BAB II
DASAR TEORI
2.1 Alas Kaki Dalam Ergonomis
Saat seseorang memakai sepatu maupun alas kaki lainnya, kaki ditopang oleh struktur sepatu. Oleh karena itu, alas kaki harus dirancang dengan baik agar dapat mengakomodasi biomekanika yang terjadi. Perancangan desain alas kaki yang baik harus mempertimbangkan permukaan tanah, otot telapak kaki mana yang bekerja paling berat dan lain-lain. Semua variabel yang terkait harus dipertimbangkan untuk merancang alas kaki yang ergonomis. Alas kaki yang baik akan mengakomodasi gerakan supination dan pronation dengan baik. Untuk mencapainya, sepatu olahraga khususnya lari, harus memiliki sole yang baik untuk meredam pengaruh gaya dari eksternal sepatu ke kaki. Karena beban gaya yang ditopang pada tumit 3 kali berat badan saat berlari[1].
Saat bertelanjang kaki, sesorang dengan leluasa berlari. Namun kaki tidak dapat meredam tekanan saat telapak kaki menyentuh permukaan. Kemampuan kaki dalam meredam disebut dengan pronation (gambar 2.1). Jika memakai sepatu olahraga, tekanan dapat diredam lebih baik karena sepatu memiliki cushion atau bantalan ditelapak kaki.
Gambar 2.1 Gerakan Kaki Saat Melakukan Aktifitas
Forefoot atau telapak kaki depan adalah bagian dari telapak kaki yang fleksibilitasnya tinggi. Bagian forefoot adalah bagian yang paling sering terjadi abduksi maupun aduksi. Sepatu olahraga yang baik dapat membuat kaki bergerak bebas seperti biasa tanna terhalang atau terbebani bahkan menghambat biomekanika kaki. Karena bentuk forefoot adalah asimetris, maka diperlukan bentuk rancangan yang tepat untuk meningkatkan performa.
Karena pergerakan kaki begitu kompleks saat melakukan kegiatan olahraga dan aktifitas yang lainnya, perkembangan desain sepatu olahraga terus dilakukan untuk mencapai tingkat performa seseorang yang maksimal. bentuk dari sebuah sepatu harus disesuaikan dengan kaki pemakainya. Selain bentuk, material yang digunakan harus tepat dan nyaman dipakai. Sirkulasi udara, ukuran sepatu, ketebalan, sudut yang diakomodasi dan segala sesuatu yang terkait dalam perancangan sebuah sepatu harus menjadi pertimbangan.
2.2 Elektromiografi (EMG)
Electromyography (EMG) adalah proses merekam aktivitas elektrik dari otot, untuk menentukan apakah sedang melakukan kontraksi atau tidak[2]. Fungsi otot sangat berperan penting dalam dalam setiap aktivitas manusia, misalnya dalam bekerja, berolah raga, belajar bahkan tidur tidak terlepas dari kerja otot. Semakin besar otot mengeluarkan tenaga maka frekuensinya akan semakin besar. Sinyal EMG mempunyai range frekuensi pada energi dominan antara 20 – 500Hz, dengan amplitudo antara 0 – 10 mV. Sebagian besar perangkat elektronika ini merupakan perangkat elektronika dengan sinyal lemah. Perangkat elektronika dengan sinyal lemah ini diantaranya banyak terdapat pada instrumentasi medis.
Beberapa instrumentasi medis ini membutuhkan filter untuk melewatkan sinyal dengan rentang frekuensi tertentu [3]. Penelitian tentang EMG memanfaatkan sinyal elektrik yang ada dalam tubuh manusia agar dapat digunakan sebagai input kendali suatu sistem yang dalam hal ini mengambil sinyal-sinyal EMG hasil dari aktivitas otot yang mengandung informasi tentang keadaan otot tersebut. Untuk menegtahui data yang keluar dari sinyal otot dapat dilakukan interface dengan software LabVIEW. Electromyograph (EMG) yang merupakan bagian dari biomedical engineering [4]. EMG berguna untuk menegakkan diagnosis penyakit sistem saraf perifer. Elektromigrafi (EMG) merupakan evaluasi dan kajian otot berdasarkan pendeteksian aktivitas elektrik pada otot. Aktivitas elektrik ini terjadi sebelum otot berkontraksi, kemudian aktivitas ini dikirim oleh saraf sampai pada otot maka otot akan berkontraksi.
