Cahaya Baru Pada Ilmu Otak

Balikkan sakelar dan Anda dapat menghidupkan atau mematikan lampu, kipas, dan segala hal lainnya. Sel-sel saraf individu di otak sekarang adalah tambahan terbaru untuk daftar ini. Selama dekade terakhir, para ilmuwan telah menemukan cara untuk menggunakan cahaya untuk mengendalikan sel-sel saraf otak, atau neuron.

Bidang baru ini disebut optogenetika (OP-toh-jeh-NEH-tix). Opto- adalah awalan yang mengacu pada cahaya. Genetika berkaitan dengan instruksi biologis yang dikodekan dalam gen kita. Seperti namanya, teknologi baru ini menggunakan cahaya untuk menghidupkan atau mematikan aksi yang diprogram secara genetis dalam sel-sel otak.

Keith Bonin menyebut teknologi ini “revolusioner.” Dia mengatakan itu “akan memungkinkan kita untuk lebih memahami bagaimana otak bekerja.” Seorang fisikawan, Bonin bekerja di Wake Forest University di Winston-Salem, N.C.

Otak bertindak sebagai pusat perintah untuk semua yang kita lakukan. Ini adalah sarang neuron – diperkirakan 86 miliar di antaranya. Otak juga mengandung berbagai jenis neuron. Sebanyak 100.000 dari yang paling kecil akan muat di kepala pin.

Untuk memahami bagaimana hewan bergerak, belajar atau berperilaku, para ilmuwan biasanya harus menunggu dan menonton, berharap mereka akan ada di sana ketika peristiwa atau perilaku yang diantisipasi mungkin terjadi. Tidak lagi. Dengan optogenetika, para ilmuwan sekarang dapat menghidupkan tugas atau perilaku ini dengan membalik saklar. Sakelar lampu.

Teknologi baru ini membuka jalur baru untuk penelitian. Sebagai contoh, para ilmuwan belajar lebih banyak tentang apa yang benar dalam otak yang sehat – dan salah ketika otak dipengaruhi oleh berbagai gangguan.

Dalam banyak hal, otak adalah komputer yang hidup. Ini menerima data, mengolahnya menjadi informasi dan kemudian menghasilkan respons. Dan otak melakukan hal-hal ini dengan listrik, seperti halnya komputer.

Namun, dengan komputer, Anda dapat dengan mudah memasukkan data dan kemudian menjalankan program untuk melihat apa yang terjadi. Para peneliti telah lama ingin melakukan itu dengan otak. Tapi itu tidak mudah.

“Tidak ada keyboard untuk otak,” kata Ed Boyden. Dia adalah seorang ahli saraf di Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge. Dia berada di tim peneliti pada tahun 2004 yang pertama kali menggunakan optogenetika untuk bekerja.

Protein adalah molekul yang membentuk dasar sel hidup dan jaringan lain. Banyak juga berfungsi sebagai molekul yang melakukan aksi di dalam dan di sekitar sel. Kelompok Boyden mengidentifikasi protein yang sensitif terhadap cahaya. Mereka menjadi kunci untuk optogenetika.

Mata Anda mengandung opsin (OP-sin), salah satu protein ini. Ketika cahaya mencapai sel-sel retina di bagian belakang mata, opsin memicu sinyal listrik. Segera, sinyal-sinyal itu menembak ke otak. Otak kemudian menerjemahkan sinyal-sinyal itu menjadi penglihatan.

Banyak bakteri, jamur, alga, dan tanaman juga mengandung opsins. Banyak opsins bekerja seperti penjaga gerbang. Pikirkan gerbang sebagai pintu putar satu arah, kata Bonin. Ketika cahaya mengenai pintu putar, opsin memungkinkan ion (atom atau molekul dengan muatan listrik) melewatinya. Bergantung pada gerbang, opsin dapat mengaktifkan atau menonaktifkan aksi neuron.

Perangkat Baru Datang Untuk Membantu Yang Cacat

Ketika seseorang menderita cedera parah, tugas sehari-hari bisa menjadi sulit, jika bukan tidak mungkin. Seseorang yang kehilangan lengan atau tangannya tidak dapat menggenggam dan memutar gagang pintu. Untuk seseorang yang menggunakan kursi roda, langkah kecil sekalipun dapat menghalangi jalan mereka. Tetapi pada 15 Februari, para peneliti di sebuah pertemuan ilmiah besar menggambarkan serangkaian perangkat baru yang dikembangkan untuk mengatasi keterbatasan fisik tersebut. Banyak yang sekarang menjalani tes awal. Mereka tidak akan dijual segera. Tetapi suatu hari di masa depan yang tidak terlalu jauh, versi canggih dari perangkat ini dapat membuat hidup lebih mudah bagi banyak orang.

