10 Penggunaan Teknologi Laser Mutakhir

Pertama kali dikembangkan oleh Gordon Gould selama tahun 1950-an, adalah salah satu perangkat yang paling populer dan banyak digunakan di masyarakat modern. Sinar optik dapat ditemukan dalam segala hal mulai dari sistem panduan senjata hingga operasi penghilangan rambut. Namun, tidak selalu demikian. Awalnya, Gould dan rekan-rekannya berjuang untuk menemukan aplikasi praktis untuk penemuan baru mereka. Faktanya, salah satu pelopor, Irnee D'Haenens, pernah menggambarkan perangkat dengan bercanda sebagai "solusi mencari masalah."

Saat ini, teknologi tersebut secara praktis ada di mana-mana, dan laser — atau, untuk memberi mereka judul lengkapnya, amplifikasi cahaya dengan pancaran radiasi terstimulasi — adalah alat mutakhir yang digunakan dalam mengembangkan segala macam inovasi brilian. Dengan mereka, kita dapat mendinginkan atom hingga sepersekian derajat, membuat sistem penyimpanan data yang sangat canggih, dan bahkan mendeteksi fenomena astronomi yang mengelak seperti gelombang gravitasi. Enam puluh tahun sejak penemuan mereka, teknologi laser tetap relevan dan menarik seperti sebelumnya.

10. Amplifikasi Denyut Berkicau

Chirped pulse amplification (CPA) adalah salah satu inovasi paling luar biasa dalam teknologi modern. Teknik terobosan digunakan untuk menghasilkan pulsa laser intensitas tinggi tanpa merusak material yang melaluinya bergerak. Semburan optik direntangkan pada waktunya untuk menurunkan daya puncak dan kemudian diperkuat sebelum dikompresi, membentuk gelombang cahaya dengan intensitas yang fenomenal.

Pertama kali dikembangkan pada pertengahan 1980-an, CPA telah menjadi hal yang biasa dalam operasi mata korektif, di mana laser intensitas tinggi digunakan untuk membentuk kembali kornea. Bidang aplikasi potensial lainnya termasuk dan penyimpanan data. Faktanya, para ilmuwan berharap bahwa prinsip CPA dapat digunakan untuk membangun komputer yang beroperasi dengan efisiensi yang belum pernah terjadi sebelumnya — hingga 100.000 kali lebih cepat daripada model saat ini.

Meskipun masih jauh dari potensi penuhnya, teknik laser memiliki beberapa aplikasi penting dan telah memberikan sejumlah kontribusi ilmiah yang cukup besar. Karena itu, dua pengembang utamanya, Donna Strickland dan Gerard Mourou, dianugerahi Penghargaan Nobel Fisika 2018. Keputusan itu disambut baik oleh sebagian besar komunitas ilmiah; Strickland adalah fisikawan wanita pertama yang menjadi peraih Nobel sejak 1963, dan hanya yang ketiga dalam sejarah penghargaan itu.

9. Membersihkan Jalur Kereta

Ini mungkin tidak tampak seperti masalah besar, tetapi daun basah di lintasan menimbulkan kekacauan mutlak di sistem rel. Tekanan reguler kereta yang lewat menyebabkan daun robek dan terkompresi, yang seiring waktu menyebabkan terbentuknya lapisan licin. Puing-puing berbahaya mengurangi gesekan di jalur, menciptakan kondisi berbahaya untuk kendaraan yang datang.

Biasanya, perusahaan kereta api akan mencoba meledakkan daun dari garis dengan semburan air atau menggunakan pasir untuk memperkuat gesekan. Namun, kedua solusi ini diketahui dapat merusak rel, ditambah air dan pasir adalah bahan yang tidak praktis untuk dibawa.

Perusahaan LaserThor telah datang dengan masalah daun: Ledakan daun menggunakan laser. Laser 2-kilowatt Nd: YAG menguapkan bahan organik dengan memanaskannya hingga 5.000 derajat Celcius (9.032 ° F) yang menggiurkan. Pada 2014, perusahaan Belanda Nederlandse Spoorwegen setuju untuk mencoba sistem tersebut di salah satu kereta DM-90 mereka. Selain menghanguskan daun dan puing-puing lainnya, panas balok juga mengeringkan rel, mencegahnya berkarat.

8. Pendinginan Laser


Mungkin kedengarannya berlawanan dengan intuisi menggunakan laser untuk mendinginkan suatu zat — lagipula, bukankah mereka biasanya membuat benda lebih panas? Namun, pada pertengahan 1980-an, fisikawan perintis Steven Chu mendemonstrasikan bagaimana sinar laser dapat digunakan untuk mendinginkan atom.

