Metode penelitian berisi tentang tahapan penelitian yang dimulai dari latar belakang sampai dengan kesimpulan. Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini akan dijelaskan pada gambar 3.1.
commit to user
III - 2
Tahapan yang dijelaskan pada gambar 3.1 digunakan untuk mengukur kemampuan prosthetic endoskeletal dengan energy storing mekanisme 2 bar pada aktivitas berjalan cepat pada bidang datar. Penjelasan lebih rinci mengenai metode penelitian di atas dijelaskan dalam sub bab di berikut ini.
3.1IDENTIFIKASI PERMASALAHAN
Tahapan awal yang dilakukan dalam penyusuan tugas akhir ini adalah identifikasi terhadap amputee atas lutut endoskeletal dengan energy storing. Tahapan identifikasi permasalahan dapat dijelaskan, sebagai berikut:
1. Latar belakang,
Kaki termasuk alat gerak bawah yang digunakan dalam aktivitas berjalan, berjalan cepat, berlari, dan melompat. Berjalan cepat biasa dilakukan untuk tujuan rekreasi fisik maupun untuk menghindari situasi lingkungan yang mengancam. Untuk mengakomodasi hal tersebut amputee memerlukan
prosthetic yang mampu merespon kebutuhan amputee terhadap aktivitas jalan cepat. Atas dasar permasalahan tersebut, maka dikembangkan prosthetic
model endoskeletal dengan sistem energy storing mekanisme 2 bar. Penelitian dilakukan guna mengukur kemampuan prosthetic dengan mengetahui pengaruh energy storing saat amputee melakukan aktivitas berjalan cepat pada bidang datar dengan kajian dynamic cycle gait.
2. Perumusan masalah,
Berdasarkan uraian yang ada pada latar belakang di atas, perumusan masalah yang dapat dimunculkan dalam penelitian ini ialah bagaimana kajian dynamic cycle gait dalam mengukur kemampuan prosthetic endoskeletal dengan sistem energy storing mekanisme 2 bar saat aktivitas berjalan cepat.
3. Tujuan dan manfaat penelitian,
Penelitian ini bertujuan untuk mengukur kemampuan prosthetic endoskeletal
dengan energy storing mekanisme 2 bar pada aktivitas berjalan cepat dengan
dynamic cycle gait. Manfaat yang dapat diambil dalam penelitian ini adalah mengetahui nilai usaha (work) dan energi serta nilai torsi pada setiap joint, melalui kajian dynamic cycle gait sepanjang periode waktu berjalan cepat,
commit to user
III - 3
dalam memberikan rekomendasi dalam pengembangan penelitian prosthetic
atas lutut model endoskeletal dengan sistem energy storing mekanisme 2 bar 4. Studi literatur,
Studi literatur dimaksudkan untuk memperoleh informasi-informasi yang menunjang jalannya penelitian ini. Studi literatur menguraikan tentang teori- teori yang digunakan sebagai dasar pemikiran, wawasan dan acuan dalam perencanaan awal penelitian, pengumpulan data, pengolahan data dan bahan analisis hasil penelitian. Studi literatur yang digunakan diantaranya penjelasan mengenai gerak tubuh (human motion), gerakan berjalan manusia (human
locomotion), anthropometri data biomekanika, keseimbangan gerak
biomekanika, kajian usaha (work), energi dan torsi pada segmentasi tubuh manusia, prosthetic above knee endoskeletal, serta kajian berjalan cepat. 5. Studi Observasi
Studi observasi digunakan untuk mengamati gerakan berjalan manusia normal pada aktivitas berjalan cepat. Identifikasi pola cycle gait gerak berjalan cepat manusia normal menjadi salah satu dasar pendukung dalam menentukan fase gerakan berjalan cepat amputee. Satu siklus gerakan yang digunakan sebagai acuan dalam penelitian ini dibagi menjadi delapan fase yaitu initial contact, loading respons, mid-stance, terminal stance, pre-swing, initial swing, mid- swing, dan terminal swing. Fase ini sama dengan fase gerakan berjalan normal yang dibagi menjadi 8 fase juga karena masih dalam kategori berjalan. Berbeda dengan berlari walaupun pengertiannya mirip dengan berjalan cepat tetapi fasenya berbeda dimana saat berlari terdapat fase kedua kaki melayang di udara. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Umemura tahun 1998 dimana hasil penelitiannya menyatakan bahwa peningkatan dalam kecepatan berjalan dari lambat menjadi cepat mempengaruhi stride length dan walking cadence.
