Bagi sebagian orang, radioisotop masih memberikan kesan menyeramkan dan bahkan menakutkan. Namun, sesungguhnya radioisotop telah memberikan kontribusi yang berarti dalam kehidupan manusia. Mereka memberikan manfaat baik secara langsung maupun tidak langsung dalam menyelesaikan masalah yang dihadapi oleh umat manusia. Salah satu bentuk kontribusinya adalah sebagai “pencari jejak”.

Peran radioisotop sebagai pencari jejak tidak terlepas dari sifat-sifat khas yang dimilikinya. Pertama, Radioisotop senantiasa memancarkan radiasi  di manapun dia berada dan mudah dideteksi. Radioisotop ibarat lampu yang tidak pernah padam senantiasa memancarkan cahayanya.  Radioisotop  dalam jumlah sedikit sekali pun dapat  dengan mudah diketahui keberadaannya. Dengan teknologi pendeteksian radiasi saat ini, radioisotop dalam kisaran pikogram (satu per satu trilyun gram) pun dapat dikenali dengan mudah. Sebagai ilustrasi, jika radioisotop dalam bentuk carrier free (murni tidak mengandung isotop lain) sebanyak 0,1 gram saja dibagi rata ke seluruh penduduk bumi yang jumlahnya lebih dari 5 milyar, jumlah yang diterima oleh masing-masing orang dapat diukur secara tepat.

Kedua, laju peluruhan tiap satuan waktu (radioaktivitas) hanya merupakan fungsi jumlah atom radioisotop yang ada, tidak dipengaruhi oleh kondisi lingkungan baik temperatur, tekanan, pH dan sebagainya. Penurunan radioaktivitas ditentukan oleh waktu paro, waktu yang diperlukan agar intensitas radiasi menjadi setengahnya. Waktu paro ini merupakan bilangan khas untuk tiap-tiap radioisotop. Misalnya karbon-14 memiliki waktu paro 5.730 tahun, sehingga radioaktivitasnya berkurang menjadi separonya setelah 5.730 tahun berlalu. Seluruh radioisotop yang telah berhasil ditemukan telah diketahui pula waktu paronya. Waktu paro radioisotop bervariasi dari kisaran milidetik sampai ribuan tahun. Waktu paro ini merupakan faktor penting dalam pemilihan jenis radioisotop yang tepat untuk keperluan tertentu.

Ketiga, intensitas radiasi ini tidak bergantung pada bentuk kimia atau senyawa yang disusunnya. Hal ini dikarenakan pada reaksi kimia atau ikatan kimia yang berperan adalah elektron, utamanya elektron pada kulit atom terluar, sedangkan peluruhan radioisotop merupakan hasil dari perubahan pada inti atom.

Keempat, radioisotop memiliki konfigurasi elektron yang sama dengan isotop lain sehingga sifat kimia yang dimiliki radioisotop sama dengan isotop-isotop lain dari unsur yang sama. Radioisotop karbon-14, misalnya, memiliki karakteristik kimia yang sama dengan karbon-12.

Kelima, radiasi yang dipancarkan, utamanya radiasi gamma, memiliki daya tembus yang besar. Lempengan logam setebal beberapa sentimeter pun dapat ditembus oleh radiasi gamma, utamanya gamma dengan energi tinggi. Sifat ini mempermudah dalam pendeteksian.

Bentuk Aplikasi

Di bidang kedokteran teknologi ini telah lama dimanfaatkan. Radioisotop Teknesium-99m (Tc-99m) merupakan radioisotop primadona yang mendekati ideal untuk mencari jejak di dalam tubuh. Hal ini dikarenakan radioisotop ini memiliki waktu paro yang pendek sekitar 6 jam sehingga intensitas radiasi yang dipancarkannya berkurang secara cepat setelah selesai digunakan. Radioisotop ini merupakan pemancar gamma murni dari jenis peluruhan electron capture dan tidak memancarkan radiasi partikel bermuatan sehingga dampak terhadap tubuh sangat kecil. Selain itu, radioisotop ini mudah diperoleh dalam bentuk carrier free (bebas pengemban) dari radioisotop molibdenum-99 (Mo-99) dan dapat membentuk ikatan dengan senyawa-senyawa organik. Radioisotop ini dimasukkan ke dalam tubuh setelah diikatkan dengan senyawa tertentu melalui reaksi penandaan (labelling). Di dalam tubuh, radioisotop ini akan bergerak bersama-sama dengan senyawa yang ditumpanginya sesuai dengan dinamika senyawa tersebut di dalam tubuh. Dengan demikian, keberadaan dan distribusi senyawa tersebut di dalam tubuh yang  mencerminkan beberapa fungsi organ dan metabolisme tubuh dapat dengan mudah diketahui dari hasil pencitraan. Pencitraan dapat dilakukan menggunakan kamera gamma. Radioisotop ini dapat pula digunakan untuk mencari jejak terjadinya infeksi bakteri, misalnya bakteri tuberkolose,  di dalam tubuh dengan memanfaatkan terjadinya reaksi spesifik yang disebabkan oleh infeksi bakteri. Terjadinya reaksi spesifik tersebut dapat diketahui menggunakan senyawa tertentu, misalnya antibodi, yang bereaksi secara spesifik di tempat terjadinya infeksi. Beberapa saat yang lalu di Pusat Radioisotop dan Radiofarmaka (PRR) BATAN telah berhasil disintesa radiofarmaka bertanda teknesium-99m untuk mendeteksi infeksi di dalam tubuh. Produk hasil litbang ini saat ini sedang direncanakan memasuki tahap uji klinis.

Di bidang industri, radioisotop sebagai pencari jejak dimanfaatkan di berbagai pengujian. Kebocoran dan dinamika fluida di dalam pipa pengiriman gas maupun cairan dapat dideteksi menggunakan radioisotop. Zat  yang sama atau memiliki sifat yang  sama dengan zat yang dikirim diikutsertakan dalam pengiriman setelah ditandai dengan radioisotop. Keberadaan radioisotop di luar jalur menunjukkan terjadinya kebocoran. Keberadaan radioisotop ini dapat dicari jejaknya sambil bergerak dengan cepat,  sehingga pipa transmisi minyak atau gas bumi dengan panjang ratusan bahkan ribuan km dapat dideteksi kebocorannya dalam waktu relatif singkat. Radioisotop dapat digunakan pula untuk menguji kebocoran tangki penyimpanan ataupun tangki reaksi. Pada pengujian ini biasanya digunakan radioisotop dari jenis gas mulia yang inert (sulit bereaksi), misalnya Xenon-133 (Xe-133) atau Argon-41 (Ar-41), agar tidak mempengaruhi zat atau proses kimia yang terjadi di dalamnya. Di Pusat Radioisotop darn Radiofarmka BATAN telah berhasil dibuat Argon-41 untuk perunut gas, Brom-82 dalam bentuk KBr untuk perunut cairan berbasis air dan brom-82 dalam bentuk dibromo benzena untuk perunut cairan organik.

Aplikasi radioisotop “si pencari jejak” ini di bidang pertanian tidak kalah menariknya. Radioisotop dapat digunakan untuk merunut gerakan pupuk di sekitar tanaman setelah ditabur. Gerakan pupuk jenis fosfat, dari tanah sampai ke dalam tumbuhan dapat ditelusuri dengan mencampurkan radioisotop fosfor-32 (P-32) ke dalam senyawa fosfat di dalam pupuk. Dengan cara ini dapat diketahui pola  penyebaran pupuk dan efektifitas pemupukan.

