Post on 04-Oct-2021
transcript
PROPOSAL
PENELITIAN UNGGULAN ITS (TERAPAN MULTIDISIPLIN)
DANA ITS TAHUN 2020
FUNCTIONAL ELECTRICAL STIMULATION (FES) CYCLING
EXERCISE SYSTEM BERBASIS FUZZY LOGIC CONTROL UNTUK
PASIEN PASCA STROKE
Tim Peneliti:
Ketua: Dr. Achmad Arifin, S.T., M.Eng.
Departemen Teknik Bimedik, Fakultas Teknologi Elektro dan
Informatika Cerdas, ITS
Anggota 1: Muhammad Hilam Fatoni, S.T., M.T.
Departemen Teknik Bimedik, Fakultas Teknologi Elektro dan
Informatika Cerdas, ITS
Anggota 2: Ellya Zulaikha, ST, M.Sn, Ph.D.
Departemen Desain Produk, Fakultas Desain Kreatif dan Bisnis Digital,
ITS
Anggota 3: Eko Agus Suprayitno, S.T., M.T,
Departemen Teknik Bimedik, Fakultas Teknologi Elektro dan
Informatika Cerdas ITS
Mitra: Andra Risciawan, Manufaktur Robot Indonesia
Anggota Mahasiswa: Rizky Mayardiyah Syafitri Pandiangan
Departemen Teknik Bimedik, Fakultas Teknologi Elektro dan
Informatika Cerdas, ITS
DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2020
1
DAFTAR ISI
Daftar Isi 1
Daftar Tabel 2
Daftar Gambar 3
Daftar Lampiran 4
Bab I Ringkasan 5
Bab II Latar Belakang 7
Bab III Tinjauan Pustaka 10
Bab IV Metode 17
Bab V Jadwal dan Rencana Anggaran Biaya 21
Bab VI Daftar Pustaka 24
Bab VII Lampiran 25
2
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Fuzzy Rule Set 18
Tabel 4.2 Tahapan pelaksanaan penelitian 19
Tabel 5.1 Jadwal Penelitian 21
Tabel 5.2 Rencana Anggaran Biaya 22
3
DAFTAR GAMBAR
Gambar 3. 1 Skematik Rangkaian Boost Converter 10
Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem Loop Tertutup 11
Gambar 3. 3 Sistem Mekanik Lima-sudut 12
Gambar 3. 4 Ilustrasi Sudut saat Gerakan 12
Gambar 3.5 Tahapan dalam Sistem Fuzzy 13
Gambar 3. 6 Fishbone Diagram Penelitian 15
Gambar 4. 1 Diagram Blok Sistem 16
Gambar 4.2. Model Cycling Machine 16
Gambar 4. 2 Diagram Blok Rangkaian FES 17
4
DAFTAR LAMPIRAN
Biodata Ketua Peneliti 24
Biodata Anggota Peneliti 26
Surat Perrnyataan Mitra 34
5
BAB I RINGKASAN
1.1 Latar Belakang Penelitian
Penyakit stroke menyebabkan sebagian besar penderitanya mengalami paralysis pasca stroke berupa
kehilangan kemampuan menggerakkan organ motorik seperti kaki dan tangan akibat hilangnya sinyal
perintah motorik dari otak. Hal ini menyebabkan degenerasi sistem motorik yang hilangnya
kemampuan kontraksi otot untuk menghasilkan gaya otot untuk pergerakan. Paralysis dapat diatasi
dengan terapi baik terapi fisik maupun terapi elektrik. Terapi fisik dilakukan pada awal penyembuhan
pasca stroke untuk melawan kekakuan sendi (spaticity), sedangkan terapi elektrik dengan menggunakan
Functional Electrical Stimulation (FES) untuk menormalisasi sistem syaraf motorik yang mengalami
kerusakan selama serangan stroke. Pemulihan kemampuan gerak pasien pasca stroke merupakan bagian
dari bidang fokus penelitian kami di Laboratorium Biocyberrnetics Departemen Teknik Biomedik ITS
karena rehabilitasi dengan FES membutuhkan keterlibatan closed-loop system control dan meregulasi
pola stimulasi FES pada otot subject. Gerakan cycling merupakan gerakan dasar pada lower limb,
sehingga dengan merehabilitasi kemampuan gerak dasar, diharapkan dapat mengembalikan
kemampuan functional movement pada lower limb pasien pasca stroke.
1.2 Tujaun Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk mendisain sistem latihan cycling FES untuk pasien pasca stroke.
Sistem berupa platform kursi roda berpedal yang dapat dikayuh dilengkapi dengan unit FES sebagai
penghasil artificial electrical stimulation dan controller unit berbasis fuzzy logic controller untuk
mengendalikan parameter stimulator sesuai dengan capaian dari poses cycling. Sistem yang didisain
akan menjadi prototype rehabilitasi FES cycling pasca stroke di ITS sehingga dapat digunakan untuk
langkah lanjutan penelitian klinis. Aspek ilimiah dapat dikembangan dalam hal pengembangan platform
mekanik FES cycling exercise system, pengembangan portable FES system, dan metoda fuzzy
controller yang meliputi penentuan variabel dalam disain, iterasi disain, dan performance evaluation.
FES cycling exercise ditujukan agar dapat digunakan di rumah dengan sedikit atau tanpa bantuan terapis
sehingga meningkatkan kenyamanan bagi pasien pasca stroke.
1.3 Tahapan Metode Penelitian
Pada penelitian ini akan dikembangkan untuk pemulihan fungsi alat gerak bawah pada latihan gerakan
mengayuh pedal seperti orang bersepeda yang sering disebut FES cycling exercise. Gerakan mengayuh
pedal melibatkan banyak otot sebagaimana gerakan berjalan. Selain itu, gerakan mengayuh tidak
memerlukan kontrol keseimbangan yang rumit karena dilakukan dalam posisi duduk sehingga dinilai
lebih aman. Besarnya stimulus FES yang diberikan pada otot kaki ditentukan menggunakan logika fuzzy
dengan memanfaatkan sudut kayuh (crank angle) yang diakuisisi melalui rotary encoder.
Pengembangan metode ini ditujukan untuk memberi variasi terapi alat gerak bawah pada pasien pasca
stroke. Selain itu, penggunaan FES cycling exercise juga diharapkan mampu meningkatkan kondisi
sistem kardiovaskular dan pulmonari karena pasien akan menggerakkan lebih banyak otot, sehingga
jantung akan memompa darah lebih cepat dan paru-paru akan mengambil oksigen lebih banyak untuk
memenuhi kebutuhan oksigen tubuh. Tahapan dalam panelitian ini meliputi (i) disain platfotm cycling
(ii) disain unit multichannel portable functional electrical stimulation (iii) disain fuzzy logic controller
(iv) performance evaluation system (v) expermient with normal subjects (vi) experiment with paralyzed
subject
1.4 Luaran
Luaran yang ditargetkan pada penelitian ini berupa system prototype FES cycling exercise dengan
kendali fuzzy logic controller yang dalam tahapan yang diuusulkan akan direalisasikan dan diujicoba.
Luaran yang lain berupa aspek ilmiah dari proses disain dan performance evaluation dalam bentuk
makalah pada international conference maupun pada international journal.
6
1.5 Kata kunci
Functional electrical stimulation (FES), rehabiliitasi stroke, FES cycling, fuzzy logic controller
7
BAB II LATAR BELAKANG
2.1 Latar belakang
Stroke merupakan penyakit akibat gangguan peredaran darah pada otak yang dipengaruhi oleh banyak
faktor risiko terdiri dari yang tidak dapat diubah berupa usia dan jenis kelamin serta yang dapat diubah
seperti hipertensi, peningkatan kadar gula darah, dyslipidemia, dan pekerjaan. Stroke merupakan
penyakit terbanyak ketiga setelah penyakit jantung dan kanker dengan angka kematian penderita stroke
di Amerika setiap tahunnya adalah 50 – 100 dari 100.000 orang penderita menurut American Heart
Association (AHA) [1]. Di Indonesia sendiri, dari seluruh penderita stroke yang ada, stroke iskemik
merupakan jenis yang paling banyak diderita yaitu sebesar 52,9%, diikuti secara berurutan oleh
pendarahan intraserebral, emboli dan pendarahan subaraknoid dengan angka kejadian masing-
masingnya sebesar 38,5%, 7,2%, dan 1,4% [2].