Ambil contoh, seseorang yang kehilangan penggunaan tangan mereka. Itu masalah yang lebih umum daripada yang disadari kebanyakan orang, kata Kyu Jin Cho. Dia adalah insinyur mesin di Seoul National University di Korea. Sekitar 500.000 orang berakhir di kursi roda setiap tahun. Dari mereka, sekitar setengahnya juga menderita luka di tangan mereka, catat Cho. Dan jumlah itu tidak termasuk orang-orang yang menderita luka hanya di tangan mereka.

Untuk mengatasi ini, Cho dan timnya telah merancang sarung tangan yang terbuat dari bahan yang fleksibel dan seperti karet. Ini memiliki tiga jari yang pas di ibu jari, jari telunjuk dan jari tengah pemakainya. Kabel yang terpasang pada jari-jari itu dapat digerakkan oleh motor kecil. Motor, dikendalikan oleh saklar sederhana, menarik kabel untuk membuka dan menutup tangan. Hasilnya adalah sarung tangan yang dapat membantu orang menggenggam benda.

Kelompok Cho menyebut penemuannya Exo-Glove Poly. Exo berasal dari bahasa Yunani untuk “luar.” Ini merujuk pada fakta bahwa sarung tangan ini dipakai di luar tubuh pengguna. Poly, bahasa Yunani untuk “many,” merujuk pada fakta bahwa bahan seperti sarung tangan dari karet adalah polimer.

Peneliti lain telah merancang sarung tangan yang menerima impuls saraf dari otot lengan pengguna untuk membantu mengendalikan gerakan sarung tangan. Tetapi perangkat-perangkat sebelumnya relatif rumit. Jika diproduksi, mereka akan mahal, catat Cho. Orang-orang yang telah menguji Exo-Glove Poly menyukai kesederhanaannya, katanya. Manfaat lain: Ini tahan air. Itu berarti pengguna dapat mencuci tangan atau mencuci piring saat memakainya. Sarung tangan juga bisa dilepas dan dicuci saat sudah kotor.

Tim Korea ini berada di antara pusat penelitian yang menggambarkan teknologi baru, minggu lalu, untuk orang-orang dengan cacat fisik serius. Mereka memamerkan perangkat mereka, di sini, pada pertemuan tahunan Asosiasi Amerika untuk Kemajuan Ilmu Pengetahuan (AAAS).

Memata-matai Otak Dalam Aksi

Anda biasanya tidak diam. Begitu pula kebanyakan hewan. Sekarang tiga alat baru memungkinkan para ilmuwan melihat apa yang terjadi di dalam otak dan sistem saraf – bahkan ketika seekor binatang bergerak.

Ini mungkin terdengar seperti bukan masalah besar. Kecuali itu makhluk hidup cenderung bergerak. Mendapatkan gambar beresolusi tinggi dari sesuatu yang kecil (misalnya sel) cenderung mengharuskan mereka tidak bergerak. Sehingga bisa menghadirkan masalah besar bagi peneliti. Dan masalah itulah yang coba ditaklukkan oleh teknik baru.

Setiap inovasi dibangun di atas yang lain. Salah satunya adalah mikroskop baru yang dapat memfilmkan sel-sel otak, atau neuron, pada hewan kecil saat mereka bergerak atau melakukan hal-hal lain. Alat lain menggunakan medan magnet atau gelombang radio untuk menghidupkan atau mematikan neuron pada hewan hidup. Teknologi ketiga menawarkan alat portabel untuk melihat apa yang terjadi di otak manusia.

Alat-alat baru ini dapat membantu para ilmuwan mempelajari lebih banyak tentang otak yang hidup. Dan itu selalu menjadi tantangan. Sebagai permulaan, tengkorak menutupi otak pada banyak hewan. Tulang itu, seperti jaringan otak, adalah buram. Jadi Anda tidak bisa melihat melalui mereka. Dan melihat potongan-potongan itu – dikeluarkan dari tubuh dan di bawah mikroskop normal – tidak menunjukkan apa yang terjadi di otak hidup. Namun aktivitas otak itulah yang sangat diinginkan oleh banyak ilmuwan untuk dipahami dengan lebih baik.

Untungnya, itulah yang dapat ditampilkan oleh alat-alat baru ini.

Otak Anda adalah pusat komando tubuh. Ia mengirim dan menerima sinyal dari seluruh penjuru. Sinyal-sinyal itu mengendalikan apa yang tubuh kita lakukan dan bagaimana kita bertindak. Mempelajari pesan-pesan ini dapat menjelaskan bagaimana otak biasanya berinteraksi dengan bagian tubuh lainnya. Dan itu dapat lebih membantu para ilmuwan menemukan – dan mengobati – apa yang salah dalam penyakit yang mempengaruhi otak.

