Mencari dan mengembangkan ide penelitian

Oleh: Heru Setyawan

All progress is born of inquiry. Doubt is often better than overconfidence, for it leads to inquiry, and inquiry leads to invention.

Semua kemajuan lahir dari keingintahuan. Keragu-raguan seringkali lebih baik daripada terlalu percaya diri, yang untuk itu menimbulkan keingintahuan, dan keingintahuan menuntun kepada invensi.

Hudson Maxim

Seperti telah dijelaskan dalam artikel sebelumnya (disini), tujuan dari sebuah makalah ilmiah adalah untuk menjelaskan mengapa penelitian dilakukan, bagaimana melakukannya, apa yang ditemukan dan apa makna temuan tersebut. Penelitian adalah kegiatan yang dikerjakan dengan hati-hati, terdefinisi dengan baik, obyektif dan sistematis untuk mencari pengetahuan. Penelitian bisa berupa kegiatan untuk merumuskan suatu teori yang didorong oleh keingintahuan untuk sesuatu yang belum diketahui dan yang bermanfaat pada aspek khusus. Hasil penelitian paling tidak memberikan kontribusi orisinil yang memperluas basis pengetahuan yang sudah ada. Penelitian melibatkan perumusan hipotesa atau masalah, analisa data dan deduksi; dan meyakinkan apakah kesimpulan cocok dengan hipotesa. Jadi, penelitian adalah proses untuk mengungkapkan atau merumuskan pengetahuan yang sebelumnya belum terungkap.

Meskipun sulit untuk dibagi secara jelas, barangkali penelitian dapat dikelompokkan menjadi: (i) dasar, (ii) strategis, (iii) terapan, dan (iv) pengembangan percobaan dan alih teknologi, yang meliputi kapasitas inovasi dan supervisi (baca disini). Apapun jenis penelitiannya, langkah pertama dan utama dalam penelitian adalah memilih dan mendefinisikan masalah penelitian dengan tepat. Seorang peneliti harus mampu mencari ide masalah dan merumuskannya dengan baik sehingga menjadi rentan untuk diteliti. Secara umum, proses penelitian dapat digambarkan seperti Gambar 1. Sebagai peneliti, kemampuan melaksanakan penelitian yang mendalam dan akurat sambil mengkomunikasikan hasil dengan jelas adalah sangat penting. Ini akan sangat membantu dalam membuat keputusan. Tahu dimana dan bagaimana mencari berbagai informasi akan sangat membantu seseorang menyelesaikan masalah yang dihadapi, baik sebagai akademisi maupun karir profesional.

Bagi peneliti pemula, ide atau masalah penelitian mungkin bisa mulai dengan masalah yang diberikan oleh pembimbingnya atau yang dihadapi oleh orang lain tetapi belum terselesaikan. Masalah penelitian mungkin bisa diperoleh dengan memikir ulang teori dasar, misalnya, agar teori tersebut dapat digunakan untuk memprediksi perilaku kombinasi variabel baru. Pengamatan peristiwa sekitar juga bisa memicu keingintahuan dan mencetuskan ide masalah penelitian. Ide penelitian mungkin juga diperoleh dengan membaca makalah, penelitian sendiri yang sedang dilakukan, atau membaca proyek penelitian yang sedang berlangsung di internet. Idealnya, cetusan awal gagasan penelitian sudah ada sebelum mulai melakukan survei literatur. Kadang-kadang, menghadiri seminar bisa memberikan perpektif yang mungkin tidak diberikan dengan hanya membaca makalah.

Dimasa awal sekembalinya dari Jepang tahun 2004 setelah menyelesaikan doktor di Universitas Hiroshima, ada kegalauan dalam hati tentang masa depan sebagai seorang peneliti. Suasana dan budaya penelitian antara di Indonesia dan di Jepang sangat jauh berbeda, dari fasilitas, dana, sampai topik penelitian. Suatu ketika ada staf pabrik gula berkunjung ke Jurusan, salah satu isu yang dilemparkan adalah masalah limbah abu ketel pabrik gula. Mendengar kata abu, pikiran saya langsung membayangkan silika. Dari sini muncullah ide penelitian untuk mengubah abu ini menjadi silika, suatu bahan yang bernilai ekonomi, tidak hanya menjadi limbah yang membebani perusahaan karena masalah lingkungan.