Pemahaman sinyal myoeletric sangat bergantung pada fungsi dan anatomi sistem saraf. Otot rangka terdiri dari sel otot yang tersusun secara paralel yang membentuk serat otot. Setiap otot memiliki sistem rangsang untuk menangkap aktivitas elektrik. Namun dalam mengkaji bagaimana sinyal myoelectric dihasilkan oleh aktivitas elektrik perlu dipahami mengenai saraf yang mentransmisikan perintah menuju motor. Sistem saraf terdiri dari kumpulan bagian fungsional yang disebut motor units (MU). Aktivitas elektrik ini dapat dideteksi menggunakan cara yang sederhana yaitu menggunakan elektroda.
2.3 Elektroda Permukaan
Elektroda permukaan digunakan untuk menangkap MUAP atau sinyal myoelectric. MUAP yang ditangkap sangat banyak karena elektroda diletakkan pada permukaan kulit. Sinyal dengan amplitudo besar didapatkan pada bagian serat otot yang dekat dengan elektroda.
Deteksi sinyal myoelectric dilakukan dengan elektroda tertentu. Elektroda yang ditempel di permukaan kulit akan bersentuhan atau menempel pada otot. Elektroda harus dibuat dari bahan yang aman dan tidak beracun bagi subjek. Elektroda juga dibuat dari bahan yang tidak mudah mengalami polarisasi saat arus listrik mengalir pada elektroda. Silver cloride (AgAgCl) merupakan elektroda sensor.
Besarnya sinyal myoelectric bergantung pada posisi elektroda pada permukaan kulit. Sensor elektroda pada kulit merupakan sensor yang dapat digunakan untuk membantumendeteksi sinyal biolistrik yang dikeluarkan tubuh manusia melalui kulit. Sensor tersebut dibuat dari bahan Ag│AgCl. Untuk mendapatkan kontak listrik dalam penggunaannya pada sensor ini terdapat pasta elektrolit yang terletak diantara elektroda dengan kulit [5].
Tiga elektroda digunakan dalam pendeteksian sinyal myoelectric, dua elektroda dihubungkan pada input dengan impedansi tingga dan elektroda ketiga sebagai ground yang diletakkan pada input dengan impedansi rendah. Mode deteksi dilakukan dalam dua cara yaitu monopolar dan bipolar. Deteksi monopolar hanya melibatkan satu elektroda aktif dan memberikan informasi mengenai perubahan potensial pada daerah deteksi. Metode deteksi ini mengharuskan elektroda kedua diletakkan pada daerah aktif seperti pergelangan tangan atau kaki. Deteksi bipolar, dua elektroda diletakkan pada jarak tertentu sehingga terjadi beda potensial diantara kedua elektroda. Beda potensial ini menghilangkan noise sehingga diperoleh sinyal dengan kualitas yang lebih baik.
Gambar 2.3 Deteksian Monopolar
Gambar 2.4 Deteksian Bipolar
2.3.1 Jenis Elektroda
Terdapat dua jenis elektroda yang dapat digunakan dalam mendeteksi sinyal myoelectric yaitu invasive electrode dan non-invasive electrode. Invasive electrode merupakan elektroda berbentuk jarum dan cara penggunaanya dengan menusukkanya ke dalam otot. Non-invasive electrode merupakan elektroda yang penggunaannya dengan ditempelkan pada permukaan kulit. Jenis elektroda ini
banyak digunakan karena sifatnya yang tidak merusak subjek. Contoh noninvasive electrodes adalah elektroda permukaan AgAgCl.