Elizabeth Hillman adalah seorang insinyur biomedis di Universitas Columbia di New York City. Mikroskop baru timnya dapat membuat film tentang apa yang terjadi di otak hewan – bahkan yang bergerak.

Hewan seperti lalat buah, cacing gelang dan ikan zebra sering berfungsi sebagai organisme model. Mereka “mendukung” orang dalam eksperimen tertentu. Ya, otak mereka cenderung sangat kecil. Mereka mungkin memiliki kurang dari setengah juta neuron, dibandingkan dengan hampir 100 miliar di otak manusia. Namun pusat saraf pada hewan-hewan ini melakukan banyak hal yang sama seperti otak manusia. Dan mereka sering melakukannya menggunakan jenis sel, organ, atau molekul pemberi sinyal yang sama.

Ilmu Keren Cabai

Irisan lada jalapeno hijau mengkilap menghiasi sepiring nacho. Mengunyah salah satu cabai yang terlihat tidak bersalah akan membuat mulut seseorang meledak dengan kembang api pedas. Beberapa orang takut dan menghindari sensasi yang menyakitkan, menyiram, dan membakar mulut. Yang lain suka luka bakar.

“Seperempat populasi dunia makan cabai setiap hari,” catat Joshua Tewksbury. Dia adalah ahli biologi yang menghabiskan 10 tahun mempelajari cabai liar. Dia juga kebetulan menikmati makan makanan pedas.

Cabai cabe lebih dari sekadar membakar mulut orang. Para ilmuwan telah menemukan banyak kegunaan untuk bahan kimia yang memberikan tenaga sayuran ini. Disebut capsaicin (Kap-SAY-ih-sin), itu adalah bahan utama dalam semprotan merica. Beberapa orang menggunakan senjata ini untuk pertahanan diri. Kapsaicin semprotan tingkat tinggi akan membakar mata dan tenggorokan penyerang – tetapi tidak akan membunuh orang. Dalam dosis yang lebih kecil, capsaicin dapat meredakan rasa sakit, membantu menurunkan berat badan dan kemungkinan memengaruhi mikroba di usus agar orang tetap sehat. Sekarang seberapa keren itu?

Mengapa ada orang yang mau makan sesuatu yang menyebabkan rasa sakit? Capsaicin memicu aliran hormon stres. Ini akan membuat kulit memerah dan berkeringat. Itu juga bisa membuat seseorang merasa gelisah atau bersemangat. Beberapa orang menikmati perasaan ini. Tapi ada alasan lain mengapa cabai muncul di piring makan di seluruh dunia. Cabai benar-benar membuat makanan lebih aman untuk dimakan.

Saat makanan berada dalam cuaca hangat, mikroba pada makanan mulai bertambah banyak. Jika orang makan makanan dengan terlalu banyak kuman ini, mereka berisiko menjadi sangat sakit. Suhu dingin di dalam lemari es membuat sebagian besar mikroba tidak tumbuh. Itulah sebabnya kebanyakan orang saat ini mengandalkan lemari es untuk menjaga makanan mereka tetap segar. Tapi dulu, peralatan itu tidak tersedia. Cabai itu. Capsaicin dan bahan kimia lainnya, ternyata, dapat memperlambat atau menghentikan pertumbuhan mikroba. (Bawang putih, bawang, dan banyak bumbu masakan lainnya juga bisa.)

Sebelum lemari es, orang-orang yang tinggal di bagian paling panas di dunia mengembangkan rasa untuk makanan pedas. Contohnya termasuk kari India panas dan tamale Meksiko yang berapi-api. Preferensi ini muncul seiring waktu. Orang-orang yang pertama kali menambahkan cabai ke dalam resep mereka mungkin tidak tahu bahwa cabai bisa membuat makanan mereka lebih aman; mereka hanya menyukai barang-barang itu. Tetapi orang-orang yang makan makanan pedas cenderung lebih jarang sakit. Pada waktunya, orang-orang ini akan lebih mungkin untuk membesarkan keluarga yang sehat. Hal ini menyebabkan populasi pecinta bumbu pedas. Orang-orang yang datang dari belahan dunia yang dingin cenderung tetap dengan resep yang lebih hambar. Mereka tidak membutuhkan rempah-rempah itu untuk menjaga keamanan makanan mereka.

Mengapa cabe sakit

Panasnya cabai sebenarnya bukan rasa. Perasaan terbakar itu berasal dari sistem respons rasa sakit tubuh. Capsaicin di dalam lada mengaktifkan protein dalam sel manusia yang disebut TRPV1. Pekerjaan protein ini adalah merasakan panas. Ketika itu terjadi, ia memberi tahu otak. Otak kemudian merespons dengan mengirimkan sentakan rasa sakit kembali ke bagian tubuh yang sakit.

