IV-1
EKSPERIMEN KOMPARASI PROSTHETIC TANGAN
BERDASARKAN PENGARUH DESAIN METACARPAL
DAN PHALANX PHALANGEAL
Skripsi
Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
GALIH EKA SANJAYA
I 0305032
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
IV-2
EKSPERIMEN KOMPARASI PROSTHETIC TANGAN
BERDASARKAN PENGARUH DESAIN METACARPAL
DAN PHALANX PHALANGEAL
Skripsi
GALIH EKA SANJAYA
I 0305032
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
IV-3
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Skripsi:
EKSPERIMEN KOMPARASI PROSTHETIC TANGAN
BERDASARKAN PENGARUH DESAIN METACARPAL DAN
PHALANX PHALANGEAL
Ditulis oleh: Galih Eka Sanjaya
I 0305032
Mengetahui,
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Ir. Lobes Herdiman, MT NIP. 19641007 199702 1 001
Ilham Priadythama, ST, MT NIP. 19801124 200812 1 002
Pembantu Dekan I Fakultas Teknik
Ketua Jurusan Teknik Industri
Ir. Noegroho Djarwanti, MT NIP. 19561112 198403 2 007
IV-4
LEMBAR VALIDASI
Judul Skripsi:
EKSPERIMEN KOMPARASI PROSTHETIC TANGAN
BERDASARKAN PENGARUH DESAIN METACARPAL DAN
PHALANX PHALANGEAL
Ditulis oleh: Galih Eka Sanjaya
I 0305032 Telah disidangkan pada hari Jumat, 29 Januari 2010
Di Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, dengan
Dosen Penguji
1. Retno Wulan Damayanti, ST, MT NIP. 19800306 200501 2 002
2. Ir. Munifah, MSIE, MT NIP. 19560101 198601 2 001
Dosen Pembimbing
1. Ir. Lobes Herdiman, MT NIP. 19641007 199702 1 001
IV-5
SURAT PERNYATAAN
ORISINALITAS KARYA ILMIAH
Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri UNS yang bertanda tangan dibawah ini, Nama : Galih Eka Sanjaya
NIM : I 0305032
Judul TA : Eksperimen Komparasi Prosthetic Tangan Berdasarkan Pengaruh Desain Metacarpal dan Phalanx Phalangeal
Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun tidak mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti bahwa Tugas Akhir yang saya susun mencontoh atau melakukan plagiat dapat dinyatakan batal atau gelar Sarjana yang saya peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau dicabut.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan apabila dikemudian hari terbukti melakukan kebohongan maka saya sanggup menanggung segala konsekuensinya.
Surakarta, 5 Februari 2010
IV-6
SURAT PERNYATAAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH
Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri UNS yang bertanda tangan dibawah ini, Nama : Galih Eka Sanjaya
NIM : I 0305032
Judul TA : Eksperimen Komparasi Prosthetic Tangan Berdasarkan Pengaruh Desain Metacarpal dan Phalanx Phalangeal
Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun sebagai syarat lulus Sarjana S1 disusun secara bersama-sama dengan Pembimbing 1 dan Pembimbing 2. Bersamaan dengan syarat pernyataan ini bahwa hasil penelitian dari Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun bersedia digunakan untuk publikasi dari proceeding, jurnal, atau media penerbit lainnya baik di tingkat nasional maupun internasional sebagaimana mestinya yang merupakan bagian dari publikasi karya ilmiah
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Surakarta, 5 Februari 2010
IV-7 ABSTRAK
Galih Eka Sanjaya, NIM : I0305032. EKSPERIMEN KOMPARASI
PROSTHETIC TANGAN BERDASARKAN PENGARUH DESAIN
METACARPAL DAN PHALANX PHALANGEAL. Skripsi. Surakarta : Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, Januari 2010.
Penelitian lokal UNS telah mengembangkan tiga macam desain
prototype tangan prosthetic yang berbeda. Yang pertama adalah tangan
prosthetic yang memiliki sisi kosmetik rendah dengan sistem external stressing cable dan dengan dua phalanx. Yang kedua adalah tangan prosthetic
sistem internal stressing cable dengan tiga phalanx dan dengan trapezium metacarpal. Desain tangan prosthetic yang ketiga sama dengan desain tangan
prosthetic yang kedua, tetapi trapezium metacarpal diganti dengan link ibu jari dan juga terdapat penambahan sistem puli untuk memperhalus gerakan pada sistem kabel. Penelitian ini bertujuan untuk menentukan tangan
prosthetic yang terbaik, dilihat dari gaya tarik statis dan dinamis, dimana hal tersebut berhubungan dengan banyaknya tenaga yang kita gunakan dalam mengoperasikan tangan prosthetic.
Gaya tarik statis dan dinamis ditentukan dengan mengukur gaya tarik dari sistem kabel dengan menggunakan alat ukur force gauge. Pada penilaian gaya tarik statis, penelitian ini membutuhkan sebuah sistem pegas sebagai alat bantu dimana pegas tersebut ditekan sampai memberikan deformasi pegas pada saat tangan prosthetic dioperasikan. Sedangkan pada gaya tarik dinamis, gaya tarik diukur ketika jari tangan prosthetic
digerakkan sesuai dengan enam gerakan dasar pemegangan tangan manusia. Semua tangan prosthetic diuji pada arah longitudinal axis dan sagital plane. Untuk meningkatkan keakuratan hasil, penelitian ini menggunakan factorial experiment randomized design untuk perbandingan gaya tarik dinamis.
Hasil evaluasi dari perbandingan tangan prosthetic menunjukkan bahwa tangan prosthetic pertama merupakan sistem terbaik dari hampir semua tes yang telah dilakukan karena memiliki lengan momen yang lebih panjang. Tetapi, dengan mempertimbangkan sisi kosmetik, desain tangan
prosthetic yang ketiga merupakan desain terbaik dengan gaya tarik statis sebesar 11,32 Newton dan gaya tarik dinamis sebesar 24,226 Newton. Hasil ini menunjukkan bahwa dengan penambahan sistem puli, desain tangan
prosthetic yang ketiga adalah tangan prosthetic kosmetik yang dapat memberikan performansi yang paling mendekati sistem terbaik secara teoritis, dalam hal ini sistem external stressing cable.
Kata kunci: tangan prosthetic, eksperimen komparasi, gaya tarik dinamis dan gaya tarik statis
IV-8 ABSTRACT
Galih Eka Sanjaya, NIM : I0305032. HAND PROSTHETIC COMPARISON EXPERIMENT BASED ON METACARPAL AND PHALANX PHALANGEAL DESIGN IMPACT. Thesis. Surakarta : Industrial Engineering Department, Engineering Faculty, Sebelas Maret University, January 2010.
UNS local study already developed three different design of prosthetic hand prototype. The first is a low cosmetic prosthetic with an external stressing cable and with two phalanges. The second is internal stressing cable prosthetic with three phalanges and with trapezium metacarpal. Another one is same with the second, but the trapezium metacarpal is replaced by thumb’s link and also there is an additional pulley system to assure smooth movement of the cables. The research objective is to determine which prosthetic is the best, from static and dynamic pulling force point of view, which is related to how much we must exert to operate the prosthetic.
Both static and dynamic pulling force is determined by measuring the stressing force of the cable with force gauge. In static pulling force evaluation, this research built a spring system as supporting device to treat the pushing force which deforming the spring during operation. While for the dynamic pulling force evaluation, pulling force was measured when the finger was moving to catch six basic of human grasping. All of the prosthetic are tested both of sagital plane and longitudinal axis. To enhance the accuracy of the result, this result used a factorial experiment completely randomized design for dynamic pulling force comparison.
The comparison evaluation shows that the first prosthetic is the best system for almost of the test thanks to longer moment radius. But, considering the cosmetics aspect, the third prosthetic is the true winner with 11,32 Newton of static pulling force and 24,226 Newton of dynamic pulling force. This result shows that with the additional pulley system, the third prosthetic is a cosmetics prosthetic which can perform close to the theoretically winner, external stressing cable.