Di bidang arkeologi, radioisotop memiliki peran yang masih sulit digantikan oleh metode lain. Radioisotop berperan dalam menentukan usia sebuah fosil. Usia sebuah fosil dapat diketahui dari jejak radioisotop karbon-14. Ketika makhluk hidup masih hidup, kandungan radioisotop karbon-14 dalam keadaan konstan, sama dengan kandungan di atmosfer bumi yang terjaga konstan karena pengaruh sinar kosmis pada sekitar 14 dpm ( disintegrations per minute) dalam 1 gram karbon. Hal ini dikarenakan makhluk hidup tersebut masih terlibat dalam siklus karbon di alam. Namun, sejak makhluk hidup itu mati, dia tidak terlibat lagi ke dalam siklus karbon di alam. Sebagai akibatnya, radioisotop karbon-14 yang memiliki waktu paro 5730 tahun mengalami peluruhan terus menerus. Usia sebuah fosil dapat diketahui dari kandungan karbon-14 di dalamnya. Jika kandungan tinggal separonya, maka dapat diketahui dia telah berusia 5730 tahun.

Radioisotop memberikan manfaat besar pula di bidang pertambangan. Pada pertambangan minyak bumi, radioisotop membantu mencari jejak air di dalam lapisan batuan. Pada pengeboran minyak bumi biasanya hanya sebagian dari minyak bumi yang dapat diambil dengan memanfaatkan tekanan dari dalam bumi. Jika tekanan telah habis atau tidak cukup, diperlukan tekanan tambahan untuk mempermudah pengambilannya. Penambahan tekanan ini dapat dilakukan dencan cara membanjiri cekungan minyak dengan air yang dikenal dengan flooding. Air disuntikkan ke dalamnya melalui pengeboran sumur baru. Pada proses penyuntikan air ini perlu kepastian bahwa air yang dimasukkan ke dalam lapisan batuan benar-benar masuk ke cekungan minyak yang dikehendaki. Di sini lah radioisotop memainkan peran. Radioisotop kobal-57, kobal-58 dan kobal-60 dalam bentuk ion komplek hexacyanocobaltate merupakan solusinya. Ion ini akan bergerak bersama-sama dengan air suntikan sehingga arah gerakan air tersebut dapat diketahui dengan mendeteksi keberadaan radioisotop kobal tersebut. Radiosotop kobal-60 dalam bentuk hexacyanocobaltate telah berhasil dibuat di Kawasan Puspiptek Serpong Tangerang dan siap untuk didayagunakan.

Radioisotop  telah memberikan kontribusi pula di bidang penelitian kimia, utamanya dalam menelusuri mekanisme reaksi. Radioisotop-radioisotop dari unsur  hidrogen, karbon, nitrogen dan sebagainya telah memainkan peran dalam menjelaskan berbagai mekanisme reaksi pada reaksi-reaksi senyawa organik.

Radioisotop telah menemukan peran yang luas sebagai pencari jejak. Sampai saat ini, ketangguhan radioisiotop belum tertandingi oleh pemain lain di bidang ini. Di masa yang akan datang, kiprah radioisotop si pencari jejak ini tampaknya akan semakin luas. Mudah mudahan manfaat-manfaat nyata tersebut akan membantu mengikis citranya yang menyeramkan dan bahkan menakutkan.

Kapsul aluminium kemurnian tinggi yang digunakan untuk pembuatan radioisotop melalui aktivasi neutron di dalam reaktor nuklir G.A. Siwabessy di Serpong.

Gambar. Kapsul aluminium kemurnian tinggi yang digunakan untuk pembuatan radioisotop melalui aktivasi neutron di dalam reaktor nuklir G.A. Siwabessy di Serpong.

Penyakit jantung bawaan ini, dalam ilmu kedokteran disebut LQTS (Long QT Syndrome) karena mengalami perlambatan pacu jantung yang diserta dengan pemanjangan jarak QT interval pada Elektrokardigrafi Jantung. Penyakit ini, juga mempunyai ciri-cirinya berupa sinkop (keadaan dimana terdapat kelemahan menyeluruh pada otot-otot tubuh sehingga tidak mampu mempertahankan sikap tegak yang disertai dengan hilangnnya kesadaran). Pada jantung normal, iramanya harus teratur, berdiri sendiri, dan otonom. Pengatur Jantung berdenyut secara otomatis ini dinamakan pacu jantung (Pace macker). Pacu jantung utama adalah di nodus sinus. Bradikardia atau perlambatan denyut jantung dapat terjadi oleh kerusakan dipusat pacu jantung utama yang di sebab oleh gangguan fungsi sinus atau gangguan rangsang jantung..

Dalam penelitan tersebut, pasien yang menderita kelainan jantung bawaan, ditemukan adanya mutasi genetik pada semua penderita. Tepatnya pada gen KCNQ1 dengan lokasi mutant-nya pada residue 313, dan ternyata residue I313K ini merupakan pusat dari kanal Potassium yang tentunya merupakan molekul utama yang sangat dibutuhkan untuk kontraksi otot-otot jantung. Jadi dengan terjadinya mutasi tersebut penderita penyakit ini akan mengalami gangguan kontraksi otot jantung.

Pengujian selanjutnya, pada sel-sel otot jantung secara invitro dengan menggunakan metode Patch Clamping Electrophysiology, Confocal imaging, dan analisa sequencing DNA pada pasien-pasien penderita penyakit herediter ini, membuktikan bahwa terdapat perbedaan bermakna penurunan fungsi sel-sel mutant KCNQ1-I313K bila dibandingkan dengan sel-sel normal. Untuk membuktikan lebih jauh lagi, kami melanjutkan penelitian ini dengan mengganti asam amino pembentuk mutant tersebut dengan menggunakan metode mutagenesis secara invitro. Caranya dengan merubah susunan asam amino residu I313 berdasarkan muatan listrik dari asam amino tersebut menjadi I313V (Valine) bersifat netral, I313G (Glycine) netral dan molekul kecil,  I313K (Lysine) bermuatan positif, dan I313E (Glutamide) bermuatan listrik negatif. Hasilnya menggambarkan bahwa asam amino netral yang tidak bermuatan listrik hasilnya sama dengan sel normal, tidak terdapat perbedaan yang bermakna secara statistik jika dibandingkan dengan sel-sel normal. Namun sebaliknya jika dibandingkan dengan fungsi sel-sel yang mengandung muatan listrik positif ataupun negatif akan menyebabkan gangguan fungsi sel yang sangat menurun bahkan sel-sel tersebut tidak berfungsi lagi. Hal yang manakjubkan terjadi pada sel-sel yang mengandung I313G asam amino dengan ukuran kecil, dan tidak bermuatan listrik/netral, memperlihatkan fenomena sebaｌiknya, bahkan mengalami kelebihan fungsi. Sehigga dalam ilmu peyakit jantung, fenomena ini dapat menyebabkan penyakit yang berlawanan dari LQTS diatas, yaitu Short QT syndrome (SQTS) dengan pemendekan QT interval Elekrokadiografi jantung.

Harapan Baru, dari hasil penelitian ini menggambarkan sesuatu yang sangat baru dalam ilmu genetika kedokteran, bahwa mutasi gen KCNQ1 menjadi dasar timbulnya kelainan jantung bawaan LQTS, dan diturunkan secara dominan autosomal. Keparahan penyakit tersebut ditentukan bukan hanya oleh lokasi terjadinya mutasi, namun yang lebih penting lagi adalah jenis asam amino pembentuk mutan tersebut. Sehingga tentunya, hasil ini dimasa depan dapat digunakan sebagai dasar ilmiah teknik pengobatan genetik (gene therapy) bagi penderita penyakit jantung bawaan, yaitu dengan cara mentransgenikkan asam amino mutant pada pasien kearah asam amino normal.

Kepustakaan:

1. Ikrar T, Hanawa H, Watanabe H, Aizawa Y, Ramadan MM, Chinushi M, Horie M, Aizawa Y, Evaluation of channel function after alteration of amino acid residues at the pore center of KCNQ1 channel,　 Biochem Biophys Res Commun, 2009;378(3):589-94

2. Ramadan MM, Mahfouz EM, Gomaa GF, El-Diasty TA, Alldawi L, Ikrar T, Limin D, Kodama M, Aizawa Y. Evaluation of coronary calcium score by multidetector computed tomography in relation to endothelial function and inflammatory markers in asymptomatic individuals. Circ J. 2008; 72(5):778-85.