Biasanya, respons nyeri tubuh membantu mencegah cedera serius. Jika seseorang secara tidak sengaja meletakkan jari-jari di atas tungku yang panas, rasa sakit itu membuatnya menarik kembali tangannya dengan cepat. Hasilnya: luka bakar ringan, bukan kerusakan kulit permanen.

Sistem Alarm Untuk Kerusakan Di Bumi

Istilah “killer asteroid” mungkin mengingatkan pada jenis batuan ruang angkasa besar yang memusnahkan dinosaurus jutaan tahun yang lalu. Tapi objek sebesar itu – sekitar 5 hingga 15 kilometer (3 hingga 8 mil) – mungkin menghantam Bumi hanya sekali setiap beberapa ratus juta tahun. Benda-benda ruang yang lebih kecil lebih sering kena. Dan bahkan mini ini bisa berbahaya. Sebuah asteroid selebar 45 meter (50 yard) dapat menghancurkan sebuah kota. Tapi yang pertama dalam sistem dua-teleskop baru di Hawaii baru saja mulai memindai langit untuk “pembunuh kota”. Dan apa yang ditemukannya mungkin memberi orang peringatan yang menyelamatkan jiwa dari pendekatan mereka.

Batuan angkasa yang masuk semacam itu disebut benda dekat Bumi, atau NEO. Karena sebagian besar cukup kecil, mereka sering tidak terlihat sampai mereka hanya beberapa hari lagi. Kecenderungan untuk terbang melewati Bumi dan menghilang lagi tanpa pernah diperhatikan oleh para astronom. Tapi tidak semua merindukan kita. Beberapa menyerang planet ini. Dan bahkan mereka yang lebih kecil dari pembunuh kota bisa sangat menghancurkan.

Pertimbangkan meteor Chelyabinsk yang meledak di atas Rusia pada 2013. Batuannya hanya sekitar 17 meter (56 kaki). Tapi itu merusak bangunan di area yang luas dan melukai lebih dari 1.000 orang.

Sistem Peringatan Terakhir Dampak Asteroid Terestrial baru – atau ATLAS – dirancang untuk melihat asteroid yang lebih kecil ini sebelum mereka menyerang. “Alarm asteroid” semacam ini dapat memberi orang peringatan beberapa hari untuk mempersiapkan atau mengevakuasi kota-kota di jalur penerbangan angkasa luar.
Dalam kebanyakan kasus, “hal-hal yang menimpa kami kecil,” kata Nick Moskovitz. Dia adalah seorang astronom dan peneliti asteroid di Lowell Observatory di Flagstaff, Ariz. “Peluang kita untuk tertabrak oleh sesuatu yang seukuran pembunuh dinosaurus sangat kecil, kita memiliki banyak pemberitahuan sebelumnya,” katanya. Itu adalah bebatuan kecil yang biasanya merupakan kejutan.

Sudah ada teleskop yang kuat mencari asteroid. Apa yang membuat ATLAS unik adalah bahwa ia akan memindai seluruh langit beberapa kali per malam. Survei lain hanya menghasilkan satu kali pemindaian per minggu.

Moskovitz tidak bekerja pada ATLAS. Namun bahkan dia percaya “Ini adalah salah satu proyek paling menarik di bidang [NEO] sekarang.”

Teleskop pertama ATLAS mulai beroperasi pada Agustus. Yang kedua akan online bulan depan. Tidak lama setelah teleskop pertama mulai memindai langit, ia melihat asteroid pertamanya. Itu pada malam 9 dan 10 Agustus. Objek itu hanya sekitar 60 hingga 150 meter (200 hingga 500 kaki). “Itu luar biasa – sangat menyenangkan,” kata Ari Heinze, yang membuat penemuan itu. Astronom ini bekerja di Universitas Hawaii, Manoa, di Honolulu. Teleskop telah menemukan beberapa NEO sejak itu.

“ATLAS akan menjadi survei NEO pertama yang menargetkan seluruh langit setiap malam,” kata Heinze. Proyek ini akan mengambil gambar setiap bagian langit sekitar empat kali setiap malam. Para ilmuwan akan menggunakan program komputer untuk membandingkan gambar. Setiap objek yang bergerak atau mengubah posisi selama berjam-jam atau berhari-hari, kata Heinze, kemungkinan adalah asteroid.

Kain Graphene Mencegah Nyamuk Menggigit

Kain graphene mencegah nyamuk menggigit Ini adalah satu dari serangkaian berita yang menyajikan teknologi dan inovasi, yang dimungkinkan dengan dukungan dermawan dari Lemelson Foundation.

