Pendahuluan

Penelitian ini membahas pentingnya pendekatan probabilistik dalam mengestimasi penghematan energi pada bangunan residensial. Studi ini dilakukan oleh Piljae Im, Roderick Jackson, Yeonjin Bae, Jin Dong, dan Borui Cui dari Oak Ridge National Laboratory serta National Renewable Energy Laboratory. Fokus utama penelitian ini adalah mengidentifikasi parameter kunci yang berkontribusi terhadap ketidakpastian dalam estimasi penghematan energi serta melakukan kuantifikasi ketidakpastian untuk berbagai skenario retrofit bangunan residensial.

Latar Belakang dan Signifikansi Penelitian

Bangunan residensial cenderung mengalami degradasi sistem seiring waktu, perubahan pola penggunaan, serta kendala teknis lainnya. Oleh karena itu, upaya retrofit untuk meningkatkan efisiensi energi sangat diperlukan. Namun, salah satu tantangan utama dalam proyek retrofit adalah kesalahan dalam estimasi penghematan energi akibat asumsi deterministik yang tidak mempertimbangkan ketidakpastian.

Ketidakpastian dalam simulasi energi umumnya berasal dari dua sumber utama:

1. Ketidakpastian dalam properti fisik bangunan, termasuk efisiensi sistem HVAC, kualitas insulasi, serta tingkat kebocoran udara.
2. Ketidakakuratan dalam model simulasi, yang sering kali muncul akibat keterbatasan data atau asumsi yang terlalu optimis dalam memprediksi konsumsi energi pasca-retrofit.

Tanpa mempertimbangkan ketidakpastian ini, investor cenderung meragukan potensi penghematan energi, yang pada akhirnya dapat menghambat adopsi teknologi efisiensi energi secara luas.

Metodologi Penelitian

Untuk mengatasi permasalahan ini, penelitian ini menggunakan pendekatan berbasis probabilistik dalam model simulasi energi EnergyPlus. Simulasi dilakukan pada dua rumah penelitian di Knoxville, Tennessee, yaitu rumah sebelum retrofit (CC1) dan rumah setelah retrofit (CC2).

Penelitian ini mengevaluasi beberapa parameter kunci yang berkontribusi terhadap ketidakpastian dalam estimasi penghematan energi, di antaranya:

• Suhu set point pemanasan dan pendinginan
• Tingkat infiltrasi udara
• Efisiensi sistem pemanas dan pendingin (COP)
• Beban listrik pencahayaan dan peralatan elektronik
• Kualitas insulasi dinding dan atap

Beberapa teknik yang digunakan dalam analisis meliputi:

1. Analisis sensitivitas global (Global Sensitivity Analysis/GSA) untuk mengidentifikasi parameter yang paling berpengaruh terhadap konsumsi energi.
2. Simulasi Monte Carlo dan Latin Hypercube Sampling (LHS) untuk mengestimasi distribusi probabilistik konsumsi dan penghematan energi.

Selain itu, penelitian ini membandingkan empat skenario audit energi, masing-masing dengan tingkat ketidakpastian yang berbeda:

• Skenario 1: Menggunakan informasi dasar bangunan tanpa audit tambahan, sehingga ketidakpastiannya tinggi.
• Skenario 2: Menggunakan informasi dasar plus tes blower door untuk mengukur kebocoran udara, sehingga ketidakpastian lebih kecil.
• Skenario 3: Menggunakan informasi dasar plus tes blower door dan tes kebocoran saluran udara (duct leakage test), yang semakin mengurangi ketidakpastian.
• Skenario 4: Melakukan audit komprehensif, termasuk pengukuran suhu termostat dan beban listrik, untuk mendapatkan estimasi paling akurat dengan ketidakpastian paling rendah.

Hasil Penelitian dan Studi Kasus

Estimasi Konsumsi dan Penghematan Energi

Hasil penelitian menunjukkan bahwa rumah CC1 mengonsumsi energi lebih besar dibandingkan CC2 setelah retrofit. Pada skenario pertama yang hanya menggunakan informasi dasar, konsumsi energi tahunan rumah CC1 diperkirakan sekitar 26.900 kWh, sementara rumah CC2 mengonsumsi 17.500 kWh, dengan tingkat penghematan energi sekitar 34,5%. Namun, karena skenario ini memiliki ketidakpastian tinggi, rentang penghematan yang dihasilkan cukup lebar, yaitu antara 18% hingga 51%.

Setelah dilakukan pengukuran kebocoran udara melalui tes blower door (Skenario 2), hasil simulasi menunjukkan bahwa konsumsi energi rumah CC1 menurun sekitar 12%, sementara rumah CC2 tetap stabil. Penghematan energi rata-rata dalam skenario ini adalah 32%, dengan rentang penghematan yang lebih sempit, yaitu 24% hingga 41%.

Dalam Skenario 3, di mana selain tes blower door juga dilakukan tes kebocoran saluran udara, tingkat ketidakpastian semakin berkurang. Konsumsi energi rumah CC1 dan CC2 tetap hampir sama dengan skenario sebelumnya, tetapi rentang estimasi penghematan semakin menyempit menjadi 26% hingga 40%.

Skenario terakhir, yaitu audit komprehensif (Skenario 4), memberikan hasil estimasi penghematan yang hampir sama dengan skenario 3, yaitu sekitar 33% dengan ketidakpastian hanya 3,5%. Hal ini menunjukkan bahwa setelah titik tertentu, pengurangan ketidakpastian dari audit tambahan tidak lagi memberikan dampak signifikan terhadap estimasi penghematan energi.

Menariknya, hasil pengukuran langsung menunjukkan bahwa rumah CC2 setelah retrofit benar-benar menghemat sekitar 28% energi dibandingkan CC1, yang berada dalam rentang estimasi dari model probabilistik yang digunakan.

Analisis Sensitivitas

Analisis sensitivitas menunjukkan bahwa tingkat infiltrasi udara adalah faktor yang paling berpengaruh terhadap ketidakpastian penghematan energi, diikuti oleh efisiensi sistem pemanas dan pendingin (COP).

Pada skenario pertama, ketidakpastian dalam tingkat infiltrasi udara menyumbang hampir 70% dari keseluruhan ketidakpastian dalam estimasi penghematan energi. Namun, setelah dilakukan tes blower door, kontribusi faktor ini terhadap ketidakpastian berkurang drastis, yang berarti bahwa pengukuran kebocoran udara sangat efektif dalam meningkatkan akurasi estimasi penghematan energi.

Selain itu, hasil penelitian menunjukkan bahwa penggunaan sistem HVAC yang lebih efisien (dengan COP lebih tinggi) juga berperan besar dalam menentukan penghematan energi. Dalam retrofit rumah CC2, sistem HVAC yang lebih efisien berhasil menurunkan konsumsi energi lebih dari 10% dibandingkan dengan kondisi awal di rumah CC1.

Implikasi Penelitian

Hasil penelitian ini memiliki beberapa implikasi penting bagi industri bangunan dan investasi energi:

1. Audit energi yang lebih detail dapat mengurangi ketidakpastian dalam estimasi penghematan energi, sehingga meningkatkan kepercayaan investor terhadap proyek retrofit bangunan.
2. Identifikasi parameter kunci (KIPs) memungkinkan pemodelan yang lebih efisien, tanpa perlu memasukkan semua variabel dalam simulasi.
3. Probabilistic modeling lebih akurat dibandingkan pendekatan deterministik, karena dapat menangani variasi dalam kondisi operasional dan parameter bangunan.
4. Duct leakage dan infiltrasi udara memiliki dampak besar pada konsumsi energi, sehingga pengukuran langsung terhadap faktor-faktor ini dapat memberikan informasi yang lebih akurat sebelum retrofit dilakukan.

