Siswa Membangun Kapal Caravan Off-Road Berenergi Surya
Di pameran mobil internasional 2021 di Munich, BMW dengan suara gemuruh memperkenalkan mobil konsep iVision Circular, yang dirancang untuk “ekonomi lingkaran,” sebuah kata kiasan gerakan ekologi untuk mendaur ulang barang bekas menjadi barang baru dengan menggunakan energi minimal. iVision adalah contoh dari apa yang mobil masa depan bisa, kecuali satu hal. Mobil ini tidak bisa bergerak kecuali didorong, ditarik, atau di-trailer. Mobil ini tidak memiliki mesin.
Meskipun begitu, BMW mungkin saja benar-benar menyatakan iVision sebagai terobosan konseptual kecuali satu hal lain. Sebuah kelompok siswa dari Universitas Eindhoven di Belanda telah melakukannya lebih dulu, pada tahun 2018, dan melakukannya dengan lebih baik. Mobil mereka dari bahan daur ulang – rangka kompositnya sebagian besar berasal dari bit gula – dapat menempuh jarak 240 mil dengan sekali pengisian dan mencapai kecepatan maksimum sekitar 60 mph.
Hampir setiap tahun sejak tahun 2013, para siswa Eindhoven telah membangun mobil konsep operasional untuk membuktikan bahwa desain ramah lingkungan dapat dicapai oleh produsen besar jika mereka bersedia mencoba (ya, Anda bisa mendeteksi sedikit pembuat malu terhadap kesadaran lingkungan; para siswa cenderung sepenuhnya bersemangat seperti Greta Thunberg dalam hal lingkungan).
Pencapaian terbaru, sebuah camper dua kursi semua medan yang dinamakan Stella Terra, menjalani perjalanan 1000 kilometer di dan di luar jalan di Maroko ke Gurun Sahara, sepenuhnya didukung oleh panel surya di dalamnya. Mengklaim sebagai yang pertama, Terra, seperti yang disebutkan para siswa, memiliki kecepatan maksimum teoritis sebesar 90 mph, dan jangkauan sejauh 440 mil – jika ada sinar matahari.
Kunci kesuksesannya adalah integrasi komponen yang efisien, pemrograman komputer, sistem manajemen daya khusus, dan 22 siswa yang sangat bersemangat.
Para siswa menciptakan proyek mereka sendiri mulai dari mobil, drone, hingga alat medis. Keberhasilan bukanlah suatu hal yang pasti, kata Madis Talmar, seorang profesor yang mengawasi program-program mahasiswa tersebut. Namun proyek mobil “sudah berhasil sembilan kali sejauh ini,” katanya, “dan itu merupakan sesuatu yang ajaib.”
Dua tim Eindhoven fokus terutama pada mobil penumpang, yaitu TU/Ecomotive, yang telah menghasilkan mobil dari sampah daur ulang, salah satunya bisa menempuh jarak 250 mil dengan energi setara satu galon bensin, dan mobil yang sebagian besar terbuat dari printer 3D. Lalu ada Solar Team Eindhoven, yang – sebelumnya – merancang mobil tenaga surya untuk bersaing dalam World Solar Challenge Australia, sebuah perlombaan sejauh 3000 kilometer. Eindhoven memenangkan kelasnya dalam empat tantangan berturut-turut.
Pada tahun lalu, Solar Team Eindhoven merasa tidak ada yang perlu dibuktikan lagi dengan balapan. Sebagai gantinya, mereka akan membangun kendaraan utilitarian, camper off-road tenaga surya, dan membuktikan bahwa hal itu dapat digunakan di jalan dan off-road sekaligus. “Itulah cerita yang ingin kami sampaikan,” kata Thieme Bosman, manajer PR untuk proyek tersebut. “Bahwa ini memang bisa dilakukan sekarang.” Ambil itu, Detroit.
Selama satu tahun penuh, para anggota tim menunda studi (tetap membayar uang kuliah), dan menghabiskan hari dan malamnya di sekitar komputer, dalam pertemuan, berkonsultasi dengan produsen dan startup. Ditempatkan di dalam garasi yang terlalu kecil, mereka bekerja secara rahasia, seringkali menghabiskan 12-16 jam sehari, akhirnya memerlukan shift siang dan shift malam untuk menyelesaikan konstruksi.