Gigitan nyamuk bukan hanya gangguan pada pendakian musim panas atau teras belakang. Bagi jutaan orang di seluruh dunia, mereka dapat membawa penyakit mematikan. Sekarang, para peneliti telah mengusulkan strategi baru untuk menjaga kulit kita bebas gigitan. Tambahkan lapisan graphene ke pakaian luar Anda.

Graphene adalah satu lapisan atom karbon. Diidentifikasi pada tahun 2004, graphene mendapatkan dua penemunya Hadiah Nobel Fisika 2010. Jutaan lapisan graphene membentuk grafit dalam pensil sekolah. Melampirkan atom oksigen ke graphene menghasilkan film yang dikenal sebagai graphene oxide (GO). Dan itulah dasar dari kain baru.

Cintia Castilho adalah mahasiswa pascasarjana di bidang teknik di Brown University. Itu di Providence, R.I. Dia tertarik ketika Robert Hurt, penasihatnya, menyebutkan perlindungan nyamuk pada pertemuan tim. “Kelompok kami telah menggunakan GO dalam pakaian yang melindungi terhadap uap kimia,” kenang Castilho. “Dari aplikasi itu dan lainnya, kami tahu itu adalah bahan yang sangat serbaguna.” Namun, bisakah itu mencegah nyamuk menggigit?

Proyek ini menunjukkan kepada Castilho bahwa ide apa pun mungkin layak untuk dicoba, bahkan ketika beberapa rekan Anda ragu. Timnya menggambarkan keberhasilannya dalam Prosiding 10 September dari National Academy of Sciences.

Toolkit nyamuk yang unik

Castilho mengetahui bahwa mulut nyamuk terdiri dari lebih dari sedotan untuk menghirup darah. Padahal, ada enam bagian mulut. Mereka, dalam beberapa hal, seperti alat makan. “Seekor nyamuk memegang kulit Anda dengan dua bagian mulut yang bertindak sebagai garpu,” jelasnya. Empat bagian lainnya memiliki ujung bergerigi seperti pisau. Mereka memotong kulit Anda.

Hanya perempuan yang membutuhkan makanan darah. Itu akan memberi makan telurnya. Mulut jantan tidak bisa menembus kulit. Beberapa lalat yang menggigit memiliki mulut yang mirip dengan nyamuk betina. Tapi tidak ada yang seunik dan sekuat miliknya.

Beberapa nyamuk betina sangat menyukai darah manusia. Contoh utama adalah Aedes aegypti, yang menularkan banyak penyakit berbahaya. Mereka termasuk Zika, demam berdarah (DEN-gay), demam kuning dan chikungunya (Chih-kun-GUN-yah).

“Kami berpikir bahwa Aedes aegypti berasal dari Afrika dan mencapai benua lain dengan leluhur kami,” kata Laura Harrington. Orang-orang kemungkinan mengangkutnya dalam wadah air buatan manusia, katanya. “Pada dasarnya ini adalah hewan peliharaan yang tidak bisa bertahan hidup tanpa manusia.

Harrington adalah seorang ilmuwan serangga, atau ahli serangga, yang tidak terlibat dalam proyek baru. Dia bekerja di Universitas Cornell di Ithaca, N.Y. Nyamuk A. aegypti dapat memakan banyak mamalia, dia menemukan. Tapi itu lebih suka orang 98 persen dari waktu. Selama jutaan tahun evolusi, 3.500 spesies nyamuk telah mengembangkan adaptasi dan perilaku tubuh yang berbeda. Ini membantu mereka memakan hewan apa pun yang mereka inginkan.

Para Ilmuwan Menyelidiki Cara Baru Untuk Mengendalikan Malaria

Detektif sains mengikuti petunjuk baru dalam upaya mereka untuk menghentikan seorang pembunuh – malaria. Penyakit ini merenggut nyawa sekitar 429.000 orang pada tahun 2015 saja, menurut Organisasi Kesehatan Dunia. Dan anak-anak menghadapi risiko terbesar. Lebih dari tujuh dari setiap 10 korban malaria adalah anak-anak.

Penyakit ini disebabkan oleh parasit yang menghabiskan sebagian dari siklus hidupnya pada nyamuk dan sebagian pada hewan penghasil darah. Begitu masuk ke manusia, ia menyerang sel-sel hati dan darah. Kasus ringan menyebabkan demam, sakit kepala, dan kedinginan. Kasus yang parah membuat darah kekurangan sel sehat untuk membawa oksigen. Terkadang, penyakit ini juga menyerang paru-paru dan otak.