3. Ikrar T, Hanawa H, Watanabe H, Okada S, Aizawa Y, Ramadan MM, Komura S, Yamashita F, Chinushi M, Aizawa Y.　A double-point mutation in the selectivity filter site of the KCNQ1 potassium channel results in a severe phenotype, LQT1, of long QT syndrome. J Cardiovasc Electrophysiol. 2008; 19(5):541-9.

4. Ramadan MM, Tachikawa H, Kodama M, Okawara A, Mitsuma W, Ito M, Kashimura T, Ikrar T, Hirono S, Okura Y, Suzuki K, Aizawa Y.　A pilot-controlled study of myeloperoxidase-specific anti-neutrophil cytoplasmic autoantibody (MPO-ANCA) in the coronary circulation. Int J Cardiol. 2008; 128(1):114-6.

5. Ramadan MM, Kodama M, Mitsuma W, Ito M, Kashimura T, Ikrar T, Hirono S, Okura Y, Aizawa Y.　Impact of percutaneous coronary intervention on the levels of interleukin-6 and C-reactive protein in the coronary circulation of subjects with coronary artery disease. Am J Cardiol. 2006; 98(7):915-7.

6. Aizawa Y, Mitsuma W, Ikrar T, Komura S, Hanawa H, Miyajima S, Miyoshi F, Kobayashi Y, Chinushi M, Kimura A, Hiraoka M, Aizawa Y. Human cardiac ryanodine receptor mutations in ion channel disorders in Japan. Int J Cardiol. 2007 ;116(2):263-5.

7. Topol EJ, Califf RM, Isner J, Prystowsky EN, Swain J, Thomas J, Thompson P, Young JB, Nissen S. Textbook of Cardiovascular Medicine. Lippincott Williams & Wilkins, 3th Ed. 2006

Pada artikel ini, penulis akan memaparkan sebuah tinjauan sederhana mengenai Kansei engineering untuk desain produk industri yang berorientasi perasaan manusia.

Istilah Kansei berasal dari bahasa Jepang yang bisa didefinisikan sebagai perasaan psikologis manusia. Suatu ilustrasi sederhana berikut diharapkan bisa memberikan deskripsi singkat tentang apa Kansei itu sendiri.

Bayangkan jika anda ingin memesan sebuah kue ulang tahun disebuah toko untuk salah seorang anggota keluarga anda. Yang pertama anda lakukan adalah mencicipi sample kecil produk kue ulang tahun tersebut. Ketika anda memandang pertama kali, terasa begitu indah hiasan dan dekorasi kue tersebut. Ketika anda sentuh krim tartnya terasa begitu lembut. Ketika anda mencicipi sepotong kue tersebut, anda merasakan rasa yang lezat, manis dan begitu legit di lidah. Faktor pandangan, sentuhan dan indera rasa tersebut dapat dikategorikan sebagai parameter Kansei. Semua parameter ini merupakan perasaan psikologis manusia yang sangat menentukan dan berperan dalam mengambil keputusan apakah anda bersedia membeli kue tart tersebut atau haruskah memilih sample kue lain yang lebih memberikan kepuasan bagi perasaan psikologis anda?.

Istilah Kansei kemudian diterjemahkan dalam sebuah metode keteknikan bernama Kansei Engineering. Metode ini pertama kali diperkenalkan oleh Mitsuo Nagamachi (Nagamachi,1995) sebagai sebuah metode keteknikan yang baru dalam desain dan pengembangan produk industri yang berorientasi perasaan manusia. Kansei engineering dapat didefinisikan di Figure 1 sebagai metode keteknikan untuk menerjemahkan perasaan psikologis menjadi parameter desain sebuah produk. Parameter desain produk ini sebagai acuan bagi industri untuk memproduksi produk berkualitas dengan ukuran kuantitatif proses produksi yang tepat.

Figure 1. Diagram Metode Kansei Engineering (Nagamachi, 1995)

Didalam sebuah industri, parameter Kansei merupakan hal yang sangat krusial untuk mendesain produk. Sehebat apapun produk yang didesain, tes dan ciptakan, tidak akan berguna, jika produk tersebut tersebut tidak disukai oleh konsumen atau tidak laku dijual. Disamping itu konsumen mengalami kesulitan untuk mengekspresikan keinginannya. Sebagai contoh sederhana untuk produk kue tart ulang tahun dapat ditunjukkan dalam Figure 2. Untuk mengambil keputusan membeli sebuah kue tart, konsumen secara sederhana akan mengekspresikan perasaan psikologisnya. Ekspresi ini bisa dalam ungkapan kata2 verbal seperti “Lezat juga nih kuenya”, atau “Wah harum nih kuenya”. Selain itu mungkin juga sebagai non-verbal yang tidak bisa diungkapkan dengan kata-kata seperti apakah pengaruhnya jika konsumen berada dalam kondisi BETE (Istilah anak muda sekarang atau Bad Mood) pada saat dia ingin membeli kue tart tersebut?.

Figure 2. Contoh sederhana Kansei Engineering untuk Industri Kue Tart

Penjelasan sederhana untuk kue tart ini bertujuan untuk memudahkan pemahaman tentang Kansei engineering. Dengan menggunakan Kansei Engineering, industri menyadari bahwa kelezatan kue misalnya mungkin tergantung pada komposisi tepung terigu yang digunakan atau mood seorang konsumen kue tart sangat dipengaruhi warna hiasan kue, dan tingkat keharuman dipengaruhi oleh kadar essence buah dalam pembuatan kue. Merupakan sebuah kenyataan bahwa semua parameter ini akan menjadi berbeda untuk setiap kasus produk industri. Hal ini juga didukung oleh perasaan psikologis manusia akan persepsi kualitas produk yang selalu dinamis bergerak sepanjang waktu.

Desain Produk Berorientasi Perasaan Manusia

Desain produk yang berkualitas selalu menjadi persoalan klasik dalam sebuah industri. Disatu sisi, industri selalu mendesain sebuah produk dalam berbagai macam parameter kualitas yang komplek sedangkan disisi lain, konsumen memahami kualitas produk tersebut sebagai suatu sederhana, yang dia anggap berkualitas hanya jika itu memuaskan dirinya. Permasalahan ini menyebabkan industri sangat presisi dan tepat dalam menciptakan parameter proses produksi namun menjadi kurang presisi dalam menangkap perasaan psikologis konsumen akan produk tersebut. Dengan menggunakan perasaan psikologis manusia pada konsumen, maka industri akan memperoleh acuan yang sangat presisi dalam mendesain sebuah produk. Oleh karena itu Konsep Kansei Engineering mempunyai kemanfaatan yang sangat besar dalam menyatukan industri dan konsumen dalam sudut pandang yang sama.

Untuk menerjemahkan perasaan psikologis manusia sebagai parameter desain sebuah produk, diperlukan sebuah model atau representasi yang sangat presisi. Dalam beberapa riset, berbagai macam model telah dikembangkan seperti model  Kansei engineering untuk desain produk otomotif (Nagamachi, 1995), desain produk Wrist Watch (Ishihara et al., 1995), hingga pengembangannya di bidang teknologi informasi menggunakan software psikologi dengan pendekatan kepintaran buatan (Ujita and Murase, 2006), dan aplikasi produk industri pertanian menggunakan hybrid image pattern recognition dan kepintaran buatan (Ushada et al., 2007; Ushada and Murase, 2008).

Harapan akan datang

Krisis finasial global akhir-akhir ini telah menjadi sinyal yang kuat bagi bangsa Indonesia untuk tetap berpegang pada kekuatan ekonomi nasional yang sebagian besar bertumpu pada pertanian. Begitu banyak hasil penelitian di bidang industri pertanian yang telah dilakukan, sedang berjalan dan akan terus ada penelitian-penelitian lain di masa depan, di dalam maupun di luar negeri. Oleh karena itu aplikasi Kansei engineering membuka peluang kerjasama inter-disiplin hasil2 penelitian ilmu dari Psikologi, Teknik Industri, Ilmu Hayati, Ilmu Sosial dan bidang lainnya untuk membangun desain-desain produk yang dapat memuaskan perasaan psikologis konsumen. Dengan demikian secara tidak langsung Kansei engineering sangat berpotensi untuk berkontribusi meningkatkan penjualan produk, pendapatan industri pertanian dan menggerakkan perekonomian nasional.