Kesimpulan dan Rekomendasi

Penelitian ini berhasil menunjukkan bahwa pendekatan probabilistik dapat meningkatkan keakuratan prediksi penghematan energi dalam proyek retrofit bangunan residensial. Dengan menerapkan metode kuantifikasi ketidakpastian, penelitian ini membantu menginformasikan keputusan investasi energi berbasis risiko.

Beberapa rekomendasi yang dapat diterapkan di masa depan meliputi:

• Pengembangan basis data nasional untuk distribusi probabilistik parameter kunci.
• Integrasi model ketidakpastian dalam perangkat lunak simulasi energi.
• Studi lebih lanjut di berbagai zona iklim untuk menguji generalisasi metode ini.

Sumber Asli

Im, P., Jackson, R., Bae, Y., Dong, J., & Cui, B. (2019). Probabilistic Reliability Assessment and Case Studies for Predicted Energy Savings in Residential Buildings. Elsevier. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378778819304190

Peternakan adalah cabang pertanian yang berkaitan dengan hewan yang dibesarkan untuk diambil dagingnya, seratnya, susunya, atau produk lainnya. Hal ini mencakup perawatan sehari-hari, manajemen, produksi, nutrisi, pembiakan selektif, dan pemeliharaan ternak. Peternakan memiliki sejarah yang panjang, dimulai dengan Revolusi Neolitikum ketika hewan pertama kali dijinakkan, dari sekitar 13.000 SM dan seterusnya, mendahului pertanian tanaman pertama. Pada masa peradaban awal seperti Mesir kuno, sapi, domba, kambing, dan babi dipelihara di peternakan.

Perubahan besar terjadi pada pertukaran Kolumbus, ketika ternak Dunia Lama dibawa ke Dunia Baru, dan kemudian pada Revolusi Pertanian Inggris pada abad ke-18, ketika ras ternak seperti sapi Dishley Longhorn dan domba Lincoln Longwool dengan cepat ditingkatkan oleh para ahli pertanian, seperti Robert Bakewell, untuk menghasilkan lebih banyak daging, susu, dan wol. Berbagai spesies lain, seperti kuda, kerbau, llama, kelinci, dan marmut, digunakan sebagai hewan ternak di beberapa bagian dunia. Peternakan serangga, serta akuakultur ikan, moluska, dan krustasea, tersebar luas.

Peternakan modern bergantung pada sistem produksi yang disesuaikan dengan jenis lahan yang tersedia. Peternakan subsisten digantikan oleh peternakan intensif di belahan dunia yang lebih maju, di mana, misalnya, sapi potong dipelihara di tempat penggemukan dengan kepadatan tinggi, dan ribuan ayam dapat dibesarkan di kandang ayam pedaging atau baterai. Di tanah yang lebih miskin, seperti di dataran tinggi, hewan sering kali dipelihara secara ekstensif dan dibiarkan berkeliaran secara luas, mencari makan sendiri. Peternakan hewan dalam skala modern mendorong perubahan iklim, pengasaman laut, dan hilangnya keanekaragaman hayati.

Sebagian besar hewan ternak adalah herbivora, kecuali babi dan ayam yang merupakan omnivora. Ternak ruminansia seperti sapi dan domba beradaptasi untuk memakan rumput; mereka dapat mencari makan di luar ruangan atau dapat diberi makan seluruhnya atau sebagian dari ransum yang lebih kaya energi dan protein, seperti sereal pelet. Babi dan unggas tidak dapat mencerna selulosa dalam hijauan dan membutuhkan makanan berprotein tinggi lainnya.

Kata kerja to husband, yang berarti "mengelola dengan hati-hati", berasal dari makna suami yang lebih tua, yang pada abad ke-14 mengacu pada kepemilikan dan perawatan rumah tangga atau pertanian, tetapi saat ini berarti "kontrol atau penggunaan sumber daya secara bijaksana", dan dalam pertanian, budidaya tanaman atau hewan. Petani dan peternak yang memelihara ternak dianggap mempraktikkan peternakan.

Kelahiran Peternakan

 
Domestikasi hewan ruminansia, seperti domba ekor gemuk di Afghanistan ini, menyediakan sumber makanan yang dapat diandalkan bagi para pengembara di Timur Tengah dan Asia Tengah.

Domestikasi ternak didorong oleh kebutuhan untuk memiliki makanan saat berburu tidak produktif. Karakteristik yang diinginkan dari hewan peliharaan adalah hewan tersebut harus berguna bagi pemeliharanya, dapat berkembang biak dengan baik, dapat berkembang biak dengan bebas, dan mudah dirawat. Domestikasi bukanlah sebuah peristiwa tunggal, melainkan sebuah proses yang diulang-ulang di berbagai periode di tempat yang berbeda. Domba dan kambing adalah hewan yang menemani para pengembara di Timur Tengah, sementara sapi dan babi diasosiasikan dengan komunitas yang lebih menetap. Hewan liar pertama yang dijinakkan adalah anjing. Anjing yang setengah liar, mungkin dimulai dari individu yang masih muda, mungkin telah ditoleransi sebagai pemulung dan pembunuh hama, dan secara alamiah merupakan pemburu kawanan, cenderung menjadi bagian dari kawanan manusia dan ikut berburu.

Hewan-hewan mangsa, domba, kambing, babi, dan sapi, secara progresif didomestikasi pada awal sejarah pertanian. Babi didomestikasi di Timur Dekat antara 8.500 dan 8000 SM, domba dan kambing di atau dekat Bulan Sabit Subur sekitar 8.500 SM, dan sapi dari aurora liar di daerah Turki dan Pakistan modern sekitar 8.500 SM. Seekor sapi merupakan keuntungan besar bagi penduduk desa karena ia menghasilkan lebih banyak susu daripada yang dibutuhkan anaknya, dan tenaganya dapat digunakan sebagai hewan pekerja, menarik bajak untuk meningkatkan produksi tanaman, dan menarik kereta luncur, dan kemudian kereta dorong, untuk membawa hasil panen dari ladang. Hewan penarik pertama kali digunakan sekitar 4.000 SM di Timur Tengah, dan meningkatkan produksi pertanian secara signifikan.

Di Asia selatan, gajah telah didomestikasi pada tahun 6.000 SM. Fosil tulang ayam yang berasal dari tahun 5040 SM telah ditemukan di timur laut Tiongkok, jauh dari tempat nenek moyang mereka yang masih hidup di hutan tropis Asia, tetapi para arkeolog percaya bahwa tujuan awal domestikasi adalah untuk olahraga sabung ayam. Sementara itu, di Amerika Selatan, llama dan alpaka telah didomestikasi, mungkin sebelum tahun 3.000 SM, sebagai hewan pembawa beban dan diambil bulunya. Keduanya tidak cukup kuat untuk menarik bajak sehingga membatasi perkembangan pertanian di Dunia Baru.

