Material informatics adalah bidang interdisipliner yang menggabungkan ilmu data dan ilmu material untuk mempercepat penemuan, desain, dan optimalisasi material baru. Bidang ini menggunakan berbagai teknik dan alat ilmu komputer, seperti pembelajaran mesin (machine learning), penggalian data, dan analisis statistik, untuk menganalisis data material yang kompleks dan besar. Berikut adalah beberapa komponen penting dari informatika material:
- Data Material: Melibatkan pengumpulan dan analisis data tentang berbagai sifat material, seperti komposisi kristal, struktur kimia, sifat mekanik, termal, dan elektronik.
- Model Pembelajaran Mesin: Model ini digunakan untuk memprediksi sifat material baru berdasarkan data sebelumnya. Model ini dapat menemukan pola dan hubungan yang kompleks antara komposisi material dan sifatnya.
- Simulasi dan Pemodelan: Untuk memahami perilaku material pada skala atomik dan mesoskopik, teknik simulasi seperti dinamik molekular (Molecular Dynamics) dan metode Monte Carlo sering digunakan.
- Desain Material: Informatik material memungkinkan pembuatan material baru dengan karakteristik yang diinginkan untuk tujuan tertentu dengan menggunakan algoritma optimasi dan teknik rekayasa balik, juga dikenal sebagai rekayasa balik.
- Basis Data Material: Pengembangan dan pemanfaatan berbagai basis data material yang komprehensif. Beberapa contohnya termasuk Open Quantum Materials Database (OQMD) dan Proyek Material, yang menyediakan data terstruktur yang dapat diakses oleh peneliti.
- Automatisasi Eksperimen: Penggunaan laboratorium otomatis dan robotik untuk melakukan eksperimen secara cepat dan efisien memungkinkan pengumpulan data dalam jumlah besar untuk analisis lebih lanjut.
Informasi material bertujuan untuk meningkatkan pemahaman kita tentang hubungan antara struktur dan sifat material serta mengurangi waktu dan biaya yang diperlukan untuk membuat material baru. Bidang ini sangat relevan dalam berbagai sektor, seperti manufaktur, energi, elektronik, dan kesehatan.
Â
Peluang Material Informatics
Beberapa alasan utama yang mendorong kemajuan material informatics menunjukkan peluang besar untuk masa depan, dan berikut adalah beberapa faktor yang menunjukkan peluang besar tersebut:
- Meningkatkan Penemuan Bahan Baru: Dengan menggunakan pembelajaran mesin dan algoritma untuk memprediksi sifat material berdasarkan data sebelumnya, ilmu pengetahuan material dapat mempercepat proses penemuan dan pengembangan material baru. Ini dapat mengurangi waktu yang diperlukan untuk menemukan dan mengembangkan material baru dari beberapa tahun menjadi beberapa bulan atau bahkan minggu.
- Desain dan Optimalisasi Material: Material informatics memungkinkan pengoptimalan sifat material untuk aplikasi tertentu, seperti membuat material lebih kuat, lebih ringan, lebih tahan panas, atau lebih konduktif. Kemampuan untuk secara cepat mengidentifikasi sifat material yang diinginkan memungkinkan inovasi di berbagai industri.
- Mengurangi Anggaran untuk Riset dan Pengembangan: Material informatis dapat mengurangi biaya penelitian dan pengembangan dengan mengurangi ketergantungan pada eksperimen laboratorium yang mahal dan memakan waktu. Simulasi dan pemodelan dapat mempercepat proses inovasi dengan menggantikan banyak tahap eksperimen awal.
- Interdisipliner dan Kerja Sama: Informatika material mencakup banyak disiplin ilmu, seperti ilmu material, kimia, fisika, teknik, dan ilmu komputer. Ini mendorong kerja sama antar ilmuwan dan insinyur dari berbagai latar belakang untuk menemukan solusi inovatif untuk masalah material yang kompleks.
- Penggunaan Data Besar: Analisis data besar memungkinkan penemuan hubungan baru antara struktur material dan sifat-sifatnya karena semakin banyak data yang tersedia dari eksperimen dan simulasi.
- Ada banyak aplikasi di berbagai industri: Material informatif dapat digunakan dalam banyak bidang, seperti elektronik (misalnya, material semikonduktor baru), energi (misalnya, baterai yang lebih efisien), kesehatan (misalnya, material biokompatibel), dan manufaktur (misalnya, komposit yang lebih ringan dan kuat). Potensi untuk mengembangkan material yang lebih baik dan lebih efisien dapat mendorong inovasi di bidang ini.