Partikel dalam gas menunjukkan perilaku hiruk pikuk — melesat dengan kecepatan tinggi dengan energi yang berlimpah. Namun, saat gas didinginkan, partikel-partikel tersebut mulai kehilangan energinya, dan terjadi penurunan kecepatan yang nyata. Dengan kata lain, memperlambat atom menyebabkan suhu gas turun.

Inilah inti dari pendinginan laser. Ketika sebuah atom bergerak menuju laser, ia menyerap foton dari berkas dan mulai melambat. Saat mereka melambat, perlambatan akan kehilangan sebagian energinya dan dengan demikian suhu mulai turun.

Teori dasar menyatakan bahwa 20.000 foton diperlukan untuk membawa momentum atom natrium menjadi nol. Ini mungkin tampak sulit untuk dicapai, tetapi Chu telah menyatakan bahwa, dengan tingkat penyetelan yang tepat, laser dapat menghambat sekitar sepuluh juta absorpsi setiap detik. Dengan pendinginan laser, atom bisa hampir berhenti dalam milidetik.

Selama tiga dekade terakhir, teknik ini telah berkembang pesat. Fisikawan sekarang mampu mendinginkan atom hingga sepersejuta derajat di atas nol absolut.

7. Memanipulasi Hewan Pengerat


Dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah mengembangkan berbagai teknik untuk mengubah perilaku hewan pengerat. Beberapa di antaranya melibatkan laser.

Teknologi laser telah memungkinkan para ilmuwan untuk membalikkan alkoholisme. Sekelompok ahli dari Scripps Research, sebuah lembaga medis di San Diego, California, berhasil mengurangi ketergantungan makhluk tersebut pada alkohol. Makalah tim, yang diterbitkan pada Maret 2019, menjelaskan bagaimana mereka menanamkan serat optik ke dalam otak tikus dan menargetkan neuron tertentu dengan sinar laser. Profesor Scripps, Olivier George, menggambarkan teknik ini secepat dan seefektif "membalik tombol".

Meskipun pekerjaan mereka luar biasa, Scripps Research bukanlah institut pertama yang menggunakan laser untuk memanipulasi makhluk kecil berbulu. Dua tahun sebelumnya, para peneliti dari Universitas Yale mengembangkan teknik serupa untuk mengaktifkan naluri predator. Dengan menyinari neuron di lobus temporal hewan pengerat, peneliti mampu merangsang perilaku menggigit, mencengkeram, dan membunuh lainnya.

6. Penyimpanan Data Holografik

Sejak peluncuran compact disc pada 1980-an, teknologi laser telah memainkan peran penting dalam perekaman, penyimpanan, dan pengambilan. Namun, teknologi ini memiliki keterbatasan. Dalam semua teknik penyimpanan optik yang tersedia saat ini, data ditulis ke permukaan disk. Ini berarti bahwa jumlah total data yang dapat disimpan di perangkat seperti DVD dibatasi oleh luas permukaannya.

Untuk mengatasi masalah tersebut, para ilmuwan mencari teknik baru untuk meningkatkan ruang penyimpanan perangkat optik: penyimpanan data holografik. Perangkat ini akan mampu menampung banyak informasi dalam bentuk hologram tiga dimensi. Hal ini tidak hanya meningkatkan jumlah data yang dapat disimpan di area tertentu secara signifikan, tetapi juga dikatakan sebagai metode yang lebih efisien dan andal.

Namun, ada satu kemunduran besar yang mencegah Anda mengambil blockbuster terbaru atau album hit dalam bentuk holografik: Teknologi ini hanya ada sebagai a. Dalam beberapa tahun terakhir, pengembang telah mencoba membuat teknik komersial untuk penyimpanan holografik, tetapi belum ada yang berhasil.

Perkembangan yang paling menjanjikan datang dari Northeast Normal University di provinsi Jilin China. Para peneliti di universitas telah mengembangkan film semikonduktor yang terbuat dari titanium dioksida dan nanopartikel perak. Untuk menulis data ke film, sistem laser mengubah muatan nanopartikel perak, dan partikel terpengaruh secara berbeda, tergantung pada panjang gelombang cahaya.

5. Lensa Kontak

Meskipun tidak dapat menahan penglihatan laser, para ilmuwan telah mengembangkan lensa kontak canggih yang memancarkan sinar laser keluar dari Anda. Prestasi mengagumkan ini dimungkinkan karena terciptanya film ultra tipis — tebalnya hanya seperseribu milimeter — yang dapat dipasang atau disematkan ke lensa kontak.

Teknologi tersebut diungkapkan pada Mei 2018 oleh tim fisikawan dari Universitas St Andrews, yang mengatakan kepada wartawan bahwa itu dapat digunakan untuk membuat tag keamanan yang dapat dikenakan. Saat diuji pada bola mata sapi, lensa tersebut menghasilkan sinar laser dengan daya sekitar nanowatt.