Kuda muncul secara alami di padang rumput Asia Tengah dan domestikasi mereka dimulai sekitar 3.000 SM di wilayah Laut Hitam dan Laut Kaspia. Meskipun kuda pada awalnya dipandang sebagai sumber daging, penggunaannya sebagai hewan tunggangan dan untuk berkuda kemudian menyusul. Sekitar waktu yang sama, keledai liar dijinakkan di Mesir. Unta dijinakkan segera setelah itu, dengan unta Baktria di Mongolia dan unta Arab menjadi hewan pengangkut barang. Pada tahun 1000 SM, kafilah-kafilah unta Arab menghubungkan India dengan Mesopotamia dan Mediterania.

Peradaban Kuno

Memerah susu sapi di Mesir kuno.

Di Mesir kuno, sapi adalah ternak yang paling penting, dan domba, kambing, dan babi juga dipelihara; unggas termasuk bebek, angsa, dan merpati ditangkap dengan jaring dan dikembangbiakkan di peternakan, di mana mereka diberi makan paksa dengan adonan untuk menggemukkan mereka. Sungai Nil menyediakan sumber ikan yang berlimpah. Lebah madu telah didomestikasi setidaknya sejak Kerajaan Lama, menyediakan madu dan lilin. Di Roma kuno, semua ternak yang dikenal di Mesir kuno tersedia. Selain itu, kelinci telah dijinakkan untuk dimakan pada abad pertama sebelum masehi. Untuk membantu mengeluarkan mereka dari liang mereka, polecat dijinakkan sebagai musang, yang penggunaannya dijelaskan oleh Pliny the Elder.

Peternakan Abad Pertengahan

Penggembala dengan domba di kandang rintangan anyaman. Prancis Abad Pertengahan. Abad ke-15, Perpustakaan Bodleian, MS Douce 195.

Di Eropa utara, pertanian termasuk peternakan mengalami kemunduran ketika kekaisaran Romawi runtuh. Beberapa aspek seperti penggembalaan hewan terus berlanjut selama periode tersebut. Pada abad ke-11, ekonomi telah pulih dan pedesaan kembali produktif. Buku Domesday mencatat setiap bidang tanah dan setiap hewan di Inggris: "tidak ada satu kulit pun, atau satu halaman tanah, bahkan seekor lembu, sapi, atau babi pun tidak ada yang tersisa, yang tidak tercantum dalam surat perintah (raja)."Sebagai contoh, rumah kerajaan Earley di Berkshire, salah satu dari ribuan desa yang tercatat dalam buku tersebut, pada tahun 1086 memiliki "2 perikanan yang bernilai (membayar pajak) 7s dan 6d [setiap tahun] dan 20 hektar padang rumput (untuk ternak). Hutan untuk (memberi makan) 70 ekor babi."

Perbaikan peternakan pada periode abad pertengahan di Eropa berjalan seiring dengan perkembangan lainnya. Perbaikan pada bajak memungkinkan tanah untuk digarap lebih dalam. Kuda mengambil alih peran sapi sebagai penyedia daya tarik utama, ide-ide baru tentang rotasi tanaman dikembangkan, dan penanaman tanaman untuk pakan ternak musim dingin mulai berkembang. Kacang polong, kacang-kacangan, dan vetsin menjadi hal yang umum; tanaman-tanaman tersebut meningkatkan kesuburan tanah melalui fiksasi nitrogen, sehingga lebih banyak hewan ternak yang dapat dipelihara.

Pertukaran Kolumbus

Eksplorasi dan kolonisasi Amerika Utara dan Selatan menghasilkan pengenalan tanaman seperti jagung, kentang, ubi jalar, dan ubi kayu ke Eropa, sementara ternak utama Dunia Lama - sapi, kuda, domba, dan kambing - diperkenalkan ke Dunia Baru untuk pertama kalinya bersama dengan gandum, jelai, beras, dan lobak.

Revolusi Pertanian

Trah Lincoln Longwool diperbaiki oleh Robert Bakewell pada abad ke-18.

Pemuliaan selektif untuk sifat-sifat yang diinginkan ditetapkan sebagai praktik ilmiah oleh Robert Bakewell selama Revolusi Pertanian Inggris pada abad ke-18. Salah satu program pemuliaan terpentingnya adalah dengan domba. Dengan menggunakan ternak asli, ia dapat dengan cepat memilih domba yang besar, bertulang halus, dan memiliki bulu yang panjang dan berkilau.

Lincoln Longwool diperbaiki oleh Bakewell dan pada gilirannya Lincoln digunakan untuk mengembangkan jenis berikutnya, yang dinamai New (atau Dishley) Leicester. Domba ini tidak bertanduk dan memiliki tubuh yang persegi dan gemuk dengan garis atas yang lurus. Domba-domba ini diekspor secara luas dan telah berkontribusi pada berbagai jenis domba modern. Di bawah pengaruhnya, para peternak Inggris mulai mengembangbiakkan sapi untuk digunakan sebagai daging sapi. Sapi dara bertanduk panjang disilangkan dengan sapi jantan Westmoreland untuk menciptakan sapi Dishley Longhorn.

Padang rumput semi-alami dan tidak subur yang dibentuk oleh metode pertanian tradisional di Eropa dikelola dengan merumput dan memotong. Karena dampak ekologis dari strategi pengelolaan lahan ini mirip dengan dampak gangguan alam seperti kebakaran hutan, sistem pertanian ini memiliki banyak karakteristik yang menguntungkan dengan habitat alami, termasuk mempromosikan keanekaragaman hayati. Strategi ini menurun di Eropa saat ini karena intensifikasi pertanian. Metode mekanis dan kimiawi yang digunakan menyebabkan keanekaragaman hayati menurun.

Diasdur dari: en.wikipedia.org 

Ternak adalah hewan peliharaan yang dipelihara di lingkungan pertanian untuk menyediakan tenaga kerja dan menghasilkan produk yang beragam untuk konsumsi seperti daging, telur, susu, bulu, kulit, dan wol. Istilah ini terkadang digunakan untuk merujuk hanya pada hewan yang dipelihara untuk konsumsi, dan terkadang digunakan untuk merujuk hanya pada hewan pemamah biak yang diternakkan, seperti sapi, domba, dan kambing. Kuda dianggap sebagai hewan ternak di Amerika Serikat. USDA mengklasifikasikan daging babi, sapi muda, daging sapi, dan domba (kambing) sebagai hewan ternak, dan semua hewan ternak sebagai daging merah. Unggas dan ikan tidak termasuk dalam kategori ini. Yang terakhir ini kemungkinan besar disebabkan oleh fakta bahwa produk ikan tidak diatur oleh USDA, tetapi oleh FDA.

Pembiakan, pemeliharaan, penyembelihan, dan penaklukan ternak secara umum, yang disebut peternakan, adalah bagian dari pertanian modern dan telah dipraktikkan di banyak budaya sejak peralihan manusia ke pertanian dari gaya hidup pemburu-pengumpul. Praktik peternakan sangat bervariasi di berbagai budaya dan periode waktu. Peternakan terus memainkan peran ekonomi dan budaya yang penting di berbagai komunitas.

Praktik peternakan sebagian besar telah bergeser menjadi peternakan intensif. Peternakan intensif meningkatkan hasil dari berbagai hasil komersial, tetapi juga berdampak negatif terhadap kesejahteraan hewan, lingkungan, dan kesehatan masyarakat. Khususnya, daging sapi, sapi perah, dan domba merupakan sumber emisi gas rumah kaca yang sangat besar dari sektor pertanian.