Daftar Pustaka

1. Ishihara, S., M. Nagamachi, K. Ishihara. 1995. Neural networks kansei expert system for wrist watch design. Advances in Human Factors/Ergonomics Vol. 20 Part 1, pp 167-172
2. Nagamachi, M. 1995. Kansei Engineering: A new ergonomic consumer-oriented technology for product development. International Journal of Industrial Ergonomics Vol.15 No.1, pp 3-11
3. Ujita, Y. and H. Murase. 2007. FLASH software for Profile of Mood Status (POMS) (In Japanese). Institute for the Synergy of Arts and Sciences Vol.11 No.2
4. Ushada, M.,  H. Murase, H. Fukuda. 2007. Non-destructive sensing and its inverse model for canopy parameters using texture analysis and artificial neural network. Computers and Electronics in Agriculture Vol.57 No.2, pp.149-165
5. Ushada, M., H. Murase. 2008. Pattern extraction from human preferences reasoning using conditional probability co-occurrences matrix of texture analysis .Engineering in Agriculture, Environment and Food Vol. 1 No. 2, pp. 45-50

Oleh karena itu, penemuan dari sinar laser baru menjadi sangat penting bagi berbagai macam bidang, termasuk pengawasan kualitas udara, diagnosis medis, keamanan negara, dan berbagai macam aplikasi kima. Laser tipe baru ini ditemukan di Princeton University oleh sepasang mahasiswa pascasarjana; Kale Franz, mahasiswa pasca sarcana Princeton’s Claire Gmachl di Mid-Infrared Technologies for Health and the Environment (MIRTHE) Center dan Stefan Metzel, seorang mahasiswa sementara asal University of Sheffield, Inggris.

Kale Franz (Princeton Univ) dan Stefan Metzel (Sheffield Univ), penemu quantum cascade laser. (Sumber: Frank Wojchiechowski)

Pasangan ini, di bawah bimbingan Prof. Gmach, membuat sebuah peralatan laser metalik kecil yang dinamakan “quantum cascade laser”, hanya untuk menemukan bahwa secara tidak disengaja alat ini memancarkan dua -bukan satu- sinar laser. Sementara sinar pertama adalah sinar laser biasa, sinar kedua memiliki sifat yang tidak biasa, termasuk bahwa sinar ini tidak membutuhkan banyak energi. Kale Franz menjelaskan, “Penemuan ini akan membawa ide-ide baru bagi fisika laser. Jika kita bisa mematikan sinar yang biasa, akhirnya kita akan menggunakan laser yang lebih baik dan hemat energi.”

Metzel, seorang pelajar sementara di Princeton, tertarik pada sifat-sifat unik sinar kedua ketika memperdalam fenomena ini. Sinar ini, seperti seluruh laser, terdiri atas photon terurut yang koheren. Dalam sinar laser, photon bergerak secara berurutan, membuat laser memiliki warna, sinar, dan sifat yang berbeda. Sinar biasa dari matahari, reaksi kimia biasa, atau lampu listrik, memiliki photon yang tak berurut.

Adalah biasa untuk membuat laser dari gallium arsenide atau semikonduktor lain dengan melewatkan arus listrik melalui sirkuit yang dimanipulasi khusus, menyebabkan elektron tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi, lalu jatuh, dan menghasilkan emisi photon yang terurut dalam prosesnya. Laser seperti ini digunakan dalam media, laser pointer, dan alat lain. Alat Princeton, “quantum cascade laser”, adalah bentuk spesial dari laser semikonduktor yang diproduksi dalam skala nano. Tebalnya sepersepuluh dari rambut manusia, panjangnya 3 mm, dan terdiri atas lapisan setebal atom dari semikonduktor yang berbeda. Lapisan ini memancarkan photon yang terpancar secara berurut.

Sinar kedua dari quantum cascade laser diidentifikasi karena panjang gelombang yang lebih pendek daripada sinar utama. Tidak seperti laser biasa yang melemah pada temperatur tinggi, kekuatan laser ini meningkat sampai pada titik tertentu. Sifat inilah yang tak dapat dijelaskan dengan teori konvensional.

Laser baru ini ditemukan di alat quantum cascade laser, laser inframerah semikonduktor nano, seperti yang ditunjukkan di atas. Laser ini memancarkan dua sinar, dan bekerja lebih baik di temperatur tinggi. (Sumber: Frank Wojchiechowski)

Pasangan tersebut menjelaskan fenomena ini melalui konsep mekanika kuantum dari momentum elektron. Laser tradisional diproduksi oleh elektron dalam kesetimbangan, dimana sebagian besar memiliki energi tinggi dan momentum hampir nol. Laser baru ini hasil dari elektron energi rendah dan tak-setimbang, yang memiliki momentum lebih. Franz menjelaskan, “hal itu menunjukkan, berlawanan dengan apa yang kita yakini, elektron berguna untuk emisi laser meskipun dalam keadaan tak setimbang.”

Dalam tradisional laser, momentum rendah dari elektron menyebabkan photon dalam jumlah besar dihisap ulang, mengurangi efisiensi. Laser baru mengurangi fenomena ini sampai 90 persen, memungkinkan pengembangan dari laser yang ada sekarang. Laser baru juga meningkatkan performa dengan meningkatkan kekuatan pancaran di temperatur yang lebih tinggi.

Quantum cascade laser memancar di rentang infrared tengah dan jauh, tidak seperti laser biasa yang terlihat. Sinar IR ini sangat sempurna untuk deteksi kimiawi.

Penelitian lebih lanjut sedang dilakukan untuk mengetahui bagaimana mengisolasi dan mengoptimasi laser jenis baru, dan mungkin memperluasnya ke laser terlihat.

Penelitian ini didanai oleh National Science Foundation (NSF) dan dilaporkan di jurnal Nature Photonics.

Beberapa hari yang lalu, di sebuah rumah sakit di kawasan Pluit Jakarta dilakukan peresmian sebuah fasilitas baru berupa fasilitas kedokteran nuklir yang dilengkapi dengan pemercepat partikel (siklotron) untuk produksi radioisotop. Menteri Negara Riset dan Teknologi serta Direktur Jenderal Bina Layanan Kesehatan Departemen Kesehatan hadir dalam acara tersebut. Salah satu bentuk layanan kesehatan yang akan diberikan adalah diagnosis dini kanker menggunakan radiasi nuklir berupa Positron Emission Tomography (PET).

Perhimpunan Kedokteran dan Biologi Nuklir Indonesia (PKBNI) dalam konggres Nasional VIII di Bandung pada tanggal 4 - 6 Desember 2008 pun mengangkat tema PET ini. Tema konggres nasional tersebut adalah Menyongsong Era Pencitraan Menggunakan Positron Emission Tomography. Di dalam kongres nasional tersebut dibahas peluang dan tantangan pemanfaatan PET, disamping beberapa perkembangan kedokteran nuklir lainnya. Kehadiran positron emission tomography di tanah air ini diharapkan dapat mendorong laju pemanfaatan teknologi nuklir di bidang kesehatan di tanah air. Setelah PET untuk diagnosis diharapkan bahwa terapi radiasi melalui brachytherapy dan targeted therapy segera berkembang di tanah air.

Positron Emission Tomography

Positron emission  tomography merupakan salah satu hasil terdepan pengembangan  teknologi nuklir di bidang kedokteran. PET adalah metode visualisasi metabolisme tubuh menggunakan radioisotop pemancar positron. Oleh karena itu, citra (image) yang diperoleh adalah citra yang menggambarkan fungsi organ tubuh. Kelainan fungsi atau metabolisme di dalam tubuh dapat diketahui dengan metode pencitraan (imaging) ini. Hal ini berbeda dengan metode visualisasi tubuh yang lain seperti MRI (Magnetic Resonance Imaging) dan CT (Computed Tomography) yang mendeteksi kelainan bentuk organ tubuh.