Keywords : prosthetic hand, comparison experiment, dynamic and static pulling force
IV-9
KATA PENGANTAR
Assalamu ‘alaikum Wr.Wb
Dengan segala kerendahan hati dan kebesaran jiwa, penulis panjatkan puji syukur kepada Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini seperti yang diharapkan. Atas bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Allah SWT karena atas segala izin, rizki, dan rahmat-Nya penulis berhasil menyelesaikan Laporan Skripsi ini.
2. Ibu dan Bapakku yang selalu memberi dukungan dan doa yang tak pernah putus sehingga penulis berhasil menyelesaikan Laporan Skripsi ini. Semoga Allah selalu menyayangi Bapak dan Ibu.
3. Bapak Ir. Lobes Herdiman, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret dan dosen pembimbing skripsi I yang selalu memberikan ide, saran, dan nasehat dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 4. Bapak Ilham Priadythama, ST, MT selaku dosen pembimbing skripsi II yang
selalu memberikan saran, dan perbaikan selama penyusunan tugas akhir ini. 5. Ibu Retno Wulan Damayanti, ST, MT dan Ibu Ir. Munifah, MSIE, MT selaku
dosen penguji skripsi I dan dosen penguji skripsi II yang memberikan kritik dan saran saat seminar dan sidang tugas akhir.
6. Bapak Taufiq Rochman, STP, MT selaku Pembimbing Akademis, terimakasih atas segala bimbingan dan nasehat yang telah bapak sampaikan.
7. Seluruh dosen Teknik Industri yang telah mewariskan indahnya ilmu Teknik Industri kepada penulis.
8. Karyawan Teknik Industri Universitas Sebelas Maret, terima kasih atas segala dukungan dan bantuan yang diberikan selama kuliah.
9. Keluargaku tercinta terutama untuk kedua orang tua dan saudaraku, terima kasih banyak untuk segala dukungan dan doanya.
10.Teman-teman angkatan 2005 untuk segala kebersamaan baik dalam suka dan duka.
IV-10
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi rekan-rekan mahasiswa maupun siapa saja yang membutuhkannya. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, dengan senang hati dan terbuka penulis menerima segala saran dan kritik demi kesempurnaan skripsi ini.
Wassalamu ‘alaikum Wr.Wb
Surakarta, Februari 2010
IV-11
IV-12 BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 IDENTIFIKASI MASALAH 3.2 PENGUMPULAN DATA
3.2.1 Penentuan Teknik Desain Eksperimen 3.2.2 Persiapan Alat dan Unit Eksperimen
3.2.3 Pengukuran Aktual Gaya Trik Statis Jari Tangan Prosthetic
3.2.4 Pengukuran Aktual Gaya Tarik Dinamis Jari Tangan Prosthetic
3.3 PENGOLAHAN DATA 3.3.1 Uji Asumsi
3.3.2 Uji Signifikansi 3.3.3 Uji Setelah Anova
3.3.4 Pemilihan Desain Tangan Prosthetic Berdasarkan Nilai Gaya Tarik Statis dan Gaya Tarik Dinamis
3.4 ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL 3.5 KESIMPULAN DAN SARAN
BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA 4.1 PENGUMPULAN DATA
4.1.1 Desain Telapak Tangan Prosthetic 4.1.2 Penentuan Teknik Desain Eksperimen 4.1.3 Persiapan Alat dan Unit Eksperimen
4.1.4 Pengukuran Aktual Gaya Tarik Statis Jari Tangan Prosthetic
IV-13
4.2.4 Pemilihan Desain Tangan prosthetic Berdasarkan Nilai Gaya Tarik Statis dan Gaya Tarik Dinamis
BAB V ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL 5.1ANALISIS HASIL PENELITIAN
5.1.1 Analisis Desain Tangan Prosthetic 5.1.2 Analisis Gaya Tarik Statis
5.1.3 Analisis Gaya Tarik Dinamis 5.1.4 Analisis Uji Anova
5.1.5 Analisis Uji Setelah Anova
5.2INTERPRETASI HASIL PENELITIAN
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN 6.1KESIMPULAN
6.2SARAN
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
IV-48
V-1 V-1 V-1 V-3 V-4 V-7 V-10 V-11
IV-14
Skema umum data sampel eksperimen faktorial menggunakan 3 faktor dan dengan n observasi tiap sel Anova eksperimen faktorial 3 faktor desain acak sempurna
Skema umum daftar analisis ragam uji homogenitas Urutan eksperimen factorial experiment completely randomized design
Factorial experiment randomized block design
Spesifikasi berat komponen telapak tangan prosthetic (sistem external stressing cable)
Spesifikasi berat komponen telapak tangan prosthetic (sistem internal stressing cable tanpa puli)
Jumlah dan berat komponen yang digunakan dalam telapak tangan prosthetic
Gaya tarik pada alat bantu pegas
Gaya tekan pada alat bantu pegas (Ftekan) Gaya tarik statis (Ftarik statis)
Efisiensi gaya tarik statis pada masing-masing tangan prosthetic
Objek benda eksperimen
Gaya tarikan kabel telapak tangan prostheticpada arah longitudinal axis
Gaya tarikan kabel telapak tangan prosthetic pada arah sagital plane
Rekapitulasi data pengukuran gaya tarik dinamis pada tangan prosthetic
Perhitungan uji normalitas untuk perlakuan A1B1C1
Rekapitulasi hasil uji normalitas dengan uji lilliefors
IV-15
Nilai gaya tarik dinamis dikelompokkan berdasarkan model gerakan dasar tangan manusia
Selisih absolut data gaya tarik dinamis dengan rata-ratanya dikelompokkan berdasarkan model gerakan dasar tangan manusia
Hasil uji homogenitas data gaya tarik dinamis,
dikelompokkan berdasarkan model gerakan dasar tangan manusia
Hasil uji homogenitas data gaya tarik dinamis,
dikelompokkan berdasarkan arah sumbu gerakan tangan
prosthetic
Hasil uji homogenitas data gaya tarik dinamis, dikelompokkan berdasarkan desain tangan prosthetic
Residual data gaya tarik dinamis Anova untuk nilai gaya tarik dinamis Hasil perhitungan anova gaya tarik dinamis Hasil perhitungan SPSS anova gaya tarik dinamis Rata-rata gaya tarik dinamis eksperimen dikelompokkan berdasarkan desain tangan prosthetic
Rata-rata gaya tarik dinamis eksperimen dikelompokkan berdasarkan model gerakan tangan manusia
Rata-rata gaya tarik dinamis eksperimen dikelompokkan berdasarkan treatment faktor A dan faktor C
Rata-rata gaya tarik dinamis eksperimen dikelompokkan berdasarkan treatment faktor A dan faktor C
Rekapitulasi selisih gaya tarik pada arah longitudinal axis dan sagital plane
Rata-rata gaya tarik dinamis pada arah longitudinal axis Rata-rata gaya tarik dinamis pada arah sagital plane Rangkuman hasil uji homogenitas
IV-16
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Struktur tulang pada tangan manusia Gambar 2.2 Joint pada tulang manusia
Gambar 2.3 Perbedaaan jenis pemegangan power grip dan precision grip Gambar 2.4 Model gerakan tangan cylindrical
Gambar 2.5 Model gerakan tangan lateral
Gambar 2.6 Model gerakan tangan palmar
Gambar 2.7 Model gerakan tangan hook
Gambar 2.8 Model gerakan tangan tip
Gambar 2.9 Model gerakan tangan spherical
Gambar 2.10 Bidang cardinal tubuh
Gambar 2.11 Contoh gerakan pada bidang sagital Gambar 2.12 Contoh gerakan pada bidang frontal Gambar 2.13 Contoh gerakan pada bidang transverse Gambar 2.14 Passive prostheses
