Wawasan baru mengenai strategi arsitektur dari sarang rayap dapat membantu kita merancang sebuah bangunan mandiri yang lebih hemat energi untuk manusia.
Kebanyakan spesies rayap masyarakatnya dibangun berdasarkan struktur hierarki mulai dari raja, ratu, pekerja, hingga prajurit, di mana hidup di dalam sarang yang bisa menjulang tinggi dan dilengkapi ventilasi berupa sistem terowongan yang rumit.
Sarang, yang juga dikenal sebagai gundukan, menonjol dari tanah seperti gedung pencakar langit dan dapat membumbung tinggi hingga tujuh meter. Untuk menambah kenyamanan pada sarang, terdapat sistem pendinginan, ventilasi, dan pengeringan yang bekerja secara otomatis.
Tetapi sampai saat ini mekanisme di balik fitur pengontrolan iklim ini masih belum diketahui.
Sekelompok insinyur, ahli biologi, ahli kimia, dan ahli matematika yang dipimpin oleh Imperial College London, University of Nottingham, dan CNRS-Toulouse di Perancis, sekarang telah melihat lebih dekat lagi dari sebelumnya dengan menggunakan pencitraan sinar-X 3D sehingga dapat diketahui bagaimana sarang ini bekerja.
Mereka menemukan petunjuk tentang bagaimana lubang-lubang berukuran kecil, atau pori-pori, yang terdapat pada dinding gundukan membantu rumah rayap tetap sejuk, berventilasi, dan tetap kering.
Penulis utama Dr Kamaljit Singh, dari Department of Earth Science & Engineering Imperial College London, mengatakan: “Sarang rayap adalah contoh unik dari kesempurnaan arsitektur yang dibangun oleh serangga. Cara mereka merancang menawarkan suhu yang dapat dikendalikan secara mandiri yang menarik dan sifat pengendalian ventilasinya yang sepanjang tahun – melewati berbagai musim – tanpa menggunakan peralatan mekanis atau elektronik.”
Dalam studi baru mereka, yang diterbitkan di Science Advances , para peneliti melakukan penelusurannya pada berbagai sumber sarang rayap dari negara-negara Afrika, Senegal dan Guinea, dan mempelajarinya menggunakan dua jenis pencitraan sinar-X 3D.
Pertama, mereka memindai sarang pada resolusi yang lebih rendah untuk mengukur fitur yang lebih besar dari sarang, seperti dinding dan koridor yang dikenal sebagai saluran.
Dari pencitraan yang telah didapat mereka menghitung ketebalan dinding bagian dalam dan luar dari sarangnya, serta struktural saluran dalam secara detail yang digunakan para rayap untuk berkeliling di dalam sarang.
Para peneliti menemukan bahwa baik jaringan pori-pori yang berukuran besar maupun yang lebih kecil yang terdapat pada dinding sarang membantu proses pertukaran karbon dioksida (CO2) dengan atmosfer luar untuk membantu kelancaran ventilasi.
Pori-pori skala mikro yang lebih besar ditemukan sepenuhnya terhubung di seluruh dinding luar yang menghadirkan sebuah jalur yang melintasi dinding, dan dengan menggunakan simulasi aliran 3D, penulis menunjukkan bagaimana CO2 bergerak mengalir melewati sarang hingga menuju ke luar.
Simulasi menunjukkan bahwa pori-pori skala mikro yang berukuran besar di dinding sarang berguna untuk ventilasi ketika angin di luar berhembus lebih kencang, sehingga CO2 dapat terusir tanpa hambatan. Namun dalam kecepatan angin yang lebih lambat, pori-pori yang lebih besar juga dapat membantu melepaskan CO2 melalui proses difusi.
Dr Singh berkata: “Ini adalah fitur luar biasa yang memungkinkan sarang berventilasi terlepas dari cuaca di luar.”
Sarang yang biasanya ditemukan di daerah berikilim panas, mengharuskannya agar tetap sejuk.
Memang, penulis menemukan bahwa pori-pori yang berukuran lebih besar juga membantu mengatur suhu di dalam sarang. Pori-pori, yang terletak di dinding luar sarang, diisi dengan udara yang mengurangi panas yang masuk melalui dinding – mirip dengan bagaimana udara di jendela berlapis ganda membantu menjaga panas di dalamnya.
Mempertimbangkan peran penting yang dimainkan pori-pori, tim juga bertanya-tanya apa yang terjadi ketika hujan sehingga pori-porinya dapat tersumbat oleh air.
Mereka menemukan bahwa sarang menggunakan kapilaritas – di mana cairan mengalir melalui ruangan berukuran kecil tanpa bantuan eksternal dari gravitasi – yang memaksa air hujan dari pori-pori yang berukuran lebih besar meresap menuju pori-pori yang lebih kecil. Hal ini yang memastikan pori-pori berukuran lebih besar tetap terbuka untuk tetap memberikan ventilasinya pada sarang.
Dr Singh mengatakan: “Struktur yang luar biasa ini tidak hanya memiliki ventilasi dan pengaturan suhunya secara mandiri – mereka juga memiliki sistem drainase bawaan. Penelitian kami memberikan wawasan yang lebih dalam tentang bagaimana mereka mengelolanya dengan baik.”
Para ilmuwan mengatakan arsitektur yang baru ditemukan di dalam sarang rayap dapat membantu kita meningkatkan sistem ventilasi, pengontrolan suhu, dan drainase pada bangunan – dan mudah-mudahan bisa membuatnya lebih hemat energi.
Rekan penulis Profesor Pierre Degond dari Departemen Matematika Imperial College London mengatakan: “Temuan ini sangat meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana desain arsitektur dapat membantu mengendalikan ventilasi, pengaturan panas, dan drainase dari berbagai struktur – bahkan mungkin di tempat tinggal manusia. Temuan kami dapat membantu kita memahami bagaimana merancang bangunan yang hemat energi secara mandiri.”
Rekan penulis Dr Bagus Muljadi dari University of Nottingham (awalnya dari Institut Teknologi Bandung) mengatakan: “Kita tahu bahwa alam menyimpan rahasia untuk bertahan hidup. Untuk mengetahuinya, kita perlu mendorong penelitian interdisipliner secara global.
“Studi ini menunjukkan bahwa kita memiliki lebih banyak hal untuk dipelajari dari alam dalam hal menyelesaikan persoalan bahkan permasalahan dari abad ke-21 yang paling penting.”