Etimologi

Kata ternak pertama kali digunakan antara tahun 1650 dan 1660, sebagai kata majemuk yang menggabungkan kata "hidup" dan "stok". Dalam beberapa periode, "sapi" dan "ternak" digunakan secara bergantian. Saat ini, pengertian sapi modern adalah hewan jenis sapi yang didomestikasi, sedangkan ternak memiliki arti yang lebih luas.

Undang-undang federal Amerika Serikat mendefinisikan istilah untuk menjadikan komoditas pertanian tertentu memenuhi syarat atau tidak memenuhi syarat untuk suatu program atau kegiatan. Misalnya, Undang-Undang Wajib Pelaporan Peternakan tahun 1999 (P.L. 106–78, Judul IX) mendefinisikan ternak hanya sebagai sapi, babi, dan domba, sedangkan undang-undang bantuan bencana tahun 1988 mendefinisikan istilah tersebut sebagai "sapi, domba, kambing, babi, unggas (termasuk unggas penghasil telur), hewan kuda yang digunakan untuk pangan atau produksi pangan, ikan yang digunakan untuk pangan, dan hewan lain yang ditunjuk oleh Sekretaris”.

Berbeda dengan ternak, hewan mati didefinisikan sebagai "hewan yang mati sebelum disembelih, terkadang karena sakit atau penyakit". Di banyak negara, seperti Kanada, menjual atau mengolah daging dari hewan mati untuk konsumsi manusia adalah tindakan ilegal.

Sejarah Singkat

Pemeliharaan hewan berasal dari transisi budaya ke komunitas pertanian yang menetap dari gaya hidup pemburu-pengumpul. Hewan dijinakkan ketika perkembangbiakan dan kondisi kehidupannya dikontrol oleh manusia. Seiring berjalannya waktu, perilaku kolektif, siklus hidup, dan fisiologi hewan ternak telah berubah secara radikal. Banyak hewan ternak modern yang tidak cocok dengan kehidupan di alam liar.

Anjing adalah hewan yang paling awal dijinakkan; anjing muncul di Eropa dan Timur Jauh sejak sekitar 15.000 tahun yang lalu. Kambing dan domba didomestikasi dalam beberapa peristiwa antara 11.000 hingga 5.000 tahun yang lalu di Asia Barat Daya. Babi didomestikasi pada tahun 8.500 SM di Timur Dekat dan 6.000 SM di Cina. Domestikasi kuda dimulai sekitar tahun 4.000 SM. Sapi telah dijinakkan sejak sekitar 10.500 tahun yang lalu. Ayam dan unggas lainnya mungkin telah dijinakkan sekitar 7.000 SM.

Praktik Pertanian

Secara tradisional, peternakan merupakan bagian dari cara hidup petani subsisten, yang tidak hanya menghasilkan makanan yang dibutuhkan oleh keluarga tetapi juga bahan bakar, pupuk, pakaian, transportasi, dan tenaga kerja. Membunuh hewan untuk dimakan merupakan pertimbangan sekunder, dan sedapat mungkin produk mereka, seperti wol, telur, susu, dan darah (oleh Maasai) dipanen ketika hewan tersebut masih hidup. Dalam sistem transhumance tradisional, manusia dan ternak berpindah secara musiman antara padang rumput musim panas dan musim dingin yang tetap; di daerah pegunungan, padang rumput musim panas berada di pegunungan, sedangkan padang rumput musim dingin berada di lembah-lembah.

Hewan dapat dipelihara secara ekstensif atau intensif. Sistem ekstensif melibatkan hewan yang berkeliaran sesuka hati, atau di bawah pengawasan seorang penggembala, sering kali untuk melindungi mereka dari predator. Peternakan di Amerika Serikat bagian Barat melibatkan kawanan besar sapi yang merumput secara luas di lahan publik dan pribadi. Peternakan serupa juga ditemukan di Amerika Selatan, Australia, dan tempat-tempat lain yang memiliki lahan yang luas dan curah hujan yang rendah. Sistem peternakan telah digunakan untuk domba, rusa, burung unta, emu, llama, dan alpaka. Di dataran tinggi Inggris Raya, domba-domba dikeluarkan di air terjun pada musim semi dan merumput di rumput pegunungan yang melimpah tanpa perawatan, dibawa ke dataran yang lebih rendah pada akhir tahun, dengan pemberian makanan tambahan di musim dingin.

Di lokasi pedesaan, babi dan unggas dapat memperoleh sebagian besar nutrisi mereka dari hasil memulung, dan di komunitas Afrika, ayam dapat hidup berbulan-bulan tanpa diberi makan, dan masih menghasilkan satu atau dua telur dalam seminggu. Di sisi lain, di belahan dunia yang lebih Barat, hewan-hewan sering dikelola secara intensif; sapi perah mungkin dipelihara dalam kondisi tanpa padang rumput dengan semua hijauan yang diberikan kepada mereka; sapi potong mungkin dipelihara di tempat penggemukan dengan kepadatan tinggi; babi mungkin ditempatkan di gedung-gedung yang dikontrol oleh iklim dan tidak pernah keluar rumah; unggas dapat dipelihara di dalam lumbung dan dipelihara di dalam sangkar sebagai unggas petelur dalam kondisi yang dikendalikan oleh pencahayaan. Di antara kedua ekstrem ini terdapat peternakan semi-intensif, yang sering kali dikelola oleh keluarga, di mana ternak merumput di luar hampir sepanjang tahun, silase atau jerami dibuat untuk menutupi waktu-waktu di mana rumput berhenti tumbuh, dan pupuk, pakan, serta input lainnya dibeli ke peternakan dari luar.

Pemangsaan

Peternak sering kali harus berhadapan dengan pemangsaan dan pencurian hewan-hewan alam oleh hewan pengerat. Di Amerika Utara, hewan seperti serigala abu-abu, beruang grizzly, puma, dan anjing hutan terkadang dianggap sebagai ancaman bagi ternak. Di Eurasia dan Afrika, predator termasuk serigala, macan tutul, harimau, singa, dhole, beruang hitam Asia, buaya, hyena tutul, dan karnivora lainnya. Di Amerika Selatan, anjing liar, jaguar, anaconda, dan beruang berkacamata merupakan ancaman bagi ternak. Di Australia, dingo, rubah, dan elang ekor baji merupakan predator yang umum, dengan ancaman tambahan dari anjing peliharaan yang mungkin membunuh sebagai respons terhadap naluri berburu, dan meninggalkan bangkai yang tidak termakan.

Transportasi dan Pemasaran

Pelelangan ternak lokal dan regional serta pasar pertanian khusus memfasilitasi perdagangan ternak. Di Kanada, di rumah potong hewan Cargill di High River, Alberta, 2.000 pekerja memproses 4.500 sapi per hari, atau lebih dari sepertiga kapasitas Kanada. Pabrik ini ditutup ketika beberapa pekerjanya terinfeksi penyakit virus corona 2019. Pabrik Cargill bersama dengan pabrik JBS di Brooks, Alberta dan pabrik Harmony Beef di Balzac, Alberta, mewakili tiga perempat pasokan daging sapi Kanada. Di wilayah lain, ternak dapat dibeli dan dijual di pasar tradisional atau pasar tradisional, seperti yang dapat ditemukan di berbagai wilayah di Asia Tengah.