Gambar 2.15 Body powered prostheses Gambar 2.16 Myoelectric devices Gambar 2.17 Prosthetic tangan kosmetik
Gambar 2.18 Prosthetic tangan fungsional jenis prehensor dan hook Gambar 2.19 Prosthetic tangan kosmetik dan fungsional
Gambar 2.20 Pegas ulir tekan Gambar 3.1 Metodologi penelitian
Gambar 3.2 Tangan prosthetic dalam kondisi voluntary closing
Gambar 4.1 Deskripsi pengembangan telapak tangan prosthetic (sistem
external stressing cable)
Gambar 4.2 Proses assembling pada bagian metacarpal telapak tangan prosthetic (sistem external stressing cable)
Gambar 4.3 Desain jari tangan prosthetic (sistem external stressing cable)
Gambar 4.4 Deskripsi pengembangan telapak tangan prosthetic (sistem
IV-17
internal stressing cable) tanpa sistem puli
Gambar 4.5 Desain metacarpal telapak tangan prosthetic (sistem
internal stressing cable) tanpa sistem puli
Gambar 4.6 Desain jari tangan prosthetic (sistem internal stressing cable) tanpa sistem puli
Gambar 4.7 Deskripsi pengembangan telapak tangan prosthetic (sistem
external stressing cable) dengan sistem puli
Gambar 4.8 Komponen rangka metacarpal, penghubung jari, dan
metacarpal policis telapak tangan prosthetic
Gambar 4.9 Desain jari telapak tangan prosthetic Gambar 4.10 Alat bantu pegas
Gambar 4.11 Plot nilai gaya tarik pegas pada alat bantu pegas
Gambar 4.12 Pengukuran aktual gaya tarik statis tangan prosthetic pada arah longitudinal axis dan sagital plane
Gambar 4.13 Pengujian model gerakan cylindrical, spherical, hook, tip,
lateral, dan palmar telapak tangan prosthetic pada arah
longitudinal axis
Gambar 4.14 Pengujian model gerakan cylindrical, spherical, hook, tip,
lateral, dan palmar telapak tangan prosthetic pada arah
sagital plane
Gambar 4.15 Normal probability plot dan histogram data observasi pada perlakuan A1B1C1
Gambar 4.16 Plot residual data gaya tarik dinamis
Gambar 4.17 Gaya tarik statis tangan prosthetic pada arah longitudinal axis
Gambar 4.18 Gaya tarik statis tangan prosthetic pada arah sagital plane
Gambar 5.1 Jarak antara kabel dengan pusat joint jari tangan prosthetic
IV-18
DAFTAR ISTILAH
A
Abduction = Melenturkan otot menjauhi sumbu tubuh (kanan-kiri) Adduction = Melenturkan otot mendekati sumbu tubuh (kanan-kiri) B
Belt = Sabuk pada prosthetic
C
Cable system = Penggunaan sistem kabel semi otomatis pada prosthetic
Carpometacarpal joint = Sendi yang menghubungkan tulang carpal dengan masing-masing jari tangan melalui metacarpal
Capitates = Tulang kecil yang menyusun bagian metacarpal Carpal = Bagian tulang penyusun telapak tangan
Cosmetic appeal = Penampilan luar tangan prosthetic
Comfort = Nyaman
Control = Pengendalian
Cylindrical = Gerakan pemegangan dimana benda kerja berada pada poros antara jari-jari tangan dan ditahan oleh ibu jari, umumnya benda yang dipegang pada gerakan ini berupa benda tabung
D
Dorsal = Titik hubungan antara ibu jari dengan metacarpal pollicis
Distal = Jenis baris dalam tulang carpal yang terdiri dari trapezium, trapezoid, capitates, dan hamate
E
Extension = Melenturkan otot menjauhi sumbu tubuh (depan-belakang)
Eksternal stressing cable = Letak sistem kabel tangan prosthetic yang berada di luar jari tangan prosthetic
F
(depan-IV-19 belakang)
Force = Gaya
Force gauge = Alat yang digunakan untuk mengetahui besarnya gaya tarikan yang diperlukan untuk membuka jari-jari pada protoype tangan prosthetic
G
Grasp = Tangan memegang benda
Gloves = Sarung tangan
H
Hook = Gerakan dimana keempat jari menahan beban yang dilakukan secara vertikal
Hamate = Tulang kecil yang menyusun bagian metacarpal I
Interphalangeal joint = Sendi yang menghubungkan antar phalanx pada jari tangan
Intercarpal joint = Artikulasi antara sepasang tulang carpal
Internal stressing cable = Letak sistem kabel tangan prosthetic yang berada di dalam jari tangan prosthetic
J
Joint = Sendi
L
Lateral = Gerakan pemegangan dimana benda kerja berada dalam apitan antara ibu jari tangan dengan jari telunjuk pada posisi kedua jari mengarah ke depan sedangkan ketiga jari mengarah ke belakang, gerakan ini digunakan ketika memegang benda dengan dimensi yang tipis
Link = Hubungan
Longitudinal axis = Arah sumbu tubuh manusia dalam sumbu-z Lunate = Tulang kecil yang menyusun bagian metacarpal M
IV-20
Metacarpal pollicis = Susunan tulang pada bagian telapak tangan sebagai rumah untuk ibu jari
Metacarpophalangeal joint = Sendi yang menghubungkan antara metacarpal dengan tulang phalanges
Midcarpal joint = Sendi antara dua baris tulang carpal
Myoelectric = Jenis prosthetic yang menerapkan system otomasi dengan syaraf manusia
O
Otto Bock = Perusahaan yang bergerak di bidang orthotic-prosthetic yang berbasis di Jerman
P
Palmar = gerakan dimana benda kerja berada di antara jari telunjuk dan ditahan oleh ibu jari dengan arah gerakan semua jari ke tengah, gerakan ini mirip dengan gerakan lateral
Phalanx phalangeal = Jari tangan prosthetic
Phalanx proximalis = Bagian tulang pada jari tangan yang berhubungan dengan telapak tangan
Phalanx media = Bagian tulang pada jari tangan yang berhubungan dengan phalanx proximalis (ruas jari tengah)
Phalanx distalis = Bagian tulang pada jari tangan yang berhubungan dengan phalanx media (ujung jari)
Power grip = Jenis pemegangan yang membutuhkan kekuatan jari Precision grip = Jenis pemegangan yang membutuhkan ketelitian tinggi Prosthetic = Alat ganti tubuh untuk bagian tubuh yang hilang Proximal = Jenis baris dalam tulang carpal yang terdiri dari lunate,
scaphoid, dan triquetrum R
Radius = Tulang pada bagian lengan bawah sebelah kanan Radiocarpal joint = Sendi dimana seluruh gerakan tangan terjadi S
Sagital plane = Arah tubuh dengan posisi dari belakang ke depan (dalam sumbu-y)
IV-21
kelima jari tangan, gerakan ini digunakan ketika memegang benda berbentuk bola
T
Tip = Gerakan dimana benda ditahan dengan menggunakan ibu jari tangan dan jari telunjuk, gerakan ini mirip dengan gerakan lateral dan palmar
Trapezium = Tulang kecil yang menyusun bagian metacarpal pollicis
Trapezoid = Tulang kecil yang menyusun bagian metacarpal Trapeziometacarpal = Sendi yang menghubungkan antara metacarpal dengan
metacarpal pollicis
Triquetrum = Tulang kecil yang menyusun bagian metacarpal
Thumb = Ibu jari tangan
U
Ulna = Tulang pada bagian lengan bawah sebelah kiri Upper limb prosthetic = Alat ganti tubuh untuk bagian atas tubuh V
Voluntary closing = Sistem penarikan kabel tangan prosthetic dimana kondisi normal tangan prosthetic dalam keadaan membuka
IV-22
BAB I
PENDAHULUAN
Pada bab ini diuraikan beberapa hal pokok mengenai penelitian ini, yaitu latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, batasan masalah dan asumsi, serta sistematika pembahasan.