Tim proyek mulai merekrut pada saat orientasi mahasiswa, mencari calon insinyur di bidang perangkat lunak, termal dinamika, aerodinamika, struktur, dan listrik, namun juga spesialis di bidang desain, keuangan, PR, dan pemasaran acara. Keterampilan-keterampilan tersebut sifatnya sekunder dibanding menjadi pelajar yang cepat belajar dan menyenangkan. “Bukan, ‘Kami tahu seseorang yang tahu cara melakukan ini [satu hal] dengan sangat baik,’ tapi seseorang yang bisa belajar cepat, dan cocok dengan tim,” kata Bosman, yang telah membidik untuk membangun mobil tenaga surya sejak sekolah dasar.
Proyek-proyek dimulai dengan kanvas kosong. “Kami tahu kami akan melakukan sesuatu dengan energi matahari dan mobilitas,” kata Bosman. Ide-ide awal meliputi berbagai mobil tenaga surya, tuk-tuk tenaga surya, dan kapal selam tenaga surya, yang kemudian dianggap tidak praktis. Akhirnya, camper off-road tenaga surya dipilih.
Namun bagaimana membangunnya? Prinsip panduan adalah meminimalkan penggunaan energi. Penyelamatan berat merupakan prioritas utama. Mengurangi perlawanan gulir dan angin sangat penting hingga titik mengganti cermin samping dengan kamera kecil. Bagian belakang camper yang bisa dilipat menciptakan cukup ruang untuk dua kantong tidur (di mana para siswa lelah kadang-kadang tidur saat pembangunan), tapi dilipat untuk mengalahkan hambatan saat beraksi.
Motor hub dipilih karena lebih ringan dan efisien daripada layout satu motor dan transmisi tunggal. Tetapi apakah empat roda atau dua? Ini kan mobil off-roader. Mereka berpikir, meskipun empat roda mungkin menggali mobil keluar dari lumpur, mobil yang lebih ringan mungkin tidak akan terperangkap pertama kali. Memiliki dua motor depan akan menghemat uang, memungkinkan jalur kabel yang lebih pendek, mengurangi berat dan mengurangi kehilangan transmisi listrik. Dua motorlah pilihannya.
Para siswa berinovasi dengan bagian ringan. Pagar baterai yang padat, misalnya, diganti dengan honeycomb yang diletakkan di antara dua lembar aluminium yang dilapisi dengan lapisan tahan api canggih. Hal ini diuji keamanannya oleh laboratorium luar, karena “Kami tidak memiliki kemampuan untuk membuat api besar di tempat kami,” kata Bob van Ginkel, manajer teknis proyek tersebut.
Sel Surya menciptakan tantangan tertentu. Panel surya yang paling efisien, yang dibuat untuk antariksa, terlalu mahal. Sel yang lebih ekonomis menghasilkan daya yang lebih sedikit dan biasanya dilindungi oleh kaca yang tebal dan kaku. Para siswa memecahkan masalah ini dengan panel yang menggunakan lapisan film baru, menciptakan penghalang pelindung ringan yang juga menangkap lebih banyak cahaya daripada kaca. Sel berlapis tetap fleksibel, sehingga bisa menyesuaikan diri dengan atap dan kap depan mobil yang aerodinamis.
Masalah yang lebih besar dengan panel adalah memaksimalkan daya ke baterai. Baterai terisi paling baik dari pasokan daya yang konsisten, yang tidak bisa diberikan oleh panel surya. Banyak variabel menyebabkan daya sel berfluktuasi—suhu, awan yang lewat, untuk menyebut dua. Itu memerlukan sistem untuk mengatur bagaimana daya surya diatur.
Sistem manajemen daya off-the-shelf entah terlalu besar atau tidak bisa menangani 400 volt yang dihasilkan panel. “Jadi kami merancangnya sepenuhnya sendiri,” kata van Ginkel.
Papan PC 7.9 x 7.9 inci seberat setengah pound hasilnya 97 persen efisien, setara dengan yang terbaik dari konverter residensial yang lebih besar. Ini nanti terbukti sangat efisien sehingga rem regeneratif mobil harus diatur kembali beberapa kali karena baterai sudah terisi dan tidak bisa menerima muatan tambahan.
Produksi adalah proses uji coba yang menimbulkan kegembiraan dan penderitaan. “Moment yang sangat besar adalah saat motor berputar untuk pertama kalinya,” kata van Ginkel. Pada hari itu, tim berkumpul dengan cemas, tidak begitu yakin apa yang diharapkan dari sistem yang terbuat dari sisa-sisa. Mereka menahan napas bersama saat gas ditekan secara perlahan, ada suara deru kecil, motor berputar, dan sorak kemenangan meletup. “Jika itu bekerja di luar mobil,” kata van Ginkel, “itu pasti akan berfungsi di dalam mobil.”