Gambar 2.5 Elektroda Permukaan AgAgCl
2.3.2 Penempatan Elektroda Pada Permukaan Kulit
Sebelum elektroda ditempelkan pada permukaan kulit maka dibutuhkan langkah pembersihan pada permukaan kulit agar jaringan kulit mati dan rambut pada permukaan kulit tidak mempengaruhi elektroda saat menangkap sinyal. Teknik yang dapat dilakukan untuk membersihkan permukaan kulit adalah dengan memanfaatkan alkohol dan melakukan pencukuran rambut pada permukaan kulit. Elektroda diletakkan secara paralel terhada serabut otot. Posisi terbaik dapat dipilih pada saat otot mengalami fase kontraksi. Peletakan elektroda sebaiknya berjarak 20mm satu sama lain namun harus disesuaikan untuk otot dengan ukuran kecil.
2.4 Otot Kaki Manusia
Kekuatan dari sebuah otot umumnya diperlukan dalam melakukan aktifitas. Semua gerakan merupakan hasil dari adanya peningkatan tegangan otot sebagai respon motorik.18 Kekuatan otot dapat digambarkan sebagai kemampuan otot menahan beban berupa beban eksternal (external force) maupan beban internal (internal force). Kekuatan otot sangat berhubungan dengan sistem neuromuskuler yaitu seberapa besar kemampuan sistem saraf mengaktifasi otot untuk melakukan kontraksi, sehingga semakin banyak serat otot yang teraktifasi, maka semakin besar pula kekuatan yang dihasilkan otot tersebut[6].
Kaki manusia merupakan bagian yang luar biasa kompleks dalam tubuh. Menyerap dan mendistribusikan ratusan Pon tekanan dengan setiap langkah yang diambil seseorang. Bahkan cedera ringan pada kaki dapat mempengaruhi keseimbangan seseorang, postur, dan keselarasan tulang belakang. Kaki dibutuhkan setiap hari untuk dapat berjalan tegap, anatomi kaki terdiri dari 26 tulang, 33 sendi, dan ratusan tendon, ligamen, dan otot-otot yang saling berhubungan.
Anatomi kaki biasanya digambarkan dalam hal kaki depan, pertengahan kaki, dan kaki belakang. Kaki depan dapat digambarkan sebagai terdiri dari lima jari kaki dan lima tulang. Empat dari jari-jari kaki mengandung masing-masing tiga tulang, yang dikenal sebagai falang, sedangkan jempol kaki berisi dua falang. Lima tulang panjang melekat pada falang melalui sendi, dan terdiri dari anatomi kaki, juga disebut dengan metatarsus. Tulang-tulang pertengahan kaki, seperti balok, navicular, dan tiga tulang berbentuk baji, itu membentuk lengkungan kaki. Otot yang menghubungkan pertengahan kaki ke kaki belakang dan depan. Kerusakan tulang pertengahan kaki adalah penyebab dari cedera yang umum disebut kaki sebagai pes planus atau fallen arch. Anatomi kaki adalah sedemikian rupa sehingga memiliki tiga lengkungan, dua dari ini yang memanjang dan yang satunya melintang.
Otot-otot, ligamen, dan tendon yang ditemukan dalam anatomi kaki disusun dalam cara yang mirip dengan sebuah tali yang sangat rumit dan sistem katrol. Fitur-fitur ini ditemukan di sisi kaki, di dalam kaki, dan baik di luar maupun di dalam sendi tertentu. Setiap langkah yang diambil seseorang menyebabkan tulang, sendi, otot, ligamen, dan tendon untuk terlibat dalam proses memberi dan menerima. Anatomi kaki adalah sedemikian rupa sehingga semua elemen bekerja sama, dengan tujuan tunggal memungkinkan seseorang untuk menjadi dapat berjalan dengan cara yang paling nyaman dan seefisien mungkin.
2.5 Arduino
Arduino didefinisikan sebagai sebuah platform elektronik yang open source, berbasis pada sofwtare dan hardware yang fleksibel dan mudah digunakan, yang ditujukan untuk para seniman, desainer, hobbies, dan setiap orang yang tertarik dalam membuat objek atau lingkungan yang interaktif [7].
Nama Arduino di sini tidak hanya dipakai untuk menamai papan rangkaiannya saja, tetapi juga untuk menamai bahasa dan software pemrogramannya, serta lingkungan pemrogramannya atau IDE-nya (IDE = Integrated Development Environment). Gambar 2.5 menujukkan tampilan dari beberapa Arduino.