Mulailah saya mencari literatur tentang pemanfaatan abu ini, baik dari internet, makalah jurnal, buku, dan lain-lain. Dengan mengkaji literatur terkait, perkembangan terkini penelitian di bidang yang berhubungan dengan silika dari abu dapat dievaluasi dan diposisikan dengan baik. Penelitian harus dirancang mulai dari perkembangan terkini dan melangkah ke depan. Studi literatur ini penting untuk menghindari pekerjaan duplikasi yang tidak diperlukan. Merancang penelitian melibatkan beberapa keputusan: variabel yang dipakai dan cara mengukurnya, bahan atau alat yang digunakan, prosedurnya, dan seterusnya.

Setelah melakukan studi literatur, didapatkan fakta bahwa silika dalam abu bagasse adalah amorf. Fasa silika ini berbeda dengan pasir kuarsa yang biasa digunakan secara komersial sebagai bahan baku untuk memproduksi silica gel atau precipitated silica. Pasir kuarsa, seperti namanya, memiliki fasa kristal kuarsa, yang sifat kelarutannya dalam basa berbeda dengan silika amorf. Silika kuarsa sulit larut dalam basa sedangkan silika amorf kelarutannya sangat tinggi pada pH > 10 dan hampir tidak larut ketika pH < 10. Berdasarkan sifat kelarutan silika amorf inilah dikembangkan metoda yang berbeda dengan proses komersial yang membutuhkan energi besar untuk mereaksikan pasir kuarsa dengan soda abu pada suhu > 1300^oC. Dengan sifat kelarutan silika amorf yang unik itu, silika mungkin bisa dilarutkan dalam basa pH > 10 pada titik didihnya dan kemudian dipresipitasi lagi dengan menambahkan asam.

Ide sudah ada, hipotesa dasar sudah terpegang, langkah berikutnya adalah merancang percobaan. Langkah ini ternyata tidak mudah mengingat fasilitas laboratorium dan dana yang sangat terbatas. Tidak semua ide dapat langsung diimplentasikan. Diperlukan kreativitas lebih untuk dapat mulai menjalankan penelitian ini. Dari tidak adanya peralatan, tidak memadainya bengkel, ketersediaan bahan, dan seterusnya. Kendala tersebut tidak menyurutkan langkah dan secara perlahan-lahan semua persoalan satu demi satu dapat diatasi. Akhirnya, lima tahun kemudian, tahun 2009, makalah pertama tentang pemanfaatan abu bagasse menjadi serbuk silika berhasil dipublikasikan di jurnal Advanced Powder Technology yang diterbitkan oleh Elsevier. Jurnal ini terindeks Thomson-Reuters (sekarang Clarivate Analytics atau WoS). memiliki faktor dampak. Scopus belum lahir, atau masih dalam fasa awal pengembangannya. Makalah pertama kami berjudul: A facile method for production of high-purity silica xerogels from bagasse ash.

Jadi bisa dikatakan bahwa ide awal penelitian yang diuraikan di atas adalah dari kebutuhan untuk menyelesaikan kebutuhan praktis, dan diikuti dengan kajian literatur untuk merancang penelitian. Setelah banyak melakukan percobaan dan menemui berbagai kendala, ide-ide lanjutan mengenai pengolahan abu ketel pabrik gula mulai bermunculan. Dengan rekam jejak ini, dana penelitian untuk lebih memperdalam topik ini mulai bisa diperoleh, baik dari Kementerian maupun dari industri, dan sedikit demi sedikit fasilitas laboratorium diperbaiki. Lanjutan topik ini melahirkan beberapa makalah lagi yang terbit di jurnal internasional berfaktor dampak, antara lain:

• Mesoporous silicas prepared from sodium silicate using gelatin templating, Asia-Pac. J. Chem. Eng., 7, 448-454 (2012).
• Using bagasse ash as a silica source when preparing silica aerogels via ambient pressure drying, J. Non-Cryst. Solid, 400, 6-11 (2014).
• A facile method for the production of high-surface area mesoporous silica gels from geothermal sludge, Adv. Powder Technol., 25, 1593–1599 (2014).
• Synthesis of mesoporous silica with controlled pore structure from bagasse ash as a silica source, Coll. Surf. A, 476, 1-7 (2015).
• PEG-templated mesoporous silicas using silicate precursor and their applications in desiccant dehumidification cooling systems, Micropor. Mesopor. Mat., 218, 95-100 (2015).