Beberapa obat dapat menyembuhkan malaria. Tetapi obat-obatan itu tidak selalu berhasil. Jadi para ilmuwan sedang mencari cara baru untuk menggagalkan pembunuh ini. Musim panas lalu, mereka menggambarkan dua dari mereka di sebuah pertemuan di Chicago, Illinois.

“Malaria tidak hanya mempengaruhi manusia,” jelas Holly Lutz. Dia bekerja di Chicago di Field Museum dan University of Chicago. Kelelawar, mamalia lain, burung, dan kadal juga dapat terserang penyakit ini. “Faktanya, hampir semua vertebrata darat dapat terinfeksi oleh spesies malaria mereka sendiri,” katanya.

Lutz menyebut dirinya “ahli biologi evolusi dan ahli ekologi mikroba. Tapi yang pertama dan terpenting, saya seorang penjelajah, ”katanya. Dengan menjelajahi hewan dan parasit mereka, Lutz berharap untuk belajar lebih banyak tentang cara untuk mencegah malaria pada manusia.

Parasit mikroskopis bernama Plasmodium (Plaz-MO-dee-um) ada di belakang penyakit itu. Nyamuk mengambil mikroba ketika mereka memakan darah yang terinfeksi. Tumbuh di usus mereka. Kemudian masuk ke air liur serangga. Ketika nyamuk mengambil gigitan berikutnya, sekarang nyamuk dapat berbagi sebagian parasit ini dengan inang baru. Dalam banyak kasus, tuan rumah itu mungkin manusia.

Ada beberapa kabar baik. Malaria membunuh hanya sekitar setengah orang di tahun 2015 seperti yang terjadi 15 tahun sebelumnya. Kelambu membantu. Orang-orang menggantungkan tirai jala ini, dirawat dengan racun pembunuh nyamuk, di atas tempat tidur mereka di malam hari. Perawatan medis juga lebih baik di beberapa area.

Tapi ini kabar buruknya. Seperti organisme lain, parasit yang menyebabkan malaria berevolusi. Akibatnya, lebih banyak dari mereka sekarang dapat menahan aksi pembunuhan mikroba dari berbagai obat. Nyamuk juga berevolusi. Beberapa sekarang dapat melawan insektisida umum. Itu berarti mereka dapat bertahan hidup untuk menginfeksi lebih banyak orang dan bereproduksi. Dan perubahan iklim mengubah pola cuaca di seluruh dunia. Di masa depan, nyamuk pembawa malaria kemungkinan akan bertahan di lebih banyak tempat.

Perangkat Ini Menggunakan Langit Malam Yang Dingin Untuk Menghasilkan Listrik

Perangkat baru berfungsi seperti panel surya, kecuali itu tidak memanen energi dari matahari. Ini menangkap energi dari langit malam yang dingin.

Prototipe perangkat menghasilkan listrik yang cukup di malam hari untuk menyalakan bola lampu kecil. Versi yang lebih besar mungkin suatu hari akan menyalakan kamar atau mengisi baterai telepon. Itu juga bisa memberi daya elektronik di daerah terpencil atau sumber daya rendah yang kekurangan listrik.

Inti dari lampu malam baru ini adalah generator termoelektrik. Ini memanfaatkan perbedaan suhu antara Bumi dan luar angkasa. Generator kemudian menggunakan perbedaan itu untuk menghasilkan listrik.

Selama satu sisi lebih dingin dari yang lain, generator dapat menghasilkan listrik. Sisi yang lebih dingin menghadap ke langit dan menempel pada plat aluminium. Piring itu disegel di bawah penutup transparan dan dikelilingi dengan isolasi untuk mencegah panas. Pelat ini tetap lebih dingin daripada udara di sekitarnya dengan melepaskan panas yang diserapnya sebagai radiasi inframerah. Radiasi itu dapat menembus melalui penutup transparan dan terus menuju ruang luar.

Bagian bawah generator terpasang ke pelat aluminium terbuka. Piring itu dihangatkan oleh udara lokal. Pada malam hari, pelat atas bisa mendapatkan beberapa derajat Celcius lebih dingin daripada bagian bawah generator.

Para peneliti menguji prototipe 20-sentimeter pada malam Desember di Stanford, California. Generator menghasilkan daya sekitar 25 miliwatt per meter persegi perangkat. Itu adalah kekuatan yang cukup untuk menyalakan dioda pemancar cahaya kecil, atau bohlam LED. Perbaikan lebih lanjut dapat meningkatkan produksinya menjadi setidaknya 500 miliwatt per meter persegi. Untuk melakukan itu, sistem mungkin memerlukan lebih banyak isolasi di sekitar pelat atas yang dingin.