1.1LATAR BELAKANG
Tangan manusia merupakan salah satu anggota gerak tubuh manusia yang penting dalam melakukan aktivitas sehari-hari. Tangan manusia berfungsi sebagai alat penyeimbang dan pendukung tubuh (Tosberg, 1962). Ketiadaan tangan menyebabkan terganggunya fungsi organ tubuh, sehingga muncul alat bantu pengganti bagian tubuh yang hilang yang disebut dengan prosthetic. Prosthetic
tangan memiliki dua fungsi yaitu sebagai kosmetik dan sebagai alat fungsional.
Prosthetic tangan yang berfungsi sebagai kosmetik bentuknya menyerupai tangan asli, namun tidak dapat berfungsi sebagaimana tangan normal (Weir, et.al, 2001). Sedangkan prosthetic tangan sebagai alat fungsional, diharapkan mampu menjalankan enam model gerakan dasar tangan manusia, yaitu cylindrical, lateral,
palmar, hook, tip, dan spherical (Martel dan Gini, 2007).
Sistem pengoperasian prosthetic tangan produksi dalam negeri masih menggunakan sistem kabel (cable system). Sistem kabel pada prosthetic tangan terdapat dua macam, yaitu sistem external stressing cable dan sistem internal stressing cable. Cara kerja sistem external stressing cable dan sistem internal stressing cable hampir sama, yaitu dengan menarik kabel pada tangan prosthetic
yang dihubungkan pada belt yang tersambung ke bahu pengguna. Ketika pengguna menggerakkan sistem kabel, maka ibu jari pada tangan prosthetic
membuka atau menutup. Perbedaannya hanya terletak pada posisi kabel, dimana pada sistem external stressing cable terletak di luar jari tangan prosthetic, sedangkan pada sistem internal stressing cable terletak di dalam jari tangan
prosthetic.
IV-23
berarti bahwa prosthetic tangan harus dapat memenuhi permintaan dari penggunanya dari sisi penampilan luar (desain cosmetic). Selain itu, prosthetic
tangan nyaman ketika digunakan dan memiliki berat yang seringan mungkin agar dapat meminimasi tekanan pada kulit penggunanya. Prosthetic tangan juga mudah dioperasikan dan memiliki gaya yang rendah ketika digunakan untuk menggenggam objek benda.
Salah satu kriteria desain tangan prosthetic yang baik adalah kemudahan dalam pengoperasiannya. Kemudahan pengoperasian tersebut dapat dilihat dari besarnya gaya tarik yang dibutuhkan tangan prosthetic ketika melakukan gerakan pemegangan. Gaya tarik merupakan gaya yang dibutuhkan untuk menarik kabel dari sistem kabel yang ada dalam tangan prosthetic agar tangan tersebut dapat bekerja. Gaya tarik tersebut terdiri dari dua macam, yaitu gaya tarik dinamis dan gaya tarik statis. Gaya tarik dinamis merupakan gaya yang dibutuhkan tangan
prosthetic dalam kaitannya untuk menggerakkan jari-jari tangan prosthetic sesuai dengan model gerakan tangan manusia. Sedangkan gaya tarik statis merupakan gaya yang dibutuhkan tangan prosthetic dalam kaitannya untuk menekan objek benda yang dipegang. Tangan prosthetic yang baik harus memberikan gaya tarik dinamis serta gaya tarik statis yang minimum ketika dioperasikan. Dalam hal ini desain tangan prosthetic memegang peranan penting. Pada saat pengoperasian untuk melakukan enam gerakan dasar tangan manusia, kebutuhan gaya tarik dinamis dan gaya tarik statis untuk setiap desain bisa berbeda.
Rajiv Doshi, Clement Yeh, dan Maurice LeBlanc dari Palo Alto Healthcare System, Palo Alto melakukan kajian mengenai The design and development of a gloveless endoskeletal prosthetic hand pada tahun 1998 diperoleh hasil bahwa desain jari tangan endoskeletal dengan tiga joint membutuhkan input gaya yang lebih rendah 12% - 24% dalam memegang objek dibandingkan dengan jari tangan
prosthetic dengan dua joint yang dikembangkan sebelumnya oleh Otto Bock dan Army Prosthetics Research Laboratory (APRL). Penggunaan tiga joint pada jari, membuat area pemegangan objek lebih luas dan pergerakan jari juga lebih
IV-24
Penelitian ini dilakukan terhadap tiga jenis desain tangan prosthetic yang dikembangkan oleh Agung S, Herdiman L, dan Theresia A. Perbedaan desain tangan prosthetic terletak pada desain metacarpal dan phalanx phalangeal (jari tangan) dari masing-masing tangan prosthetic. Desain tangan prosthetic yang dikembangkan oleh Agung S menerapkan sistem external stressing cable. Bagian
metacarpal telapak tangan prosthetic terdiri dari dari dua komponen utama, yaitu rangka metacarpal sebagai tempat komponen jari tangan prosthetic dan
metacarpal policis sebagai tempat komponen ibu jari pada tangan prosthetic. Desain lima jari tangan telapak tangan prosthetic terdiri dari dua link, yaitu
phalanx proximal dan phalanx media-distalis. Kelemahan dari desain ini adalah ibu jari (thumb) yang pasif dan tidak mampu bertemu dengan phalanx distilis
telunjuk. Phalanx media dan phalanx distilis juga didesain menjadi satu berupa
phalanx media-distilis, sehingga sulit bagi tangan prosthetic untuk menggenggam objek dengan sudut yang aman mengikuti kontur objek yang digenggam.
Desain tangan prosthetic yang dikembangkan oleh Herdiman L menerapkan sistem internal stressing cable. Rangka metacarpal dirancang menjadi dua bagian, sehingga membentuk sudut pemegangan yang memudahkan pengguna dalam memegang objek. Metacarpal policis didesain fleksibel sehingga dapat diatur sudut kemiringannya untuk memudahkan pengguna dalam memegang objek sesuai dengan besarnya dimensi objek. Jari tangan telapak tangan prosthetic
terdiri dari tiga link, yaitu phalanx proximal, phalanx media, dan phalanx distalis. Pengembangan desain tangan prosthetic sistem internal stressing cable dilakukan oleh Theresia A dengan penambahan sistem puli pada jari tangan prosthetic yang berfungsi sebagai rel kabel sehingga memudahkan saat penarikan kabel. Bagian
metacarpal pollicis dirancang menjadi satu dengan phalanx proximalis ibu jari. Ibu jari didesain mampu berotasi terbatas sehingga dapat bertemu dengan jari telunjuk dan jari tengah.
IV-25
tarik dinamis dan gaya tarik statis jari dari masing-masing tangan prosthetic. Hasil eksperimen nantinya dapat dijadikan sebagai rekomendasi perbaikan desain tangan prosthetic yang memberikan gaya tarik dinamis dan gaya tarik statis jari dengan nilai yang terkecil, sehingga mampu memberikan percepatan yang maksimal pada saat melakukan gerakan pemegangan.
1.2PERUMUSAN MASALAH
Berdasarkan latar belakang masalah di atas, maka permasalahan dalam penelitian ini adalah “bagaimana memilih desain tangan prosthetic berdasarkan pengaruh desain metacarpal dan phalanx phalangeal dalam menghasilkan nilai gaya tarik dinamis dan gaya tarik statis jari tangan prosthetic”.
