RADAR BANYUWANGI - Bayangkan kereta melaju 500 kilometer per jam tanpa roda terus-menerus menyentuh rel. Gesekan mekanis berkurang drastis karena badan kereta melayang sekitar 10 sentimeter di atas jalur.
Teknologi itu bukan lagi sekadar konsep. Jepang telah mengembangkannya melalui Superconducting Maglev atau SCMaglev untuk proyek Chuo Shinkansen.
Di balik kemampuan tersebut terdapat teknologi yang ditemukan lebih dari satu abad lalu: superkonduktivitas.
Namun, ada satu anggapan yang perlu diluruskan. Kereta SCMaglev tidak melayang dengan cara yang sama seperti demonstrasi quantum locking, ketika magnet terlihat menggantung di atas material superkonduktor.
Pada SCMaglev, superkonduktor digunakan untuk menghasilkan magnet sangat kuat di kereta. Magnet itu kemudian berinteraksi dengan kumparan elektromagnetik di sepanjang jalur.
Interaksi tersebut menghasilkan tiga fungsi utama: mengangkat kereta, menjaga posisinya tetap stabil, dan mendorongnya melaju.
Bermula dari Merkuri pada 1911
Teknologi superkonduktor berawal dari eksperimen fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes pada 1911.
Saat mendinginkan merkuri hingga sekitar 4 kelvin atau minus 269 derajat Celsius, Onnes menemukan sesuatu yang tidak biasa. Hambatan listrik material tersebut tiba-tiba turun hingga praktis menjadi nol.
Fenomena itu kemudian dikenal sebagai superkonduktivitas.
Pada penghantar biasa, aliran elektron mengalami hambatan. Sebagian energi listrik akhirnya berubah menjadi panas.
Superkonduktor berbeda. Ketika suhunya turun melewati suhu kritis atau critical temperature (Tc), material dapat mengalirkan arus searah tanpa hambatan listrik.
Sifat itulah yang memungkinkan pembuatan elektromagnet sangat kuat.
Magnet Superkonduktor Ada di Kereta
SCMaglev yang dikembangkan Central Japan Railway Company atau JR Central menggunakan magnet superkonduktor di badan kereta.
Pada sistem konvensionalnya, magnet tersebut menggunakan paduan niobium-titanium. Material harus didinginkan dengan helium cair hingga sekitar minus 269 derajat Celsius agar memasuki kondisi superkonduktif.
Arus listrik kemudian dapat mengalir di dalam kumparan dengan kehilangan energi akibat resistansi yang sangat kecil. Hasilnya adalah medan magnet yang kuat dan stabil.
Namun, magnet itu tidak bekerja sendirian.
Di sisi jalur terdapat kumparan yang berfungsi untuk levitasi, pemanduan, dan propulsi.
Bagaimana Kereta Bisa Melayang?
Kumparan levitasi dan pemandu dipasang di kedua sisi guideway atau jalur khusus SCMaglev.
Ketika magnet superkonduktor di kereta bergerak melewati kumparan tersebut dengan kecepatan tinggi, perubahan medan magnet menginduksi arus listrik pada kumparan.
Arus itu menghasilkan medan magnet baru.
Interaksi kedua medan magnet kemudian menciptakan gaya yang mengangkat kereta. Pada SCMaglev Jepang, kendaraan dapat melayang sekitar 10 sentimeter di atas jalur.
Sistem yang sama juga menjaga posisi kereta tetap berada di tengah.
Ketika kendaraan bergeser terlalu dekat ke salah satu sisi, interaksi magnet menghasilkan gaya yang mendorongnya kembali menuju posisi seimbang.
Ternyata Maglev Tidak Selalu Melayang
Meski namanya magnetic levitation, SCMaglev tidak langsung melayang ketika meninggalkan stasiun.
Kereta masih menggunakan roda karet pada kecepatan rendah.
Menurut JR Central, kereta mulai terangkat setelah kecepatannya mencapai sekitar 150 kilometer per jam. Setelah gaya levitasi mencukupi, roda ditarik ke dalam badan kendaraan.
