Mahasiswa AS Mengembangkan Alat Sinar-X Otomatis, Waktu Analisis Partikel Polusi Udara Mikroskopis Dipangkas menjadi Sepuluh Jam

Seorang mahasiswa di Amerika Serikat mengembangkan alat sinar-X otomatis jenis baru yang mampu memangkas waktu deteksi 500 partikel kecil polusi udara dari 44 jam menjadi hanya 10 jam. Teknologi ini bernama X-AutoMap, dirancang oleh Carlos DeLeon selama magang di National Synchrotron Light Source II, Brookhaven National Laboratory (BNL). DeLeon mengikuti program Science Undergraduate Laboratory Internship (SULI) dari Department of Energy (DOE) AS.

Di bawah bimbingan ilmuwan beamline laboratorium tersebut, Dr. Ajith Pattammattel, DeLeon berupaya mengotomatiskan proses analisis sinar-X. Alat ini memungkinkan mikroskop sinar-X secara otomatis mengidentifikasi partikel yang menarik dan meneliti komposisi kimianya lebih dalam. Perangkat lunak ini dapat membantu memahami dampak polusi udara terhadap kesehatan manusia, dan juga dapat digunakan untuk meneliti baterai dan produk elektronik.

Keunggulan Analisis Sinar-X Otomatis

Pattammattel mengatakan: "Jika kita dapat menentukan komposisi kimia yang rinci tanpa perlu kendali manusia atas eksperimen, akan jauh lebih efisien."

Polusi udara mengandung ribuan partikel kecil dengan komposisi kimia berbeda, yang dapat mencakup jelaga, debu, serbuk sari, serta mikroplastik udara yang dihirup orang setiap hari. Bergantung pada komposisi kimianya, sebagian partikel dapat menimbulkan risiko kesehatan yang lebih besar. Namun, mengidentifikasi partikel-partikel ini memerlukan waktu berhari-hari karena peneliti harus memeriksa sampel dalam jumlah besar secara manual dan memilih partikel tunggal untuk analisis lebih rinci. Untuk mempercepat proses ini, tim mengembangkan perangkat lunak X-AutoMap agar dapat digunakan bersama Hard X-ray Nanoprobe (HXN) milik fasilitas tersebut.

HXN adalah mikroskop kuat yang mampu memeriksa material pada skala sangat kecil. Awalnya, ia melakukan pemindaian cepat dan beresolusi rendah terhadap sampel. Kemudian, perangkat lunak menganalisis sinyal fluoresensi sinar-X untuk mendeteksi partikel yang sesuai dengan pola kimia tertentu. Setelah perangkat lunak menemukan partikel-partikel ini, mikroskop secara otomatis memulai pemindaian resolusi tinggi untuk menunjukkan komposisi kimia dan strukturnya. Pattammattel menjelaskan secara rinci bahwa perangkat lunak mengikuti aturan ilmiah yang telah ditetapkan sebelumnya oleh peneliti. Ia menjelaskan alasan pendekatan ini: "Kami berpendapat bahwa akan jauh lebih mudah jika kombinasi pengetahuan dari berbagai ahli dapat dikodekan dan diintegrasikan ke dalam model komputer, sehingga mikroskop menggunakan informasi ini untuk secara otomatis mengidentifikasi area yang perlu dipindai dengan resolusi tinggi."

Hasil dan Tantangan Pengujian Laboratorium

Dalam pengujian laboratorium, ilmuwan menggunakan sampel materi partikulat yang dikumpulkan dari polusi udara perkotaan. Perangkat lunak berhasil mendeteksi sekitar 500 partikel dalam 10 jam, sedangkan pengumpulan data secara manual memerlukan total 44 jam. Sistem ini juga menunjukkan perbedaan penting antara dua jenis partikel yang mengandung besi. Sebagian partikel mengandung campuran rapat besi, kromium, dan mangan, dan banyak yang berbentuk bulat, yang berkaitan dengan proses industri bersuhu tinggi. Partikel lain mengandung besi, kalsium, dan silikon, tersusun sebagai gugusan partikel terpisah, struktur yang biasanya terkait dengan material alami atau geologis. Menurut tim, perbedaan ini mungkin sulit dideteksi dalam pemindaian resolusi rendah.

Namun, karena perangkat lunak hanya dapat mengidentifikasi partikel yang ditentukan oleh ilmuwan, ia mungkin melewatkan partikel yang sangat kecil atau partikel dengan sinyal kimia lemah. Tim berencana meningkatkan perangkat lunak dan mengeksplorasi model AI untuk mendeteksi lebih banyak material.

DeLeon merefleksikan pengalaman magangnya dan mendorong mahasiswa yang ragu-ragu untuk melamar peluang serupa. Dalam sebuah pernyataan pers, ia mengatakan: "Banyak orang cenderung meragukan diri sendiri, atau meremehkan kemampuan mereka, sehingga melewatkan peluang seperti ini. Saya mendorong siapa pun yang tertarik untuk melamar dan melihat apa yang terjadi." Penelitian ini telah diterbitkan di jurnal Advanced Intelligent Discovery.

Prospek Penerapan Teknologi Otomasi dalam Ilmu Lingkungan

Pengembangan alat sinar-X otomatis menandai kemajuan penting dalam penelitian ilmu lingkungan. Seiring meningkatnya perhatian terhadap dampak polusi udara bagi kesehatan, kemampuan menganalisis partikel kecil di udara dengan cepat dan akurat menjadi sangat penting. Teknologi baru ini tidak hanya dapat meningkatkan efisiensi deteksi, tetapi juga membantu peneliti lebih memahami komposisi kimia berbagai partikel dan potensi risikonya. Meskipun saat ini masih menghadapi keterbatasan kemampuan identifikasi, di masa depan melalui integrasi model AI, cakupan penerapannya berpotensi diperluas lebih lanjut, membawa dampak positif bagi pemantauan lingkungan dan kesehatan publik.