Dari kecepatan lambat menjadi cepat terdapat keadaan yang kontras dimana
stride length semakin panjang dan walking cadence semakin pendek.
Berdasarkan pernyataan tersebut perbedaaan kecepatan berjalan tidak mempengaruhi jumlah fase gerakan berjalan antara berjalan normal maupun cepat karena masih dalam kategori berjalan dalam bidang rata.
commit to user
III - 4
3.2PENGUMPULAN DATA
Pengumpulan data dilakukan sebagai penunjang dan bahan analisis terhadap permasalahan yang diangkat. Dalam hal ini pengumpulan data diperoleh melalui dokumentasi penelitian terkait dengan kajian prosthetic atas lutut
endoskeletal dengan energy storing mekanisme 2 bar. Penelitian dilakukan di Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk Teknik Industri UNS dan Laboratorium Perancangan Sistem Kerja dan Ergonomi Teknik Industri UNS.
Data yang diambil dalam penelitian terdiri dari data awal dan data utama. Data awal meliputi usia, tinggi, berat badan, riwayat amputasi, jenis amputasi dan pengukuran anthropometri responden. Data awal digunakan dalam mendukung penelitian untuk mengetahui karakteristik pengguna prosthetic berdasarkan kondisi amputee yang menjadi responden dalam penelitian. Data utama yaitu data
pengukuran sudut (θ) pada ankle, knee, dan hip joint saat fase gerakan dalam satu
siklus berjalan cepat. Data utama merupakan data yang secara langsung akan menjadi input dari analisis biomekanika melalui pengembangan formulasi matematik yang akan dilakukan dalam kajian penelitian. Formulasi model dibangun secara dinamik sepanjang periode waktu berjalan dengan menggunakan pendekatan persamaan lagrange euler. Metode Euler-Lagrange merupakan gabungan dari dua pembahasan yaitu metode Euler yang dikenakan dengan pengali Lagrange. Metode Euler-Lagrange mengakomodasi bahwa penyelesaian yang diperoleh bersifat kontinu. Penjelasan lebih lanjut mengenai data yang diperlukan dalam pengukuran pada pengguna prosthetic atas lutut endoskeletal
dengan memperhatikan aspek energy storing prosthetic knee, sebagai berikut: 1. Penentuan responden amputee.
Pemilihan amputee yang digunakan sebagai responden dalam penelitian didasarkan pada kondisi anatomi tubuh amputee. Karakteristik ini ditinjau dari tipe amputasi, riwayat amputasi dan kondisi stump, sehubungan dengan penelitian mengenai penggunaan prosthetic atas lutut endoskeletal dengan
energy storing mekanisme 2 bar yang diuji cobakan dalam tugas akhir. Adapun dalam penelitian ini responden amputee berjumlah satu orang, berjenis kelamin laki-laki dan berusia 49 tahun.
commit to user
III - 5
Pengambilan data anthropometri amputee pengguna prosthetic digunakan untuk menghitung panjang segmen titik berat dan momen inersia segmen tubuh pengguna prosthetic. Pertama-tama diukur tinggi badan dan berat badan pengguna prosthetic, kemudian dilakukan pengambilan data anthropometri
amputee. Data anthropometri tubuh yang diambil, merupakan data yang berhubungan langsung dengan pengukuran panjang segmen kaki yang meliputi panjang stump, panjang betis dan panjang telapak kaki. Panjang segmen telapak kaki diukur dari ujung jari terpanjang pada kaki hingga bagian belakang dari kaki. Panjang segmen betis diukur dari mata kaki hingga lutut.