Berbagai kelainan metabolisme  di dalam tubuh, termasuk di dalamnya adalah adanya metabolisme sel kanker, dapat diketahui dengan cepat melalui PET.  Salah satu bentuk perbedaan sel kanker dengan sel normal di sekelingnya adalah pada bentuk metabolisme glukosa. Sel kanker mengkonsumsi glukosa dalam jumlah yang lebih besar dari sel di sekelilingnya. Secara umum, kecepatan pertumbuhan sel kanker yang mencerminkan tingkat keganasannya sebanding dengan tingkat konsumsi glukosa. Bentuk metabolisme glukosa di dalam tubuh ini dapat dideteksi menggunakan bahan radiofarmaka ¹⁸FDG (¹⁸F-2-fluoro-2-deoxy-D-glucose). Keberadaan radioisotop fluor-18 yang ada di dalam senyawa tersebut dapat dideteksi dengan mudah dari luar tubuh melalui radiasi yang dipancarkannya. Dengan meletakkan detektor radiasi di luar tubuh, image reconstruction terhadap sebaran fluor-18 di dalam tubuh dapat dilakukan dengan mengolah sinyal sinyal yang ditangkap oleh detektor detektor tersebut. Sebaran fluor-18 di dalam tubuh ini menunjukkan pola metabolisme glukosa di berbagai bagian tubuh. Konsumsi glukosa yang berlebihan di suatu tempat mengindikasikan adanya metabolisme sel kanker di tempat tersebut. Meskipun secara bentuk  fisik belum ditemukan atau belum terdeteksi, keberadaan kanker telah diketahui ketika metabolisme sel kanker telah terjadi. Kemampuan radioisotop mendeteksi kanker pada stadium ini belum dapat ditandingi oleh metode lain. Penemuan adanya sel  kanker pada stadium sangat dini ini akan memudahkan penanganan selanjutnya.

PET dapat pula digunakan pula untuk menganalisa hasil penanganan kanker yang telah dilakukan. Setelah penanganan kanker melalui operasi perlu dilakukan pemeriksaan apakah masih ada sisa sisa kanker yang tersisa. Untuk keperluan ini, PET merupakan metode yang paling tepat, karena pada kondisi ini keberadaan kanker sulit dilihat secara fisik. Yang diperlukan adalah melihat keberadaan metabolisme sel kanker. Selain itu, PET dapat pula digunakan untuk melihat kemajuan pengobatan kanker baik dengan chemotherapy maupun radiotherapy. Kemajuan hasil pengobatan kanker dapat diketahui dari perubahan metabolisme di samping perubahan secara fisik. Untuk keperluan ini, kombinasi PET dan CT memberikan informasi yang sangat berharga untuk menentukan tingkat efektivitas pengobatan yang telah dilakukan.

Perangkat PET secara garis besar dibagi menjadi 3 bagian, yaitu bagian produksi fluor-18, bagian sintesa ¹⁸FDG dan bagian kamera PET. Penggunaan PET diawali dengan proses produksi radioisotop fluor-18. Radioisotop fluor-18 diproduksi dari isotop oksigen-18 menggunakan siklotron. Partikel bermuatan berupa proton ditembakkan dari siklotron ke dalam inti oksigen-18 dan terbentuklah fluor-18 sambil melepaskan sebuah neutron. Oksigen di alam memiliki kandungan isotop oksigen-18 sebanyak  0,20%. Sisanya berupa isotop oksigen-16 dan oksigen-17 dengan kandungan masing masing sebesar 99,76 dan 0,04%. Karena kandungan oksigen-18 di alam sangat kecil, maka untuk keperluan ini diperlukan oksigen yang telah ditingkatkan kandungan isotop oksigen-18 di dalamnya. Peningkatan kandungan isotop oksigen-18 ini dapat dilakukan sampai lebih dari 90%. Pada proses produksi fluor-18 ini, oksigen-18 digunakan dalam bentuk air (H₂O).

Radioisotop fluor-18 yang telah didapatkan digunakan untuk mensintesa ¹⁸FDG. Reaksi “menempelkan” fluor-18 ini dikenal dengan reaksi penandaan (labelling). Di beberapa negara yang telah menggunakan PET secara rutin seperti Jepang, Amerika Serikat dan Korea, reaksi penandaan ini dilakukan menggunakan alat otomatis. Pertimbangan utama penggunaan alat otomatis ini  adalah mempercepat waktu proses. Hal ini dikarenakan fluor-18 memiliki waktu paro, waktu yang diperlukan untuk meluruh sehingga  radioaktivitas tinggal  separonya, yang pendek kurang dari 2 jam (110 menit). Jadi reaksi penandaan ini berpacu dengan waktu. Jika proses ini terlalu lama, maka sebagian besar fluor-18 telah meluruh sehingga radioaktivitasnya akan berkurang jauh dari radioaktivitas awal.

Setelah ¹⁸FDG selesai disiapkan, radiofarmaka tersebut segera diinjeksi ke pasien. Jumlah yang diinjeksikan antara 10-20 mCi tergantung pada keperluan, kondisi kamera dan sebagainya. Di University of Iowa, misalnya, secara rutin digunakan ¹⁸FDG sebanyak 10 milicurie untuk tiap pasien guna  mendeteksi metabolisme sel kanker. Sebaran fluor-18 di dalam tubuh dideteksi dengan memasukkan tubuh ke dalam rangkaian detektor elektronik berbentuk melingkar. Dari hasil pendeteksian ini dilakukan image reconstruction untuk mendapatkan gambaran sebaran fluor-18 di dalam tubuh. Perangkat kamera PET biasanya telah dilengkapi dengan program untuk keperluan ini, sehingga hasil image reconstruction dapat diperoleh dengan mudah.

Kamera PET memiliki kejernihan citra yang lebih baik dibandingkan kamera gamma yang secara umum digunakan pada kedokteran nuklir. Hal ini dikarenakan pendeteksiannya didasarkan pada coincidence detection. Ketika positron dilepaskan dari fluor-18, partikel ini akan segera bergabung dengan elektron dan terjadilah anihilasi. Dari anihilasi ini dihasilkan radiasi gelombang elektromagnetik dengan energi sebesar 511 keV dengan arah berlawanan (180 derajat). Adanya dua buah photon yang dilepaskan secara bersamaan ini memungkinkannya dilakukan coincidence detection. Pada coincidence detection ini, sinyal yang ditangkap oleh detektor akan diolah jika dua buah sinyal diperoleh secara bersamaan.  Jika hanya satu buah sinyal  yang ditangkap, maka sinyal tersebut dianggap sebagai pengotor. Oleh karenanya, hampir seluruh sinyal pengotor dapat dieliminasi dengan cara ini.

Brachytherapy

Kata brachy berasal dari Bahasa Latin yang berarti dekat. Brachytherapy adalah penanganan kanker menggunakan sumber radiasi dari jarak dekat. Istilah brachytherapy biasanya digunakan untuk terapi menggunakan sumber radiasi tertutup (sealed source), sehingga kadang dinamakan pula dengan terapi radiasi menggunakan sumber tertutup.

Ada empat tipe brachytherapy berdasarkan tempat meletakkan sumber radiasi yaitu interstitial, intracavitary, intravascular dan mold brachytherapy. Interstitial brachytherapy adalah terapi radiasi dengan cara memasukkan sumber radiasi ke dalam tubuh, misalnya ke dalam jaringan kanker. Termasuk di dalam metode ini adalah terapi kanker prostat menggunakan implant seed. Intracavitary brachytherapy adalah terapi radiasi dengan cara memasukkan sumber radiasi ke dalam rongga tubuh. Misalnya rongga pada sistem pernafasan atau sistem reproduksi. Intravascular brachytherapy adalah terapi radiasi dengan memasukkan sumber radiasi ke dalam pembuluh darah menggunakan kateter. Misalnya pencegahan restenosis menggunakan radioactive coronary stent. Sedangkan pada mold brachytherapy, sumber radiasi diletakkan di permukaan tubuh untuk menangani kanker yang ada di permukaan.