1.3TUJUAN PENELITIAN
Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian tangan prosthetic, yaitu:
1. Menentukan besarnya nilai gaya tarik dinamis dan gaya tarik statis dari tangan prosthetic.
2. Menentukan rekomendasi dalam pengembangan desain tangan prosthetic
selanjutnya.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat, yaitu:
1. Memberikan bahan pertimbangan untuk pengembangan penelitian tentang tangan prosthetic selanjutnya.
2. Memberikan estimasi gaya tarik dinamis dan gaya tarik statis yang optimal dalam mendesain tangan prosthetic.
1.5 BATASAN MASALAH
Batasan masalah dari penelitian mengenai studi kajian pengembangan telapak tangan prosthetic, sebagai berikut:
1. Kriteria yang digunakan dalam membandingkan ketiga jenis tangan prosthetic
IV-26
2. Pengukuran aktual gaya tarik dinamis dan gaya tarik statis jari tangan prosthetic dilakukan pada posisi arah longitudinal axis (hi gravity effect-low friction) dan sagital plane (hi friction-low gravity effect).
3. Pengukuran gaya tarik statis dilakukan dengan thumb (ibu jari) dalam kondisi pasif.
4. Ketiga model tangan prosthetic dikondisikan dalam sistem voluntary closing
supaya memudahkan dalam perhitungan gaya tarik dinamis dan gaya tarik statis.
1.6 ASUMSI PENELITIAN
Asumsi penelitian diperlukan untuk menyederhanakan kompleksitas permasalahan yang diteliti. Asumsi yang digunakan adalah pengukuran aktual gaya tarik dinamis dan gaya tarik statis jari tangan prosthetic tidak memperhitungkan gaya gesek yang terdapat pada sistem kabel.
1.7SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematika penulisan dibuat agar dapat memudahkan pembahasan penyelesaian masalah dalam penelitian ini. Penjelasan mengenai sistematika penulisan, dapat dijelaskan pada sub bab berikut ini.
BAB I : PENDAHULUAN
Bab ini menguraikan berbagai hal mengenai latar belakang penelitian, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan masalah, asumsi-asumsi dan sistematika penulisan.
BAB II : TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menguraikan teori-teori yang dipakai untuk mendukung penelitian, sehingga perhitungan dan analisis dilakukan secara teoritis. Tinjauan pustaka diambil dari berbagai sumber yang berkaitan langsung dengan permasalahan yang dibahas dalam penelitian.
BAB III : METODOLOGI PENELITIAN
IV-27
dengan permasalahan yang ada mulai dari studi pendahuluan, pengumpulan data sampai dengan pengolahan data dan analisis.
BAB IV : PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
Bab ini berisi data-data yang diperlukan untuk menyelesaikan masalah, kemudian dilakukan pengolahan data secara bertahap.
BAB V : ANALISIS DAN INTERPRETASI HASIL
Bab ini memuat uraian analisis dan intepretasi dari hasil pengolahan data yang telah dilakukan
BAB VI : KESIMPULAN DAN SARAN
IV-28
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menguraikan teori-teori yang diperlukan dalam mendukung penelitian. Bagian pertama bab ini membahas tentang anatomi dan gerakan tangan manusia untuk mengetahui prinsip dan fungsi dasar tangan manusia. Pengetahuan mengenai pengembangan prosthetic tangan diperlukan guna menunjang pembahasan masalah. Sedangkan pengetahuan mengenai konsep gaya dan pegas diperlukan dalam proses pelaksanaan eksperimen. Teori-teori yang berkaitan dengan konsep dasar desain eksperimen faktorial dan Anova diperlukan dalam proses pengolahan data dan analisa.
2.1 TANGAN MANUSIA
Tangan manusia merupakan salah satu anggota gerak tubuh manusia yang penting dalam melakukan aktivitas sehari-hari. Tangan manusia berfungsi sebagai alat penyeimbang dan pendukung tubuh (Tosberg, 1962).
2.1.3 Anatomi tangan manusia
Struktur penyusun tulang telapak tangan manusia terdiri dari banyak tulang kecil yang disebut dengan bagian carpal, bagian metacarpal, dan bagian phalanx. Tulang pada telapak tangan orang normal terdiri dari 27 tulang, yaitu delapan tulang carpal, lima tulang metacarpal, dan 14 tulang
phalanges. Pada bagian tulang carpal, terdapat tulang-tulang kecil yang menyusun bagian tersebut, yaitu tulang lunate, tulang triquetrum, tulang
capitates, tulang scapoid, tulang trapezium, dan tulang trapezoid. Pada bagian
metacarpal, terdiri dari tulang metacarpal untuk empat jari (jari telunjuk, jari tengah, jari manis, dan jari kelingking) serta tulang metacarpal pollicis
yang menghubungkan antara tulang trapezium pada bagian carpal dengan
IV-29
dari phalanx proximalis dan phalanx distalis. Struktur tulang pada tangan manusia dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Struktur tulang pada tangan manusia
Sumber: Papaioannaou, 2000
Pergelangan tangan terdiri dari 10 tulang carpal yang kecil tetapi dapat dibagi berdasarkan fungsi menjadi radiocarpal dan mid-carpal joint.
Radiocarpal joint adalah artikulasi dimana seluruh gerakan tangan terjadi.
Radiocarpal joint meliputi ujung dari tulang radius dan dua tulang carpal
(tulang scapoid dan lunate), serta kontak yang minimal dengan tulang
IV-30
Gambar 2.2 Joint pada tangan manusia
Sumber: Hamill, 2009
Pada tulang carpal terdapat dua baris utama, yaitu baris proximal dan baris distal. Baris proximal terdiri dari tiga tulang carpal yang berperan dalam fungsi joint dari pergelangan tangan (lunate, scaphoid, dan triquetrum) dan tulang pisiform yang terdapat pada bagian tengah tangan. Pada baris
distal, juga terdapat empat tulang carpal, yaitu trapezium, trapezoid, capitates, dan hamate. Artikulasi antara dua baris carpal disebut midcarpal joint, dan artikulasi antara sepasang tulang carpal disebut intercarpal joint. Baris
proximal lebih mudah bergerak daripada baris distal.
Artikulasi carpometacarpal joint (CMC) menghubungkan tulang carpal
dengan masing-masing jari tangan melalui metacarpal. Masing-masing
metacarpal dan phalanx juga disebut sebagai sebuah ray. Terdapat beberapa jumlah tulang dari ibu jari sampai jari kelingking, dengan ibu jari sebagai
ray pertama dan jari kelingking sebagai ray kelima. Artikulasi CMC adalah sebuah joint yang memberikan gerakan yang lebih banyak pada ibu jari dan gerakan yang lebih sedikit pada jari lainnya. CMC joint pada ray yang pertama (ibu jari), adalah sebuah saddle joint yang terdiri dari artikulasi antara trapezium.
Metacarpophalangeal joint (MCP) adalah joint yang menghubungkan antara metacarpal dengan tulang phalanges. MCP joint memungkinkan gerakan pada dua bidang: flexion-extension dan abduction-adduction. Masing-masing jari memiliki dua interphalangeal joint (IP), yaitu proximal interphalangeal (PIP) dan distal interphalangeal (DIP). Ibu jari hanya memiliki satu IP joint karena hanya memiliki dua phalanx, yaitu proximal
dan distal phalanx (Hamill, 2009).
2.1.4 Gerakan Dasar Tangan Manusia
IV-31
Gambar 2.3 Perbedaan jenis pemegangan power grip dan precision grip
Sumber: Hamill, 2009
Keterangan mengenai jenis pemegangan precision grip dan power grip
dapat dilihat pada penjelasan, berikut ini. a. Precision grip,
Pemegangan precision grip membutuhkan kekuatan otot yang lebih kecil, dimana hanya melibatkan dua joint (proximal interphalangeal joint, dan
distal interphalangeal joint) dan hanya melibatkan satu atau dua jari, seperti gerakan menulis dan menjepit. Karakteristik dari jenis pemegangan ini terletak pada kemampuan ibu jari dan metacarpal pollicis. Dalam arah berlawanan ibu jari berotasi membentuk suatu jalur yang berlawanan dengan jari telunjuk dan jari tengah. Pada umumnya, posisi ibu jari lurus dengan jari yang lain membengkok dengan sendi engsel pada bagian sendi metacarpophalangeal. Model gerakan yang termasuk dalam jenis pemegangan precision grip adalah model gerakan
lateral, palmar, dan tip. b. Power grip,
IV-32
jari lebih kecil dibandingkan pada sendi untuk jari yang lain. Pada umumnya, model gerakan variasi dari power grip yang sering dilakukan oleh tangan adalah model gerakan cylindrical, spherical, dan hook.