Selain menjadi penyebab kematian, stroke juga merupakan penyakit penyebab kecacatan tertinggi di
dunia. Terdapat 33 juta orang di dunia yang diperkirakan pernah menderita kecacatan pasca stroke
seperti ketidakseimbangan postur tubuh, pelemahan otot pada alat gerak baik atas maupun bawah, dan
kelumpuhan baik sebagian (hemiplegic) atau seluruh (tetraplegic) alat geraknya[3]. Pasien pasca stroke
yang mengalami kelumpuhan sebagian sering kali menggunakan kursi roda sebagai alat bantu
mobilisasinya. Hal ini menyebabkan penurunan kesehatan pada penderita stroke karena tubuh dan kaki
yang tidak digerakkan akan menyebabkan kekakuan pada otot. Selain itu, minimnya gerakan yang
dilakukan pasien stroke juga menyebabkan penurunan fungsi kardiovaskular dan pulmonari.
Rendahnya tingkat kebugaran tubuh seringkali juga menghasilkan partisipasi sosial dan kualitas hidup
yang rendah. Sehingga, diperlukan terapi atau latihan pasca stroke pada pasien untuk merestorasi fungsi
dari alat gerak tubuhnya.
Pada kasus fisioterapi alat gerak bawah, tidak banyak pasien yang mampu melakukan terapi berjalan
atau berdiri karena terjadinya pelemahan atau kelelahan otot sehingga fisioterapi saja dirasa kurang
maksimal. Selain itu, terapi duduk juga dianggap cukup membosankan karena kurangnya variasi
gerakan saat terapi. Oleh karena itu, dipakai bantuan stimulasi berupa FES (Functional Electrical
Stimulation). FES merupakan teknik terapi yang berfungsi membuat otot berkontraksi dengan cara
memberikan stimulasi berupa arus listrik lemah dalam bentuk pulsa-pulsa [4]. Penggunaan sistem
closed-loop FES didasarkan untuk meminimalkan kelelahan otot karena stimulasi listrik yang berlebih
atau tidak sesuai, sehingga digunakan kontroler berupa sensor untuk dijadikan feedback pada sistem.
Salah satu terapi berbasis FES yang dipelajari yaitu terapi untuk gerakan mengayuh pedal seperti
aktivitas bersepeda yang sering disebut FES cycling. Hal ini didasarkan pada pendapat bahwa FES
cycling dianggap lebih aman dibandingkan terapi berjalan atau berdiri karena dilakukan dalam posisi
duduk sehingga menghindari resiko terjatuh, tersandung, dll. Selain itu, terapi menggunakan gerakan
mengayuh pedal juga memberikan variasi gerakan baru sehingga gerakan terapi tidak monoton. Terapi
FES cycling juga mampu meningkatkan fungsi kardiovaskular dan pulmonari karena gerakannya yang
dinamis sehingga melibatkan lebih banyak otot. Pada penelitian ini, dilakukan pengembangan terhadap
penggunaan FES pada gerakan mengayuh pedal (cycling) untuk restorasi fungsi alat gerak bawah pada
pasien pasca stroke.
2.2 Permasalahan
Pada penelitian ini akan dikembangkan untuk pemulihan fungsi alat gerak bawah pada latihan gerakan
mengayuh pedal seperti orang bersepeda yang sering disebut FES cycling exercise. Berdasarkan latar
belakang yang telah diuraikan, permasasalan penelitian dirumuskan sebagai berikut.
a. Bagaimana disain platrom mekanik cycling untuk FES cycling exercise systemBagaimana disain
unit multichannel portable functional electrical stimulation.
8
b. Bagaimana disain fuzzy logic controller yang meliputi penentuan variable input dan output, basis
pengetahuan, dan simulasi kontrol untuk pengujian awal.
c. Bagaimana disain performance evaluation system.
d. Bagaimana disain expermiental tests dari sistem yang diwujudkan yang melibatkan normal
subjects dan with paralyzed subjects.
2.3 Tujuan Khusus
Penelitian ini ditujukan untuk menghasilkan prototype system rehabilitasi pasien pasca stroke berupa
platform kursi roda berpedal (cycling) yang dapat dikayuh. Sebagai perangkat terapi platformini
dilengkapi dengan unit FES sebagai penghasil artificial electrical stimulation dan controller unit
berbasis fuzzy logic controller untuk mengendalikan parameter stimulator sesuai dengan capaian dari
poses cycling. Sistem yang didisain akan menjadi prototype rehabilitasi FES cycling pasca stroke di
ITS sehingga dapat digunakan untuk langkah lanjutan penelitian klinis.
Keterlibatan kecerdasan buatan dalam bentuk metoda kontrol yakni Fuzzy Logic Controller. Peneliti
dengan latar belakang Biocycbernetic dan Rehabilitation Engineering, mengkaji variabel-varibale
penting dari genarakan cycling dan hubungannya dengan intensitas stimluasi dari FES dan kinematika
gerakan yang diumnpanbalikkan dalam system, menjadi satu set variable design. Unsur nonlinearity
dari neuro-muculo-skeletal system pada manusia diwujudkan dalam ruzzy rule dari fuzzy controller.
Fuzzy rule yang dikembangkan mengakomodasi unsur keamanan dalam gerakan cycling selama pasien
diterapi, sehingga system yang dihasilkan dalam penelitian ini diharapkan dapat digunakan pasien
secara mandiri.
Realisasi dari prototype system rehabilitasi FES cycling akan membawa dampak tersedianya peralatan
yang dapat ditindaklanjuti dengan pengujian klinis pada tahapan berikutnya. Yang pada akhirnya akan
membawa dampak keterpakaian keahlian bidang Rekayasa Rehabilitasi Medik dalam menyediakan
peralatan kesehatan.
Dalam proses penelitian dihasilkan data dan pengetahuan ilimiah mengenai pengembangan platform
mekanik FES cycling exercise system, pengembangan portable FES system, dan metoda fuzzy
controller yang meliputi penentuan variabel dalam disain, iterasi disain, dan performance evaluation.
FES cycling exercise ditujukan agar dapat digunakan di rumah dengan sedikit atau tanpa bantuan terapis
sehingga meningkatkan kenyamanan bagi pasien pasca stroke.
2.4 Urgensi Penelitian
Penelitian ini dilatarbelakangi kebutuhan peralatan terapi yang melibatkan kecerdasan buatan dalam
rangka mengatur parameter stimulasi FES pada pasien yang sedang diterapi kemampuan gerak bagian
bawah. Peneliti dengan latar belakang yang sesuai, dengan pengetahuan dalam movement science dan
rehablitation engineering menganalisa variabel penting dalam merealisasikan prototype FES cycling
exercise. Pada prototype yang kami usulkan menggunakan unsur kecerdasan buatan dalam fuzzy logic
controller yang mewujudkan unsur kecerdasan dalam menirukan manusia bernalar untuk
menmpertimbangkan varibale yang diukur dari kinematika cycling dalam menentukan intensitas
stimulasi FES. Sehingga nonlinearity dari neuro-musculo-skeletal system dapat dikaji dengan seksama
dan output dari kontroller sesuai dengan yang diharapkan, sehingga dapat meminimalkan muscle
fatigue dan efek terapi menjadi optimal.
Penelitian yang diusulkan ini merupakan bagian dari Penelitian Unggulan ITS Terapan Multidisplin.
Dalam menyelesaikan permasalahan disain platfrom keterlibatan dari bidang disain produk sangat
penting. Sehingga persoalan disain platfrom mekanik cycling dipecahkan oleh tim peneliti secara
multidisplin. Penelitian yang kami usulkan memiliku urgensi yang kuat untuk dapat dijalankan pada
tahun ini dan 2 tahun kedepan hingga dapat merealisasikan perlatan rehabilitasi FES yang dapat
digunakan oleh pasien secara mandiri dan aman dengan fuzzy logic controller.
Kontribusi dari penelitian ini meliputi kontribusi ilmiah dan kontribusi praktis. Kontribusi ilmiah yang
diharapkan dalam penelitian ini adalah dapat memperkaya khasanah pengetahuan dalam bentuk
9
publikasi karya ilmiah mengenai metode rehabilitasi bagi orang yang mengalami disabilitas khususnya
pada alat gerak bawah dengan memanfaatkan FES. Kontribusi praktis yang diharapkan dalam penelitian
ini meliputi sektor pemerintah, sektor swasta, dan sektor publik (masyarakat). Kontribusi praktis bagi
pemerintah adalah mendukung program pemerintah untuk meningkatkan kualitas hidup masyarakat,
khususnya pada bidang kesehatan. Kontribusi praktis bagi pihak swasta adalah memberikan peluang
pengembangan teknologi rehabilitasi, khususnya yang berkaitan dengan rehabilitasi pada alat gerak
bawah. Kontribusi praktis bagi masyarakat adalah membantu meningkatkan kualitas hidup orang yang
mengalami disabilitas.
