WEARABLE PENDETEKSI JATUH UNTUK LANJUT USIA MENGGUNAKAN SENSOR INERTIAL MEASUREMENT UNIT MPU6050 - Repository ITK

5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Jatuh pada Orang lanjut usia

Menuju tua (menua) merupakan proses yang terjadi secara alamiah dan terjadi secara terus menerus pada setiap manusia. Dalam UU Nomor 13 Tahun 1998 menyebutkan bahwa orang lanjut usia adalah seseorang yang mencapai usia 60 tahun ke atas. Pada tahap lanjut usia ini juga diiringi dengan proses menurunnya fisik, mental, dan sosial sehingga menjadi kendala untuk melakukan rutinitas sehari-hari. Perubahan pada diri orang lanjut usia ini salah satunya berhubungan dengan risiko jatuh. Jatuh adalah kondisi yang mengakibatkan seseorang mendadak berbaring atau terduduk dilantai dengan atau tanpa kehilangan kesadaran atau luka dengan kecepatan tertentu karena adanya pengaruh gravitasi dari bumi. Ada 3 faktor penyebab besarnya kemungkinan risiko terjatuh pada orang lanjut usia berdasarkan penurunan fisiknya, yaitu Sistem Indera, Sistem Muskuloskeletal, dan Sistem Saraf, dengan tiga faktor yang sangat riskan terjadi pada lansia ini memiliki tingkat kemungkinan terjatuh sangat besar. (Ozcan et al., 2005)

Terjatuh pada lansia akan berakibat fatal karena akan mengalami berbagai jenis cidera, kerusakan fisik dan psikologi. Kerusakan yang paling parah pada fisik adalah patah tulang panggul yang dapat menyebabkan kelumpuhan total. Namun terjadinya kerusakan pada bagian tubuh lain juga memiliki kemungkinan yang cukup besar. Selain pada fisik, pada psikologi juga akan terpengaruhi di mana biasanya para lansia akan syok setelah jatuh dan rasa takut akan jatuh lagi. Dampak yang begitu besar terjadinya jatuh pada lansia ini diperlukan pengawasan yang mumpuni untuk meminimalisir terjadinya jatuh pada lansia. Pengawasan ini bisa dilakukan secara manual maupun secara otomatis. Pengawasan secara manual dilakukan dengan mengikuti secara langsung kegiatan keseharian para lansia yang biasa dilakukan oleh keluarga lansia ataupun asisten rumah tangga, pengawasan ini dianggap kurang efektif dikarenakan butuh pengawasan secara real time untuk mengawasi lansia tersebut. Untuk Pengawasan secara otomatis dapat dilakukan dengan menggunakan perangkat elektronik yang canggih dengan akurasi

6

pendeteksian tinggi yang dianggap efektif dalam pengawasan secara real time untuk mengawasi lansia.

2.2. Sensor MPU6050

Sensor MPU6050 adalah modul komponen elektronik MEMS (Micro Electro Mechanical System) yang memiliki dua fungsi utama untuk membaca percepatan menggunakan Sensor Accelerometer dan kecepatan sudut menggunakan Sensor Gyroscope yang dimilikinya. Sensor MPU6050 juga menggunakan jalur data I2C (Inter Integrated Circuit) sebagai penghubung antara Sensor dengan Mikrokontroler yang akan digunakan (Firman, 2016).

Gambar 2.1 Arah perputaran pada Sensor MPU6050 (wikipedia.org, 2021) Pada Gambar 2.1 merupakan arah perputaran yang dapat dibaca oleh Sensor MPU6050. Ada 3 arah perputaran yang dapat dibaca oleh Sensor MPU6050 yang pertama Roll yaitu gerakan berputar terhadap sumbu longitudinal (kanan dan kiri), Pitch yaitu gerakan berputar terhadap sumbu lateral (depan dan belakang), dan Yaw yaitu gerakan berputar terhadap sumbu vertikal. Sensor MPU6050 juga memiliki skala pengukuran Accelerometer ±2g, ±4g, ±8g, ±16g dan Gyroscope ±250 deg/s,

±500 deg/s, ±1000 deg/s, ±2000 deg/s, yang dimaksud dari ±2g adalah sensor mampu membaca nilai maksimum hingga 2g dan ±250 deg/s adalah sensor mampu membaca nilai maksimum hingga 250 deg/s. Dan berikut merupakan Spesifikasi dan fitur-fitur dari MPU6050 ini, yaitu:

1. Power Supply dengan range 3,3-5 V.

2. Sensor menggunakan protokol I2C.

7 3. Terdiri dari 3-Axis Accelerometer dan 3-Axis Gyroscope.

4. Skala pengukuran Accelerometer ±2g, ±4g, ±8g, dan ±16g.

5. Skala pengukuran Gyroscope ±250 deg/s, ±500 deg/s, ±1000 deg/s,

±2000 deg/s.