Sejak titik itu, kereta bergerak tanpa roda terus-menerus menyentuh jalur.
Fakta tersebut menunjukkan bahwa levitasi SCMaglev bukan sekadar magnet yang “menolak gravitasi”. Gaya angkat muncul dari interaksi dinamis antara magnet superkonduktor di kereta dan kumparan pada jalur.
Lalu, Apa yang Mendorong Kereta?
SCMaglev tidak menggunakan putaran roda sebagai sumber utama gaya dorong.
Kereta digerakkan menggunakan linear synchronous motor. Prinsipnya mirip motor listrik biasa, tetapi motor tersebut seolah-olah dibentangkan sepanjang lintasan.
Kumparan propulsi di jalur diberi arus listrik yang kutub magnetnya terus berubah. Medan magnet itu secara bergantian menarik dan mendorong magnet superkonduktor di kereta.
Kereta pun bergerak maju.
Dengan mengatur frekuensi arus pada kumparan, sistem dapat mengendalikan kecepatan kendaraan.
JR Central merancang SCMaglev untuk beroperasi hingga 500 kilometer per jam. Dalam pengujian pada April 2015, kereta Series L0 bahkan pernah mencapai sekitar 603 kilometer per jam.
Tanpa Gesekan Roda Bukan Berarti Tanpa Hambatan
Hilangnya kontak roda dengan jalur mengurangi gesekan mekanis pada kecepatan tinggi. Namun, bukan berarti maglev bergerak tanpa hambatan.
Pada kecepatan ratusan kilometer per jam, hambatan udara justru menjadi tantangan besar.
Karena itu, desain aerodinamika sangat penting. JR Central mengembangkan bentuk hidung Series L0 Improved untuk mengurangi hambatan udara, konsumsi energi, dan kebisingan.
Artinya, kemampuan SCMaglev melaju cepat bukan hanya hasil teknologi superkonduktor. Aerodinamika, sistem listrik, guideway, kontrol kendaraan, dan konstruksi jalur ikut menentukan performanya.
Bagaimana dengan Quantum Locking?
Superkonduktor juga mempunyai fenomena yang dikenal sebagai efek Meissner dan flux pinning.
Pada superkonduktor tipe II, medan magnet dapat menembus material dalam bentuk vorteks. Cacat pada struktur material dapat menahan vorteks tersebut pada posisi tertentu.
Fenomena ini dapat menghasilkan efek quantum locking yang sering terlihat dalam demonstrasi magnet melayang.
Namun, mekanisme itu bukan sistem utama yang mengangkat SCMaglev Jepang.
SCMaglev menggunakan magnet superkonduktor di kendaraan yang berinteraksi dengan kumparan elektromagnetik sepanjang jalur.
Tantangannya Ada pada Suhu
Kekuatan superkonduktor juga membawa tantangan.
Magnet niobium-titanium harus beroperasi pada suhu sangat rendah. Karena itu, dibutuhkan sistem pendinginan kriogenik yang kompleks.
JR Central kini juga mengembangkan magnet berbasis high-temperature superconductor atau HTS. Material tersebut tetap membutuhkan pendinginan, tetapi dapat bekerja pada suhu yang lebih tinggi dibandingkan superkonduktor konvensional.
Dalam rencana investasi tahun fiskal hingga Maret 2027, JR Central menyatakan terus menguji magnet HTS dengan mempertimbangkan penggunaannya pada jalur komersial.
Jika teknologi tersebut berhasil diterapkan secara luas, sistem magnet berpotensi menjadi lebih sederhana dan lebih mudah dirawat.
Lebih dari satu abad setelah Onnes menemukan hilangnya hambatan listrik pada merkuri, superkonduktor telah berkembang dari eksperimen laboratorium menjadi salah satu teknologi yang memungkinkan kereta melayang dan melaju hingga ratusan kilometer per jam.
Editor : Lugas Rumpakaadi