- Dukungan Infrastruktur dan Teknologi: Kemampuan untuk memproses dan menganalisis sejumlah besar data material telah meningkat seiring dengan kemajuan teknologi komputasi dan infrastruktur data seperti komputasi awan dan superkomputer. Ini menunjukkan bahwa pengembangan informatika material semakin penting dan relevan.
Secara keseluruhan, informatika material menawarkan banyak peluang untuk masa depan, seperti kemampuan untuk mempercepat penemuan dan pengembangan material, mengurangi biaya, dan mendorong inovasi di berbagai industri. Diharapkan bidang ini akan terus berkembang dan menjadi komponen penting dari riset dan pengembangan material di masa mendatang.
Contoh Penemuan Material Informatics Yang Terbaru
Data informatika telah berkontribusi pada banyak penemuan material baru yang berdampak besar pada banyak bidang. Berikut ini adalah beberapa contoh penemuan terbaru yang menunjukkan potensi pengaruh data informatika:
- Perovskite Materials for Solar Cells: Perovskite adalah bahan yang sangat berpotensi untuk digunakan dalam sel surya karena memiliki efisiensi konversi energi yang tinggi. Para peneliti dapat mengidentifikasi dan mengoptimalkan komposisi perovskite ini dengan menggunakan teknik material informatif. Dibandingkan dengan sel surya silikon konvensional, penemuan ini menawarkan solusi yang lebih hemat biaya dan lebih efisien yang dapat mengubah industri energi terbarukan.
- Superkonduktor yang Terkena Temperatur Tinggi: Material informatika telah membantu dalam menemukan bahan superkonduktor baru yang dapat beroperasi pada suhu yang mendekati suhu ruang, yang dapat mengurangi biaya dan meningkatkan efisiensi dalam berbagai aplikasi, seperti transmisi listrik dan perangkat medis. Teknologi medis dan efisiensi energi dapat sangat dipengaruhi oleh temuan ini.
- Material Solid-State Battery: Salah satu fokus utama dalam teknologi baterai adalah pembuatan baterai solid-state yang lebih aman dan memiliki densitas energi yang lebih tinggi. Dengan menggunakan material informatika, para peneliti telah menemukan elektrolit solid-state baru yang meningkatkan kinerja dan keamanan baterai. Dengan baterai solid-state ini yang dapat digunakan dalam kendaraan listrik dan perangkat elektronik portabel, industri otomotif dan elektronik konsumen akan sangat dipengaruhi.
- Material Komposit yang Kuat dan Ringan: Untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar dan mengurangi emisi, industri penerbangan dan otomotif membutuhkan material komposit yang kuat dan ringan. Peneliti dapat menggunakan teknologi informasi untuk merancang komposit baru dengan sifat mekanik yang luar biasa melalui simulasi dan optimalisasi. Material ini meningkatkan kinerja dan keselamatan pesawat dan kendaraan.
- Katalis yang Menunjukkan Produksi Hidrogen: Produksi hidrogen murah dan efisien adalah langkah penting menuju pengembangan ekonomi hidrogen yang berkelanjutan. Data analitik telah membantu menemukan katalis baru yang lebih efisien untuk pemisahan air dan produksi hidrogen. Katalis-katalis ini dapat menurunkan biaya produksi hidrogen dan memungkinkan adopsi hidrogen sebagai sumber energi bersih yang lebih luas.
- Material Elektronik yang Fleksibel: Material yang memiliki konduktivitas tinggi dan fleksibilitas mekanik diperlukan agar elektronika dapat digunakan dan fleksibel. Informasi material telah memungkinkan penemuan material baru yang memenuhi kriteria ini, seperti logam amorf dan polimer konduktif. Penggunaan material ini dapat membuka peluang baru dalam desain perangkat elektronik yang fleksibel, seperti layar fleksibel dan perangkat kesehatan yang dapat dikenakan.
Fakta-fakta ini menunjukkan bagaimana material informatif dapat mempercepat inovasi dan memiliki pengaruh besar pada banyak industri. Kita dapat mengharapkan lebih banyak penemuan revolusioner di masa depan yang akan mengubah kehidupan dan pekerjaan kita karena kemajuan teknologi dan teknik material informatika.