(a) (b)
Gambar 3.2 Alat ukur, (a) Timbangan badan, (b) Meteran
Sumber :Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret, 2010
3. Pengukuran dimensi prosthetic atas lutut endoskeletal dengan energy storing. Pengukuran dilakukan untuk mengetahui karakteristik prosthetic atas lutut
endoskeletal dengan energy storing mekanisme 2 bar yang ditinjau dari ukuran berat dan panjang prosthetic. Pengukuran dimensi prosthetic
dilakukan dengan menggunakan meteran, dan berat prosthetic diukur dengan menggunakan force gauge.
Gambar 3.3 Force Gauge
Sumber :Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta, 2010
commit to user
III - 6
4. Pengamatan gerakan berjalan cepat amputee pada bidang datar.
Objek penelitian yang diamati adalah gerakan berjalan cepat amputee dengan menggunakan prosthetic atas lutut model endoskeletal system energy storing
mekanisme 2 bar. Spesifikasi cara berjalan cepat amputee, sebagai berikut: a. Panjang langkah (stride length) pendek.
b. Kecepatan berjalan ± 1.7 m/s. c. Amputee berjalan sepanjang 12 m.
d. Tumpuan pertama saat melangkah pada bagian tumit.
5. Penentuan fase berjalan dalam satu siklus gerakan gait cycle saat aktivitas berjalan cepat.
Satu siklus gerakan yang digunakan sebagai acuan dalam penelitian ini dibagi menjadi delapan fase yaitu initial contact, loading respons, mid-stance, terminal stance, pre-swing, initial swing, mid-swing, dan terminal swing. 6. Penentuan capture pada tiap fase dalam satu siklus gait cycle saat aktivitas
berjalan cepat.
Capture digunakan dalam membantu memodelkan manusia dalam suatu
sistem benda jamak yang tersusun dari stick diagram pada setiap joint yang saling terhubung membentuk satu kesatuan. Capture dibuat pada setiap fase dalam satu siklus gerakan amputee pengguna prosthetic atas lutut
endoskeletal dengan energy storing saat berjalan cepat.
7. Pengukuran sudut gerakan (θ) pada segmen tubuh di setiap fase gerakan. Pengukuran ini bertujuan untuk mengetahui sudut yang terbentuk pada ankle, knee, dan hip joint baik kaki normal maupun kaki prosthetic saat berjalan cepat menggunakan prosthetic kaki atas lutut endoskeletal dengan energy
storing mekanisme 2 bar. Pengukuran sudut diukur dengan menggunakan alat
electrogoniometer RF. Secara umum, prosedur pelaksanaan dari pengukuran sudut, yaitu:
a. Pengguna prosthetic memakai prosthetic kaki atas lutut endoskeletal
dengan energy storing mekanisme 2 bar yang digunakan dalam eksperimen.
b. Pemasangan electrogoniometer Rf di tubuh pengguna prosthetic dilakukan pada bagian ankle, knee, dan hip joint. Alat electrogoniometer Rf
commit to user
III - 7
tersambung pada sebuah komputer untuk menampilkan hasil pengukuran sudut ankle, knee, dan hip joint pada kaki normal maupun prosthetic. c. Pengguna prosthetic atas lutut endoskeletal dengan energy storing
melakukan aktivitas berjalan cepat. Data pengukuran akan ditampilkan dalam komputer.
d. Pengukuran dilanjutkan sampai mendapatkan data yang cukup untuk dilakukan pengolahan data lanjutan.