6. Terdapat ADC 16 bit untuk Sensor Accelerometer dan Sensor Gyroscope.

7. Dapat dipasangkan dengan sensor lain yang memiliki protokol I2C seperti magnetometer.

8. Terdapat Sensor Temperatur.

Gambar 2.2 Sensor MPU6050 (amazon.com)

2.2.1. Accelerometer

Accelerometer merupakan sensor yang berfungsi untuk mengukur percepatan. Percepatan merupakan perubahan kecepatan terhadap waktu tertentu.

Kecepatan yang berubah bisa semakin cepat ataupun lambat. Percepatan memiliki besaran dan arah, sehingga percepatan merupakan besaran vektor (Rakhman et al., 2015).

Accelerometer untuk saat ini adalah perangkat elektromekanis yang dapat mengukur percepatan statis dan linear. Semua benda di bumi dipengaruhi percepatan statis, sehingga selalu ditarik ke titik pusat bumi. Nilai percepatan statis tersebut bernilai sebesar 9,80665 m/s². Sedangkan percepatan linear adalah percepatan ketika benda bergerak. Contohnya, percepatan bola yang ditendang atau kendaraan yang sedang melaju di jalan. Dengan memanfaatkan percepatan statis

8

ini, sensor dapat digunakan untuk mendeteksi nilai kemiringan dari sebuah benda.

Pengaplikasian pengubahan mode orientasi pada layar smartphone juga memanfaatkan sensor accelerometer. Sedangkan pada percepatan linear, sensor pada aplikasinya dapat digunakan sebagai bagian dari peralatan navigasi. Saat ini terdapat 3 macam sensor accelerometer, 1 sumbu, 2 sumbu (x-y), dan 3 Sumbu (x- y-z ). (Rakhman et al., 2015).

Gambar 2.3 Arah Sumbu Accelerometer (mathworks.com)

Pendeteksian percepatan ini berdasarkan 3 sumbu yang berada pada bagian kanan-kiri (Ax), atas-bawah (Ay), dan depan-belakang (Az). Sensor ini dapat beroperasi untuk pengukuran kecepatan mesin, getaran mesin, getaran pada bangunan, dan kecepatan yang disertai pengaruh gravitasi bumi. Prinsip kerja dari accelerometer yaitu berdasarkan pada medan magnet yang digerakkan pada suatu konduktor pada medan magnet dan nantinya akan timbul induksi elektromagnetik pada konduktor tersebut. Contoh pengoperasian sensor accelerometer adalah pada penggunaan Smartphone, dan juga Safety Installation pada kendaraan mobil.

2.2.2. Gyroscope

Gyroscope merupakan sensor yang berfungsi untuk mengukur dan menentukan orientasi pada benda berdasarkan ketepatan momentum sudut.

Gyroscope berupa sensor gyro untuk menentukan orientasi gerak yang bertumpu pada cakram yang berotasi dengan cepat pada sumbu. Sederhananya gyroscope berfungsi untuk menghasilkan keluaran berupa kecepatan sudut sesuai dengan gerakan yang dilakukan oleh pengguna. (Rif’an et al., 2012)

9 Gambar 2.4 Arah Sumbu Gyroscope (mathworks.com)

Pendeteksian Gyroscope ini berdasarkan 3 sumbu yang pada sumbu x disebut sebagai phi (kanan-kiri), sumbu y disebut sebagai theta (atas-bawah), dan sumbu z disebut sebagai psi (depan-belakang). Prinsip kerja dari gyroscope yaitu pada saat sumbu x gyroscope berotasi searah dengan jarum jam, maka tegangan keluaran yang dihasilkan sumbu x akan mengecil sedangkan jika sumbu x berotasi berlawan dengan jarum jam, maka tegangan keluaran yang dihasilkan sumbu x akan membesar. Dan saat gyroscope tidak sedang berotasi maka tegangan keluaran akan sesuai nilai offset dari sensor tersebut.

2.3. NodeMCU ESP8266

NodeMCU adalah sebuah mikrokontroler yang berbasis chip ESP8266 dengan kemampuan menjalankan fungsi mikrokontroler dan juga koneksi internet (WiFi). Terdapat beberapa pin I/O (Input/Output) sehingga dapat dikembangkan menjadi sebuah aplikasi monitoring maupun mengontrol pada proyek IoT.

NodeMCU ESP8266 dapat diprogram dengan compiler-nya Arduino, menggunakan Arduino IDE. Bentuk fisik dari NodeMCU ESP8266, terdapat port USB (micro USB) sehingga akan memudahkan dalam pemrogramannya.

NodeMCU ESP8266 merupakan modul turunan pengembangan dari modul platform IoT (Internet of Things) keluarga ESP8266 tipe ESP-12. Secara fungsi modul ini hampir menyerupai dengan platform modul arduino, tetapi yang membedakan yaitu dikhususkan untuk “Connected to Internet“.