Selain yang diuraikan di atas, ide penelitian juga bisa muncul dari pengamatan lingkungan sekitar. Ketika melihat besi berkarat, muncul pertanyaan apakah proses pembentukan karat bisa diatur agar menghasilkan bahan dengan sifat tertentu yang bermanfaat. Mulailah dilakukan survei literatur, mulai dari apa karat itu, apa yang berpengaruh terhadap prosesnya, dan seterusnya. Akhirnya sampailah pada pemahaman bahwa karat adalah besi oksida/hidroksida sebagai akibat reaksi dengan oksigen/air di sekitarnya. Salah satu oksida besi adalah magnetite (Fe₃O₄), yang memiliki sifat yang unik ketika berupa nanopartikel (berukuran < 100 nm). Berdasarkan diagram Pourbaix, besi oksida dan/atau hidroksida (Fe₂O₃, Fe₃O₄, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃) dapat berada pada kesetimbangan elektrokimia dengan air pada potensial tinggi dalam larutan basa dan netral.

• 

• 

• 

• 

Dari pengetahuan yang didapat di atas, dirancanglah percobaan untuk mensitesa nanopartikel magnetite dalam sel elektrokimia dengan anoda dan katoda besi dalam elektrolit air. Setelah berkali-kali mengalami kegagalan, akhirnya nanopartikel magnetite berhasil terbentuk meskipun untuk mendapatkan beberapa gram butuh waktu yang sangat lama. Pertanyaan berikutnya adalah bagaimana mekanisme pembentukannya? Mengapa bisa terbentuk? Pada kondisi apa bisa terbentuk? Apakah kapasitas produksinya bisa ditingkatkan? Untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut, penelitian tentang topik ini terus berlanjut sampai saat ini di laboratorium kami. Beberapa hasil telah berhasil dipublikasikan di jurnal internasional berfaktor dampak WoS (WoS impact factor) dan terindeks Scopus Q1 sebagai berikut:

• Synthesis of magnetite nanoparticles by surfactant-free electrochemical method in an aqueous system, Adv. Powder Technol., 23, 328-333 (2012).
• One-step synthesis of silica-coated magnetite nanoparticles by electrooxidation of iron in sodium silicate solution, J. Nanopart. Res., 14, 807:1-9 (2012).
• Thermal stability of silica-coated magnetite nanoparticles prepared by an electrochemical method, Adv. Powder Technol., 24, 507–511 (2013).
• A facile method to prepare high-purity magnetite nanoparticles by electro-oxidation of iron in water using a pulsed direct current, Asia-Pac. J. Chem. Eng., 9, 768-774 (2014).
• High-throughput production of magnetite nanoparticles prepared by the monopolar arrangement of iron electrodes in water, Chem. Eng. Sci., 201,112-120 (2019).
• Novel monopolar arrangement of multiple iron electrodes for the large-scale production of magnetite nanoparticles for electrochemical reactors, Adv. Powder Technol., 31, 1160-1168 (2020).

Masalah penelitian yang berharga akan memiliki satu atau lebih ciri yang menonjol. Masalah bisa didapat berdasarkan intuisi atau bahkan berlawanan dengan intuisi orang yang bekerja di bidang tersebut. Masalah bisa berupa sesuatu yang masyarakat ilmiah telah mengharapkannya, penyederhanaan bagian utama suatu teori, hasil baru yang akan memulai subyek atau bidang baru, memberikan metoda baru atau memperbaiki metoda yang diketahui dalam aplikasi praktis. Tidak semua masalah yang diselesaikan menjadi luar biasa, dan kadang-kadang kemajuan utama dibuat melalui penyelesaian masalah kecil yang ditangani secara efektif dan efisien.

Langkah-langkah berikut mungkin bisa diikuti untuk membantu dalam menyelesaikan masalah penelitian:

1. Memahami masalah, menyatakannya kembali seolah-olah milik kita, menvisualisasikan masalah dengan gambar, dan menentukan mana yang lebih dibutuhkan.
2. Memulai penelitian dari suatu titik, mengeksplorasinya secara sistematis sambil melihat polanya.
3. Menjalankan rencana sambil mengevaluasi apakah rencana tersebut bekerja dengan baik. Jika tidak, mulai lagi dengan pendekatan yang lain. Setelah menggali permasalahan dan kembali lagi beberapa kali, mungkin akan muncul secercah wawasan atau gagasan baru untuk memecahkan masalah.
4. Melihat ke belakang dan bercermin untuk membantu memahami dan memadukan strategi, dan ini adalah semacam investasi untuk masa depan.

Bahan Bacaan

D. Deb, D. Dey, V. E. Balas, Engineering Research Methodology: A Practical Insight for Researcher, Springer, Singapore, 2019.