Di negara-negara non-Barat, menyediakan akses ke pasar telah mendorong para peternak untuk berinvestasi di bidang peternakan, yang hasilnya adalah peningkatan mata pencaharian. Sebagai contoh, International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics (ICRISAT) telah bekerja di Zimbabwe untuk membantu para petani memanfaatkan ternak mereka sebaik mungkin.

Disadur dari: en.wikipedia.org 

Bioinformatika adalah bidang keilmuan multidisiplin yang berfokus pada pengembangan metode dan perangkat lunak untuk memahami data biologis, terutama ketika berhadapan dengan kumpulan data yang besar dan rumit. Bidang ini mengintegrasikan prinsip-prinsip dari biologi, kimia, fisika, ilmu komputer, pemrograman komputer, teknik informasi, matematika, dan statistik untuk menganalisis dan menginterpretasikan informasi biologis. Proses analisis dan interpretasi data selanjutnya ini umumnya dikenal sebagai biologi komputasi.

Teknik komputasi, statistik, dan pemrograman komputer digunakan untuk melakukan analisis simulasi komputer terhadap pertanyaan biologis. Teknik-teknik ini melibatkan penggunaan "jalur" analisis spesifik, terutama yang lazim dalam genomik, untuk tugas-tugas seperti identifikasi gen dan deteksi polimorfisme nukleotida tunggal (SNP). Pipeline semacam itu sangat penting dalam meningkatkan pemahaman mengenai dasar-dasar genetik penyakit, adaptasi yang unik, sifat-sifat yang diinginkan (terutama pada spesies pertanian), dan kesenjangan di antara populasi. Bioinformatika juga mencakup proteomik, yang bertujuan untuk menguraikan prinsip-prinsip organisasi yang melekat pada asam nukleat dan sekuens protein.

Pemrosesan gambar dan sinyal memfasilitasi ekstraksi wawasan yang berharga dari sejumlah besar data mentah. Dalam genetika, teknik-teknik ini membantu dalam mengurutkan dan membuat anotasi genom serta mengidentifikasi mutasi. Penambangan teks literatur biologi dan pengembangan ontologi biologi dan gen merupakan bagian dari bioinformatika, membantu dalam pengorganisasian dan pengajuan pertanyaan data biologi. Selain itu, hal ini juga berkontribusi pada analisis ekspresi dan regulasi gen dan protein. Alat bioinformatika memungkinkan perbandingan, analisis, dan interpretasi data genetik dan genom, sehingga berkontribusi pada pemahaman yang lebih dalam tentang aspek evolusi biologi molekuler.

Dalam skala yang lebih luas, bioinformatika membantu analisis dan kategorisasi jalur dan jaringan biologis, komponen penting dalam biologi sistem. Selain itu, bioinformatika juga memfasilitasi simulasi dan pemodelan DNA, RNA, protein, dan interaksi biomolekuler dalam biologi struktural.

Sejarah

Istilah "bioinformatika" pertama kali diciptakan oleh Paulien Hogeweg dan Ben Hesper pada tahun 1970 untuk menggambarkan studi tentang proses informasi dalam sistem kehidupan. Ini memposisikan bioinformatika sebagai bidang yang sebanding dengan biokimia, yang berfokus pada proses kimia dalam sistem biologis.

Bioinformatika dan biologi komputasi muncul sebagai disiplin ilmu yang terutama berkaitan dengan analisis data biologis, khususnya rangkaian DNA, RNA, dan protein. Bidang ini mengalami pertumbuhan yang signifikan mulai pertengahan tahun 1990an, didorong oleh kemajuan seperti Proyek Genom Manusia dan peningkatan dalam teknologi pengurutan DNA.

Untuk mendapatkan wawasan yang bermakna dari data biologis, program perangkat lunak yang memanfaatkan algoritma dari berbagai disiplin ilmu seperti teori grafik, kecerdasan buatan, penambangan data, dan pemrosesan gambar sangatlah penting. Landasan teoritis yang mendasari algoritma ini meliputi matematika diskrit, teori kontrol, teori informasi, dan statistik.

Urutan dari Bioinformatika

Kemajuan signifikan telah dicapai dalam teknologi pengurutan sejak selesainya Proyek Genom Manusia. Laboratorium kini mampu mengurutkan materi genetik dalam jumlah besar dengan biaya dan waktu yang lebih murah dibandingkan sebelumnya. Saat ini, genom lengkap dapat diurutkan dengan biaya $1.000 atau kurang.

Peran penting komputer dalam biologi molekuler menjadi jelas dengan tersedianya rangkaian protein, yang dipelopori oleh Frederick Sanger pada awal tahun 1950an. Perbandingan manual dari beberapa sekuens terbukti tidak praktis, yang mengarah pada pengembangan database sekuens protein oleh pionir seperti Margaret Oakley Dayhoff. Elvin A. Kabat juga memberikan kontribusi signifikan dengan merilis rangkaian antibodi dalam jumlah besar pada tahun 1970-an.

Pada tahun 1970-an, teknik pengurutan DNA diterapkan pada bakteriofag MS2 dan øX174, yang mengarah pada pengungkapan ciri-ciri genetik yang terkenal melalui analisis statistik. Studi-studi ini menunjukkan potensi bioinformatika untuk memberikan wawasan berharga ke dalam sistem biologis.

Tujuan

Bioinformatika telah berevolusi untuk mengatasi analisis dan interpretasi data biologis yang beragam, yang bertujuan untuk memahami bagaimana aktivitas seluler berubah dalam berbagai kondisi penyakit. Hal ini melibatkan pengintegrasian data biologis mentah untuk membentuk pemahaman yang komprehensif, termasuk urutan nukleotida dan asam amino, domain protein, dan struktur.

Sub-disiplin utama dalam bioinformatika dan biologi komputasi mencakup pengembangan program komputer untuk mengakses, mengelola, dan memanfaatkan berbagai jenis informasi secara efisien, serta menciptakan algoritma matematika baru dan ukuran statistik untuk menilai hubungan dalam kumpulan data besar. Contohnya termasuk prediksi gen, prediksi struktur/fungsi protein, dan pengelompokan urutan protein.

Tujuan utama bioinformatika adalah untuk meningkatkan pemahaman proses biologis melalui teknik komputasi intensif, seperti pengenalan pola, penambangan data, pembelajaran mesin, dan visualisasi. Bidang penelitian utama meliputi penyelarasan urutan, perakitan genom, desain obat, prediksi struktur protein, dan pemodelan ekspresi dan interaksi gen.

Bioinformatika melibatkan pembuatan database, algoritma, komputasi, dan teknik statistik untuk mengatasi tantangan formal dan praktis yang timbul dari pengelolaan dan analisis data biologis. Kemajuan dalam penelitian genomik dan molekuler, ditambah dengan teknologi informasi, telah menghasilkan data dalam jumlah besar, mendorong pengembangan pendekatan matematika dan komputasi untuk menguraikan proses biologis.

Aktivitas bioinformatika yang umum mencakup pemetaan dan analisis rangkaian DNA/protein, menyelaraskan rangkaian untuk perbandingan, dan membuat/melihat model struktur protein 3-D.

