Dari velcro ke kereta peluru, alam telah mengilhami beberapa prestasi paling mengesankan dari inovasi manusia. Musim panas ini, robot bawah laut mirip kepiting, yang dikembangkan oleh para ilmuwan Korea, akan mencari artefak kuno di Laut Kuning. Drone meniru gerakan penerbangan burung dan lebah. Dan, masa depan biomimetik kita terlihat cerah.
Segelintir peneliti kini siap menghadapi ciptaan baru: kulit sintetis.
Hewan laut menggunakan kulit mereka untuk membantu menavigasi dan bertahan hidup di lingkungan mereka. Lumba-lumba yang hidup di perairan dingin sebenarnya memiliki kulit tebal untuk melindungi tubuh mereka dan tetap hangat. Kulit gurita yang berjajar tidak hanya mengandung jutaan saraf yang membantu mereka merasakan dan menangkap mangsa, tetapi juga tertanam dengan sel-sel pengubah warna yang unik yang dapat membuat mereka tidak terlihat oleh predator. Kulit menabrak sirip dada paus bungkuk yang meningkatkan daya apung hewan itu. Jadi, para ilmuwan melihat potensi.
Dengan menggunakan teknologi cetak 3D dan pemodelan komputer, para peneliti sedang mengembangkan kulit hewan laut buatan-tetapi-realistis untuk digunakan dalam segala hal mulai dari pegangan pintu anti-mikroba hingga robot bawah air. George Lauder, ichthyologist di Universitas Harvard di Boston, dan timnya telah mengembangkan kulit hiu buatan sejati pertama dengan bantuan dari printer 3D top-end.
Upaya sebelumnya melibatkan cetakan dan kain karet, dan para peneliti berjuang untuk membuat bahan dengan komponen lunak dan keras. Baju renang yang terinspirasi oleh kulit hiu membuat percikan di Olimpiade 2008, tetapi tim peneliti Lauder benar-benar menemukan bahwa bahan pakaian seperti Speedo Fastskin II tidak benar-benar meniru kulit hiu atau mengurangi hambatan, karena tidak memiliki gigi.
Hiu dapat berenang dengan kecepatan tinggi melalui air laut berkat gigi kecil seperti gigi yang menutupi kulitnya yang halus. "Itu ternyata menjadi fitur yang sangat penting dari kinerja kulit hiu selama berenang, " kata Lauder. Orang akan berpikir kulit lebih halus lebih baik untuk kecepatan. Namun, ia menambahkan, "Sebaiknya menjadi kasar, memiliki permukaan kasar dari jenis tertentu ketika Anda ingin bergerak melalui lingkungan cairan, air atau udara, seefisien mungkin."
Menggunakan pemindai mikro-CT, tim Lauder memindai kulit hiu mako yang sebenarnya. Dari pemindaian, mereka menciptakan model 3D dan mengirim model ke printer 3D, yang membuat bahan polimer plastik dengan basa lunak yang ditutupi dengan struktur seperti gigi yang keras. Produk akhirnya memiliki rasa amplas kulit hiu. Dalam sebuah tangki di lab mereka, para peneliti menguji kulit buatan dan menemukan bahwa itu meningkatkan kecepatan 6, 6 persen dan mengurangi pengeluaran energi sebesar 5, 9 persen dibandingkan dengan sirip plastik halus tanpa gigi.
Gambar pola denticle yang diperbesar ditemukan di kepala hiu mako. (Gambar: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver, dan George Lauder) 
Denticles di kepala hiu. (Gambar: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver, dan George Lauder) Denticles sirip hiu (Gambar: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver, dan George Lauder) 
Pola denticle pada batang hiu mako (Gambar: Johannes Oeffner, Li Wen, James Weaver, dan George Lauder) "Jika Anda bisa membuat baju renang yang memiliki struktur dentikel kulit atau sisik pada permukaan yang fleksibel yang bisa Anda pakai dan relatif seperti pakaian selam seluruh tubuh, itu benar-benar akan meningkatkan kinerja berenang Anda, " kata Lauder. Tapi, materi baru ini belum siap untuk prime time. “Akan sangat, sangat menantang saat ini untuk menggabungkan struktur semacam ini ke dalam jenis kain apa pun, ” tambahnya. Ini adalah prestasi untuk dekade berikutnya.
