Peneliti dari University of Illinois berhasil mengubah limbah kulit jeruk bali (pomelo) menjadi perangkat yang mampu menghasilkan listrik dan memantau gerakan tubuh. Inovasi ini menawarkan solusi berkelanjutan untuk menghasilkan energi dan aplikasi kesehatan.
Jeruk bali, buah sitrus berukuran besar yang banyak dibudidayakan di Asia Tenggara dan Asia Timur, memiliki kulit tebal yang biasanya dibuang dan menjadi limbah makanan yang signifikan. Dalam penelitian terbaru, tim ilmuwan dari University of Illinois Urbana-Champaign menyelidiki metode untuk memanfaatkan limbah kulit jeruk bali menjadi perangkat yang dapat menghasilkan listrik dan memantau gerakan biomekanik.
"Kulit jeruk bali terdiri dari dua bagian utama yaitu lapisan luar yang tipis dan lapisan dalam putih yang tebal. Bagian putihnya lembut dan terasa seperti spons saat ditekan," jelas Yi-Cheng Wang, asisten profesor di Departemen Ilmu Pangan dan Nutrisi Manusia.
Wang menambahkan, "Jika kita bisa mendaur ulang kulit menjadi produk bernilai lebih tinggi daripada membuangnya begitu saja, kita tidak hanya mengurangi limbah dari produksi jeruk bali, tapi juga menciptakan nilai tambah dari limbah makanan dan pertanian."
Secara umum, satu buah jeruk bali beratnya antara 1-2 kilogram, dengan kulit mencakup 30% hingga 50% dari total berat. Dalam penelitian ini, para ilmuwan memisahkan kulit dari buah, menghilangkan lapisan terluar, lalu memproses bagian dalam kulit yang putih dan tebal. Kulit tersebut dipotong menjadi bagian-bagian kecil dan dikeringbekukan untuk mempertahankan struktur berpori tiga dimensinya yang unik.
Dengan menganalisis komposisi kimia dan sifat mekanis kulit, tim peneliti berhasil mengembangkan perangkat yang mengubah energi mekanik menjadi listrik. Perangkat ini juga berfungsi sebagai sensor gerakan yang dapat berjalan tanpa sumber daya eksternal.
Memanfaatkan Elektrifikasi Kontak
Perangkat yang dikembangkan memanfaatkan prinsip elektrifikasi kontak. "Ini mungkin terdengar rumit, tapi sebenarnya cukup sederhana dan kita mengalaminya setiap hari. Misalnya, saat kita menyentuh gagang pintu, terutama di musim dingin, terkadang kita merasakan kejutan listrik," kata Wang.
Para peneliti menggunakan biomassa kulit jeruk bali dan film plastik (poliimida) sebagai dua lapisan triboelektrik yang bersentuhan ketika ada gaya eksternal. Mereka memasang elektroda tembaga pada masing-masing lapisan dan mengevaluasi seberapa baik perangkat tersebut dapat mengubah energi mekanik eksternal menjadi listrik.
Hanya dengan mengetuk perangkat triboelektrik berbasis kulit jeruk bali dengan jari, mereka bisa menyalakan sekitar 20 LED. Mereka juga mendemonstrasikan bahwa kalkulator atau jam olahraga dapat ditenagai semata-mata oleh gaya mekanik ini, tanpa memerlukan listrik eksternal, ketika perangkat diintegrasikan dengan sistem pengelolaan daya yang mencakup unit penyimpanan energi.
Memantau Gerakan Tubuh dan Implikasi Masa Depan
Ketika dipasang pada berbagai bagian tubuh, sensor konsep buatan peneliti mampu memantau gerakan biomekanik seperti gerakan sendi dan pola berjalan. Ini karena pergerakan bagian tubuh yang berbeda dapat menyebabkan elektrifikasi kontak antara lapisan triboelektrik, menghasilkan sinyal listrik yang sesuai dengan gerakan yang berbeda. Kemampuan ini berpotensi memberikan wawasan berharga bagi profesional perawatan kesehatan dan rehabilitasi fisik.
"Penelitian ini menyoroti peluang menarik untuk mengubah limbah makanan menjadi perangkat dan material bernilai tambah. Dengan berpotensi menggantikan atau melengkapi bahan non-terbarukan dan mengurangi limbah, ini dapat berkontribusi signifikan terhadap keberlanjutan jangka panjang," ujar Wang.
Tim peneliti telah mengajukan paten sementara untuk perangkat triboelektrik berbasis kulit jeruk bali mereka. Penemuan ini menunjukkan bagaimana limbah yang biasanya terbuang dapat dimanfaatkan untuk teknologi ramah lingkungan, sekaligus mengatasi masalah limbah makanan yang semakin meningkat di seluruh dunia.