Analisis Sequence

Sejak pengurutan bakteriofag Phage Φ-X174 pada tahun 1977, sejumlah besar rangkaian DNA organisme telah diterjemahkan dan diarsipkan dalam database. Urutan ini diteliti untuk mengidentifikasi gen yang bertanggung jawab untuk mengkode protein, gen RNA, urutan pengatur, motif struktural, dan urutan berulang. Membandingkan gen di dalam atau antar spesies dapat mengungkap kesamaan fungsi protein atau hubungan antar spesies, sehingga membantu pembangunan pohon filogenetik menggunakan sistematika molekuler. Karena banyaknya data, analisis manual terhadap urutan DNA menjadi tidak praktis sejak lama. Akibatnya, program komputer seperti BLAST secara rutin digunakan untuk mencari secara berurutan, mengakses data dari lebih dari 260.000 organisme yang mengandung lebih dari 190 miliar nukleotida pada tahun 2008.

Analisis Ekspresi Gen

Analisis ekspresi gen melibatkan penentuan tingkat aktivitas berbagai gen, yang sering kali diukur dengan tingkat mRNA. Teknik seperti microarray, pengurutan tag sekuens cDNA yang diekspresikan, dan RNA-Seq biasanya digunakan untuk tujuan ini. Namun, metode-metode ini rentan terhadap kebisingan dan bias, sehingga memerlukan pengembangan alat statistik untuk mengekstrak sinyal yang bermakna dari data throughput tinggi.

Analisis Ekspresi Protein

Analisis ekspresi protein menggunakan microarray protein dan spektrometri massa throughput tinggi untuk mengidentifikasi protein yang ada dalam sampel biologis. Serupa dengan analisis ekspresi gen, metode ini menghadapi tantangan seperti noise dan kompleksitas statistik dalam analisis data.

Analisis Regulasi

Regulasi gen adalah proses multifaset yang dipengaruhi oleh berbagai faktor, termasuk sinyal ekstraseluler dan elemen genom. Alat bioinformatika membantu dalam mempelajari daerah promotor dan elemen penambah untuk memahami peran mereka dalam mengatur ekspresi gen. Data ekspresi digunakan untuk menyimpulkan pola regulasi gen, yang sering kali menggunakan algoritme pengelompokan untuk mengidentifikasi gen yang diekspresikan bersama dan elemen regulasi.

Analisis Organisasi Seluler

Berbagai metode telah dikembangkan untuk memeriksa distribusi spasial organel, gen, protein, dan komponen seluler lainnya. Sistem klasifikasi yang disebut ontologi gen, khususnya kategori komponen seluler, telah dibuat untuk mendokumentasikan lokalisasi subseluler di seluruh basis data biologis.

Mikroskopi dan Analisis Gambar:

Pencitraan mikroskopis memungkinkan visualisasi organel dan molekul di dalam sel, membantu dalam identifikasi kelainan yang terkait dengan penyakit.

Lokalisasi Protein

Menentukan lokasi protein membantu memprediksi fungsinya. Proses ini, yang dikenal sebagai prediksi fungsi protein, bergantung pada identifikasi lokalisasi subseluler protein. Sebagai contoh, protein yang ditemukan dalam nukleus mungkin terlibat dalam regulasi gen, sementara protein yang berada dalam mitokondria mungkin berperan dalam respirasi sel. Sumber daya seperti basis data lokasi subseluler protein dan alat prediksi memfasilitasi analisis ini.

Organisasi Kromatin Nuklir

Eksperimen penangkapan konformasi kromosom dengan kecepatan tinggi, seperti Hi-C dan ChIA-PET, memberikan wawasan tentang struktur tiga dimensi dan organisasi kromatin di dalam nukleus. Tantangan bioinformatika di bidang ini meliputi penggambaran domain genom, seperti Topologically Associating Domains (TAD), yang secara spasial terorganisir di dalam nukleus.

Bioinformatika Struktural

Memahami struktur protein adalah aspek penting dalam bioinformatika, dengan inisiatif seperti Penilaian Kritis Prediksi Struktur Protein (CASP) yang memfasilitasi kompetisi global untuk mengevaluasi model protein yang diajukan oleh kelompok penelitian.

Urutan Asam Amino:

Urutan linier asam amino dalam suatu protein, yang dikenal sebagai struktur primernya, mudah diturunkan dari urutan gen DNA yang sesuai. Meskipun struktur primer biasanya menentukan struktur 3D protein, terdapat pengecualian, seperti protein yang salah lipatan dalam kondisi seperti ensefalopati spongiform sapi. Detail struktural tambahan mencakup struktur sekunder, tersier, dan kuaterner, dengan prediksi fungsi protein masih menjadi masalah yang menantang.

Homologi:

Baik dalam bioinformatika genomik dan struktural, homologi memainkan peran kunci. Dalam analisis genom, ini membantu memprediksi fungsi gen berdasarkan kesamaan antar urutan gen. Dalam bioinformatika struktural, ini membantu mengidentifikasi daerah kritis untuk pembentukan struktur dan interaksi protein, seringkali melalui pemodelan homologi menggunakan struktur protein yang diketahui.

Biologi Jaringan dan Sistem

Analisis jaringan mengeksplorasi hubungan dalam jaringan biologis, mengintegrasikan beragam tipe data seperti gen, protein, dan molekul kecil. Biologi sistem menggunakan simulasi komputer untuk menganalisis dan memvisualisasikan proses seluler yang kompleks, termasuk jaringan metabolisme, jalur transduksi sinyal, dan jaringan pengatur gen. Kehidupan buatan dan simulasi evolusi virtual mencari wawasan tentang proses evolusi.

Informatika Keanekaragaman Hayati

Bidang ini berkaitan dengan pengumpulan dan analisis data keanekaragaman hayati, termasuk database taksonomi dan data mikrobioma. Metode analisis berkisar dari filogenetik hingga alat identifikasi spesies, dengan fokus yang semakin besar pada ekologi makro untuk memahami hubungan keanekaragaman hayati dengan ekologi dan dampak terhadap manusia, seperti perubahan iklim.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Biomekanika, sebuah cabang biofisika, meneliti aspek mekanis dari sistem biologis, menganalisis struktur, fungsi, dan gerakannya di berbagai tingkatan, dari seluruh organisme hingga sel dan organel sel. Ilmu ini menggunakan prinsip-prinsip mekanika untuk menyelidiki fenomena biologis.

Di zaman sekarang, mekanika komputasi melampaui mekanika tradisional, yang mencakup berbagai fenomena fisik termasuk kimia, perpindahan panas dan massa, serta rangsangan listrik dan magnet.

Istilah "biomekanika," yang diciptakan pada tahun 1899, berasal dari kata Yunani "bios" yang berarti "hidup" dan "mēchanikē" yang berarti "mekanika," yang mencerminkan fokusnya pada pemahaman prinsip-prinsip mekanis yang mendasari pergerakan dan struktur organisme hidup.

Subbidang Biomekanik

• Mekanika Biofluida

Mekanika biofluida menyelidiki aliran cairan gas dan cair dalam organisme biologis. Contoh yang menonjol adalah studi tentang aliran darah dalam sistem kardiovaskular manusia, yang sering kali dimodelkan menggunakan persamaan matematika seperti persamaan Navier – Stokes. Pada tingkat mikroskopis, sel darah merah secara signifikan mempengaruhi dinamika cairan, mengubah asumsi tentang darah sebagai cairan yang tidak dapat dimampatkan. Bidang studi lainnya melibatkan respirasi manusia dan penerapannya dalam merancang perangkat mikrofluida.