10
BAB III TINJAUAN PUSTAKA
3.1 Penyakit Stroke
Menurut World Health Organization (WHO), stroke adalah gangguan fungsi saraf akut yang
disebabkan oleh terganggunya peredaran darah di otak secara mendadak [5]. Stroke menempati urutan
ketiga sebagai salah satu penyebab kematian setelah penyakit jantung dan kanker serta menjadi
penyebab utama kecacatan yang dialami manusia [6]. Jumlah penderita stroke di Indonesia tahun 2013
berdasarkan diagnosis tenaga kesehatan diperkirakan sebanyak 1.236.825 orang (7.0%) dan menjadi
10.9% pada tahun 2018 [7]. Menurut patofisiologinya, stroke dapat dikategorikan kedalam dua kategori
yaitu stroke iskemik dan stroke hemoragis. Stroke iskemik dan hemoragis seringkali diawali oleh
adanya luka pada pembuluh darah arteri. Disebut stroke iskemik karena adanya sumbatan pembuluh
darah oleh thromboembolic yang mengakibatkan daerah dibawah sumbatan tersebut mengalami
iskemik. Hal ini sangat berbeda dengan stroke hemoragis yang terjadi akibat adanya mycroaneurisme
yang pecah.
Dari seluruh penderita stroke di Indonesia, stroke iskemik merupakan jenis yang paling banyak diderita
yaitu sebesar 52,9%, diikuti secara berurutan oleh pendarahan intraserebral, emboli dan pendarahan
subaraknoid dengan angka kejadian masing-masingnya sebesar 38,5%, 7,2%, dan 1,4% [2]. Ada
beberapa faktor yang mampu menyebabkan seorang individu menjadi lebih rentan terhadap stroke.
Faktor ini dapat dikategorikan menjadi dua yaitu faktor yang tidak dapat dimodifikasi dan faktor yang
dapat dimodifikasi. Faktor yang tidak dapat dimodifikasi meliputi usia, jenis kelamin, dan riwayat
keluarga. Sedangkan faktor yang dapat dimodifikasi meliputi hipertensi, diabetes, merokok, obesitas,
infeksi, dll.
3.2 Functional Electrical Stimulation (FES)
FES merupakan teknik terapi yang mampu menghasilkan kontraksi pada otot dengan cara memberikan
stimulus berupa arus listrik lemah dalam bentuk pulsa [4]. Karakteristik dari sinyal FES adalah sebagai
berikut [8]:
1. Berbentuk impuls, dengan lebar pulsa sebesar 200 us.
2. Frekuensi sinyal sebesar 20 Hz.
3. Besar arus yang diijinkan maksimum 60 mA.
4. Amplitudo tegangan DC sebesar 0 – 100 V.
5. Mode monophasic signal (sinyal 1 polaritas).
Gambar 3. 2 Skematik Rangkaian Boost Converter [9]
Karakteristik tersebut dapat diubah tergantung impedansi dari kulit pasien (berkisar antara 1 KΩ – 10
KΩ). Selain itu, duty cycle dari sinyal pulsa yang dihasilkan FES juga perlu diperhatikan. Apabila
frekuensi yang diset tinggi dan duty cycle yang dipakai juga tinggi, maka akan mempercepat kelelahan
pada otot. Namun jika duty cycle diset terlalu rendah, akan mengakibatkan pergerakan otot yang tidak
optimal. Gambar 2.1 merupakan skematik rangkaian FES sederhana yang terdiri dari rangkaian boost
converter, PWM, dan pembangkit pulsa [9]. Ketika saklar dalam keadaan closed, maka diode akan
bekerja secara reversed sehingga arus listrik mengalir ke induktor. Ketika saklar dalam keadaan open,
diode akan aktif sehingga arus dari induktor mengalir ke load. Keluaran yang dihasilkan akan memiliki
11
tegangan yang lebih besar dibandingkan masukannya karena adanya induktor yang menambah arus
masukan. Tegangan dari keluaran akan dijaga oleh kapasitor dengan nilai kapasitansi tinggi yang
dipasang parallel dengan load agar ripple tegangan tetap rendah.
Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem Loop Tertutup
Sistem loop tertutup (closed-loop) adalah suatu sistem pengaturan dimana output yang dihasilkan
memililki pengaruh terhadap pengaturan pada sistem. Oleh karena itu, sistem loop tertutup juga dapat
disebut sistem umpan balik. Diagram blok dari sistem loop tertutup dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Selisih dari output yang diinginkan (desired output) dengan output yang dihasilkan sistem akan
dimasukkan kembali pada sistem sebagai umpan balik untuk selanjutnya menuju kontroler. Umpan
balik berfungsi agar output yang dihasilkan semakin mendekati output yang diinginkan. Kelemahan
sistem open-loop FES dapat diatasi menggunakan sistem closed-loop. Stimulus FES Cycling
3.3 FES Cycling
Gerakan mengayuh dapat dimodelkan menjadi sistem mekanik lima-sudut seperti pada Gambar 3.4 [10].
Seluruh sudut pada sistem diasumsikan sebagai sendi dengan satu Degree of Freedom (DoF). Dua sudut
yang merepresentasikan sendi pinggul dan pusat rotasi dari kayuhan diasumsikan tetap. Sudut nol
derajat dari sudut kayuh (crank angle) didefinisikan sebagai sudut dimana pedal parallel dengan
permukaan tanah dan pedal kiri berada didekat panggul. Pada gerakan mengayuh, terdapat dua posisi
pedal dimana momen total yang mengacu pada putaran kayuh bernilai nol. Dua posisi tersebut disebut
dengan “dead spot” dan terjadi saat sudut kayuh bernilai 00 dan 1800 yang diberi simbol A dan A’. Dead
spot pada gerakan mengayuh didefinisikan sebagai titik transisi dari momen ekstensi ke momen fleksi.
Sudut lutut dituliskan kedalam Persamaan 3.1
cos 𝛼 = 𝑙𝑎
2 + 𝑙𝑏2 − 𝑙𝑐
2 − 𝑙𝑑2
2 𝑙𝑎 𝑙𝑏+
𝑙𝑐+𝑙𝑑
𝑙𝑎 𝑙𝑏cos 𝜃 (3.1)
dimana 𝑙𝑎 , 𝑙𝑏 , 𝑙𝑐 , 𝑑𝑎𝑛 𝑙𝑑 adalah panjang dari paha kiri, betis kiri, paha kanan, dan betis kanan.
Saat nilai 𝜃 bernilai 00 atau 1800, maka akan didapat nilai maksimum dan minimum untuk 𝛼. Untuk
mengatasi dead spot, maka otot yang akan distimulus (otot quadriceps dan hamstring) harus diberikan
stimulus disekitar dead spot. Gaya yang diperlukan untuk mengayuh juga harus memiliki energi kinetik
yang melebihi potensial gravitasi dari alat gerak yang lumpuh dan bagian berputar pada pedal (gear)
untuk menghindari gerakan mengayuh yang terbalik (backward pedaling).
12
Gambar 3. 3 Sistem Mekanik Lima-sudut [10]
Terdapat aspek lain yang juga memengaruhi desain dari pola stimulasi. Pertama, regangan pasif dari
hip extensor yang menghasilkan resistansi terhadap gerakan mengayuh. Resistansi akan semakin besar
ketika panggul mendekati sudut fleksi yang besar seperti pada Gambar 3.4 (a) sehingga batas bawah
dari stimulasi harus diperlebar hingga 00 (stimulus dimulai pada 𝜃𝑏) seperti Gambar 3.4 (b). Kedua,
delay dari respon otot (latency) antara stimulasi dan gaya yang dibangkitkan juga harus
dipertimbangkan. Delay rata-rata sekitar 0.1 sekon dibutuhkan untuk menghasilkan torsi puncak setelah
stimulasi diaktifkan. Sebagai pertimbangan respon delay dari alat gerak yang mengalami kelumpuhan,
permulaan stimulasi harus dipindah menjadi 𝜃𝑐 seperti pada Gambar 3.4(c). Transformasi waktu delay
terhadap sudut kayuh pada kecepatan minimum memerlukan gerakan mengayuh kontinu yang konstan
sehingga stimulasi akhir yang dihasilkan seperti Gambar 4.3 (d). Setelah batasan dari stimulasi
didefinisikan, pola stimulasi seperti ramp dipakai untuk menghindari gerakan mengayuh yang tersendat
akibat stimulasi on-off pada otot secara mendadak.
Gambar 3. 4 Ilustrasi Sudut saat Gerakan [10]
(a) Sudut Awal sebelum Aspek Regangan Pasif Hip Extensor, (b) Sudut Perubahan Akibat Adanya
Pertimbangan Regangan Pasif Hip Extensor, (c) Sudut Perubahan Akibat Aspek Latency Respon
Otot, (d) Stimulasi Akhir yang DihasilkanFuzzy Logic
3.4 Fuzzy Logic Control
13
Logika fuzzy diperkenalkan pertama kali pada tahun 1965 oleh Prof. Lutfi A. Zadeh yang beranggapan
bahwa logika nol-satu seperti logika tegas, suatu elemen mempunyai dua pilihan yaitu terdapat dalam
himpunan (bernilai satu) dan tidak terdapat pada himpunan (bernilai nol), tidak dapat mewakili setiap
pemikiran manusia. Logika fuzzy dikembangkan untuk mempresentasikan setiap keadaan dimana
terdapat nilai diantara nol dan satu (keanggotaan elemen berada di interval [0,1]) sehingga dapat dilihat
bahwa perbedaan antara logika tegas dan logika fuzzy terletak pada keanggotaan elemen dalam suatu
himpunan.