Di Amerika Serikat, jumlah penderita kanker prostat dilaporkan mencapai 230 ribu pasien per tahun. Dari jumlah pasien tersebut, sebanyak 25% ditangani melalui brachytherapy menggunakan implant seed berupa titanium shells yang di dalamnya dimasukkan radioisotop. Sebanyak 60% dari implant seed tersebut menggunakan radioisotop Iodium-125 sedangkan sisanya menggunakan radioisotop paladium-103. Metode ini terbukti efektif untuk penanganan kanker prostat. Data dari Amerika Serikta menunjukkan bahwa dalam satu dasa warsa terakhir tingkat penyembuhan penanganan kanker prostat menggunakan implant seed sebesar 80 - 93%. 

Targeted Therapy

Targeted therapy diawali dengan konsep magic bullet yang dikemukakan oleh Paul Ehrlich, penerima hadiah nobel kedokteran pada tahun 1908. Konsep magic bullet, adalah konsep penanganan sebuah penyakit dengan mengirimkan bahan aktif secara spesifik ke sumber penyakit, tidak menyebar ke seluruh tubuh. Jadi pembawa (carrier) bahan aktif seperti sebuah peluru kendali yang dapat dipandu untuk menuju sasaran. Saat ini, kemajuan teknologi nuklir telah berhasil merealisasikan targeted therapy melalui radioimmunotherapy untuk penanganan kanker.

Radioimmunotherapy adalah metode penanganan kanker dengan memanfaatkan reaksi spesifik antigen dan antibodi. Radioisotop dengan jenis radiasi yang mematikan sel “ditumpangkan” ke antibodi yang bereaksi secara spesifik dengan tumor-associated antigen. Setelah dimasukkan ke dalam tubuh, antibodi akan terikat ke dalam antigen yang ada di sel kanker dan sel tersebut akan dimatikan oleh radiasi yang dipancarkan radioisotop.

Ada beberapa jenis radioantibodi yang telah disetujui oleh Badan Pengawas Obat dan Makanan Amerika Serikat (FDA, Food and Drug Administration), diantaranya adalah Zevalin dan Bexxar. Zevalin adalah antibodi monoklonal anti-CD20 yang ke dalamnya telah diikatkan radioisotop pemancar beta Yttrium-90. Sedangkan Bexxar adalah antibodi monoklonal anti-CD20 yang ke dalamnya telah dimuati dengan radioisotop Iodium-131. Kedua radioantibodi ini digunakan untuk penanganan kanker   lymphoma.

Selain radioimmunotherapy, saat ini dikembangkan pula targeted therapy menggunakan radiopeptida untuk penanganan kanker.  Peptida somatostatin menarik perhatian para peneliti karena peptida ini memiliki banyak reseptor yang dihasilkan secara berlebih pada sebagian besar jaringan kanker. Secara alamiah, somatostatin merupakan hormon yang berfungsi menekan pengeluaran hormon pertumbuhan. Sayangnya, somatostatin memiliki waktu paro biologi yang pendek yaitu 2 menit. Untuk mengatasi  hal itu, telah dikembangkan beberapa peptida yang memiliki sifat yang mirip namun memiliki waktu paro biologi yang lebih lama. Senyawa ini dinamakan analog somatostatin. Beberapa jenis analog somatostatin telah berhasil disintesa dan dikembangkan sebagai “peluru kendali” untuk mengirimkan radioisotop penghancur ke sel sel kanker.

Analog somatostatin bertanda radioisotop pertama yang berhasil disetujui oleh badan pengawas obat dan makanan Amerika Serikat Food and Drug Administration (FDA) adalah ¹¹¹In-DTPA-octreotide. Radiofarmaka ini dikenal dengan nama dagang OctreoScan. Peptida bertanda radioisotop ini merupakan radiofarmaka yang digunakan untuk cancer imaging.  Radiopeptida ini masih sebatas menandai adanya sel kanker karena radioisotop indium-111 merupakan radioisotop diagnosis yang tidak memancarkan radiasi partikel bermuatan yang memiliki daya hancur yang tinggi terhadap sel. Menyusul peptida tersebut, telah berhasil dikembangkan peptida yang diberi nama P289. Setelah melewati uji klinis, radiofarmaka ^99mTc-P289 disetujui penggunaannya oleh FDA Amerika Serikat. Radiofarmaka ini dikenal dengan nama NeoTech untuk cancer imaging. Setelah itu beberapa jenis turunan dari octreotide dan P289 terus dikembangkan untuk meningkatkan kinerja kedua peptida tersebut utamanya pada binding affinity terhadap reseptor somatostatin. Pengembangan penandaan radioisotop terapi pun terus dilakukan terhadap peptida tersebut yang telah terbukti dapat secara spesifik menjangkau sel-sel kanker.

Di beberapa negara, pemanfaatan nuklir di bidang kesehatan terus berkembang pesat. Skala ekonominya telah mencapai angka yang menjanjikan. Di Amerika Serikat dilaporkan telah mencapai 49 milyar dollar AS per tahun pada tahun 1998, atau sekitar 5% dari total belanja kesehatan nasional negara tersebut yang sebesar 987 milyar dollar AS.  Sedang di Jepang, pemanfaatan radiasi nuklir memiliki skala ekonomi 12 milyar dollar AS per tahun, atau setara dengan 4,3% dari total belanja kesehatan yang sebesar 279 milyar dollar AS. Potensi ekonomi yang tersimpan di dalam layanan kesehatan berbasis teknologi nuklir ini diprediksi akan mendoorong berbagai pihak untuk mengembangkannya di tanah air. Kehadiran fasilitas PET yang dilengkapi dengan siklotron pertama di Indonesia ini diduga akan menandai terbukanya era baru kedokteran nuklir di Indonesia.

Lubang Ozon Menutup?

Ada hal yang cukup menggembirakan kala mencermati keadaan lubang ozon di Kutub Selatan selama sepuluh tahun terakhir. Data lubang ozon di Kutub Selatan (Satelit NOAA, Amerika Serikat) pada awal musim panas yaitu 5 Agustus menunjukkan bahwa pada 2006  lubang ozon memiliki luas sekitar sepuluh juta kilometer persegi. Pada tanggal yang sama tahun 2007, lubang ozon kian menyusut menjadi tujuh juta kilometer persegi. Lubang ozon bahkan menutup sempurna pada 5 Agustus 2008. Sementara data rata-rata sepuluh  tahun (1998-2007) memerlihatkan, lubang ozon memiliki luas tiga juta kilometer persegi pada 5 Agustus. Luas lubang ozon maksimal rata-rata mencapai Sembilan juta kilometer persegi dan luas minimum adalah nol. Dengan kata lain, meski selama tiga tahun terakhir (2006-2008) lubang ozon cenderung mengecil, tapi nilai penurunannya belum signifikan.

Bagaimana keadaan lubang ozon selanjutnya di Bulan September? Pada 13 September 2008 tampak, lubang ozon  memiliki luas 24 juta kilometer persegi. Pada 2007 tanggal yang sama, luang lubang ozon juga 24 juta kilometer persegi. Luasan ini masih lebih besar daripada tahun sebelumnya (2006) yakni sekitar 23 juta kilometer persegi. Bagaimana dengan tahun 1980?  Pada 1979-1983, selama Agustus hingga September, nyaris tidak ditemukan lubang ozon (nol kilometer). Baru pada 1984, lubang ozon mulai terbentuk, pada awal Agustus luasnya sekitar tiga juta kilometer persegi. Peningkatan luasnya dari waktu ke waktu setelah itu menjadi signifikan hingga sekarang. Fakta terbentuknya lubang ozon ini kemudian menyita perhatian dunia. Maka warga dunia berkongsi membuat suatu kesepakatan dan lahirlah Protokol Montreal.