• Biotribologi

Bidang ini berfokus pada studi tentang gesekan, keausan, dan pelumasan dalam sistem biologis, khususnya pada persendian manusia seperti pinggul dan lutut. Ini melibatkan analisis mekanika kontak dan tribologi, termasuk kerusakan bawah permukaan akibat interaksi permukaan selama gerakan, yang relevan dalam evaluasi tulang rawan yang direkayasa jaringan.

• Biomekanik Komparatif

Biomekanik komparatif menerapkan prinsip-prinsip biomekanik pada organisme non-manusia untuk mendapatkan wawasan tentang anatomi dan fungsi manusia atau untuk memahami adaptasi dan peran ekologi organisme lain. Ini mencakup studi tentang penggerak, makan, dan adaptasi hewan, sering kali menghubungkan dengan ekologi, neurobiologi, dan paleontologi.

• Biomekanik Komputasi

Bidang ini menggunakan alat komputasi teknik, seperti analisis elemen hingga, untuk mempelajari mekanisme sistem biologis. Model komputasi dan simulasi membantu dalam memprediksi hubungan antara parameter yang sulit diuji secara eksperimental dan digunakan dalam simulasi bedah untuk perencanaan, bantuan, dan pelatihan.

• Biomekanik Kontinum

Biomekanik kontinum melibatkan analisis biomaterial dan biofluida menggunakan konsep dari mekanika kontinum. Ini mempertimbangkan struktur hierarki biomaterial dan mengklasifikasikannya menjadi jaringan keras dan lunak, menganalisis perilaku mekanisnya dari tingkat molekuler hingga jaringan.

• Neuromekanik

Neuromekanik mempelajari bagaimana otak dan sistem saraf berinteraksi untuk mengontrol gerakan tubuh. Ini menyelidiki tugas motorik, adaptasi motorik, dan mekanisme pembelajaran menggunakan alat penangkapan gerak yang dikombinasikan dengan rekaman saraf.

• Biomekanik Tumbuhan

Subbidang ini menerapkan prinsip biomekanik untuk mempelajari tumbuhan, organ, dan selnya. Mulai dari memahami ketahanan tanaman terhadap tekanan lingkungan hingga mengeksplorasi perkembangan dan morfogenesis pada skala sel dan jaringan.

• Biomekanik Olahraga

Biomekanik olahraga menerapkan prinsip mekanis untuk menganalisis pergerakan manusia dalam olahraga. Hal ini bertujuan untuk meningkatkan kinerja atletik, mencegah cedera, dan mengoptimalkan teknik menggunakan metode dari teknik mesin dan listrik, ilmu komputer, dan analisis gaya berjalan.

• Biomekanik Vaskular

Biomekanik vaskular berfokus pada deskripsi perilaku mekanis jaringan pembuluh darah, yang penting dalam memahami penyakit kardiovaskular. Ini melibatkan mempelajari geometri kompleks, kondisi beban, dan sifat material jaringan pembuluh darah, mengingat sifat dinamisnya yang dipengaruhi oleh faktor fisiologis dan lingkungan.

Subbidang Biomekanik Terapan Lainnya Termasuk

• Alometri
• Penggerak hewan & analisis gaya berjalan
• Biotribologi
• Mekanika biofluida
• Biomekanik kardiovaskular
• Biomekanik komparatif
• Biomekanik komputasi
• Ergonomi
• Biomekanik Forensik
• Rekayasa faktor manusia & biomekanik kerja
• Biomekanik cedera
• Implan (pengobatan), Ortotik & Prostesis
• Kinestetik
• Kinesiologi (kinetika + fisiologi)
• Biomekanik muskuloskeletal & ortopedi
• Rehabilitasi
• Dinamika tubuh yang lembut
• Biomekanik olahraga

Sejarah Singkat

Pada zaman kuno, Aristoteles, murid Plato, sering dianggap sebagai tokoh biomekanik paling awal karena studinya di bidang anatomi hewan. Dia menulis "De Motu Animalium" atau "On the Movement of Animals," yang mengeksplorasi aspek mekanis tubuh hewan. Aristoteles memandang tubuh hewan sebagai sistem mekanis dan mendalami pertanyaan fisiologis, seperti perbedaan antara membayangkan dan melakukan tindakan. Selain itu, dalam "On the Parts of Animals", ia secara akurat menggambarkan mekanisme gerak peristaltik di ureter untuk pengangkutan urin dari ginjal ke kandung kemih.

Kekaisaran Romawi menyaksikan pergeseran ke arah pencarian teknologi dibandingkan pencarian filosofis, yang mengarah pada munculnya tokoh penting berikutnya dalam bidang biomekanik, Galen (129 M-210 M). Galen, seorang dokter yang melayani Marcus Aurelius, menulis "On the Function of the Parts," sebuah karya penting tentang anatomi manusia yang menjadi teks medis standar untuk 1.400 tahun berikutnya.

 Aplikasi

Biomekanik mencakup studi spektrum luas, mulai dari mekanisme seluler hingga pergerakan dan pertumbuhan anggota tubuh, serta sifat mekanik jaringan lunak dan tulang. Penelitian di bidang biomekanik mencakup berbagai bidang, termasuk menyelidiki gaya yang bekerja pada anggota tubuh, mempelajari aerodinamika penerbangan burung dan serangga, mengeksplorasi hidrodinamika ikan yang berenang, dan memeriksa pergerakan berbagai bentuk kehidupan, dari sel hingga seluruh organisme. Seiring dengan meningkatnya pemahaman kita tentang perilaku fisiologis jaringan hidup, biomekanik berkontribusi terhadap kemajuan dalam rekayasa jaringan dan pengembangan perawatan yang ditingkatkan untuk berbagai kondisi seperti kanker.

Dalam bidang sistem muskuloskeletal manusia, biomekanik memainkan peran penting. Penelitian di bidang ini menggunakan alat seperti platform gaya untuk menganalisis gaya reaksi tanah pada manusia dan videografi inframerah untuk melacak lintasan penanda yang menempel pada tubuh, sehingga memungkinkan studi tentang gerakan tiga dimensi manusia. Selain itu, elektromiografi digunakan untuk menyelidiki aktivasi otot dan respons terhadap kekuatan dan gangguan eksternal.

Selain itu, biomekanik dapat diterapkan secara luas dalam industri ortopedi, khususnya dalam desain implan ortopedi untuk sendi manusia, komponen gigi, fiksasi eksternal, dan tujuan medis lainnya. Biotribologi, sebuah aspek penting dari biomekanik ortopedi, berfokus pada penilaian kinerja dan fungsionalitas biomaterial yang digunakan dalam implan ini. Hal ini memainkan peran penting dalam meningkatkan desain dan produksi biomaterial yang sukses untuk aplikasi medis dan klinis, seperti tulang rawan yang direkayasa jaringan. Diskusi mengenai dampak pembebanan dinamis pada sambungan juga dibahas secara luas dalam penelitian biomekanik.

