seluruhnya, katakanlah, jalur sepanjang 1.000 kilometer, Anda sebenarnya dapat menghemat $1 juta hanya untuk biaya material,” kata mahasiswa pascasarjana DMSE, Matthew Michalek. Tim berharap untuk lebih menyempurnakan lapisan tersebut dengan bahan yang lebih canggih dan mengujinya di ruang icing profesional.
Amber Velez, seorang mahasiswa pascasarjana di Departemen Teknik Mesin, menekankan parameter kontes ini — bekerja dengan anggaran $1.000.
“Saya rasa kami telah melakukan pekerjaan yang cukup baik dengan legitimasi yang cukup besar, namun menurut saya ke depan, masih banyak ruang yang bisa kami gunakan untuk bermain lebih banyak,” katanya. “Kami belum mencapai batas maksimal, dan saya pikir masih banyak ruang untuk terus berkembang.”
Elektroda kompos, keramik yang dapat dipanaskan dengan microwave
Juara kedua senilai $6.000 diberikan kepada Electrodiligent, yang merancang alternatif elektroda yang dapat terbiodegradasi dan dapat dibuat kompos untuk pemantauan jantung. Prototipe mereka menggunakan lapisan kertas selulosa dan gel konduktif yang terbuat dari gelatin, gliserin, dan natrium klorida untuk membawa sinyal listrik.
Membandingkan hasil elektrokardiogram (EKG), tim menemukan kinerja elektroda mereka serupa dengan standar 3M Red Dot. “Kami sangat optimis dengan hasil ini,” kata Ethan Frey, mahasiswa pascasarjana DMSE.
Penemuan ini bertujuan untuk mengurangi 3,6 ton limbah medis yang dihasilkan setiap hari, namun para juri mencatat bahwa elektroda perekat hampir selalu dibakar demi alasan kesehatan dan keselamatan, sehingga penerapan yang dimaksudkan menjadi sulit dilakukan.
“Tetapi ada banyak arah lain yang bisa diambil oleh tim,” kata Mike Tarkanian, dosen senior di DMSE dan koordinator MADMEC.
Hadiah ketiga senilai $4,000 diberikan kepada Cerawave, sebuah tim yang sebagian besar terdiri dari mahasiswa sarjana dan anggota tim yang secara bercanda disebut sebagai “mahasiswa pascasarjana token,” yang bekerja membuat keramik di microwave dapur biasa. Pembuatan keramik tradisional memerlukan tungku pembakaran bersuhu tinggi, yang merupakan sumber utama penggunaan energi dan emisi karbon. Cerawave menambahkan silikon karbida ke dalam campuran keramiknya untuk membantunya menyerap energi gelombang mikro dan menyatu menjadi produk akhir yang tahan lama.
“Kami melemparkannya ke tanah beberapa kali, dan tidak pecah,” kata Merrill Chiang, junior di DMSE, yang mengundang gelak tawa penonton. Tim tersebut sekarang berencana untuk menyempurnakan resep dan keseluruhan proses pembuatan keramik sehingga para penghobi – dan bahkan pengguna di lingkungan seperti Stasiun Luar Angkasa Internasional – dapat membuat komponen keramik “tanpa membeli tungku yang sangat mahal”.
Kekuatan inovasi mahasiswa
Meskipun tidak mendapatkan hadiah, proyek kontes yang paling futuristik adalah ReForm Designs, yang bertujuan untuk membuat furnitur anak-anak yang dapat digunakan kembali – mahal dan cepat tumbuh – dari blok modular yang terbuat dari miselium, bagian jamur yang menyerupai akar dan mendorong pertumbuhan. Tim menunjukkan bahwa mereka berhasil memproduksi blok miselium, namun pertumbuhan yang lambat dan kepekaan terhadap kelembapan dan suhu berarti mereka belum memiliki perabot lengkap untuk ditunjukkan kepada juri.
Proyek ini masih mengesankan senior DMSE, David Miller, yang menyebut blok tersebut “sangat menarik,” dengan potensi penerapan di luar furnitur dalam bidang manufaktur, konstruksi, dan produk konsumen.
“Mereka beradaptasi dengan cara kita mengonsumsi produk, dimana banyak dari kita menggunakan produk selama satu, dua, tiga tahun sebelum kita membuangnya,” kata Miller. “Kapasitasnya untuk sepenuhnya dapat terurai secara hayati dan dibentuk menjadi bentuk apa pun memenuhi kebutuhan akan jenis manufaktur aditif tertentu yang memerlukan bentuk tertentu, sekaligus juga sangat berkelanjutan.”
Meskipun kontes ini telah menghasilkan startup-startup yang sukses, Tarkanian mengatakan bahwa tujuan awal MADMEC – memberikan siswa kesempatan untuk berkreasi dan mengejar ide-ide mereka sendiri – telah berkembang pesat selama 18 tahun kemudian, terutama pada saat anggaran penelitian dipotong dan ilmu pengetahuan berada di bawah pengawasan.
“Ini memberi siswa kesempatan untuk melakukan hal-hal yang nyata dan berdampak pada masyarakat,” katanya. “Jadi ketika Anda dapat membuat prototipe dan berkata, ‘Ini akan menghemat X juta dolar atau X juta pon limbah,’ nilai tersebut jelas bagi semua orang.”
Peserta Jinsung Kim, seorang postdoc di bidang teknik mesin, menggemakan komentar Tarkanian, menekankan ruang yang disisihkan untuk pemikiran inovatif.
“MADMEC menciptakan lingkungan langka di mana siswa dapat bereksperimen dengan berani, memvalidasi ide dengan cepat, dan menerjemahkan prinsip-prinsip ilmiah inti menjadi solusi dengan dampak sosial yang nyata. Untuk memajukan masyarakat, kita harus terus mendorong batas-batas teknologi dan ilmu pengetahuan dasar,” katanya.