Peran Indonesia

Protokol Montreal ditengarai telah berhasil mengurangi penggunaan Bahan Perusak Ozon (BPO) hingga lebih dari 95 persen (Kementerian  Lingkungan Hidup, 2008). Pemerintah Indonesia melalui Kementerian Lingkungan Hidup melaksanakan Indonesia Country Programme sejak Februari 1994 dengan menyertakan berbagai pihak: pelaku industri pengguna BPO, asosiasi industri, lembaga pemerintah, Lembaga Swadaya Masyarakat (LSM), perguruan tinggi. Berdasarkan Country Programme, konsumsi BPO di Indonesia pada tahun 1992 adalah sebesar 6.567 ton, sekitar 0,03 kg per kapita tiap tahun. Indonesia termasuk dalam kelompok negara Artikel-5. Negara-negara yang tergolong dalam kelompok Artikel-5 masih diperbolehkan mengkonsumsi CFC dan Halon sampai tahun 2010. Akan tetapi  Pemerintah Indonesia telah menetapkan untuk mempercepat penghapusan CFC menjadi akhir tahun 1997 dan Halon pada akhir tahun 1996 (Kementerian Lingkungan Hidup, 2008). Country Programme telah dilaksanakan dengan berbagai program, di antaranya: penguatan institusi dan koordinasi dengan pelaku industri, penerbitan aturan mengenai pembatasan dan pengawasan impor BPO, pemberlakuan insentif atau sebaliknya kepada pelaku industri yang dapat menghapus BPO, meningkatkan kesadaran masyarakat terhadap pentingnya ozon melalui seminar dan pelatihan, dan sebagainya (Keberhasilan Program Perlindungan Ozon, Kementerian Lingkungan Hidup, 2008). Namun, keberhasilan program ini masih  belum terukur secara nyata. Karena evaluasi program yang dibuat Kementerian Lingkungan Hidup hanya pada rentang 1992-2002. Setelahnya, publik tidak bisa menemukan data tersebut. Pada laporan tersebut juga tidak ditemukan kuantitas terukur mengenai program-program yang telah dijalankan. Sehingga masyarakat menemukan kesulitan untuk mengetahui sejauh mana peran nyata Indonesia dalam mengurangi konsumsi BPO. Terakhir, efektivitas Country Programme perlu ditinjau ulang mengingat program ini menyedot dana hibah dari Multilateral Fund yang tidak sedikit. Penggunaan istilah dana hibah tersebut juga menimbulkan kerancuan, sekaligus agak menyimpang dari tema Hari Ozon tahun ini yang mengedepankan kerjasama dan hubungan yang saling menguntungkan. Jangan sampai “bersekutu menutup lubang ozon” berubah menjadi “mengeruk untung dengan menutup lubang ozon.”

*) Penulis adalah Staf Peneliti Bidang Pemodelan Iklim Pusat Pemanfaatan Sains Atmosfer dan Iklim Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN)

Gerak Semu Matahari

Hari kulminasi atau disebut juga Ekinoks Matahari adalah hari ketika matahari tepat berada di wilayah khatulistiwa. Selama satu tahun, matahari mengalami dua kali Ekinoks, yaitu pada tanggal 21 Maret dan 23 September (Bayong Tjasyono, 2006). Namun menurut prediksi, ekinoks untuk tahun 2000-2010 yang dibuat oleh Astronomical Applications Department Amerika Serikat, Ekinoks pada tahun 2008 jatuh pada 20 Maret dan 22 September 2008.

Apa penyebab terjadinya Ekinoks Matahari? Ekinoks matahari merupakan akibat dari gerak semu matahari. Gerak semu memerlihatkan bahwa matahari seolah-olah bergerak sepanjang tahun terhadap bumi dari arah utara menuju selatan. Pada 21 Juni, matahari berada di belahan bumi utara (23,5 derajat Lintang Utara). Pada 23 September, matahari berada tepat di khatulistiwa. Pada 22 Desember, matahari berada di belahan bumi selatan (-23,5 derajat Lintang Selatan). Pada 21 Maret, matahari kembali berada di khatulistiwa. Pada saat matahari berada di utara dan selatan (21 Juni dan 22 Desember) disebut dengan Solstis Matahari.

Kenapa terjadi gerak semu? Bumi melakukan dua gerakan sekaligus: berotasi pada sumbunya dan berevolusi terhadap matahari. Sumbu rotasi bumi tidak tegak lurus terhadap sumbu revolusi, tapi memiliki kemiringan sebesar 23,5 derajat. Karena kemiringan ini, bagian bumi yang diterangi matahari berbeda-beda selama setahun. Dari Maret hingga September, lebih banyak menerangi bumi utara daripada selatan. Kemudian, dari September hingga Maret terjadi sebaliknya. Jika fenomena ini dicermati dari bumi, maka terlihat seolah-olah matahari bergerak dari utara ke selatan selama setengah tahun, lalu bergerak dari selatan ke utara pada setengah tahun berikutnya. Gerak semu ini juga berakibat pada terbentuknya empat musim di bumi, yaitu: gugur, dingin, semi, panas. Akibat Ekinoks Matahari Pada saat terjadi Ekinoks, lama waktu antara siang dan malam sama (12 jam) di seluruh permukaan bumi. Bagi kita yang hidup di khatulistiwa, mungkin malam dan siang sama lamanya. Tapi tidak bagi orang yang tinggal di kawasan utara atau selatan. Di musim dingin, orang Eropa merasakan malam lebih panjang dari siang. Sementara pada saat yang bersamaan, orang Australia merasakan siang yang lebih lama. Nah, pada saat ekinoks inilah, orang di utara atau selatan merasakan rentang waktu siang dan malam yang sama. Selain itu, ekinoks juga digunakan sebagai penanda musim, terutama bagi mereka yang tinggal di kawasan utara dan selatan. Contohnya, di kawasan utara, 21 Maret (Vernal Equinox) adalah penanda awal musim semi, sementara 23 September (Autumnal Equinox) merupakan awal musim gugur.

Pengaruh Ekinoks Bagi Atmosfer Indonesia

Apa pengaruh ekinoks matahari bagi atmosfer Indonesia? Seperti kita ketahui, Indonesia adalah negeri yang terletak di khatulistiwa (7 derajat Lintang Utara hingga 10 derajat Lintang Selatan). Sementara itu, ekinoks matahari terjadi dua kali di wilayah Indonesia (tepatnya di Pontianak dan daerah lain yang terletak persis di garis khatulistiwa). Akibatnya, negeri ini menerima energi matahari yang melimpah ruah sepanjang tahun. Energi panas ini selanjutnya dipakai untuk menggerakkan atmosfer secara global ke seluruh dunia. Indonesia merupakan salah satu dari tiga wilayah di khatulistiwa yang menjadi pusat pertumbuhan awan dan pembentukan hujan seluruh dunia. Selain itu, Indonesia juga menjadi wilayah di dunia yang memiliki curah hujan tinggi. Penelitian menyebut, sekitar 70 persen hujan di dunia turun di khatulistiwa. Tiga wilayah penting di dunia, di mana atmosfernya mengalami konveksi (proses pemanasan dan pembentukan awan di atmosfer) sangat aktif, yaitu Indonesia, Afrika Tengah, Amerika Selatan (Amazon, Brazil) (Bayong Tjasyono, 2006).

Selain itu, Indonesia merupakan wilayah kepulauan terbesar di dunia yang terletak di antara dua benua dan dua samudera. Samudra dan benua tersebut memicu terbentuknya angin musiman (monsun). Monsun ini selanjutnya memengaruhi musim di Indonesia. Akibatnya, di Indonesia hanya terjadi dua musim yang diukur berdasarkan kadar curah hujan, yaitu musim kemarau (curah hujan sangat sedikit) dan musim hujan (curah hujan sangat banyak). Ekinoks juga berpengaruh langsung pada pola curah hujan di Pontianak, yang secara umum berbeda dengan pola curah hujan di wilayah Indonesia. Wilayah di Indonesia umumnya mengalami satu puncak curah hujan yaitu pada Desember atau Januari. Sementara di Pontianak, terjadi dua kali puncak curah hujan, yaitu pada Maret dan November.