Logika fuzzy menjadi alternatif dari berbagai sistem untuk pengambilan keputusan karena memiliki
beberapa kelebihan seperti
1. Memiliki konsep yang sederhana sehingga mudah untuk dimengerti.
2. Mampu beradaptasi terhadap perubahan dan ketidakpastian.
3. Memiliki toleransi terhadap data yang tidak tepat.
4. Mampu mensistemkan fungsi non-linier yang kompleks.
5. Merupakan bentuk pengaplikasian pengalaman/pengetahuan dari pakar (knowledge based).
6. Mampu bekerjasama dengan teknik kontrol secara konvensional.
7. Didasarkan pada bahasa sehari-hari sehingga mudah dimengerti.
Gambar 3.5 Tahapan dalam Sistem Fuzzy [11]
Berdasarkan kelebihan yang telah disebutkan, logika fuzzy dinilai cocok digunakan sebagai
sistem kontrol pada FES karena otot yang distimulasi oleh sistem FES memiliki karakteristik non-linier.
Selain itu, otot yang distimulasi sistem FES juga memiliki karakteristik time varying seperti variasi dari
kondisi fisik otot, perubahan kekuatan otot, dan kelenturan otot. Sistem FES juga bersifat subject-
dependent dimana tiap-tiap orang membutuhkan besaran stimulus yang berbeda menghasilkan gerakan
dan memiliki resistansi kelelahan otot yang berbeda dan cenderung rendah. Oleh karena itu, dibutuhkan
sistem kontrol yang fleksibel dalam hal pengaturannya.
Tahapan dalam sistem fuzzy dapat diilustrasikan seperti pada Gambar 3.5 yang terdiri dari empat
tahapan yaitu fuzzifikasi, aturan fuzzy, inferensi, dan defuzzifikasi [11].
1. Fuzzifikasi
Fuzzifikasi didefinisikan sebagai pemetaan dari himpunan tegas (crisp set) ke himpunan fuzzy
(fuzzy set). Kriteria yang harus dipenuhi pada proses fuzzifikasi adalah semua anggota pada
himpunan tegas harus termuat dalam himpunan fuzzy.
2. Aturan fuzzy
Aturan fuzzy (fuzzy rules) yang digunakan pada himpunan fuzzy adalah aturan if then yang
dibedakan menjadi dua yaitu proposisi fuzzy atomic dan proposisi fuzzy compound. Proposisi
fuzzy atomic adalah pernyataan single dimana x sebagai variabel linguistik dan A adalah
himpunan fuzzy dari x. Proposisi fuzzy compound adalah gabungan dari proposisi fuzzy atomic
yang dihubungkan dengan operator “OR”, “AND”, dan “NOT”. Contoh “𝑥 𝑖𝑠 𝑃” adalah contoh
dari proposisi fuzzy atomic sedangkan “𝑥 𝑖𝑠 𝑄 𝐴𝑁𝐷 𝑥 𝑖𝑠 𝑅” adalah contoh dari proposisi fuzzy
compound.
3. Inferensi fuzzy
Inferensi fuzzy merupakan tahap evaluasi pada aturan fuzzy. Terdapat dua macam inferensi fuzzy
yang sering digunakan dalam penelitian yaitu metode Mamdani dan Sugeno. Metode Mamdani
menggunakan fungsi implikasi minimum dan agregasi maksimum sedangkan metode Sugeno
menggunakan agregasi berupa singleton-singleton.
14
4. Deffuzifikasi
Defuzzifikasi merupakan pemetaan dari himpunan fuzzy ke himpunan tegas. Himpunan fuzzy
yang dimaksud adalah hasil output yang diperoleh dari hasil inferensi. Ada beberapa metode yang
dipakai untuk proses defuzzifikasi seperti metode centroid yang mengambil nilai titik pusat dari
daerah fungsi keanggotaan (center of gravity), bisector, Mean of Maximum (MoM), Largest of
Maximum (LoM), dan Smallest of Maximum (SoM).
3.5 Road Map Penelitian
Penelitian yang diusulkan berupa metode rehabilitasi lower limb pada pasien pasca stroke dengan
memanfaatkan FES dalam latihan gerakan mengayuh pedal. Penelitian ini didasarkan atas tinjauan
peneliti sebelumnya yang berpendapat bahwa rehabilitasi lower limb yang dikombinasikan dengan
stimulasi listrik meningkatkan efektifitas terapi yang dijalankan pasien. Salah satu gerakan terapi yang
aman bagi penderita stroke yang kehilangan fungsi dari alat gerak bawahnya adalah gerakan mengayuh
karena dilakukan dalam keadaan duduk sehingga tidak memerlukan pengaturan keseimbangan yang
kompleks. Pemodelan stimulus untuk gerakan mengayuh didasarkan pada penelitian oleh Chen Jia Jin
dan Matthew J. Bellmann. Sedangkan desain yang dikembangkan dalam penelitian kali ini
menggunakan pedal exerciser yang dikombinasikan denga kursi roda sebagai tempat duduk pasien
untuk mengurangi biaya dan memudahkan pemakaian oleh pengguna karena tidak perlu berpindah dari
kursi rodanya.
Desain FES didasarkan pada penelitian Achmad Fanany dan perancangan akuisisi data posisi kaki
didasarkan pada penelitian Takashi Watanabe dengan mengubah sensor yang digunakan menjadi rotary
encoder untuk mendapatkan posisi sudut kayuh yang akan digunakan sebagai masukan sistem kontrol
sehingga otot mampu melakukan gerakan mengayuh pedal dengan optimal. Pada penelitian ini,
pengaturan FES dilakukan pada besarnya nilai stimulus yang diberikan. Besarnya nilai stimulus
bergantung pada error yang dihasilkan sistem kontrol. Semakin besar error maka nilai dari stimulus
semakin besar, begitu juga sebaliknya.
Adapun sistem kontrol yang diusulkan menggunakan sistem kontrol berbasis logika fuzzy yang akan
mengatur besarnya stimulus listrik yang diberikan pada pasien berdasarkan penelitian Chen Jia Jin dan
Rahman Davoodi. Pada penelitian kali ini, penggunaan logika fuzzy menggunakan input posisi sudut
kayuh (crank angle) yang diakuisisi melalui sensor rotary encoder dengan set of rules yang sama yaitu
seven-to-seven rule table. Logika fuzzy dipilih sebagai sistem kontrol pada FES karena otot yang
distimulasi oleh sistem FES memiliki karakteristik non-linier. Selain itu, otot yang distimulasi sistem
FES juga memiliki karakteristik time varying seperti variasi dari kondisi fisik otot, perubahan kekuatan
otot, dan kelenturan otot. Sistem FES juga bersifat subject-dependent dimana tiap-tiap orang
membutuhkan besaran stimulus yang berbeda menghasilkan gerakan dan memiliki resistansi kelelahan
otot yang berbeda dan cenderung rendah. Oleh karena itu, dibutuhkan sistem kontrol yang fleksibel
dalam hal pengaturannya.
Penambahan rangkaian monitoring selama latihan diberikan untuk melengkapi informasi kondisi tubuh
subjek pra dan pasca latihan gerakan mengayuh pedal. Monitoring yang ditambahkan berupa
monitoring saturasi oksigen dalam tubuh menggunakan rangkaian pulse oximeter dengan tampilan antar
muka agar subjek atau terapis mampu melakukan pemantauan. Berdasarkan penelitian yang dilakukan
sebelumnya, maka penelitian yang diusulkan pada proposal ini adalah rehabilitasi alat gerak bawah
(lower limb) pada pasien pasca stroke dengan memanfaatkan FES pada latihan gerakan mengayuh pedal.
Adapun fishbone dari usulan yang diajukan disajikan pada Gambar 3.6.
15
Gambar 3. 6 Fishbone Diagram Penelitian
16
BAB IV METODE
4.1 Disain Sistem
Diagram blok dari sistem diilustrasikan pada Gambar 4.1. Sistem pada penelitian ini dimulai dengan
memberikan stimulus FES hingga kecepatan kayuh bernilai 25 rpm. Gerakan mengayuh akan
menghasilkan nilai dari posisi pedal atau sudut kayuh (crank angle) yang didapatkan dari rotary
encoder. Sudut kayuh yang dihasilkan dari gerakan mengayuh pedal akan diproses sehingga diperoleh
kecepatan yang dihasilkan oleh subjek. Selisih kecepatan yang diinginkan (desired speed) dengan
kecepatan yang dihasilkan akan menjadi umpan balik yang mengurangi nilai masukan. Masukan
selanjutnya akan diproses oleh sistem kontrol menggunakan logika fuzzy. Logika fuzzy dipakai untuk
memberikan kontrol terhadap besarnya stimulus FES yang akan diberikan pada otot alat gerak bawah.