Kelebihan Arduino dari platformhardware mikrokontroler lainnya adalah: 1. IDE Arduino merupakan multiplatform, yang dapat dijalankan di berbagai sistem
operasi, seperti Windows, Macintosh, dan Linux.
2. IDE Arduino dibuat berdasarkan pada IDE Processing, yang sederhana sehingga mudah digunakan.
3. Pemrograman Arduino menggunakan kabel yang terhubung dengan port USB, bukan port serial. Fitur ini berguna karena banyak komputer yang sekarang ini tidak memiliki port serial.
4. Arduino adalah hardware dan software open source. 5. Biaya hardware cukup murah.
6. Proyek Arduino ini dikembangkan dalam lingkungan pendidikan, sehingga bagi pemula akan lebih cepat dan mudah mempelajarinya.
7. Memiliki begitu banyak pengguna dan komunitas di internet yang dapat membantu setiap kesulitan yang dihadapi.
2.5.1 Bahasa Pemrograman Arduino
Arduino merupakan perangkat yang berbasiskan mikrokontroler. Perangkat lunak merupakan komponen yang membuat sebuah mikrokontroler dapat bekerja. Arduino akan bekerja sesuai dengan perintah yang ada dalam perangkat lunak yang ditanamkan padanya. Bahasa pemrograman Arduino menggunakan bahasa pemrograman C++ sebagai dasarnya.
2.5.1.1Struktur
Setiap program dalam Arduino terdiri dari dua fungsi utama yaitu setup() dan loop(). Fungsi digambarkan sebagai kumpulan kode yang ditujukan untuk melaksanakan tugas tertentu dan kode tersebut akan dijalankan ketika nama fungsi tersebut dipanggil di dalam program[8]. Instruksi yang berada dalam fungsi setup() dieksekusi hanya sekali, yaitu ketika Arduino pertama kali dihidupkan.
Biasanya instuksi yang berada pada fungsi setup() merupakan konfigurasi dan inisialisasi dari Arduino. Instruksi yang berada pada fungsi loop() dieksekusi berulang-ulang hingga Arduino dimatikan (catu daya diputus). Fungsi loop() merupakan tugas utama dari Arduino. Jadi setiap program yang menggunakan bahasa pemrograman Arduino memilliki struktur yang ditunjukkan pada Gambar 2.8
Program pada Gambar 2.8 dapat dianalogikan dalam bahasa C seperti ditunjukkan pada Gambar 2.9
Gambar 2.9 Analogi Struktur Umum Pemrograman Arduino
2.5.1.2Konstanta
Konstanta adalah variabel yang sudah ditetapkan sebelumnya dalam bahasa pemrograman Arduino. Konstanta digunakan agar program lebih mudah untuk dibaca dan dimengerti. Konstanta dibagi menjadi 3 kelompok yaitu:
1. Konstanta yang digunakan untuk menunjukkan tingkat logika (konstanta Boolean), yaitu true dan false.
2. Konstanta untuk menunjukkan keadaan pin, yaitu HIGH dan LOW.
3. Konstanta untuk menunjukkan fungsi pin, yaitu INPUT, INPUT_PULLUP, dan OUTPUT.
Konstanta yang digunakan untuk menunjukkan benar atau salah dalam bahasa pemrograman Arduino adalah true dan false. False didefinisikan sebagai 0 (nol). True sering didefinisikan sebagai 1(satu), namun true memiliki definisi yang lebih luas. Setiap integer yang bukan nol adalah true dalam pengertian Boolean.
Ketika membaca atau menulis ke sebuah pin digital, terdapat hanya dua nilai, yaitu HIGH dan LOW. HIGH memiliki arti yang berbeda tergantung dengan konfigurasinya. Ketika pin dikonfigurasi sebagai masukan dengan fungsi
pinMode(), mikrokontroler akan melaporkan nilai HIGH jika tegangan yang ada pada pin tersebut berada pada tegangan 3 volt atau lebih.