Enam gerakan dasar tangan manusia meliputi gerakan cylindrical,
lateral, palmar, hook, tip, dan spherical. Penjelasan mengenai keenam gerakan dasar tangan manusia, sebagai berikut:
1. Gerakan cylindrical,
Gerakan cylindrical adalah gerakan benda kerja berada diporos antara jari-jari tangan dan ditahan oleh ibu jari, umumnya geometri benda yang dipegang pada gerakan ini berupa silinder.
Gambar 2.4 Model gerakan tangan cylindrical Sumber: Fukaya and Toyama, 2000
Gerakan cylindrical melibatkan kelima jari tangan yang saling berpengaruh dalam menahan benda agar tidak jatuh, sehingga tulang jari phalanx proximalis, phalanx media, dan phalanx distalis pada tiap jari sangat berperan dalam melakukan gerakan ini.
2. Gerakan lateral,
Gerakan lateral merupakan gerakan benda kerja berada dalam apitan antara ibu jari tangan dengan jari telunjuk pada posisi kedua jari mengarah ke depan sedangkan ketiga jari mengarah ke belakang.
IV-33
Kemampuan dari jari telunjuk dan ibu jari tangan memegang peranan penting dalam melakukan gerakan lateral, dimana benda dijepit pada tulang jari phalanx media dan phalanx distalis dari jari telunjuk dan ibu jari.
3. Gerakan palmar,
Gerakan palmar adalah gerakan benda kerja berada di antara jari telunjuk dan ditahan oleh ibu jari dengan arah gerakan semua jari ke tengah, gerakan ini mirip dengan gerakan lateral.
Gambar 2.6 Model gerakan tangan palmar Sumber: Fukaya and Toyama, 2000
Tulang jari phalanx distalis pada jari telunjuk dan ibu jari melakukan gerakan palmar dengan menjepit benda di antara phalanx distalis kedua jari.
4. Gerakan hook,
Gerakan hook merupakan gerakan keempat jari menahan beban yang dilakukan secara vertikal, contoh penggunaan gerakan ini adalah ketika jari tangan memegang handle koper.
Gambar 2.7 Model gerakan tangan hook Sumber: Fukaya and Toyama, 2000
IV-34
berperan dalam melakukan gerakan ini, karena beban dari benda yang dipegang sangat bergantung pada kekuatan keempat jari.
5. Gerakan tip,
Gerakan tip adalah gerakan dimana benda ditahan dengan menggunakan ibu jari tangan dan jari telunjuk, gerakan ini mirip dengan gerakan
lateral dan palmar.
Gambar 2.8 Model gerakan tangan tip Sumber: Fukaya and Toyama, 2000
Kemampuan dari jari telunjuk dan ibu jari tangan memegang peranan penting dalam melakukan gerakan tip, dimana benda dijepit pada tulang jari phalanx distalis dari jari telunjuk dan ibu jari.
6. Gerakan spherical,
Gerakan spherical melakukan gerakan pemegangan dengan benda kerja ditahan oleh kelima jari tangan, gerakan ini digunakan ketika memegang benda berbentuk bola.
Gambar 2.9 Model gerakan tangan spherical Sumber: Fukaya and Toyama, 2000
IV-35
gerakan ini, karena beban dari benda yang dipegang sangat bergantung pada kekuatan kelima jari.
Metode yang digunakan secara universal untuk menggambarkan gerakan manusia didasarkan pada sistem bidang dan sumbu (Hamill, 2009). Sebuah bidang bersifat datar, permukaannya dua dimensi. Tiga bidang imajiner diposisikan melalui tubuh pada sudut kanan sehingga mereka saling berpotongan pada pusat massa tubuh. Ini merupakan bidang kardinal tubuh. Berikut ketiga bidang yang saling berpotongan.
Gambar 2.10 Bidang cardinal tubuh
Sumber: Hamill, 2009
Kardinal tiga bidang yang berasal dari pusat gravitasi (Hamill, 2009), adalah:
1. Bidang sagital, yang membagi tubuh ke kanan dan kiri. Gerak bidang
sagital dapat mencakup gerakan maju dan mundur. Bidang sagital
IV-36
Gambar 2.11 Contoh gerakan pada bidang sagital
Sumber: Hamill, 2009
2. Bagian depan bidang (frontal), membagi tubuh ke depan dan belakang. Karakteristik gerakan bidang frontal meliputi abduksi dan adduksi paha, jari dan tangan. Contoh gerakannya dapat diamati pada gambar berikut:
Gambar 2.12 Contoh gerakan pada bidang frontal
Sumber: Hamill, 2009
3. Bidang melintang (transverse), contoh dari gerakan pada bidang transverse pada sumbu longitudinal joint adalah gerakan rotasi pada joint
antara ruas tulang belakang, bahu, dan pinggul. Gerakan prontion dan
supination lengan bawah pada radioulnar joint juga merupakan contoh gerakan pada bidang transverse.
Berikut merupakan contoh-contoh gerakan bidang transverse.
Gambar 2.13 Contoh gerakan pada bidang transverse
IV-37 2.2 PROSTHETIC TANGAN
Prosthetic merupakan alat bantu pengganti bagian tubuh manusia yang hilang. Bentuk dan fungsi prosthetic disesuaikan dengan bagian tubuh yang hilang. Penjelasan mengenai prosthetic tangan dapat dilihat pada sub bab, di bawah ini.
2.2.3 Jenis Prosthetic Tangan
Ada beberapa jenis prosthetic tangan yang telah didesain selama ini. Beberapa dari desain tangan prosthetic tersebut awalnya hanya berfungsi sebagai kosmetik meskipun dapat digunakan untuk melakukan gerakan pemegangan yang terbatas (Torsberg, 1962). Secara umum ada tiga kategori dalam prosthetic tangan, yaitu passive prostheses, body powered prostheses, dan externally powered prostheses/myoelectric devices (Herr, et.al, 2001).
1. Passive prostheses,
Passive prostheses adalah jenis pertama dari tangan prosthetic yang dibuat pertama kali oleh Marcus Sergius pada perang Punik tahun 218-201 sebelum Masehi. Tangan prosthetic ini mirip seperti sarung tangan atau baja pelindung tangan, yang dibuat oleh ahli pembuat baju besi. Tangan palsu tersebut dibuat tanpa menggunakan mesin yg dibuat oleh tenaga professional. Walaupun sudah mempresentasikan tangan buatan manusia yang bagus, namun kekurangannya adalah tidak bisa bergerak bebas layaknya tangan manusia secara efektif dan alami.
Gambar 2.14 Passive prostheses
Sumber: Herr, Hugh, et.al, 2001
IV-38 2. Body powered prostheses,
Body powered prostheses ditemukan tahun 1812 ketika Peter Baliff, seorang dokter gigi asal Berlin, menemukan sebuah “terminal device” yang dioperasikan dengan mengikatkan tangan prosthetic dengan tubuh pasien.
Body powered prostheses dioperasikan dengan mengikatkan tubuh dengan pundak dan dijalankan dengan biscapula adduction (melingkar di punggung dan pundak). Tangan prosthetic ini memungkinkan untuk bisa dioperasikan karena ada alat untuk ‘membalikkan lengan’ atau proprosepsi untuk mengarahkan dimana alat tersebut diposisikan untuk “bolak balik” dan untuk mengetahui berapa jumlah energi yg dibutuhkan untuk menggerakkannya. Namun masalahnya untuk menjalankan alat ini harus menggunakan tali pengikat. Untuk mengenakan dan mengangkat peralatan ini agak sulit karena mengganggu pakaian yg dikenakan. Jadi penggunaan alat ini kurang efektif karena juga sulit untuk digerakkan.