4. Pertahanan Drone Militer

Mereka mungkin terdengar seperti imajinasi penggemar Star Trek , tapi senjata laser adalah masa depan teknologi militer. Dalam beberapa bulan terakhir, Korps Marinir AS telah mulai menguji Compact Laser Weapons System (CLaWS) - sistem yang dipasang di kendaraan (digambarkan di atas) yang dirancang untuk menjatuhkan musuh (alias UAV). Dibandingkan dengan senjata tradisional, senjata laser tidak hanya lebih baik dari segi harga, tetapi juga membuat drone jauh lebih sulit untuk melacak dan menargetkan pasukan darat.

Ketika ketegangan meningkat di Timur Tengah, pasukan Turki juga menggunakan laser yang dipersenjatai untuk menampilkan inovasi dan kecakapan militer mereka. Faktanya, mereka telah menjadi negara pertama yang menjatuhkan kendaraan oposisi menggunakan sistem laser berbasis darat. Pada Agustus 2019, Turki mengerahkan persenjataan laser mereka untuk menyerang dan menghancurkan drone bersenjata UEA yang berputar-putar di atas distrik Libya Misurata.

3. Mendeteksi Gelombang Gravitasi


Ketika peneliti dari mengumumkan bahwa mereka telah mendeteksi gelombang gravitasi untuk pertama kalinya pada tahun 2015, fisikawan dan astronom di seluruh dunia menahan napas. Sampai saat itu, gelombang gravitasi terbukti sangat sulit dipahami. Meskipun mereka pertama kali diprediksi pada tahun 1916, dibutuhkan hampir satu abad inovasi teknologi sebelum para ilmuwan benar-benar dapat melihatnya sekilas. Prestasi menakjubkan itu — pengamatan langsung pertama — hanya mungkin berkat teknologi laser.

Gelombang gravitasi adalah riak kosmik yang menggema dengan kecepatan cahaya. Saat mereka melakukan perjalanan melalui ruang angkasa, gelombang melengkung dan mengubah lingkungan mereka dengan cara yang dapat diukur dengan menggunakan detektor laser yang canggih dan sangat sensitif. LIGO, observatorium gelombang gravitasi bawah tanah, menggunakan laser dan cermin untuk mendeteksi perubahan sangat kecil yang terjadi setiap kali gelombang melewatinya.

2. Sel Punca Bioprinting

Bioprinting adalah proses yang muncul dan sangat canggih yang digunakan oleh para ahli medis untuk membuat sintetis dan jaringan. Biasanya, replika buatan ini dibuat dengan mengendapkan tetesan bioink lapis demi lapis untuk membangun struktur 3-D yang berfungsi.

Pada tahun 2018, tim peneliti dari Laser Zentrum Hannover mengembangkan teknik bioprinting sejenis yang dikenal sebagai hiPSCs — sel induk berpotensi majemuk yang diinduksi oleh manusia. Sel-sel ini sangat serbaguna, mampu berubah menjadi jenis sel lain dalam tubuh manusia. Dengan demikian, mereka memiliki potensi yang sangat baik sebagai bahan untuk membangun organ pengganti atau sistem pengujian obat yang dipersonalisasi.

Sebelum bioprinting, hiPSC digantung di bioink dan dilapisi ke permukaan slide kaca. Perosotan kaca kedua diposisikan tepat di bawah yang pertama. Tetesan biomaterial kemudian dikeluarkan dari slide kaca yang lebih tinggi ke yang lebih rendah menggunakan pulsa singkat sinar laser.

Sejauh ini, uji pendahuluan terbukti berhasil. Hampir semua sel selamat dari proses pencetakan laser dan mempertahankan propertinya juga.

1. Pinset Optik

Sebelumnya dalam artikel tersebut, kami menyinggung tentang Donna Strickland dan Gerard Mourou, dua fisikawan yang dianugerahi Hadiah Nobel pada tahun 2018 atas karya perintis mereka dalam amplifikasi pulsa kicau. Tahun itu, pelopor optik ketiga juga dianugerahi hadiah: Arthur Ashkin, fisikawan Amerika yang terkenal karena menciptakan penjepit optik.

Pinset optik adalah instrumen luar biasa dengan beragam aplikasi biologis, mulai dari menyelidiki pergerakan makhluk hidup hingga memeriksa sifat-sifatnya. Teknik Ashkin menggunakan sinar laser infra merah yang sangat terfokus untuk menahan objek mikroskopis di udara, menangkapnya di tengah perangkap optik. Saat objek berinteraksi dengan foton dari laser, ia ditindaklanjuti oleh gaya hamburan dan gradien yang membuatnya tetap terkunci pada posisinya.

Jangan lupa Follow untuk mengikuti update terbaru dari REO News yang berisi info unik dan update, contohnya seperti 10 Penggunaan Teknologi Laser Mutakhir.