Ketika sebuah pin dikonfigurasi sebagai masukan dan kemudian dibuat bernilai HIGH dengan fungsi digitalWrite(), maka resistor pull-up internal dari chip ATmega akan aktif, yang akan membawa pin masukan ke nilai HIGH, kecuali pin tersebut ditarik (pull-down) ke nilai LOW oleh rangkaian dari luar. Ketika pin dikonfigurasi sebagai keluaran dengan fungsi pinMode() dan diatur ke nilai HIGH dengan fungsi digitalWrite(), maka pin berada pada tegangan 5 volt.
Untuk mengkonfigurasi fungsi pin pada Arduino digunakan konstanta INPUT, INPUT_PULLUP, dan OUTPUT. Pin Arduino yang dikonfigurasi sebagai masukan dengan fungsi pinMode() dikatakan berada dalam kondisi berimpedansi tinggi. Pin yang dikonfigurasi sebagai masukan memiliki permintaan yang sangat kecil kepada rangkaian yang di-sampling-nya, setara dengan sebuah resistor 100 Megaohm dipasang seri dengan pin tersebut. Chip ATmega pada Arduino memiliki resisitor pull-up internal (resistor yang terhubung ke sumber tegangan secara internal) yang dapat digunakan. Untuk menggunakan resistor pull-up internal ini kita menggunakan konstatnta INPUT_PULLUP pada fungsi pinMode(). Pin yang dikonfigurasi menjadi sebuah keluaran dikatakan berada dalam kondisi berimpedansi rendah.
2.5.1.3 Fungsi Masukan dan Keluaran Digital
Arduino memiliki 3 fungsi untuk masukan dan keluaran digital pada Arduino, yaitu pinMode(), digitalWrite() dan digitalRead(). Fungsi pinMode()
mengkonfigurasi pin tertentu untuk berfungsi sebagai masukan atau keluaran. Sintaks untuk fungsi pinMode() ditunjukkan pada Gambar 2.10
Gambar 2.10 Fungsi Sintaks pinMode
Fungsi digitalWrite() berfungsi untuk memberikan nilai HIGH atau LOW suatu digital pin. Sintaks untuk fungsi digitalWrite() ditunjukkan pada Gambar 2.11
Gambar 2.11 Fungsi Sintaks digital Write
Fungsi digitalRead() bertujuan untuk membaca nilai yang ada pada pin Arduino. Sintaks untuk fungsi digitalRead() ditunjukkan pada Gambar 2.12
Beberapa contoh penggunaan sintaks tersebut dapat diimplementasikan pada contoh penggunaan fungsi masukan dan keluaran digital dalam sebuah program yang ditunjukkan pada Gambar 2.13
Gambar 2.13 Implementasi Sintaks pada Program Arduino
2.6 Pengenalan LabVIEW
LabVIEW adalah sebuah software pemograman yang diproduksi oleh National instruments dengan konsep yang berbeda. Seperti bahasa pemograman lainnya yaitu C++, matlab atau Visual basic , LabVIEW juga mempunyai fungsi dan peranan yang sama, perbedaannya bahwa labVIEW menggunakan bahasa pemrograman berbasis grafis atau blok diagram sementara bahasa pemrograman lainnya menggunakan basis text. Program labVIEW dikenal dengan sebutan Vi atau Virtual instruments karena penampilan dan operasinya dapat meniru sebuah instrument.
Pada labVIEW, user pertama-tama membuat user interface atau front panel dengan menggunakan control dan indikator, yang dimaksud dengan kontrol adalah
knobs, push buttons, dials dan peralatan input lainnya sedangkan yang dimaksud dengan indikator adalah graphs, LEDs dan peralatan display lainnya. Setelah menyusun user interface, lalu user menyusun blok diagram yang berisi kode-kode VIs untuk mengontrol front panel [9]. Software LabVIEW terdiri dari tiga komponen utama, yaitu :
1. front panel
front panel adalah bagian window yang berlatar belakang abu-abu serta mengandung control dan indikator. front panel digunakan untuk
membangun sebuah VI, menjalankan program dan mendebug program. Tampilan dari front panel dapat di lihat pada Gambar 2
2. Blok diagram dari Vi
Blok diagram adalah bagian window yang berlatar belakang putih berisi source code yang dibuat dan berfungsi sebagai instruksi untuk front panel. Tampilan dari blok diagram dapat lihat pada Gambar 2.15