Gambar 2.15 Body powered prostheses
Sumber: Herr, Hugh, et.al, 2001
Sistem kabel pada body powered prostheses ada dua macam, yaitu voluntary open dan voluntary closing (Torsberg, 1962). Pada sistem voluntary open, kondisi awal jari tangan prosthetic dalam keadaan menutup, kemudian kabel pada sistem tangan prosthetic ditarik sehingga jari tangan prosthetic
membuka. Sedangkan pada sistem voluntary closing, kondisi awal jari tangan
prosthetic dalam keadaan membuka, kemudian kabel pada sistem tangan
IV-39
Keuntungan dari body powered prostheses adalah memiliki tingkat reliabilitas yang tinggi, bisa digunakan dalam berbagai kondisi lingkungan (basah, kotor, dan berdebu), dan memiliki berat yang ringan.
3. Myoelectric devices,
Myoelectric devices adalah tangan prosthetic listrik yang ditemukan tahun 1948 oleh Rehold Reiner. Jenis ini menggunakan sensor untuk mendeteksi, biasanya tangan prosthetic ini menggunakan sistem penerimaan syaraf melalui elektromiografik untuk mengoperasikan motor elektrik di dalam tangan
prosthetic tersebut. Dan bisa juga untuk mengoperasikan komponen
pergelangan tangan dan siku. Aktifitas Elektromiografik (EMG) sebenarnya berasal dari depolarisasi dan repolarisasi pada membran sel otot individu selama proses pergerakan otot. Dengan menggunakan permukaan elektroda, dapat memungkinkan untuk mengukur perbedaan potensi terhadap kulit disekitar daerah teramputasi.
Gambar 2.16 Myoelectric devices
Sumber: Herr, Hugh, et.al, 2001
Keuntungan dari myoelectric devices adalah mampu mengkombinasikan dua fungsi utama tangan prosthetic (fungsi kosmetik dan alat fungsional), mampu digunakan dalam berbagai macam posisi, dan mudah dalam pengoperasian.
2.2.4 Perkembangan Prosthetic Tangan
Pada dasarnya perkembangan tangan prosthetic dapat dibagi menjadi tiga, yaitu perkembangan prosthetic kosmetik, perkembangan prosthetic
IV-40
Perkembangan telapak tangan prosthetic kosmetik terus menerus dilakukan hingga saat ini, untuk memenuhi tujuan utama prosthtetic, yaitu menyediakan alat pengganti bagian tubuh yang hilang dan memenuhi kebutuhan pasien beserta fungsinya.
Prosthetic kosmetik pertama kali ditemukan pada tahun 2500 sebelum masehi dengan penemuan jari kaki palsu. Kemudian pada saat perang Punic di tahun 218-201 sebelum Masehi, Markus Sergius membuat prosthetic kosmetik dengan bahan dasar baja.
Gambar 2.17 Prosthetic tangan kosmetik
Sumber: Johnson, 2006
Prosthetic fungsional pertama kali dibuat oleh Gotz Von Berlichingen pada tahun 1508. Bentuk dari prosthetic tangan ini tidak menyerupai tangan manusia, meskipun dapat menjalankan beberapa fungsi tangan. Contoh prosthetic tangan fungsional adalah tangan jenis prehensor dan hook.
Gambar 2.18 Prosthetic tangan fungsional jenis prehensor dan hook
Sumber: Johnson, 2006
Prosthetic tangan kosmetik dan fungsional memiliki bentuk yang sudah menyerupai tangan manusia dan mampu menjalankan enam dasar gerakan pemegangan meliputi gerakan spherical, cylindrical, hook, tip, lateral, dan
IV-41
negeri jauh lebih maju dibandingkan prosthetic tangan buatan Indonesia saat ini. Jerman telah mengembangkan prosthetic tangan yang dikombinasikan dengan teknologi robot (humanoid) sejak tahun1980-an hingga saat ini.
Gambar 2.19 Prosthetic tangan kosmetik dan fungsional
Sumber: Johnson, 2006
2.3 GAYA DAN PEGAS
Eksperimen pada tangan prosthetic memerlukan konsep dasar mengenai gaya dan pegas. Selain itu, perlu diketahui mengenai konsep dasar pegas yang digunakan sebagai alat bantu dalam penelitian ini. Berikut ini dijelaskan lebih jauh mengenai pengertian gaya dan pegas.
2.3.3 Gaya
Gaya (force) dinyatakan dalam percepatan yang dialami oleh suatu benda standar bila diletakkan dalam lingkungan tertentu yang sesuai (Physics, 1999). Gaya dapat menyebabkan suatu benda bergerak dengan arah dan percepatan tertentu. Hukum Newton berhubungan erat dengan adanya gaya pada suatu benda.
a. Hukum Newton pertama,
Hukum Newton pertama muncul sebagai hasil jawaban pemikiran Galileo mengenai masalah gerak dan penyebabnya. Bunyi dari pernyataan hukum Newton pertama adalah “setiap benda akan tetap berada dalam keadaan diam atau bergerak lurus beraturan kecuali jika ia
dipaksa untuk mengubah keadaan itu oleh gaya-gaya yang berpengaruh
padanya”. Pada dasarnya hukum Newton pertama ini memberikan pernyataan tentang kerangka acuan pada suatu benda.
IV-42
Hukum Newton kedua berhubungan dengan gaya dan percepatan suatu benda. Suatu gaya total yang bekerja pada sebuah benda dapat membuat kelajuan benda tersebut bertambah, atau jika gaya total berlawanan arah dengan gerak, maka gaya itu akan mengurangi kelajuan. Bunyi dari pernyataan hukum Newton yang kedua adalah “percepatan sebuah benda berbanding lurus dengan gaya total yang bekerja padanya dan berbanding
terbalik dengan massanya. Arah percepatan searah dengan gaya total yang
diberikan”. Pernyataan tersebut dapat disimbolkan sebagai:
m F
aµ
å
………persamaan2.1
dimana a menyatakan percepatan, m untuk massa dan ΣF untuk gaya total. F menyatakan gaya, sehingga ΣF bermakna jumlah vektor dari semua gaya yang bekerja pada benda.
c. Hukum Newton ketiga,
Pernyataan hukum Newton ketiga dikembangkan dari hukum Newton kedua, yaitu berdasarkan pengamatan bahwa suatu gaya yang diterapkan pada setiap benda adalah gaya yang diberikan oleh benda lain. Bunyi dari pernyataan hukum Newton yang ketiga adalah “kapanpun sebuah benda melakukan gaya pada benda kedua, benda yang kedua melakukan sebuah gaya yang sama dan berlawanan pada yang
pertama”. Hukum ini kadang-kadang berbunyi sebagai “terhadap setiap aksi ada suatu reaksi yang sama dan berlawanan”. Hal tersebut berlaku secara sempurna, tapi untuk menghindari kesalahan akan sangat penting untuk mengingat bahwa gaya aksi dan gaya reaksi bekerja pada benda yang berbeda.
2.3.4 Pegas
IV-43
dikelompokkan sesuai dengan arah dan sifat gaya yang dihasilkan ketika pegas mengalami defleksi. Beberapa kelompok pegas, seperti tekan, tarik, radial, dan punter, ditunjukkan dalam tabel 2.1.
Tabel 2.1 Jenis-jenis pegas
Sumber : L.Mott, 2004
Pegas yang digunakan sebagai alat bantu dalam penelitian ini adalah pegas jenis ulir tekan. Pegas ulir tekan umumnya terbuat dari kawat bundar, dililitkan lurus, berbentuk silindris dengan jarak bagi konstan antara lilitan satu dengan lilitan berikutnya.