Sistem fuzzy akan memroses data masukan (crisp input) berupa kecepatan kayuh untuk kemudian
diubah menjadi fuzzy input sesuai dengan fungsi membership yang telah ditentukan. Pada penelitian ini
diajukan tujuh fuzzy set dengan fungsi membership berbentuk segitiga yang merepresentasikan nilai
negative big (NB), negative medial (NM), negative small (NS), zero (ZE), positive small (PS), positive
medial (PM), dan positive big (PB). Pada penelitian ini, aturan fuzzy (rules) yang dipakai menggunakan
seven-by-seven rule table berdasarkan step respon sistem orde dua. Tahap selanjutnya adalah inferensi
fuzzy untuk mengevaluasi rules yang telah dibuat melalui metode implikasi dan agregasi sehingga
menghasilkan suatu nilai dalam fuzzy value. Nilai akan diubah kembali menjadi crisp value sebagai
hasil keluarannya. Nilai inilah yang dipakai untuk menentukan besarnya stimulus FES yang akan
diberikan.Semakin besar error yang dihasilkan sistem, maka stimulus yang diberikan oleh rangkaian
FES akan semakin besar dengan nilai arus maksimum sebesar 20 mA. Sebaliknya, semakin kecil error
Gambar 4. 3 Diagram Blok Sistem
Gambar 4.2. Model Cycling Machine [12]
17
yang dihasilkan sistem, maka stimulus yang diberikan oleh rangkaian FES akan semakin kecil. Stimulus
FES akan merangsang otot pada alat gerak bawah untuk bekerja sehingga menghasilkan gerakan
mengayuh pedal. Model dari platform cycling machine yang akan direalisasikan pada penelitian ini
diadopsi dari disain Huang et.al [12] pada Gambar 4.2. Pada tahap awal bersama dengan disain
rangkaian FES dan fuzzy controller, disain geometris dari cycling machine akan dilakukan dan ditindak
lanjuti dengan realisasi system. Pengalaman dalam merealisasikan electric wheelchair pada penelitian
sebelumnya (PTUPT Dikti 2018-2020) sangat membantu dalam disain dan realisasi cycling machine.
Sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah rotary encoder. Rotary encoder dipakai untuk
menentukan nilai sudut kayuh yang dihasilkan dari perputaran gear akibat gerakan mengayuh. Nilai
dari sudut kayuh ini kemudian digunakan untuk menghitung kecepatan kayuh yang dihasilkan subjek
saat melakukan latihannya. Oleh karena itu, sensor akan diletakkan disekitar gear sedemikian rupa
sehingga ketika gear berputar, sensor juga ikut berputar dan menghasilkan nilai sudut. Nilai yang
didapatkan selanjutnya diproses pada mikrokontroller untuk menghasilkan kecepatan kayuh.
Sementara itu, elektroda yang digunakan adalah transcutaneous electrode (elektroda yang ditempelkan
pada permukaan kulit) berupa disposable electrode. Elektroda yang digunakan akan diletakkan pada
empat jenis otot untuk masing-masing kaki yaitu Rectus femoris dan Vastus lateralis untuk bagian
quadriceps serta Bicep femoris dan Semimembranosus untuk bagian harmstring.
4.2 Disain Multichannel Poratbel FES
Rangkaian FES merupakan gabungan dari tiga rangkaian berbeda yaitu rangkaian boost converter,
rangkaian pembangkit pulsa, dan rangkaian driver channel. Ketiga rangkaian ini digabungkan
sedemikian rupa sehingga menghasilkan suatu rangkain FES. Keluaran rangkaian boost converter akan
menjadi masukan rangkaian pembangkit pulsa, masukan rangkaian boost converter berasal dari
masukan tegangan DC 5V dan PWM dari mikrokontroller, serta masukan rangkaian driver channel
berasal logika high-low yang dihasilkan mikrokontroller. Blok diagram dari rangkaian FES dapat dilihat
pada Gambar 4.3.
Rangkaian boost converter digunakan untuk menaikkan tegangan input. Tegangan masukan pada boost
converter sebesar 5V dengan frekuensi 20 kHz. Sesuai Gambar 3.3, rangkaian boost converter juga
membutuhkan masukan Pulse Width Modulation (PWM) untuk menghasilkan keluaran berbentuk pulsa.
Pengaturan PWM dapat menggunakan transistor tipe MOSFET karena memiliki switching frequency
yang tinggi, tegangan drop forward yang rendah, dan tegangan breakdown yang tinggi. Pemilihan tipe
transistor juga harus memenuhi kriteria dimana tegangan VCE transistor lebih besar dari tegangan
maksimal yang mampu dikeluarkan rangkaian boost converter serta arus yang mampu dilewatkan
transistor lebih besar dari arus yang dihasilkan dari rangkaian boost converter. Pemilihan tipe diode
Gambar 4. 4 Diagram Blok Rangkaian FES
18
juga didasarkan pada kemampuan switching diode tersebut. Dibutuhkan diode dengan kecepatan
switching yang tinggi agar mampu menaikkan tegangan input.
Rangkaian pembangkit pulsa digunakan untuk menghasilkan pulsa dengan lebar 200µS serta frekuensi
20 Hz. Rangkaian berupa half H-bridge dengan memanfaatkan transistor NPN dan PNP yang
dihubungkan pada kaki kolektornya. Penghubungan dari kedua kaki kolektor ini akan menghasilkan
nilai keluaran transistor yang selalu berkebalikan. Penambahan transistor NPN dan IC inverter pada
kaki base transistor PNP dilakukan karena saat transistor pada half H-bridge aktif, nilai tegangan VBC
pada PNP akan sangat besar. Rangkaian driver channel digunakan untuk menggantikan penggunaan
solid state relay. Selain itu, rangkaian ini juga digunakan sebagai pengatur channel aktif melalui IC
inverter. Rangkaian driver channel mirip dengan rangkaian pembangkit pulsa, namun masukan untuk
IC inverter berupa logika high-low.
4.3 Disain Fuzzy Logic Controller
Langkah selanjutnya adalah perancangan kontroler menggunakan fuzzy logic. Sistem yang dipakai
adalah sistem single-input-single-output (SISO) dengan masukan berupa gain dari intensitas stimulus
dan keluaran berupa kecepatan kayuh. Sesuai diagram blok sistem pada Gambar 3.1, proses fuzzifikasi
akan mengubah masukan proses error (E) dan perubahan error (∆𝐸) kedalam variabel linguistik. Nilai
E dan ∆𝐸 didapat dari pengurangan kecepatan kayuh sebelumnya terhadap kecepatan kayuh sekarang.
Fungsi membership yang dipakai berbentuk segitiga karena memiliki beberapa keuntungan seperti
sifatnya yang linear sehingga penrhitungan lebih sederhana, perpotongan antar fuzzy set yang sesuai,
dan menghasilkan steady-state error yang lebih kecil dibandingkan fungsi membership yang lain.
Fungsi membership yang digunakan berbentuk segitiga sebanyak tujuh fungsi dengan keterangan
negative big (NB), negative medial (NM), negative small (NS), zero (ZE), positive small (PS), positive
medial (PM), dan positive big (PB) yang merepresentasikan besarnya stimulus yang diberikan.
Kumpulan aturan (set of rules) yang digunakan untuk mengoperasikan fuzzy set dari E dan ∆𝐸 adalah
seven-by-seven rule table berdasarkan step response dari sistem orde dua seperti pada Tabel 4.1
sedangkan proses defuzzifikasi menggunakan metode centroid.
Tabel 4. 1 Fuzzy Rule Set
NB NM NS ZE PS PM PB
NB NB NB NB NB NM NS ZE
NM NB NB NB NM NS ZE PS
NS NB NB NM NS ZE PS PM
ZE NB NM NS ZE PS PM PB
PS NM NS ZE PS PM PB PB
PM NS ZE PS PM PB PB PB
PB ZE PS PM PB PB PB PB
4.4 Tahapan Penelitian
Tahapan penelitian untuk melaksanakan bagian per bagian dari sistem pada sub bab 4.1. sampai dengan
sub bab 4.3 di atas yang akan direalisasikan dan proses integrasi dan pengujian performansi, serta
eksperimen dengan melibatkan subyek normal dan subyek paralyzed kami jelaskan pada Tabel 4.2.