*) Penulis adalah Staf Peneliti Pusat Pemanfaatan Sains Atmosfer dan Iklim Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN): www.dirgantara-lapan.or.id

Pada awalnya, ESA meluncurkan satelit Venus Express untuk mempelajari Venus. Sejak 243 hari setelah misi berakhir, satelit tersebut ditugaskan dengan misi lain — untuk melihat ke bumi dari sekitar orbit planet yang jauh, dan mencoba menemukan metode baru untuk menentukan kehidupan pada sebuah planet.

Space.com melaporkan bahwa dari orbit Venus, Bumi terlihat lebih kecil daripada sebuah pixel di kamera pesawat ulang alik dan tak ada detail permukaan yang nampak. Ide dari misi ini adalah untuk membantu para ilmuwan menemukan metode yang lebih baik untuk menentukan apakah ada kehidupan pada sebuah planet. Jika metode tersebut sudah teroptimasi, ilmuwan dapat menemukan planet seperti Bumi di sistem tata surya lain untuk mendukung kehidupan luar angkasa.

David Grinspoon, seorang peneliti yang bekerja pada proyek Venus Express, menjelaskan pada Space.com, “Kami telah memulai sebuah proyek berkelanjutan tentang observasi Bumi dari platform yang jauh. Kami ingin mengetahui apa yang dapat kami nilai dari kemampuan Bumi untuk ditinggali berdasarkan observasi tersebut. Apapun yang kami pelajari tentang bumi, kami dapat terapkan pada studi dunia lain.”

Venus Express saat ini mengorbit 2 juta mil dari Bumi dan memotret Bumi melalui peralatan Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer. Menurut Space.com, sejauh ini proyek ini memutuskan bahwa mendeteksi sinyal kehidupan dari jarak jauh memang tidak mudah.

Menurut ilmuwan Giseppe Piccioni, Venus Express dapat mengobservasi Bumi dua atau tiga kali per bulan dan telah mengambil sekitara 40 gambar tentang Bumi selama 2 tahun terakhir.

Piccioni mengatakan, “Kami melihat air dan molekul oksigen di atmosfer bumi, tetapi Venus pun memiliki tanda-tanda demikian. Artinya, hanya melihat molekul saja tidaklah cukup.” Para ilmuwan berharap untuk menggunakan fenomena yang dikenal sebagai “garis merah” (red edge) sebagai penentuan yang lebih akurat terhadap kehidupan di planet yang jauh. “Garis merah” merupakan sinyal infra merah yang disebabkan oleh kehidupan fotosintesis. Tanaman hijau terang di dekat infra merah.

Analisis dari data yang dikumpulkan Venus Express mengenai Bumi hanyalah sebuah langkah. Ilmuwan berharap untuk menentukan apakah “garis merah” Bumi terlihat dari jauh berdasarkan data tersebut.

Para ilmuwan saat ini menemukan planet yang jauh dengan kecepatan yang menakjubkan; lebih dari 300 planet extrasolar telah ditemukan sejak 1995, dan kita semakin dekat pada penemuan planet yang seperti Bumi setiap harinya. Data dari Venus Express dapat membantu ilmuwan untuk menemukan apakah planet yang seperti Bumi benar-benar ada.

Dengan teknik deteksi yang baru tersebut, Grinspoon mengatakan, “Saat ini kita hampir menemukan planet-planet seperti Bumi.” Namun, sepertinya akan memakan bertahun-tahun sebelum aplikasi praktis dari penemuan yang didapatkan Venus Express sebelum bisa digunakan. Jika para ilmuwan mengalami kesulitan untuk menemukan tanda-tanda dari orbit Venus, sebuah standar yang hanya berjarak 2 juta mil, mengaplikasikan teknik yang dtemukan terhadap planet di luar tata surya akan sangat sulit.

Penelitian baru dari Boston University’s College of Engineering, didanai oleh bantuan National Science Foundation, mengindikasikan bahwa LED mungkin tidak hanya komponen cahaya terintegrasi di masa depan, akan tetapi juga merupakan tulang punggung dari jaringan nirkabel masa depan.

Profesor Thomas Little dari Universitas tersebut menjelaskan penelitian baru tersebut dengan, “Bayangkan apabila dalam komputer anda, iPhone, TV, radio, thermosat, semua dapat berkomunikasi denganmu ketika kamu berjalan di sebuah ruangan hanya dengan menyalakan steker lampu tanpa belitan kabel yang biasanya. Ini dapat dimungkinkan dengan jaringan komunikasi berbasi LED, dan hal ini juga menyediakan cahaya - seluruh jaringan listrik yang memiliki konsumsi kecil, kendalan tinggi, dan tanpa interferensi elektromagenik. Terlebih lagi, sistem ini diharapkan dapat diaplikasikan dari alat penerangan yang sudah ada, seperti mengganti bola lampu dengan LED.”

Tujuan utama dari penelitian ini adalah membangun LED yang dapat melakukan hal tersebut dengan tepat — mengirimkan informasi secara nirkabel dengan kelap-kelip terkontrol.

Little melanjutkan, “Ini adalah kesempatan unik untuk membuat teknologi masa depan yang tidak hanya memungkinkan pencahayaan yang efisien, namun juga menciptakan komunikasi nirkabel aman generasi berikutnya. Ketika kita berganti dari bola lampu pijar dan TL ke LED di tahun-tahun mendatang, kita dapat membangun infrastrukur komunikasi lebih cepat dan aman dengan biaya murah bersama penerapan-penerapan baru dan tak terduga.”

Profesor Little dan koleganya membayangkan lampu LED dalam sebuah ruangan yang tersambung pada sirkuit komputer, yang menggunakan pencahayaan yang sudah ada untuk mengimplementasikan jaringan nirkabel yang dapat menyediakan data pada komputer, PDA, televisi dan radio, konkesi telepon, dan temperatur thermostat. Prototipe dari desain network ini, menurut Prof. Little, seharusnya dimulai dalam kecepatan 1-10 Mbps. Lebih jauh lagi, bandwidth dapat lebih besar daripada jaringan Radio Frequency (RF) yang telah ada.

Dalam jaringan yang baru, setiap LED akan berfungsi sebagai access point. Karakteristik lain dari desain baru ini adalah kemanan yang lebih kuat. Tidak seperti jaringan RF, sinyal baru tidak akan bisa menembus dinding dan benda solid. Ini akan mencegap penyadapan dan pencurian koneksi. Sistem baru ini juga menggunakan tenaga yang jauh lebih kecil daripada RF, karena pencahayaan solid state lebih murah secara energi daripada sinyar radio yang kuat yang dibutuhkan oleh jaringan internet nirkabel.

Kerlipan yang menjadi tulang punggung jaringan LED ini lebih cepat sampai-sampai mata manusia tak dapat melihatnya. Jaringan ini idealnya dapat beroperasi baik outdoor maupun indoor. Tes pertama mungkin pada outdoor, dengan kandidat kuat interior mobil. Profesor Little melanjutkan, “Teknologi ini memiliki banyak implikasi pada keamanan mobil. Lampu rem sudah menggunakan LED, sehingga tidak sulit untuk melengkapi mobil dengan sebuah sensor yang dapat mendeteksi lampu rem di mobil dan mewaspadakan seorang pengemudi lalai atau secara aktif memperlambat mobil.”

Meski teknologi ini terlihat sangat menjanjikan, sebuah kesukaran adalah bagaimana membuat komunikasi dua arah. Profesor Little dan timnya belum merinci poin ini dalam konferensi pers awalnya. Untuk menghentikan permintaan data, kita membutuhkan sebuah cara untuk menerima cahaya dari alat-alat seperti telepon genggam atau laptop, akan tetapi, idealnya kita tidak ingin memiliki transmitter yang berkedip-kedip atau dinding yang ditutupi oleh sensor-sensor.