Bahan seperti kulit hiu juga bisa berfungsi sebagai garis pertahanan terhadap biofouling, atau akumulasi ganggang dan teritip di bagian bawah kapal. Kebanyakan cat anti fouling beracun, sehingga kulit hiu buatan bisa menjadi alternatif yang ramah lingkungan. Pada tahun 2005, para peneliti di Jerman mengembangkan bahan silikon, terinspirasi oleh kulit hiu, yang mengurangi penyelesaian teritip sebesar 67 persen. Kemudian, pada 2008, insinyur Anthony Brennan mengambil pendekatan yang sama, menciptakan bahan yang disebut Sharklet yang memiliki tekstur seperti denticle dan mencegah 85 persen dari perlekatan alga normal pada permukaan yang halus. Sharklet juga telah diterapkan pada perangkat medis dan permukaan rumah sakit. Di rumah sakit dan bahkan kamar mandi umum, bakteri dapat menyebar dari orang ke orang dengan mudah, jadi melapisi tombol-tombol pintu dan peralatan dalam bahan yang tahan bakteri dapat mengurangi infeksi.
Para peneliti di Duke University di North Carolina juga mengembangkan bahan anti-fouling yang berkedut atau berkerut seperti kulit binatang (dalam hal ini, berkedut kuda dengan satu sentuhan lalat mungkin merupakan analogi terbaik) ketika distimulasi. Kelompok lain di Imperial College London sedang mencoba membuat bahan pipa yang dilapisi dengan gundukan mikroskopis dan bahan kimia yang mengusir air — terinspirasi oleh kulit lumba-lumba.
Dari perspektif desain, kulit hiu juga dapat digunakan untuk membuat sayap pesawat lebih hemat energi — aplikasi yang dilihat Lauder terbukti berguna di masa depan. Menambahkan struktur seperti denticle ke pesawat dapat mengurangi hambatan. Di sepanjang garis yang sama, sirip dada paus telah menginspirasi desain sayap helikopter.
Mungkin penggunaan yang paling menarik untuk bahan-bahan ini, bagaimanapun, terletak pada bidang pengembangan robot bawah laut yang terinspirasi bio. “Kita akan memiliki robot bawah laut jenis baru yang memiliki tubuh lentur fleksibel yang bergerak seperti ikan, ” kata Lauder. Beberapa robot ikan bertenaga baterai sedang dalam pengerjaan, dan secara logis, menambahkan kulit hiu palsu pada mereka dapat meningkatkan kecepatan dan efisiensi energi. Lauder dan timnya berkolaborasi dengan para peneliti di Universitas Drexel di Philadelphia menggunakan robot ikan. Sejak itu mereka memperluas studi mekanika kulit mereka untuk melihat berbagai spesies ikan, dan melihat bagaimana bentuk dan pola skala yang berbeda mempengaruhi berenang.
Dengan pencetakan 3D, para ilmuwan akan dapat belajar lebih banyak tentang bagaimana pola gigi atau skala pada ikan berdampak pada kekuatan berenang. “Anda dapat mengubah jarak [dari denticles]; Anda bisa membuatnya dua kali lipat. Anda dapat mengejutkan mereka, membuat mereka tumpang tindih, membuat mereka tidak tumpang tindih, dan membuat banyak perubahan untuk mulai benar-benar menggoda fitur-fitur utama dari kulit hiu, ”kata Lauder. Eksperimen ini akan membantu para ilmuwan menyempurnakan kulit buatan.
"Ini adalah bidang yang berkembang pesat saat ini, " kata George Jeronimidis, seorang insinyur di University of Reading di Inggris. "Kami baru mulai memahami betapa terintegrasi dan fungsionalnya kulit makhluk laut."
Laboratorium Jeronimidis telah mengembangkan kulit gurita buatan. Kulit gurita memiliki kerumitan tersendiri: lembut, fleksibel, dan dipenuhi jutaan neuron sensorik yang membantu organisme menavigasi lingkungannya. Versi sintetis insinyur terdiri dari serat nilon yang tertanam dalam karet silikon, yang menjaga kulit fleksibel tetapi tahan air mata. Bahkan memiliki pengisap, meskipun ini pasif - gurita nyata dapat memanipulasi setiap pengisap secara individual.
Meskipun masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan, di masa depan, robot bawah laut dapat diberkahi dengan kecepatan hiu atau kecerdasan indera gurita. Dan, dengan kulit buatan yang canggih, mereka dapat menjelajahi tempat yang tidak bisa dilakukan manusia — mulai dari menavigasi air tumpahan minyak yang keruh hingga mencari reruntuhan pesawat hingga bahkan menjelajahi kedalaman laut yang paling dalam.