∆ 𝐸 , 𝐸
19
Subject penelitian berupa sub topik dalam melaksanakan penelitian yang kami usulkan terbagi dalam
tiga tahun meliputi:
a. Disain Multichannel FES
b. Disain sensor encoder
c. Disain main controller unit berbasis STM32
d. Disain plaftrom cycling machine
e. Finishingcycling machine
f. Disain Fuzzy Logic Controller
g. Integrasi Sistem & Evaluation
h. Experimentel test 1 (with normal subjects)
i. Experimental test 2 (with paralyzed subjects)
Untuk subject a sampai dengan c, saat ini peneliti pada Laboratorium Biocybernetics Departemen
Teknik Biomedik ITS dan mahasiswa tugas akhir sudah familiar dengan probelm design pada bisang
ini. Sehingga untuk penelitian yang kami usulkan merupakan aplikasi dari pengetahuan pada para
peneliti untuk FES cycling. Prototype rangkaian yang pernah direalisasikan dapat diadopsi untuk
realisasi protype tahap pertama dari penelitian ini. Parameter disain kami sesuaikan untuk aplikasi lower
limb.Pelaksanaan setiap tahap dan l;uaran dari tiap pelaksanaan subyek penelitain dijelaskan pada Tabel
4.2. Disain dan realisasi FES unit dan control system sangat ditunjang oleh pengalaman dalam
pengembangan FES control system berbasis fuzzy logic [13]-[16].
Tabel 4.2 Tahapan pelaksanaan penelitian
Subyek Penelitian Tahun Pelaksanaan Penanggung Jawab Luaran
2020 2021 2022
Disain Multichannel
FES
XX Achmad Arifin
Risky Pandyangan
Multichannel
FES circuit
Disain sensor encoder XX Andra Risciawan
Muhammad Hilam Fatoni
Encoder sensor
Disain controller unit
STM32
XX Muhammad Hilam Fatoni
Eko Agus Suprayitno
Main controller
Unit
Disain cycling machine XX XX Ellya Zulaykha
Andra Risciawan
Achmad Arifin
Main protoype
Cycling
Machine
Finishingcycling
machine
XX Andra Risciawan
Ellya Zulaykha
Main protoype
Cycling
Machine
finalized
Disain Fuzzy Logic
Controller
XX XX Achmad Arifin
Muhammad Hilam Fatoni
Fuzzy
Controller
Integrasi Sistem &
Evaluation
XX XX Muhammad Hilam Fatoni
Eko Agus Suprayitno
Integrated
Protoype,
Experimental test 1 XX Achmad Arifin
Ellya Zulaykha
Tested System,
Scientific Paper
Experimental test 2 XX Muhammad Hilam Fatoni
Eko Agus Suprayitno
Scientific Paper
20
Luaran yang potensial dari penelitian ini meliputi:
1. Protoype system FES cycle exercise for post stroke patient
2. Patent dari rancangan protoype system (point 1)
3. HAKI dari software fuzzy logic controller
4. Publikasi ilmiah data pengujian fuzzy logic controller
5. Publikasi ilmiah pengaruh cycling exercise dengan FES terhadap
(a) Menurunnya spasticity
(b) Meningkatkanya joint stability
(c) Meningkatnya Range of Motion (ROM) dari persendian knee, hip, knee joint angle
(d) Meningkatnya saturated oxygen yang berkorelasi dengan meningktnya performansi
cardiovasular dan pulmonary system
(e) Meningkatkan voluntary movement pada pasien setelah melalui terapi terporgram dan
berjangka.
21
BAB V JADWAL DAN RANCANGAN ANGGARAN BIAYA
5.1. Jadwal Penelitian
Tabel 5.1 Jadwal Penelitian
Tahun I
Kegiatan Pelaksanaan Bulan ke
3 4 5 6 7 8 9 10 11
Disain Multichannel
FES
Disain sensor encoder XX
Disain controller unit
STM32
XX
Disain cycling machine XX XX
Laporan Kemajuan
Disain Fuzzy Logic
Controller
XX XX
Laporan Akhir
Penelitain
Tahun II
Kegiatan Pelaksanaan Bulan ke
3 4 5 6 7 8 9 10 11
Evaluasi hasil tahun I
Finishingcycling
machine
Refining disain Fuzzy
Logic Controller
Laporan kemajuan
Integrasi Sistem I
Review Etik Penelitian
Experimental test 1
Laporan akhir
Tahun III
Kegiatan Pelaksanaan Bulan ke
3 4 5 6 7 8 9 10 11
Evaluasi hasil tahun II
Review Etik Penelitian
Integrasi Sistem &
Performance Evaluation
Persiapan Pasien
Laporan Kemajuan
Experimental test 2
Publikasi & Laporan
22
5.2. Anggaran Biaya
Tabel 5.2 Rencana Anggaran Biaya
Tahun I (dalam Rupiah)
Alat/Bahan/kegiatan jumlah satuan biaya satuan jumlah
Komponen
elektonika analog
10 set 1.000.000,- 10.000.000,-
Komponen
elektonika digital
10 set 1.250.000,- 12.500.000,-
Disain dan realisasi
Platform cycling
machine
1 unit 40.000.000,- 40.000.000,-
Bahan habis
mekanik
5 set 800.000,- 4.000.000,-
Jasa pembuatan
PCB
5 set 400.000,- 2.000.000,-
Bahan habis
kelistrikam
5 set 1.000.000,- 5.000.000,-
Sensor encoder and
controller
2 set 2.000.000,- 4.000.000,-
Perjalan dalam kota 5 kali 200.000,- 1.000.000,-
Kertas HVS 10 RIM 30.000,- 300.000,-
Katridge Printer 10 buah 200.000,- 2.000.000,-
Perjalanan dalam
negeri
4 kali 5.000.000,- 20.000.000,-
Administrasi
laporan
2 set 2.000.000,- 4.000.000,-
Publikasi 1 unit 5.000.000 5.000.000,-
Total biaya 109.800.000,-
Tahun II (dalam Rupiah)
Alat/Bahan/kegiatan jumlah satuan biaya satuan jumlah
Disain dan realisasi
Platform cycling
machine tahap 2
1 unit 40.000.000,- 40.000.000,-
Refening control
system
2 set 10.000.000,- 20.000.000,-
Bahan habis
mekanik
3 set 800.000,- 2.400.000,-
Jasa pembuatan
PCB
5 set 400.000,- 2.000.000,-
Bahan habis
kelistrikam
4 set 1.000.000,- 4.000.000,-
Biaya eksperimen 5 set 2.000.000,- 10.000.000,-
Perjalanan dalam
negeri
4 kali 5.000.000,- 20.000.000,-
Administrasi
laporan
2 set 2.000.000,- 4.000.000,-
Publikasi 1 unit 5.000.000 5.000.000,-
Total biaya 107.400,00,-
23
Tahun III (dalam Rupiah)
Biaya eksperimen 10 set 3.000.000,- 30.000.000,-
Perjalanan luar
negeri
1 kali 35.000.000,- 35.000.000,-
Administrasi
laporan
2 set 2.500.000,- 5.000.000,-
Publikasi 2 unit 10.000.000 20.000.000,-
Total biaya 90.000.000,-
24
BAB VI DAFTAR PUSTAKA
[1] AHA (American Heart Association). Cardiovascular Disease : A Costly Burden For America
Projections Through 2035. The American Heart Association Office of Federal Advocacy :
Washington DC; 2017.
[2] Stroke in Perspective: Types of Stroke. Washington University 1999. Cited on 23rd October 2019.
Available from: http://www.strokecenter.org/education/ais_stroke_types/stroke_types.html
[3] M. G. Pandy, “Computer Modeling and Simulation of Human Movement,” Ann. Rev. Biomed.
Eng., vol.3, pp.245-273, 2001.
[4] Andrews B, Shippen J, Armengol M, et al. A Design Method for FES Bone Health Therapy in
SCI. Eur J Transl Myol 2016. 26(4): 6419.
[5] Pengertian Stroke Menurut WHO. Cited on 23rd October 2019. Available from :
http://www.who.int/topics/cerebrovascular_accident/en/index.html
[6] Caplan LR. Caplan’s stroke: A clinical approach 4th edition. Philadelphia: Saunders, 2009.
[7] Hasil Riskesdas 2018. Cited on 23rd November 2019. Available from:
http://www.depkes.go.id/resources/download/info-terkini/hasil-riskesdas-2018.html
[8] Fanany, Achmad. Robotic Glove Using Hybrid Functional Electrical Stimulation (FES) and
Exoskeleton for Human Hand Rehabilitation. Surabaya, 2018.
[9] Kartika, Dinda. Sistem Closed Loop Functional Electrical Stimulus (FES) pada Aktivitas
Menggenggam Menggunakan Informasi Sensori Posisi Jarak dan Gaya Haptic. Surabaya, 2017.
