Perahu Mikro Dapat Membawa Paket Kecil

Cheng Luo, insinyur dari University of Texas at Arlington, mengingat ketika masih anak-anak, ia bermain dengan perahu kayu mainan yang bergerak ketika tetesan minyak ditaruh dibelakang perahu. Ketika minyak menetes ke air, maka akan terbentuk tegangan permukaan yang lebih kecil daripada bagian depan perahu, sehingga perahu terdorong kedepan. Dorongan berdasar tegangan permukaan ini disebut efek Marangoni

Kini, Luo, professor mekanika dan teknik pesawat, bersama dengan mahasiswa PhD Hao Li, dan Xinchuan Liu,melihat kembali perahu kayu untuk mengkaji apakah mekanismenya dapat berguna untuk transportasi pada system mikrofluida.

“Ketika saya melihat anak saya bermain dengan mainan dan tersenyum lebar, saya sering teringat masa kecil saya dulu,” sebut Luo pada PhysOrg.com. “Suatu hari, ide mainan perahu ini terlintas dipikiran saya, saat itu untuk iseng saja. Kemudian ketika saya mengkaji lebih dalam, saya sadar bahwa, selain sebagai mainan, perahu kecil ini mampu menjadi penyalur barang dan deteksi indera. Mereka bisa digunakan untuk mengirim barang ke lokasi tertentu pada saluran mikro untuk analisis biokimia, atau membawa sensor pada cairan untuk mendeteksi zat beracun.”



Tapi dengan ukuran hanya beberapa millimeter, perahu mikro membutuhkan desain dan teknik rancangan yang berbeda dari yang digunakan pada perahu ukuran konvensional. Peneliti telah menginvestigasi beberapa teknik fabrikasi mikro untuk objek kecil ini, meski banyak pendekatan meliputi system dan struktur yang rumit.

Tapi metode dorongan berdasarkan tegangan permukaan. Seperti perahu yang didorong minyak, dapat memberi alternative lebih sederhana untuk mendorong benda ukuran mikro. Dan seperti yang ditunjukkan oleh peneliti Texas, metode ini memberi mobilitas yang baik, dengan perahu mikro dapat mencapai kecepatan 30 cm per sekon.

“Metode dorongan ini memanfaatkan perbedaan tegangan permukaan pada bagian depan dan belakang kapal,” kata Luo. “Ini hanya membutuhkan tambahan bahan bakar pada reservoir perahu mikro. Perahu bergerak sendiri. Seolah metode ini mengeliminasi penggunaan sistem yang rumit, seperti baling-baling, jangkar dan sistem control, seperti yang ada pada perahu besar. Lebih lanjut, ini tidak membutuhkan peralatan eksternal untuk membuat gaya piezoelektrik, termal, elektrostatik, atau gaya magnetostatik, seperti yang biasa digunakan pada aplikasi fluida mikro untuk menggerakan fluida.”

Pada penelitiannya, mereka membuat perahu mikro 19.5-mg-sederhana dari dua lapis polimer SU-8. Karena SU-8 memiliki kepadatan sedikit lebih tinggi dari air, tegangan permukaan berperan penting untuk menjaga perahu mengambang. Meski perahu mengapung ketika diletakkan diatas air, tetapi ketika ditekan pasti tenggelam karena kerapatan yang lebih besar. Memakai UV litograpi, peneliti mengetsa reservoir dan pemercik pada lapisan atas perahu untuk menahan dan mendispersi isopropil alkohol (IPA), bahan bakar yang dipilih. Seperti minyak, IPA memiliki tegangan permukaan lebih kecil dari air dan mengakibatkan kontaminasi yang lebih kecil sehingga ideal untuk percobaan.

Setelah mengisi 1.49-mikroliter-reservoir perahu mikro, percobaan dilakukan pada saluran air dengan kedalaman dan panjang yang berbeda. Ditemukan bahwa pada air yang lebih dangkal, kecepatan perahu mikro lebih tinggi. Perbedaan kecepatan, sebagian disebabkan oleh resisten pada perahu yang lebih besar di air dalam. Karena kanal menyempit diatas, jarak antara perahu dan dinding kanal lebih kecil daripada jarak perahu dengan dasar ketika kedalaman bertambah. Kombinasi ini meningkatkan resisten perahu, dan membuatnya lebih lama mencapai ujung kanal. Kemudian, lamanya waktu tempuh membuat air dan IPA bercampur dan makin memperlambat perahu.
Menggerakan perahu dengan metode ini dapat diaplikasikan dalam banyak hal. Seperti dijelaskan Luo, studi lebih lanjut tentang gerakan di saluran dapat memberi info penting tentang perahu baik besar maupun kecil.

“Pergerakan perahu makro di kanal yang sempit dan dekat dengan pelabuhan memiliki beberapa hal umum yang sama dengan perahu mikro; perahu bergerak di perairan dangkal atau dekat tepi sungai,” katanya. “ Mengingat pertimbangan biaya eksperimen, kapal dengan skala besar sering di modelkan dengan perahu kecil, yaitu sepersepuluh atau bahkan seperseratus lebih kecil dari ukuran sebenarnya. Saya sedang berpikir menggunakan perahu mikro ini untuk memainkan beberapa aturan pada permodelan kapal. Alasan dibalik ini sangat sederhana. Mereka lebih kecil dari permodelan kapal, dan biaya untuk membuat dan tesnya juga lebih efektif.”

Ia menambahkan, “ kesuksesan perkembangan perahu mikro ini akan membentuk sebuah dasar untuk mengembangkan kehidupan mikro “bawah laut”, dan untuk perkembangan lebih lanjut pada penanaman “bawah laut”, yang mampu berjalan di dalam pembuluh darah untuk penyebaran obat, dan diagnosis dan pengobat suatu penyakit.”