Image Source: https://www.mdpi.com/1424-8220/23/13/5841

Dalam dunia yang semakin bergerak menuju energi hijau dan berkelanjutan, inovasi dalam pemanenan energi menjadi semakin penting. Salah satu teknologi yang menarik perhatian adalah pemanenan energi piezoelektrik dari langkah kaki. Teknologi ini memungkinkan setiap langkah yang kita ambil dikonversi menjadi listrik yang dapat digunakan untuk berbagai perangkat elektronik portabel.

Dengan semakin banyaknya perangkat wearable dan sensor IoT dalam kehidupan sehari-hari, sepatu piezoelektrik berpotensi menjadi solusi revolusioner untuk mengurangi ketergantungan pada baterai konvensional dan menciptakan sistem energi yang lebih berkelanjutan.

Bagaimana Cara Kerja Sepatu Piezoelektrik?

Teknologi ini memanfaatkan bahan piezoelektrik, yaitu material khusus yang dapat menghasilkan listrik saat mengalami tekanan atau deformasi mekanis. Saat seseorang berjalan, berat badan mereka memberikan tekanan ke sol sepatu yang dilengkapi dengan sensor piezoelektrik. Sensor ini kemudian mengubah energi mekanik tersebut menjadi listrik melalui efek piezoelektrik.

Proses kerja utama dalam sepatu piezoelektrik:

  1. Langkah kaki memberikan tekanan pada sensor piezoelektrik yang tertanam di dalam sol sepatu.
  2. Efek piezoelektrik terjadi, di mana material piezoelektrik menghasilkan tegangan listrik sebagai respons terhadap tekanan mekanis.
  3. Energi listrik yang dihasilkan dikumpulkan dan disimpan dalam baterai mini atau superkapasitor untuk digunakan nantinya.
  4. Energi ini dapat digunakan untuk mengisi daya perangkat wearable, seperti ponsel, jam tangan pintar, sensor kesehatan, atau bahkan sebagai sumber energi untuk lampu LED kecil.

Material Piezoelektrik yang Digunakan

Material piezoelektrik yang umum digunakan dalam aplikasi pemanenan energi meliputi:

  • Keramik piezoelektrik (PZT – Lead Zirconate Titanate) → Efisiensi tinggi, tetapi kurang fleksibel.
  • Polimer piezoelektrik (PVDF – Polyvinylidene Fluoride) → Fleksibel dan lebih nyaman untuk sepatu, meskipun efisiensinya lebih rendah.

Para peneliti juga sedang mengeksplorasi nanomaterial piezoelektrik, seperti nanowires ZnO (zinc oxide), untuk meningkatkan efisiensi dan fleksibilitas sensor tanpa mengorbankan kenyamanan sepatu.

Aplikasi Potensial Sepatu Piezoelektrik

Teknologi ini memiliki berbagai aplikasi di berbagai bidang:

  1. Pengisian Daya Perangkat Wearable
  • Bisa digunakan untuk mengisi daya jam tangan pintar, fitness tracker, atau sensor kesehatan tanpa perlu sering mengganti baterai.
  • Tentara dan penjelajah alam dapat menggunakan teknologi ini untuk mengisi daya peralatan mereka saat berada di medan yang sulit dijangkau.
  1. Internet of Things (IoT) dan Smart Cities
  • Dapat digunakan dalam sensor lingkungan pintar untuk mengukur kualitas udara atau lalu lintas di kota-kota pintar tanpa perlu baterai eksternal.
  • Digunakan dalam jalan atau trotoar pintar, di mana tekanan dari pejalan kaki dapat membantu memberi daya pada lampu jalan atau sensor lalu lintas.
  1. Aplikasi Kesehatan dan Medis
  • Bisa digunakan dalam sol sepatu untuk pasien lansia atau penderita diabetes, di mana energi yang dikumpulkan dapat digunakan untuk memantau pola berjalan mereka dan mendeteksi risiko jatuh.
  • Dalam rehabilitasi medis, teknologi ini dapat digunakan untuk memantau dan mengoptimalkan terapi berjalan pasien pasca operasi atau cedera.
  1. Teknologi Militer dan Penyelamatan
  • Tentara di medan perang bisa menggunakan sepatu bertenaga sendiri untuk memberi daya pada peralatan komunikasi atau GPS tanpa harus membawa baterai tambahan yang berat.
  • Tim penyelamat dan pemadam kebakaran bisa memanfaatkan energi ini untuk menyalakan peralatan penting saat bertugas dalam kondisi darurat.

Keunggulan dan Tantangan dalam Penerapan

Keunggulan Teknologi Sepatu Piezoelektrik

  • Ramah Lingkungan – Menggunakan energi kinetik dari gerakan manusia tanpa perlu bahan bakar fosil.
  • Portabel dan Mandiri – Tidak perlu bergantung pada sumber daya eksternal seperti listrik atau baterai sekali pakai.
  • Mendukung Energi Berkelanjutan – Dapat menjadi bagian dari sistem smart city atau perangkat IoT hemat energi.

Tantangan dan Kendala yang Dihadapi

  • Efisiensi Energi Masih Terbatas – Energi yang dihasilkan per langkah masih cukup kecil dan perlu dioptimalkan.
  • Durabilitas dan Kenyamanan – Material piezoelektrik harus cukup fleksibel agar tidak mengurangi kenyamanan sepatu.
  • Regulasi dan Standarisasi – Masih diperlukan regulasi untuk memastikan teknologi ini aman dan dapat digunakan secara luas.

Para peneliti terus mengembangkan material piezoelektrik yang lebih efisien serta sistem penyimpanan energi yang lebih baik agar teknologi ini lebih praktis dan dapat digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

Masa Depan: Sepatu Pintar dengan Teknologi Pemanenan Energi

Di masa depan, kita mungkin akan melihat sepatu pintar yang tidak hanya mengukur langkah, tetapi juga dapat mengisi daya perangkat elektronik hanya dengan berjalan kaki! Dengan perkembangan teknologi baterai dan material nano, sepatu piezoelektrik bisa menjadi standar dalam perangkat wearable dan Internet of Things (IoT).

Teknologi ini membuka peluang bagi industri mode, olahraga, kesehatan, dan militer untuk mengembangkan produk yang tidak hanya fungsional, tetapi juga berkontribusi pada pengurangan jejak karbon global.

Seiring dengan kemajuan dalam nanoteknologi dan kecerdasan buatan (AI), kita bisa membayangkan sepatu yang secara otomatis mengoptimalkan pemanenan energi berdasarkan gaya berjalan penggunanya. Bayangkan jika setiap langkah Anda tidak hanya membawa Anda ke tujuan, tetapi juga membantu menciptakan energi untuk dunia yang lebih hijau!

Sumber: https://www.mdpi.com/1424-8220/23/13/5841