(Hidayati et al., 2018)

10

Gambar 2.5 Pin NodeMCU (nyebarilmu.com, 2017)

Adapun Spesifikasi dari NodeMCU diatas sebagai berikut:

1. Input daya: 4.5V ~ 9V via Micro USB 2. Tegangan antarmuka komunikasi: 3.3V.

3. Standar nirkabel 802.11 b / g / n

4. WiFi di 2.4GHz, mendukung mode keamanan WPA / WPA2 5. Pin Digital D0 ~ D8

6. Pin SD1 ~ SD3

7. Pin Analog AD0: 1 saluran ADC 8. Kecepatan transfer: 110-460800bps

9. Mendukung antarmuka komunikasi data UART / GPIO 10. Pembaruan firmware jarak jauh (OTA)

11. Suhu kerja: -40 Deg ~ + 125 Deg 12. Ukuran flash: 4MByte

2.4. Metode Threshold

Metode Threshold merupakan metode yang akan digunakan dalam klasifikasi gerakan jatuh dan gerakan biasa. Penentuan nilai threshold dilakukan dengan menganalisa semua nilai total percepatan dan total kecepatan sudut dari gerakan

11 jatuh, kemudian diambil nilai minimum Accelerometer Magnitude dan Gyroscope Magnitude untuk dijadikan nilai threshold atau menganalisa semua nilai total percepatan dan total kecepatan sudut dari gerakan biasa, kemudian diambil nilai maksimum Accelerometer Magnitude dan Gyroscope Magnitude untuk dijadikan nilai threshold(Bourke and Lyons, 2008).

Pada metode ini, parameter yang digunakan adalah Accelerometer Magnitude (AM) dan Gyroscope Magnitude (GM). Total percepatan dapat dihitung dengan persamaan (2.1), di mana 𝐴𝐶𝐶𝑥, 𝐴𝐶𝐶𝑦, dan 𝐴𝐶𝐶𝑧 adalah gravitasi percepatan pada sumbu 𝑥, 𝑦, dan z

𝐴𝑀 = √(𝐴𝐶𝐶𝑥)²+ (𝐴𝐶𝐶𝑦)²+ (𝐴𝐶𝐶𝑧)² (2.1) (Tsani and Mulyadi, 2019) Kemudian untuk menghitung total kecepatan sudut dapat digunakan dalam persamaan (2.2), di mana 𝐺𝑦𝑟𝑜𝑥, 𝐺𝑦𝑟𝑜𝑦, dan 𝐺𝑦𝑟𝑜𝑧 adalah kecepatan sudut sumbu 𝑥, 𝑦, dan 𝑧.

𝐺𝑀 = √(𝐺𝑦𝑟𝑜𝑥)²+ (𝐺𝑦𝑟𝑜𝑦)²+ (𝐺𝑦𝑟𝑜𝑧)² (2.2) (Tsani and Mulyadi, 2019)

2.5. IFTTT (If This Then That)

IFTTT adalah istilah dari If This Then That. IFTTT merupakan layanan web service yang memungkinkan kita untuk melakukan aksi atau perintah di dua atau lebih aplikasi, device dan layanan berbeda secara otomatis untuk menyelesaikan tugas. Kata “This” sendiri mewakili aplikasi utama, dan kata “That” mewakili aplikasi kedua atau aplikasi lainnya yang akan dihubungkan. Konsep API dari IFTTT sendiri mungkin terlihat seperti Yahoo! Pipes yang sampai saat ini tidak ada pembaharuan lagi sejak tahun 2012. Karena IFTTT bekerja menghubungkan dua layanan service secara langsung, maka masalah privasi konsumen adalah salah satu yang dipentingkan. Untuk kebijakan perlindung privasi IFTTT (ifttt.com/privacy) mengatakan perusahaan menggunakan standar industri untuk melindungi informasi pribadi konsumennya. Jadi konsumen yang sebagai contoh menggunakan akses IFTTT seperti DropBox tidak perlu merasaha khawatir untuk keamanan data yang mereka miliki (Ovadia, 2014).

12

Gambar 2.6 IFTTT (kominfo.slemankab.go.id, 2017)

Sederhananya Layanan IFTTT dirancang untuk mengotomatiskan berbagai perintah dengan satu kali tekan. Layanan ini sampai dengan sekarang telah terintegrasi dengan lebih dari 500 layanan aplikasi seperti Android, iOS, Blogspot, WordPress, Google Drive, Google Calender, DropBox, Evernote, Sosial Media seperti (Facebook, Twitter, Instagram), dan lain-lain. Beberapa contohnya penggunaannya adalah mengirimkan file yang berada di dalam DropBox ke dalam Evernote secara otomatis, contoh lainnya adalah ketika ada notifikasi adanya artikel terbaru dari Blogspot ataupun WordPress favorit kita dapat langsung mengirimkan link artikel terbaru tersebut melalui SMS ke nomor hp sehingga bisa langsung dibuka. Layanan ini juga dapat digunakan saya gratis tanpa berbayar, tetapi memiliki limitasi untuk menggunakan 2 layanan dalam waktu yang bersamaan, tetapi jika ingin berlangganan perbulannya dapat menggunakan semua fitur yang tersedia di IFTTT tanpa batas limitasi.