Para peneliti menggambarkan pencapaian mereka secara online 12 September di Joule.

“Itu ide yang sangat pintar,” kata Yuan Yang. Seorang ilmuwan materi, ia bekerja di Universitas Columbia di New York City dan tidak terlibat dalam pekerjaan itu. “Pembangkit listrik jauh lebih sedikit daripada panel surya,” katanya. Panel surya umumnya menghasilkan setidaknya 100 watt (bukan miliwatt) per meter persegi. Tapi generator baru ini mungkin berguna untuk daya cadangan, kata Yang. Mungkin juga memberikan sedikit energi untuk orang yang hidup dari jaringan listrik.

Bola lampu tipikal mungkin mengkonsumsi beberapa watt listrik, catat Shanhui Fan. Dia adalah seorang insinyur listrik di Universitas Stanford di California yang bekerja pada perangkat tersebut. Jadi sesuatu yang memakan beberapa meter persegi ruang atap mungkin menerangi ruangan dengan energi dari langit malam.

Perangkat itu juga dapat membantu menyalakan stasiun cuaca jarak jauh atau perangkat lingkungan lainnya, kata Aaswath Raman. Dia adalah ilmuwan bahan yang bekerja pada perangkat di University of California, Los Angeles. Ini mungkin berguna di daerah kutub yang tidak melihat sinar matahari selama berbulan-bulan, kata Raman. “Jika Anda memiliki beban daya rendah dan anda perlu menyalakannya selama tiga bulan kegelapan, ini mungkin solusinya.”

 

Grid Ini Menggerakkan Energi, Tetapi Tidak Selalu Andal

Lebih dari tiga juta orang di Puerto Riko kehilangan listrik pada September 2017. Badai back-to-back baru saja menghantam pulau itu. Banjir dari Maria, semakin kuat dari mereka, merobohkan banyak pembangkit listrik. Angin dan tanah longsor menumbangkan menara dan saluran listrik yang mereka bawa. Turut menjelaskan ilmuwan iklim Juan Declet-Barreto: “Kehilangan kekuatan bukan hanya merepotkan. Di daerah tropis yang dilanda iklim seperti Puerto Rico, itu mengancam jiwa. ”

Tanpa listrik, rumah sakit harus menunda operasi. Mereka tidak dapat menjalankan banyak pemindaian atau pengujian, baik. Tanpa perawatan tepat waktu, beberapa pasien meninggal. Instalasi pengolahan air Puerto Rico kehilangan daya selama Maria. Akibatnya, orang-orang di seluruh pulau kehilangan akses ke air bersih. Dan sedikit orang yang bisa memasak atau mendinginkan makanan. Siapa pun yang beruntung memiliki kompor atau generator portabel harus berdiri dalam antrean panjang untuk bahan bakar. Sementara itu, sekolah dan bisnis tutup atau kurangi jam kerjanya.

Declet-Barreto bekerja untuk Union of Concerned Scientists di Washington, D.C. Tapi dia dibesarkan di Puerto Rico. Keluarga orang tua dan saudara perempuannya masih tinggal di sana. Telepon keluar tak lama setelah Badai Maria mendarat. Selama berhari-hari, Declet-Barreto tidak tahu nasib keluarganya. Untungnya, mereka bernasib cukup baik. Dan listrik mereka kembali dalam beberapa minggu.

Banyak orang lain tidak seberuntung itu. Empat bulan setelah Maria, sekitar sepertiga pulau itu masih kekurangan listrik. Bahkan setelah enam bulan, kira-kira satu dari 10 orang masih tidak bisa menyalakan lampu. Itu hampir setahun setelah Maria memukul sebelum semua orang lagi memiliki kekuatan.

Badai adalah peristiwa yang parah, tetapi Maria sangat buruk. Angin dan banjirnya “tidak mungkin menjadi ‘badai sempurna’ yang lebih harfiah,” kata Declet-Barreto. Angin dan pohon-pohon tumbang menghancurkan banyak sistem pulau untuk membawa listrik dari pembangkit listrik. Bahkan sebelum Maria, perusahaan yang menghantarkan listrik belum mengganti peralatan yang menua.

Puerto Rico jauh dari satu-satunya tempat yang berjuang untuk tetap menyalakan lampu, telepon diisi dan komputer dinyalakan.

Jaringan listrik adalah istilah untuk sistem yang membawa listrik dari tempat dibuatnya ke rumah dan bisnis. Hampir semua orang bergantung pada sistem itu. Namun sama pentingnya dengan ini, grid ini menghadapi sejumlah ancaman. Beberapa sederhana dan lama. Lainnya kompleks dan sangat baru.