Gambar 3.4 Electrogoniometer Rf
Sumber : Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret Surakarta, 2010
3.3 PENGOLAHAN DATA
Pengolahan data dalam penelitian ini dilakukan untuk menentukan nilai
external work dan komponen external work. Penjelasan mengenai pengolahan data secara lebih lanjut, sebagai berikut:
1. Pemodelan dynamic cycle gait fase berjalan cepat dalam satu siklus gerakan. Pemodelan fase berjalan cepat meliputi 8 fase gerakan. Pemodelan dilakukan melalui pendekatan lagrange tentang gerak dengan menggunakan persamaan 2.8. Bentuk umum persamaan lagrang of motion yang terdapat dalam persamaan 2.9 digunakan untuk mengetahui nilai external work dan komponen
external work pada setiap fase dalam satu periode waktu berjalan. Besarnya usaha keseluruhan dihitung dengan menggunakan rumusan usaha baik pada gerak translasi maupun rotasi dengan menggunakan persamaan 2.4 dan persamaan 2.5.
commit to user
III - 8
2. Menentukan besarnya massa tiap segmen tubuh, titik berat segmen kaki, dan momen inersia pengguna prosthetic atas lutut.
Data anthropometri pada pengumpulan data digunakan dalam pengolahan data untuk menentukan besar massa tiap segmen tubuh, titik berat segmen kaki dan momen inersia. Perhitungan besar massa tiap segmen tubuh menggunakan tabel 2.1. Sedangkan dalam mencari dimensi panjang titik berat setiap segmen dapat digunakan permodelan titik-titik berat (Dempster, 1955) yang terdapat pada gambar 2.21. Setelah massa tiap segmen tubuh dan sebaran titik berat pada segmen kaki diketahui, maka dilakukan perhitungan momen inersia (persamaan 2.1) dari tiap segmen kaki tersebut. Perhitungan momen inersia digunakan untuk perhitungan energi kinetik pada saat aktifitas berjalan cepat.
3. Menghitung nilai usaha (work), energi dan torsi, yang dihasilkan oleh pengguna prosthetic endoskeletal atas lutut dengan energy storing dengan menggunakan dynamic gait cycle.
Perhitungan nilai usaha (work), energi dan torsi dilakukan berdasarkan data yang telah dikumpulkan pada masing-masing fase gerakan saat amputee
berjalan cepat menggunakan prosthetic atas atas lutut endoskeletal dengan energy storing di bidang datar. Secara umum, keseluruhan perhitungan dilakukan dengan menggunakan model dinamis pergerakan manusia melalui bentuk umum persamaan lagrange of motion (persamaan 2.9). Perhitungan torsi dilakukan pada persendian hip, knee, dan ankle baik kaki normal maupun kaki prosthetic. Perhitungan energi dilakukan dengan menggunakan persamaan lagrange of motion dalam persamaan 2.8, untuk mengetahui perbedaan antara jumlah energi kinetik (persamaan 2.4 dan persamaan 2.5) dan energi potensial (persamaan 2.6) dalam sistem. Melalui persamaan lagrange of motion ini pula dihitung besarnya energi penyimpanan gas spring pada bagian knee joint prosthetic, dengan menambahkan rumusan persamaan 2.7. Besarnya usaha keseluruhan dihitung dengan menggunakan rumusan usaha baik pada gerak translasi maupun rotasi dengan menggunakan persamaan 2.4 dan persamaan 2.5.
commit to user
III - 9
3.4ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL PENELITIAN
Pada tahap analisis dan interpretasi hasil penelitian dilakukan analisis perbandingan antara nilai usaha (work), energi dan torsi yang muncul pada gerakan berjalan cepat pengguna prosthetic endoskeletal dengan energy storing
mekanisme 2 bar. Analisis dilakukan apakah nilai usaha (work), energi dan torsi yang muncul mendekati nilai usaha (work), energi dan torsi yang bekerja pada manusia normal.
3.5KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan dan saran merupakan langkah akhir yang dilakukan dalam penelitian tugas akhir ini. Kesimpulan berdasarkan hasil pengolahan dan analisis data yang telah dilakukan pada tahap sebelumnya dimana menjawab dari tujuan yang diharapkan dalam penelitian. Saran diberikan sebagai rekomendasi guna peningkatan dan perkembangan kaki prosthetic yang diharapkan mampu menggantikan fungsi bagian tubuh yang hilang.