Gambar 2.21 Pegas ulir tekan
Sumber: L. Mott, 2004
Hubungan antara gaya yang dihasilkan pegas dan defleksinya disebut konstanta pegas, k. konstanta pegas dapat dihitung dengan membagi perubahan gaya dengan perubahan defleksi.
IV-44 dengan; k = konstanta pegas (N/m)
ΔF = perubahan gaya (N) ΔL = perubahan defleksi (m)
2.4 DESAIN EKSPERIMEN
Desain eksperimen merupakan langkah-langkah lengkap yang perlu diambil jauh sebelum eksperimen dilakukan agar supaya data yang semestinya diperlukan dapat diperoleh sehingga akan membawa kepada analisis objektif dan kesimpulan yang berlaku untuk persoalan yang sedang dibahas. (Sudjana, 1995).
An experiment is a test of tests in wihch purposeful changes are made to
the input variables of a process or system so that we may observe and
identify the reasons for changes that may be observed in the output
response. (Montgomery, 1997).
Beberapa istilah atau pengertian yang perlu diketahui dalam desain eksperimen (Sudjana, 1985 ; Montgomery, 1997):
a. Experimental unit (unit eksperimen)
Objek eksperimen dimana nilai-nilai variabel respon diukur. b. Variabel respon(effect)
Disebut juga dependent variable atau ukuran performansi, yaitu output yang ingin diukur dalam eksperimen.
c. Faktor
Disebut juga independent variable atau variabel bebas, yaitu input yang nilainya akan diubah-ubah dalam eksperimen.
d. Level (taraf)
Merupakan nilai-nilai atau klasifikasi-klasifikasi dari sebuah faktor. Taraf (levels) faktor dinyatakan dengan bilangan 1, 2, 3 dan seterusnya. Misalkan dalam sebuah penelitian terdapat faktor-faktor :
IV-45
Selanjutnya taraf untuk faktor a adalah 1 menyatakan laki-laki, 2 menyatakan perempuan (a1 , a2). Bila cara mengajar ada tiga, maka
dituliskan dengan b1, b2, dan b3.
e. Treatment (perlakuan)
Sekumpulan kondisi eksperimen yang akan digunakan terhadap unit eksperimen dalam ruang lingkup desain yang dipilih. Perlakuan merupakan kombinasi level-level dari seluruh faktor yang ingin diuji dalam eksperimen.
f. Replikasi
Pengulangan eksperimen dasar yang bertujuan untuk menghasilkan taksiran yang lebih akurat terhadap efek rata-rata suatu faktor ataupun terhadap kekeliruan eksperimen.
g. Faktor Pembatas/ Blok (Restrictions)
Sering disebut juga sebagai variabel kontrol (dalam Statistik Multivariat). Yaitu faktor-faktor yang mungkin ikut mempengaruhi variabel respon tetapi tidak ingin diuji pengaruhnya oleh eksperimenter karena tidak termasuk ke dalam tujuan studi.
h. Randomisasi
Yaitu cara mengacak unit-unit eksperimen untuk dialokasikan pada eksperimen. Metode randomisasi yang dipakai dan cara mengkombinasikan level-level dari fakor yan berbeda menentukan jenis disain eksperimen yang akan terbentuk.
i. Kekeliruan eksperimen
Merupakan kegagalan daripada dua unit eksperimen identik yang dikenai perlakuan untuk memberi hasil yang sama.
Langkah-langkah dalam setiap proyek eksperimen secara garis besar terdiri atas tiga tahapan, yaitu planning phase, design phase dan analysis phase. (Hicks, 1993).
1. Planning Phase
IV-46
b. Menentukan variabel bebas (dependent variables), yaitu efek yang ingin diukur, sering disebut sebagai kriteria atau ukuran performansi.
c. Menentukan independent variables.
d. Menentukan level-level yang akan diuji, tentukan sifatnya, yaitu : · Kualitatif atau kuantitatif ?
· Fixed atau random ?
e. Tentukan cara bagaimana level-level dari beberapa faktor akan dikombinasikan (khusus untuk eksperimen dua faktor atau lebih).
2. Design Phase
Tahapan dalam design phase adalah :
a. Menentukan jumlah observasi yang diambil.
b. Menentukan urutan eksperimen (urutan pengambilan data). c. Menentukan metode randomisasi.
d. Menentukan model matematik yang menjelaskan variabel respon. e. Menentukan hipotesis yang akan diuji.
3. Analysis Phase
Tahapan dalam analysis phase adalah : a. Pengumpulan dan pemrosesan data.
b. Menghitung nilai statistik-statistik uji yang dipakai. c. Menginterpretasikan hasil eksperimen.
2.4.4 Factorial Experiment
Eksperimen faktorial digunakan bilamana jumlah faktor yang akan diuji lebih dari satu. Eksperimen faktorial adalah eksperimen dimana semua (hampir semua) taraf (levels) sebuah faktor tertentu dikombinasikan dengan semua (hampir semua) taraf (levels) faktor lainnya yang terdapat dalam eksperimen. (Sudjana, 1985).
IV-47
faktor lainnya, maka antara kedua faktor itu terdapat interaksi’ (Sudjana, 1985).
Skema umum data sampel untuk desain eksperimen dapat dilihat pada Tabel 2.1 di bawah ini.
IV-48
Adapun model matematik yang digunakan untuk pengujian data eksperimen yang menggunakan dua faktor dan satu blok adalah sebagai berikut :
Yijkm = m + Ai + Bj + ABij + Ck+ ACik +BCjk + ABCijk+ em(ijk) ……..2.3 dengan;
Yijkm : variabel respon
Ai : faktor desain tangan prosthetic
Bj : faktor arah sumbu gerakan tangan prosthetic
Ck : faktor model gerakan dasar tangan manusia
ABij : interaksi faktor A dan faktor B dihitung harga-harga (Hicks, 1993) sebagai berikut :
IV-49
· Jumlah kuadrat nilai pengamatan yang terdapat dalam taraf ke-i faktor
A (SSA):
· Jumlah kuadrat nilai pengamatan yang terdapat dalam taraf ke-j faktor
B (SSB):
· Jumlah kuadrat nilai pengamatan yang terdapat dalam taraf ke-k faktor
C (SSC) :
· Jumlahkuadrat nilai pengamatan yang terdapat dalam interaksi taraf
ke-ij antara faktor A dan faktor B (SSAxB) : · Jumlah kuadrat nilai pengamatan yang terdapat dalam interaksi taraf
ke-ik antara faktor A dan faktor C (SSAxC) : · Jumlah kuadrat nilai pengamatan yang terdapat dalam interaksi taraf
ke-jk antara faktor B dan faktor C (SSBxC) : · Jumlah kuadrat nilai pengamatan yang terdapat dalam interaksi taraf
IV-50
SSE = SStotal - SSA - SSB – SSC - SSAB – SSAC– SSBC- SSABC …..persamaan 2.12
Tabel Anova untuk eksperimen faktorial dengan tiga faktor (a, b, dan
c), dengan nilai-nilai perhitungan dalam bentuk diatas adalah sebagaimana tabel 2.3. Pada kolom terakhir tabel 2.3, untuk menghitung harga F yang digunakan sebagai alat pengujian statistik, maka perlu diketahui model mana yang diambil. Model yang dimaksud ditentukan oleh sifat tiap faktor, apakah tetap atau acak. Model tetap menunjukkan di dalam eksperimen terdapat hanya m buah perlakuan, sedangkan model acak menunjukkan bahwa dilakukan pengambilan m buah perlakuan secara acak dari populasi yang ada.
Tabel 2.3 Anova eksperimen faktorial 3 faktor desain acak sempurna Sumber Variansi Derajat Bebas