2.6. Evaluasi Deteksi Jatuh

Evaluasi Deteksi Jatuh digunakan untuk mengukur parameter spesifitas, sensitivitas, akurasi, dan juga error untuk mengetahui tingkat keandalan dari perancangan Wearable Pendeteksi Jatuh yang akan dibuat. Untuk menghitung Spesifisitas dapat menggunakan persamaan (2.3), Sensitivitas dapat menggunakan persamaan (2.4), dan Akurasi dapat menggunakan persamaan (2.5) :

𝑆𝑝𝑒𝑠𝑖𝑓𝑖𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 = 𝑇𝑁 𝑇𝑁 + 𝐹𝑃

(2.3) (Hardiyanto and Anggun Sartika, 2018)

13 𝑆𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑎𝑠 = 𝑇𝑃

𝑇𝑃 + 𝐹𝑁

(2.4)

𝐴𝑘𝑢𝑟𝑎𝑠𝑖 = 𝑇𝑃 + 𝑇𝑁 𝑇𝑃 + 𝐹𝑃 + 𝑇𝑁 + 𝐹𝑁

(2.5)

(Hardiyanto and Anggun Sartika, 2018)

Dengan keterangan, yaitu TP adalah True Positive, di mana sistem mendeteksi sebagai gerakan jatuh ketika sebenarnya jatuh. False Positive di mana sistem mendeteksi gerakan jatuh ketika sebenarnya tidak jatuh. True Negative, di mana sistem mendeteksi sebagai gerakan tidak jatuh ketika sebenarnya tidak jatuh.

False Negative, di mana sistem mendeteksi sebagai gerakan tidak jatuh ketika sebenarnya jatuh. (Hardiyanto and Anggun Sartika, 2018)

Mean Absolute Error adalah salah satu metode yang digunakan untuk mengukur tingkat keandalan model peramalan. Nilai MAE menunjukan rata-rata error absolute antara hasil peramalan dengan nilai acuan. Untuk perumusannya dapat dilihat pada persamaan (2.6)

𝑀𝐴𝐸 = 1

𝑛∑^𝑛 |𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑃𝑒𝑟𝑎𝑚𝑎𝑙𝑎𝑛 − 𝑁𝑖𝑙𝑎𝑖 𝐴𝑐𝑢𝑎𝑛|

𝑖=1

(2.6)

(Suryanto, 2019)

2.7. Penelitian Sebelumnya

Berikut adalah hasil rangkuman dari penelitian terdahulu yang memiliki keterkaitan dengan penelitian yang akan dilakukan

Tabel 2.1. Perbandingan Penelitian Sebelumnya

Peneliti Judul Metode Hasil

(Nari et al., 2017)

A Simple Design of Wearable Device for

Fall Detection with Accelerometer and

Gyroscope

Dengan mencari nilai magnitude percepatan dan

kecepatan sudutnya

Sensitivitas alat mencapai 90% dan

Spesifisitas alat mencapai 86,7%

14

Peneliti Judul Metode Hasil

(Gumilar and Rachmat,

2018)

Sistem Pendeteksi Jatuh Wireless Berbasis Sensor Accelerometer

Pengujian alat hanya mencari nilai magnitude

percepatan menggunakan

sensor accelerometer

Nilai magnitude jatuh depan sebesar

2,916 G dan jatuh belakang sebesar

2,580 G

(Siregar et al., 2018)

Real-time monitoring system for elderly people in detecting falling movement using

accelerometer and gyroscope

Pengujian alat deteksi jatuh

dengan mensetting parameter nilai percepatan jika nilai <200 ms

maka akan dinyatakan jatuh dan jika >200ms maka dinyatakan

tidak jatuh

Akurasi dari hasil notifikasi berupa

SMS yang menggunakan modul SIM 800L

sebesar 93,75%

(Tsani and Mulyadi,

2019)

Sistem Pendeteksi Jatuh Wearable untuk Lanjut

Usia Menggunakan Accelerometer dan

Gyroscope

Dengan mencari nilai magnitude percepatan dan

kecepatan sudutnya

Sensitivitas alat mencapai 82,5% ,

Spesifisitas alat mencapai 91,67%,

Akurasi alat mencapai 88%, dan

Akurasi pengiriman notifikasi 96,97%