Disadur dari: en.wikipedia.org

Biomaterial, juga dikenal sebagai bahan hayati, merujuk pada substansi yang telah dihasilkan atau dirancang untuk berinteraksi dengan sistem biologis, baik untuk tujuan medis seperti terapi (pengobatan, perbaikan, penggantian fungsi jaringan tubuh) maupun untuk tujuan diagnostik. Sebagai disiplin ilmu, biomaterial telah ada sekitar lima puluh tahun, dan bidang studi yang berkaitan dengan biomaterial dikenal sebagai ilmu biomaterial atau rekayasa biomaterial. Selama sejarahnya, ilmu biomaterial telah mengalami pertumbuhan yang stabil dan signifikan, dengan banyak perusahaan mengalokasikan sumber daya yang besar untuk pengembangan produk baru. Studi biomaterial melibatkan unsur-unsur dari berbagai bidang seperti kedokteran, biologi, kimia, teknik jaringan tubuh, dan ilmu material.

Penting untuk memahami perbedaan antara biomaterial dan bahan biologis seperti tulang, yang dihasilkan oleh sistem biologis. Selain itu, penting juga untuk memperhatikan bahwa definisi biomaterial mencakup aspek biokompatibilitas, karena kecocokannya dalam aplikasi tertentu bisa bervariasi. Sebuah biomaterial yang biokompatibel untuk satu aplikasi mungkin tidak sesuai untuk aplikasi lainnya.

Ikhtisar Biomaterial

Biomaterial dapat berasal dari sumber alami atau disintesis di laboratorium menggunakan berbagai teknik kimia yang melibatkan komponen seperti logam, polimer, keramik, atau material komposit. Biasanya, biomaterial ini digunakan atau dimodifikasi untuk aplikasi medis, sehingga mencakup struktur hidup atau perangkat biomedis yang dapat melakukan, menambah, atau menggantikan fungsi organ alami sebagian atau sepenuhnya.

Fungsi biomaterial bisa bersifat pasif, seperti dalam penggunaan katup jantung, atau memiliki sifat bioaktif yang lebih interaktif, seperti pada implan pinggul yang dilapisi hidroksiapatit. Selain itu, biomaterial juga berperan penting dalam aplikasi sehari-hari seperti dalam kedokteran gigi, prosedur bedah, dan pengobatan. Sebagai contoh, alat medis yang mengandung produk farmasi dapat ditempatkan di dalam tubuh untuk memberikan pelepasan obat secara bertahap. Selain itu, biomaterial juga dapat berupa jaringan autograf, allograf, atau xenograf yang digunakan sebagai bahan untuk transplantasi.

Aktivitas Biologis 

Kemampuan biomaterial yang telah dirancang untuk menstimulasi respons fisiologis yang mendukung kinerja dan fungsi biomaterial dikenal sebagai aktivitas biologis. Istilah ini paling sering digunakan dalam konteks gelas bioaktif dan keramik bioaktif, yang merujuk pada kemampuan bahan tersebut untuk berinteraksi secara efektif dengan jaringan sekitarnya, baik untuk mendukung pertumbuhan tulang (osseokonduktif) maupun merangsang pembentukan tulang baru (osseoproduktif).

Biasanya, biomaterial untuk implan tulang dirancang agar merangsang pertumbuhan tulang sambil secara bertahap terurai oleh cairan tubuh sekitarnya. Karena itu, penting untuk memiliki biokompatibilitas yang baik, kekuatan yang memadai, dan laju pelarutan yang optimal. Evaluasi umumnya dilakukan dengan mengukur tingkat biomineralisasi di permukaan biomaterial, yang mencerminkan pembentukan lapisan hidroksiapatit sebagai indikator interaksi yang berhasil dengan jaringan biologis.

Self-assembly mengacu pada pengelompokan partikel secara spontan seperti atom, molekul, koloid, dan misel, tanpa pengaruh eksternal. Partikel-partikel ini membentuk susunan yang besar dan stabil secara termodinamika dengan struktur yang terdefinisi dengan baik, menyerupai sistem kristal yang terlihat dalam metalurgi dan mineralogi. Perakitan sendiri molekuler lazim terjadi dalam sistem biologis, membentuk struktur kompleks yang menginspirasi pengembangan biomaterial dengan sifat mekanik yang unggul. Fenomena ini semakin banyak digunakan dalam sintesis kimia dan nanoteknologi. Contohnya termasuk kristal molekuler, kristal cair, koloid, misel, dan monolayer yang dirakit sendiri, semuanya menunjukkan struktur yang sangat teratur melalui pengorganisasian diri.

Self-assembly (Perakitan sendiri)

Perakitan mandiri mengacu pada pengelompokan partikel secara spontan seperti atom, molekul, koloid, dan misel, tanpa pengaruh eksternal. Partikel-partikel ini membentuk susunan yang besar dan stabil secara termodinamika dengan struktur yang terdefinisi dengan baik, menyerupai sistem kristal yang terlihat dalam metalurgi dan mineralogi. Perakitan mandiri molekul lazim dalam sistem biologis, membentuk struktur kompleks yang menginspirasi pengembangan biomaterial dengan sifat mekanik unggul. Fenomena ini semakin banyak dimanfaatkan dalam sintesis kimia dan nanoteknologi. Contohnya termasuk kristal molekuler, kristal cair, koloid, misel, dan lapisan tunggal yang tersusun sendiri, semuanya menunjukkan struktur yang sangat teratur melalui pengorganisasian mandiri.

Structural Hierarchy

Hampir semua bahan dapat dilihat sebagai terstruktur secara hierarkis, karena perubahan skala spasial membawa mekanisme deformasi dan kerusakan yang berbeda. Namun, pada bahan biologis, organisasi hierarkis ini melekat pada struktur mikro. Salah satu contoh pertama dari hal ini, dalam sejarah biologi struktural, adalah pekerjaan hamburan sinar-X awal pada struktur hirarkis rambut dan wol oleh Astbury dan Woods. Pada tulang, misalnya, kolagen adalah blok bangunan dari matriks organik, triple helix dengan diameter 1,5 nm. Molekul tropokolagen ini disisipkan dengan fase mineral (hidroksiapatit, kalsium fosfat) membentuk fibril yang menggulung menjadi heliks dengan arah yang bergantian. “Osteon” ini adalah blok bangunan dasar tulang, dengan distribusi fraksi volume antara fase organik dan mineral sekitar 60/40. Pada tingkat kompleksitas yang lain, kristal hidroksiapatit adalah trombosit mineral yang memiliki diameter sekitar 70 hingga 100 nm dan ketebalan 1 nm. Mereka awalnya berinti pada celah di antara fibril kolagen.

Demikian pula, hierarki cangkang abalon dimulai pada tingkat nano, dengan lapisan organik yang memiliki ketebalan 20 hingga 30 nm. Lapisan ini dilanjutkan dengan kristal tunggal aragonit (polimorf CaCO3) yang terdiri dari “batu bata” dengan dimensi 0,5 dan diakhiri dengan lapisan sekitar 0,3 mm (mesostruktur). Kepiting adalah arthropoda, yang karapasnya terbuat dari komponen keras termineralisasi (menunjukkan patahan rapuh) dan komponen organik yang lebih lembut yang sebagian besar terdiri dari kitin. Komponen rapuh tersusun dalam pola heliks. Masing-masing “batang” mineral ini (diameter 1 μm) mengandung fibril protein-kitin dengan diameter sekitar 60 nm. Fibril ini terbuat dari kanal berdiameter 3 nm yang menghubungkan bagian dalam dan luar cangkang.
 

Disadur dari: en.wikipedia.org