Ilmuwan Temukan Rahasia di Balik Sirip Ikan yang Kuat tetapi Fleksibel

Nationalgeographic.co.id—Mengapa sirip ikan begitu kuat tetapi sangat fleksibel? Pertanyaan ini menarik perhatian seorang peneliti dari University of Colorado Boulder yang berusaha untuk mengungkap rahasianya melalui sebuah studi baru yang ia kerjakan. Menurutnya, studi baru ini akan dapat memberikan bantuan bagi para ilmuwan dalam pembuatan desain baru untuk sayap pesawat, ataupun alat bedah robotik.

Keunikan sirip ikan terletak pada fleksibilitasnya dalam mengubah bentuk dengan presisi dan kecepatan yang tinggi agar dapat menghasilkan gaya hidrodinamik yang kompleks dan besar, meskipun ia tidak memiliki otot. Kemampuan yang dikenal sebagai ‘flexo-morphing’ ini masih jarang ditemukan pada material robot ataupun morphing modern.

Untuk mendukung keberhasilan penelitian ini, para ilmuwan memakai berbagai macam cara, di antaranya menggunakan materi cetak 3D dan simulasi komputer. Cara ini telah sukses membantu mereka dalam memperoleh wawasan terperinci tentang biomekanik sirip yang tangkas ini. Akhirnya para ilmuwan menemukan rahasia kemampuan sirip ikan ini terletak pada desainnya yang unik.

Seperti yang dilansir oleh Techexplorist.com, Francois Barthelat, penulis senior studi tersebut mengatakan, “Jika Anda melihat sirip ikan, Anda akan melihat bahwa sirip itu terbuat dari banyak 'batang tulang' yang kaku. Masing-masing tulang itu dapat dimanipulasi satu per satu seperti jari-jari Anda, tetapi ada 20 atau 30 dari mereka di setiap sirip.”

Untuk menjadikannya sebagai alat keseimbangan sempurna antara kaku dan melenting, di setiap sinar sirip itu, terbuat dari beberapa segmen yang berbahan keras. Ia menumpuk di atas kolagen yang jauh lebih lembut.

Baca Juga: Fosil Ikan Purba Ditemukan, Bentuknya Mirip Hiu Bersirip Pari Manta

Barthel berkata, “Sirip mungkin sama bergunanya. Dalam hal rekayasa, bahan yang kaku dan fleksibel adalah komoditas panas. Perancang pesawat, misalnya, telah lama tertarik untuk mengembangkan sayap yang dapat berubah sesuai perintah, memberi pesawat lebih banyak kemampuan untuk bermanuver sambil tetap mempertahankannya di udara.”

“Pesawat memang melakukan hal seperti ini sekarang, sampai batas tertentu, ketika mereka menjatuhkan sayapnya. Namun itu terlihat kaku. Sayap yang terbuat dari bahan morphing, sebaliknya, bisa mengubah bentuknya lebih radikal dan terus menerus, seperti burung,” sambungnya.

“Sirip ikan mas run-of-the-mill memiliki struktur berlapis, sedikit seperti roti éclair: Pakunya mencakup dua lapisan bahan kaku dan termineralisasi yang disebut hemitrichs yang mengelilingi lapisan dalam kolagen spon. Tapi lapisan hemitrich itu tidak solid. Mereka dibagi menjadi beberapa segmen seolah-olah seseorang telah memotong éclair menjadi potongan-potongan kecil,” kata Barthel.

Dengan dibantu metode simulasi komputer, para ilmuwan meneliti lebih jauh sifat mekanik dari sirip. Ternyata, segmen-segmen yang mereka temukan itu dapat menimbulkan semua perbedaan.

Baca Juga: Fosil Ikan Purba Berkaki Ungkap Bagaimana Sirip Menjadi Tangan

“Semua segmen, pada dasarnya, membuat engsel kecil ini di sepanjang batang tulang. Saat Anda mencoba menekan atau menarik lapisan tulang itu, mereka memiliki kekakuan yang sangat tinggi. Ini sangat penting bagi batang tulang untuk melawan dan menghasilkan gaya hidrodinamik yang mendorong air. Namun jika Anda mencoba menekuknya, mereka sangat patuh, dan bagian itu sangat penting agar batang tulang mudah berubah bentuk dari otot dasar,” kata Barthel.

Kemudian, para ilmuwan menguji teori tersebut memakai metode printer 3D, di mana mereka membuat model sirip ikan yang dibuat dari bahan plastik. Beberapa dilengkapi dengan engsel built-in dan beberapa lagi tidak memakai engsel. Ternyata, uji coba ini sukses, tim berhasil menemukan bahwa desain tersegmentasi membuat kombinasi antara kekakuan dan kemampuan morphing yang jauh lebih baik. Kajian tentang hal ini telah diterbitkan dalam Jurnal Science Robotics pada 11 Agustus 2021 yang berjudul ‘Segmentations in fins enable large morphing amplitudes combined with high flexural stiffness for fish-inspired robotic materials’.

“Kami hanya menggores permukaan dari keragaman sirip yang luas di dunia ikan. Ikan terbang, misalnya, menggunakan siripnya untuk meluncur di atas air, sedangkan lumba-lumba menggunakan siripnya seperti kaki untuk berjalan di darat,” kata Barthel. “Kami ingin melanjutkan apa yang telah ditinggalkan oleh para ahli biologi dan zoologi, menggunakan latar belakang kami dalam mekanika material untuk memajukan pemahaman kami tentang sifat-sifat fantastis dari dunia alami,” pungkasnya.