[10] Jia-Jin J, Chen. Applying Fuzzy Logic to Control Cycling Movement Induced by Functional
Electrical Stimulation. IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering, Vol. 5, No. 2, June 1997
[11] Wang, Li Xin. A Course in Fuzzy Systems and Control. New Jersey: Prentice-Hall International,
1997.
[12] Gao Huang, Weimin Zhang, Zhangguo Yu1, Xuechao Chen, Fei Meng, Marco
Ceccarelli, and Qiang HuangDesign and simulation of leg exoskeleton cycling-actuated
wheelchair, International Journal of Advanced Robotic Systems November-December 2017: 1–11
[13] Design of Fuzzy Controller of the Cycle-to-Cycle Control for Swing Phase of Hemiplegic Gait
Induced by FES, IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems,
[14]Design and tests of a wearable functional electrical stimulation (FES) system for knee joint
movement using cycle-to-cycle control method, Journal of Theoretical and Applied Information
Technology, 2017.
[15] Computer Simulation Test of Fuzzy Controller for the Cycle-to-Cycle Control of Knee Joint
Movements of Swing Phase of FES Gait, IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems,
2005, Volume: E88-D, ISSN: 0916-8532
[16] A Test of Stimulation Schedules for the Cycle-to-Cycle Control of Multi-joint Movements in
Swing Phase of FES-induced Hemiplegic Gait, BIOMECHANIZM, 2006.
25
BAB VII LAMPIRAN
Biodata Tim Peneliti 1. Ketua
a. Nama Lengkap : Dr. Achmad Arifin, S.T., M.Eng.
b. NIP/NIDN : 197103141997021001/ 0014037105
c. Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor Kepala/Pembina Tk. I/IVB
d. Bidang Keahlian : Biomedical Engineering/Rehabilitation Engineering
e. Departemen/Fakultas : Teknik Biomedik/Teknologi Elektro dan Informatika Cerdas
f. Alamat Rumah dan No. Telp. : Puri Citra Rungkut E-7 Surabaya. Telp. 082257525915
g. Riwayat penelitian/pengabdian (2) yang paling relevan dengan penelitian yang
diusulkan/dilaporkan (sebutkan sebagai Ketua atau Anggota)
Peneletian:
1. Human Computer Interface Untuk Sistem Kendali Kursi Roda Untuk Subyek Lumpuh,
Penelitian Terapan Unggulan Perguruan Tinggi (PTUPT), Ketua, RistekDikti, 2020.
2. Human Computer Interface Untuk Sistem Kendali Kursi Roda Untuk Subyek Lumpuh,
Penelitian Terapan Unggulan Perguruan Tinggi (PTUPT), Ketua, RistekDikti, 2019.
3. Human Computer Interface Untuk Sistem Kendali Kursi Roda Untuk Subyek Lumpuh,
Penelitian Terapan Unggulan Perguruan Tinggi (PTUPT), Ketua, RistekDikti, 2018.
4. Pengembangan Teknologi Rehabilitasi Kemampuan Gerak Subyek Pasca Stroke dengan
Integrated Functional Electrical Stimulation (FES)System, IPTEKS, DIKTI, 2016
5. Pengembangan Teknologi Rehabilitasi Kemampuan Gerak Subyek Pasca Stroke dengan Integrated Functional Electrical Stimulation (FES)System, IPTEKS, DIKTI, 2015
Pengabdian Pada Masyarakat:
1. Workshop on using Braille Embosser and Text Editor Software For the Blind and Visual
Impairment Student Gelombang II 22 – 24 Agustus 2019, Anggota, Motorolla, 2019.
2. Workshop on using Braille Embosser and Text Editor Software For the Blind and Visual
Impairment Student 6-10 Mei 2019, Anggota, Motrolla, 2019.
3. Diseminasi Hasil Riset Departemen Teknik Biomedik FTE-ITS kepada Fakultas Kedokteran
Universitas Airlangga, Dana Departemen, Ketua, ITS 2018.
4. Pengabdi dalam kegiatan "Elektro peduli desa ELEKTRODA Desa Karang Jati Pasuruan
Jawa Timur", Departemen Teknik Elektro FTE, Anggota, 2017
h. Publikasi (2) yang paling relevan (dalam bentuk makalah atau buku)
1. Design of Fuzzy Controller of the Cycle-to-Cycle Control for Swing Phase of Hemiplegic
Gait Induced by FES, IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems, 2006 | Volume:
E89-D | ISSN: 0916-8532
2. Design and tests of a wearable functional electrical stimulation (FES) system for knee joint
movement using cycle-to-cycle control method, Journal of Theoretical and Applied
Information Technology, Tahun: 2017, Volume: 95, ISSN: 19928645.
3. Computer Simulation Test of Fuzzy Controller for the Cycle-to-Cycle Control of Knee Joint
Movements of Swing Phase of FES Gait, IEICE TRANSACTIONS on Information and
Systems, 2005, Volume: E88-D, ISSN: 0916-8532
4. A Test of Stimulation Schedules for the Cycle-to-Cycle Control of Multi-joint Movements in
Swing Phase of FES-induced Hemiplegic Gait, BIOMECHANIZM, 2006 , Volume: 30,
ISSN: 0285-0885
5. Desain Sistem Pengukuran Lower Limb Joint Angles pada Kondisi Dinamik untuk FES,
Jurnal Nasional Teknik Elektro dan Teknologi Informasi (JNTETI), Tahun: 2018, Volume: 7,
ISSN: 2301 – 4156.
26
6. Sensitivitas, Spesifisitas dan Akurasi Pengukuran Kontraksi Uterus Kala I Fase Aktif Ibu
Bersalin Menggunakan TokodinamometerJurnal: MAJALAH KEDOKTERAN BANDUNG
Tahun: 2018, Volume: 50, ISSN: 2338-6223.
7. Programmable amplitude of portable electrical stimulator for multi-channel functional
electrical stimulator (FES) system, Journal of Theoretical and Applied Information
Technology
Tahun: 2017, Volume: 95, ISSN: 19928645.
8. Signal processing and extensive characterization method of heart sounds based on wavelet
analysis, International Review of Electrical Engineering, Tahun: 2016 | Volume: 11 | ISSN:
18276660
9. The Effect of Virtual Reality on Pain in Primiparity Women, International Journal of Nursing
and Health Science, 2017, Volume: 4, ISSN: 2381-4888
i. Paten (2) terakhir
j. Tugas Akhir (2 terakhir yang paling relevan), Tesis (2 terakhir yang paling relevan), dan
Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah selesai dibimbing.
Disertasi:
1. PENGEMBANGAN PERALATAN PROGRAMMABLE FES SYSTEM DENGAN
WEARABLE SENSOR, RACHMAD SETIAWAN 07111060010004
Tugas Akhir:
1. Desain Fuzzy Controller pada Swing Phase untuk Mengontrol Stimulasi pada Foot Drop
Correction, Muhammad Adib Syamlan 7311540000011
2. FES cycling exercise berbasis fuzzy locgic control untuk pasien pasca stroke, Rizky
Mayardiyah Syafitri Pandiangan 07311640000014.
3. Desain Perintah Myoelectric Control Sebagai Perintah Kursi Roda Elektrik Untuk
Mobilitas Penyandang Disabilitas, I Wayan Nudra Bajantika Pradivta 07311540000009
4. DESAIN SISTEM KONTROL KURSI RODA DENGAN SINYAL BIOIMPEDANSI
MENGGUNAKAN FUZZY LOGIC CONTROL PADA LINGKUNGAN YANG
BERBEDA, TRISA SAFIRA HASANAH, 7311540000003
27
2. Anggota 1
a. Nama Lengkap : Muhammad Hilman Fatoni, S.T., M.T.
