Fenomena Tarian Berkesinambungan: Tetesan Minyak Silikon Menantang Tegangan Permukaan di Atas Pelat Padat

Para ilmuwan di École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) baru-baru ini mengumumkan sebuah pencapaian luar biasa yang memperkaya pemahaman kita tentang dinamika fluida pada antarmuka padat-cair. Tim riset yang bekerja di bawah naungan Laboratorium Teknik Mekanika Antarmuka Lunak berhasil mendemonstrasikan secara eksperimental sebuah fenomena yang sebelumnya dianggap sulit dicapai. Mereka menunjukkan bahwa setetes minyak silikon, yang memiliki diameter kecil sekitar 1,6 milimeter, mampu mempertahankan pantulan yang berkesinambungan di atas permukaan padat yang diinduksi getaran.

Eksperimen inovatif ini, yang dilaksanakan secara sederhana pada suhu ruangan, berhasil mencatat durasi pantulan hingga lima menit—dan para peneliti meyakini batas waktu tersebut dapat diperpanjang lebih jauh. Temuan ini secara signifikan memperluas batas-batas pengetahuan yang ada mengenai bagaimana cairan berinteraksi dengan permukaan padat, membuka babak baru dalam mekanika fluida.

Hal yang membedakan penemuan ini dari studi-studi terdahulu adalah substrat yang digunakan. Observasi sebelumnya mengenai pantulan cairan jangka panjang selalu membutuhkan wadah cairan yang ikut bergetar. Sebaliknya, dalam penelitian EPFL ini, para ilmuwan menggunakan pelat padat mika yang memiliki karakteristik mulus secara atom sebagai penopang. Penggunaan permukaan padat ini menunjukkan bahwa mekanisme yang menopang pantulan tersebut bersifat kinetik, bukan hidrodinamik semata.

Para peneliti menetapkan bahwa perilaku dinamis tetesan—baik itu menampilkan pola pantulan ritmis yang mengingatkan pada bola basket yang memantul, atau bergerak cepat dalam mode meluncur di atas bantalan udara tipis—sepenuhnya dapat dikendalikan. Kontrol ini dicapai melalui penyesuaian yang cermat terhadap parameter frekuensi dan amplitudo getaran yang diterapkan pada pelat mika. Untuk memvalidasi temuan mereka secara ilmiah, tim EPFL mengembangkan sebuah kerangka kerja teoretis yang kuat, yaitu model pegas linier berpasangan. Model ini dirancang khusus untuk memprediksi lintasan pantulan tetesan, dengan mempertimbangkan deformasi internal yang dialami oleh tetesan itu sendiri. Hasil komprehensif dari penelitian terobosan ini telah diakui dan dipublikasikan dalam jurnal ilmiah terkemuka di dunia fisika, "Physical Review Letters".

Fenomena yang diamati ini sering disebut sebagai analog kinetik dari efek Leidenfrost. Dalam efek Leidenfrost klasik, panas yang ekstrem menyebabkan cairan menguap dan menciptakan lapisan uap yang berfungsi sebagai bantalan pelindung. Namun, dalam konteks ini, bukan uap yang menjadi penopang, melainkan gaya kinetik yang ditimbulkan oleh getaran substrat padat yang berfungsi untuk menstabilkan fenomena makroskopis ini dalam jangka waktu yang sangat lama.

Lebih lanjut, para peneliti mengamati sebuah skenario menarik di mana, melalui eksitasi mode harmonik sferis kedua, tetesan minyak bertransisi ke dalam apa yang mereka sebut "keadaan terikat" (bound state). Dalam keadaan ini, pergerakan tetesan terkunci dan stabil di atas lapisan udara yang sangat tipis. Hal ini menggarisbawahi bahwa struktur internal cairan dan kemampuannya untuk melakukan deformasi diri (self-deformation) adalah elemen krusial yang memungkinkan "tarian" yang terkelola ini dapat dipertahankan.

Implikasi praktis dari penemuan ini sangat luas dan menjanjikan, terutama bagi sektor-sektor yang memerlukan manipulasi cairan dengan ketelitian ekstrem, seperti industri farmasi. Kemampuan untuk memanipulasi volume cairan yang sangat kecil—sering disebut mikrodosis—di lingkungan udara terbuka, tanpa risiko kontaminasi dari wadah fisik atau kerugian akibat penguapan yang cepat, membuka peluang baru yang revolusioner. Sebagai demonstrasi nyata dari potensi aplikasinya, para peneliti EPFL telah berhasil menunjukkan kemampuan untuk mengendalikan pergerakan lateral tetesan. Mereka mencapai hal ini dengan menggunakan "pinset" inovatif yang dibentuk dari jet udara terkompresi yang sangat halus, menunjukkan potensi untuk mengarahkan secara aktif proses mikroskopis ini.