Ketika Terra hampir selesai dan digunakan untuk tes uji pertama kalinya, suasana hati meriah dan kepercayaan diri tinggi. “Itu benar-benar seperti meluncurkan kapal,” kata van Ginkel. Saat gas ditekan, motor berdengung, roda berputar, dan seperti yang diharapkan, Terra bergerak—tapi ke belakang. Ruangan menjadi sunyi dengan keheningan memutus asa. “Setelah sekitar 10 detik, kami justru tertawa terbahak-bahak,” kata van Ginkel. Motor diposisikan kiri ke kanan, masalah terselesaikan.
Terra yang telah selesai masih perlu tempat untuk diuji. “Bagaimana Anda membuktikan bahwa kendaraan off-roader tenaga surya dapat berfungsi?” kata Bosman. Mereka memilih Maroko, karena tidak sulit mengirimkan Terra ke sana. Kedua, “Setiap beberapa ratus kilometer, ada lanskap yang berbeda,” kata Bosman. “Dan matahari.” Tujuannya adalah untuk mengemudi lebih dari 600 mil dari Tangier ke Gurun Sahara selama 10 hari hanya dengan menggunakan tenaga surya semata.
Matahari melimpah tapi juga kasak-kusuk berbahaya. Tim terus-menerus dihadapkan dengan masalah teknis yang dapat diatasi setiap hari, namun tidak ada yang seberat lubang-lubang jalan. Dalam beberapa hari, jalur jalan patah yang ada membuat kerenggangan pada perangkat kemudi, yang dengan sedikit berdesakan, mereka dapat perbaiki.
Setelah itu, muncul strategi. Mobil penjelajah yang lebih dulu memberi tahu Terra tentang bahaya yang akan datang. Namun pada hari kelima, hal yang tak terhindarkan terjadi. Roda bertemu lubang dan batang kemudi patah seperti stroopwafel basi.
Tidak mampu memperbaiki dengan perlengkapan yang ada, para siswa duduk terdampar di pinggir jalan, kecil hati. Setelah sembilan tahun “ajaib” memiliki mobil konsep yang sukses, dan setelah menarik diri dari kompetisi Australia dengan sikap meremehkan di mana mereka adalah favorit, tim Solar Eindhoven diposisikan untuk mengalami kegagalan terbesar dalam program mobil mereka. “Ketika kami harus men-trailer mobil ke akomodasi,” kata Bosman, “itu benar-benar memiliki efek pada dinamika tim dan semangat tim.”
Meskipun patah semangat tetapi tak mau menyerah, para siswa mulai melakukan usaha all-out. Tim teknik merancang ulang mekanisme kemudi yang diperkuat. Kejadian yang sama, seorang videografer sedang dalam perjalanan dari Eindhoven untuk bertemu tim keesokan harinya. Sang videografer bisa membawa bagian penggantinya – jika mereka bisa membuatnya segera. Peneleponan gencar dilakukan ke pengrajin di Belanda yang setuju untuk membuata ganti batang kemudi yang didesain ulang dengan mesin CNC semalaman.
Mukjizat tetap terjaga. Tim kemudian menghitung bahwa mereka memiliki daya baterai tersisa untuk mengemudi 30 mil kembali ke lokasi kerusakan dan melanjutkan rute tanpa terputus.
Setelah drama pompa kemudi, lima hari terakhir yang tak ada peristiwa tersebut hampir terasa antiklimaks. Dan namun, saat para siswa akhirnya mencapai Sahara, setahun penuh malam telat, kekhawatiran, hampir kegagalan, dan keberhasilan akhir itu meledak menjadi riuh bersorak, para siswa saling menaburkan pasir satu sama lain, berguling-guling melewati bukit pasir, pelukan, berputar-putar, berteriak, dan bergantian menggeber Terra melintasi pasir seperti mobil buggy.
Ritual terakhir diadakan. Balapan surya selalu selesai dengan loncatan ke air pancuran atau samudra. Jadi di hotel, para siswa bergandengan tangan, dan melompat dengan pakaian lengkap ke kolam renang. Hal itu gagal membersihkan semua pasir. “Seminggu kemudian,” kata van Ginkel, “saya masih bisa menemukan pasir di tempat-tempat di mana saya pikir tidak akan ada pasir.”