b. NIP/NIDN : 19910325 201504 1001 / 0025039101
c. Fungsional/Pangkat/Gol. : Asisten Ahli / Penata Muda Tingkat I / IIIb
d. Bidang Keahlian : Biomedical Electronic
e. Departemen/Fakultas : Teknik Biomedik / FTEIC
f. Alamat Rumah dan No. Telp. : Jl. Tambak Gringsing II/14 Surabaya 60163 /
085236425858
g. Riwayat penelitian/pengabdian (2) yang paling relevan dengan penelitian yang
diusulkan/dilaporkan (sebutkan sebagai Ketua atau Anggota)
No Judul Tahun Skema
1 Aplikasi Spatial Filter dalam Sistem Brain
Computer Interface Menggunakan
Informasi Motorik Bagian Lower Limb
2016 Penelitian Pemula -
Dana PNBP ITS
2016
2 Aplikasi Brain Computer Interface Berbasis
Aktifitas Sensorymotor Rhythms sebagai
Antar Muka Pengendali Kursi Roda Listrik
2017 Penelitian Pemula –
Dana Lokal ITS 2017
3 Pengembangan Sistem Training Subyek
untuk Meningkatkan Success Rate dalam
Kontrol Kursi Roda Listrik berbasis Brain
Computer Interface
2018 Penelitian Pemula –
Dana Lokal ITS 2018
h. Publikasi (2) yang paling relevan (dalam bentuk makalah atau buku)
No Judul Tahun Jenis
1 Extraction of Brain Signal during Motor
Imagery Task for Wheelchair Control
Command
2017 Int'l Conference on Research
& Innovation in Computer,
Electronics and
Manufacturing Engineering
(RICEME-17)
2 Analisa Perbandingan Perhitungan Event
Related Desynchronization/Event Related
Synchronization (ERD/ERS) pada Brain
Computer Interface Menggunakan Metode
2016 Seminar Nasional Teknik
Elektro - 2016
28
Mastoid Reference dan Common Average
Reference (CAR)
3 Analisa Sinyal EEG Saat Menggerakkan
Kedua Kaki Sebagai FES Control
Command Pada Proses Rehabilitasi Pasien
Pasca Stroke
2014 Seminar Nasional
Bioteknologi 2014 UBAYA
4 Analisis Pola Sinyal EEG saat Gerakan
Tangan yang didasarkan pada Kemunculan
Event Related Desynchronization (ERD)
dan Event Related Synchronization (ERS)
2014 Seminar Nasional
Bioteknologi 2014 UBAYA
29
3. Anggota 2
a. Nama Lengkap : Ellya Zulaikha, ST, M.Sn, Ph.D
b. NIP/NIDN : 197510142013122001/0014107503
c. Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor Kepala/Penata/IIIc
d. Bidang Keahlian : Metodologi Desain, Desain Produk
e. Departemen/Fakultas : Desain Produk/Fakultas Desain Kreatif dan Bisnis Digital
f. Alamat Rumah dan No. Telp. : Galaxi Bumi Permai Blok D5/11 Surabaya, Telp.
08170516662 g. Riwayat penelitian/pengabdian (2) yang paling relevan dengan penelitian yang
diusulkan/dilaporkan (sebutkan sebagai Ketua atau Anggota)
2019 Program Pengembangan Teknologi Industri : Fabrikasi Oftalmoskopi
Indirect Portabel, Konektor Video Endoskopi Dan Mobile Application Untuk
Kemandirian Produksi Alat Kesehatan Yang Menunjang Telehealth di Indonesia,
Sebagai Anggota
2019 Penelitian Dana Departemen ITS : Pengolahan Plastik Daur Ulang
Sebagai Material Baru Furniture, Sebagai Ketua
2019 Penelitian Terapan : Desain Portable Commuter Bike Yang Sesuai
Dengan Karakteristik Moda Transportasi Kota, Sebagai Anggota
2019 Program Hibah Inovasi Lokal Batch 1: Kajian Kelayakan Bisnis Dan Hki
Air Humidifier Ruangan Berpenyejuk Udara Buatan Dengan Inovasi Konsep
Detachable Untuk Persiapan Hilirisasi Produk, Sebagai Anggota
2018 Program Pengembangan Teknologi Industri : Pengembangan Air Purifier
Bike Untuk Menunjang Upaya Penurunan Tingkat Polusi Udara Kota, Sebagai
Anggota
2018 Penelitian Terapan Unggulan Perguruan Tinggi : Usaha Penghematan
Konsumsi Energi Listrik Sistem Pengkondisian Udara Pada Gedung Apartemen
Melalui Studi Orientasi, Elevasi Dan Material Bangunan, Sebagai Anggota
2018 Penelitian Dana Departemen ITS : Riset Pengembangan Metode
Pengolahan Limbah Serat Alam, Sebagai Anggota
2018 Penelitian Dana Departemen ITS: Studi Penggunaan Bahan Anti Semut
Alami Untuk Dinnerware, Sebagai Ketua
h. Publikasi (2) yang paling relevan (dalam bentuk makalah atau buku)
2019 Pengembangan Desain Cincin Kinetik berdasarkan Gerak Ikan, Jurnal
Desain IDEA, Vol 18/No.2, h. 48-52
2018 Eksplorasi Talenta dan Kreatifitas Masyarakat Melalui Pelatihan Lukis
Aquarelle, Jurnal Abdimas Pedagogi Vol.2/No.1, h.8-14
2018 Pengembangan Desain Kerajinan Manik-Manik Kaca sebagai Tas Wanita,
Jurnal Sains dan Seni ITS, Vol.7/No.1, h.26-29
2018 Eksplorasi Material Alami: Bahan Anti Semut untuk Produk Dinnerware,
Jurnal Sains dan Seni ITS, Vol.7/No.1, h.178-182
2018 Eksperimen Sistem Sambungan Tanpa Penggunaan Sekrup dan Baut
Untuk Display Pameran, Jurnal Sains dan Seni ITS, Vol.7/No.2, h.155-160
2018 Pengembangan Material Serat Sabut Kelapa untuk Home Decor, Jurnal
Sains dan Seni ITS, Vol.7/No.2, h.108-112
2017 Eksperimen Sistem Sambungan Rotan Untuk Pengembangan Sarana
Duduk Rotan, Jurnal Sains dan Seni ITS, Vol.16/No.1, h.23-26
2019 Analisis Perlakuan Terhadap Material Kayu Dalam Alternatif Pembuatan
Tas Wanita. In Prosiding Online Seminar Nasional Batik dan Kerajinan (Vol. 1,
No. 1, pp. B8-B8).
30
2018 A Comparison Study between Natural and Synthetics Fiber Cloth to
Construct Uniqueness of Hand Painting Fashion Fabric. In 3rd International
Conference on Creative Media, Design and Technology (REKA 2018). Atlantis
Press.
i. Paten (2) terakhir
Tidak ada
j. Tugas Akhir (2 terakhir yang paling relevan), Tesis (2 terakhir yang paling relevan),
dan Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah selesai dibimbing.
Tidak ada
31
4. Anggota 3
a. Nama Lengkap : Eko Agus Suprayitno, S.Si, MT
b. NIP/NIDN : 1987202011026
c. Fungsional/Pangkat/Gol. : III B
d. Bidang Keahlian : Instrumentasi Medis, Pemrosesan Sinyal
e. Departemen/Fakultas : Teknik Biomedik / Fakultas Teknologi Elektro dan
Informatika Cerdas
f. Alamat Rumah dan No. Telp. : Jl. Melati RT/RW:03/02, Desa Tanggul, Wonoayu -
Krian / 081334357320
g. Riwayat penelitian/pengabdian (2) yang paling relevan dengan penelitian yang
diusulkan/dilaporkan (sebutkan sebagai Ketua atau Anggota)
Judul Penelitian Ketua/Anggota
Rancang Bangun Phonocardiography beserta Analisa
Sinyalnya Secara Realtime untuk Mendeteksi Kelainan Jantung
Manusia Lebih Dini
Ketua
Pengembangan Instrumentasi Phonocardiography Secara
Wireless dalam Mendeteksi Lebih Dini Kelainan Jantung Manusia
Ketua
h. Publikasi (2) yang paling relevan (dalam bentuk makalah atau buku)
Penyelenggara Judul Karya Ilmiah Link File Karya
Ilmiah
International Seminar On
Intelligent Technology and Its
Applications (SITIA).
Surabaya, May 20th-21st 2015
Institut Teknologi Sepuluh
Nopember (ITS)
ISBN : 978-1-4799-7709-3.
DOI.
10.1109/ISITIA.2015.7219966.
Nada Fitrieyatul Hikmah,
Achmad Arifin, Tri Arief
Sardjono, Eko Agus
Suprayitno.
“A Signal Processing
Framework for Multimodal
Cardiac Analysis”
Link Web Published : http://ieeexplore.ieee.org/
xpl/articleDetails.jsp?arn
umber=7219966
AASEC 2019
The 4th Annual Applied Science
and Engineering Conference
Aston Hotel Denpasar Bali, 24
April 2019
Eko Agus Suprayitno,
Mochammad Rizal Marlianto,
Metatia Intan Mauliana.
“Meansuring Instrument
Oxygen Saturation In Blood,
Heart Rate, and Human Body
Temperature
Based Smartphone Android”
Journal of Physics:
Conference Series,
Volume 1402, Issue
3.
Index : IOPScience https://iopscience.iop.org/
article/10.1088/1742-
6596/1402/3/033110/met
a
32
i. Paten (2) terakhir
j. Tugas Akhir (2 terakhir yang paling relevan), Tesis (2 terakhir yang paling relevan),
dan Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah selesai dibimbing.
Judul Skripsi Strata
Alat Ukur Saturasi Oksigen Dalam Darah, Detak Jantung, Dan Suhu
Tubuh Manusia Berbasis Smartphone Android
S1
Alat Ukur Berat Badan, Tinggi Badan dan Suhu Badan di Posyandu
Berbasis Android
S1
33
Surat Pernyataan Mitra
34