Untungnya, para insinyur sedang mengerjakannya. Penelitian mereka bertujuan untuk menjaga agar grid tetap berjalan, terlepas dari bencana alam – dan beberapa bencana yang jelas tidak wajar. Proyek lain sedang mencari cara untuk menyalakan kembali lampu lebih cepat setelah listrik padam. Masih banyak pekerjaan mencari cara untuk tidak terlalu bergantung pada bahan bakar fosil (terutama batu bara, minyak dan gas alam) dan bukannya menghasilkan lebih banyak listrik menggunakan angin bersih dan energi matahari. Sumber yang lebih bersih mungkin tidak hanya membantu memperlambat pemanasan global, tetapi juga membuat jaringan lebih tangguh terhadap penutupan.

Energi Terbarukan Mungkin Bisa Menghijaukan Padang Pasir

Turbin angin dan panel surya yang menghasilkan listrik adalah contoh teknologi ramah lingkungan – atau “hijau”. Sebuah studi baru menemukan bahwa bentuk-bentuk energi terbarukan ini mungkin juga hijau dalam arti lain. Koleksi besar turbin itu atau yang disebut ladang panel surya tampaknya mampu membawa hujan ke padang pasir. Dan itu akan memungkinkan lebih banyak tanaman untuk tumbuh.

Eugenia Kalnay adalah pakar cuaca dan iklim. Dia bekerja di University of Maryland di College Park. Dia juga telah bekerja untuk Layanan Cuaca Nasional dan NASA. Di setiap tempat, ia telah menggunakan komputer untuk memodelkan cuaca dan iklim. Model semacam itu membantu para ilmuwan memahami bagaimana suhu dan hujan dapat berubah seiring waktu. Perubahan sehari-hari dikenal sebagai cuaca. Pola jangka panjang, seperti tren musiman yang bertahan selama bertahun-tahun, menggambarkan iklim suatu wilayah.

Turbin angin dan panel surya dapat mengubah cara udara bergerak. Saat angin bergerak melalui bilah-bilah pemintalan turbin, sebagian dari kekuatannya diubah menjadi listrik. Ini melemahkan angin itu. Turbin juga dapat mengubah jalur angin, mengarahkan sebagiannya di sekitar luar ladang angin.

Kedua teknologi juga dapat mempengaruhi suhu di dekatnya. Panel surya dapat menaikkan suhu yang berdekatan 3 hingga 4 derajat Celsius (5 hingga 7 derajat Fahrenheit). Turbin juga meningkatkan suhu, terutama dengan menjaga malam tetap hangat. Udara hangat naik. Jika naik cukup tinggi, dan menampung banyak uap air, akhirnya bisa mengembun menjadi awan yang menghasilkan hujan.

Dengan cara ini, ladang angin dan surya dapat mempengaruhi iklim. Tapi apakah perubahannya cukup besar? Itulah yang ingin diketahui oleh Kalnay dan yang lainnya. Model komputer baru mereka menunjukkan bahwa campuran teknologi energi ini dapat meningkatkan curah hujan dan akhirnya mengubah gurun menjadi daerah yang kaya tanaman.

Kalnay bekerja sama dengan Safa Motesharrei, seorang ilmuwan sistem di Maryland. Ilmuwan sistem mempelajari bagaimana sistem yang kompleks, seperti iklim, berfungsi. Pasangan Maryland merekrut Yan Li, seorang geoscientist di Beijing Normal University di China, untuk bergabung dengan mereka. Ketiganya membawa ilmuwan lain dari Maryland, Italia dan Cina untuk bergabung dalam studi mereka. Membangun ladang angin atau surya yang besar hanya untuk mempelajari pertanyaan mereka bukanlah pilihan. Itu akan terlalu mahal. Ini juga dapat menciptakan masalah iklim yang tidak terduga. Jadi tim bukannya menggunakan model komputer untuk menyelidiki bagaimana turbin angin dan pertanian tenaga surya dapat mengubah iklim suatu wilayah.

Model cuaca dan iklim bekerja dari data yang dikumpulkan selama beberapa dekade. Mereka termasuk data tentang cuaca yang berkembang ketika kondisi tertentu terjadi. Kondisi-kondisi ini termasuk suhu dan hujan atau salju. Mereka juga termasuk tekanan udara, angin, sinar matahari dan pergerakan panas masuk dan keluar dari tanah dan genangan air yang besar.

Untuk studi baru mereka, para peneliti mengembangkan model Gurun Sahara Afrika Utara. Gurun terbesar di dunia, Sahara mendukung sedikit kehidupan. Meskipun sedikit orang yang tinggal di sini, banyak yang tinggal di daerah sekitarnya. Jadi menempatkan ladang angin dan surya di daerah ini dapat membantu memenuhi kebutuhan listrik mereka.