PROPOSAL...sistem kardiovaskular dan pulmonari karena pasien akan menggerakkan lebih banyak otot,...

PROPOSAL

PENELITIAN UNGGULAN ITS (TERAPAN MULTIDISIPLIN)

DANA ITS TAHUN 2020

FUNCTIONAL ELECTRICAL STIMULATION (FES) CYCLING

EXERCISE SYSTEM BERBASIS FUZZY LOGIC CONTROL UNTUK

PASIEN PASCA STROKE

Tim Peneliti:

Ketua: Dr. Achmad Arifin, S.T., M.Eng.

Departemen Teknik Bimedik, Fakultas Teknologi Elektro dan

Informatika Cerdas, ITS

Anggota 1: Muhammad Hilam Fatoni, S.T., M.T.



Anggota 2: Ellya Zulaikha, ST, M.Sn, Ph.D.

Departemen Desain Produk, Fakultas Desain Kreatif dan Bisnis Digital,

ITS

Anggota 3: Eko Agus Suprayitno, S.T., M.T,


Informatika Cerdas ITS

Mitra: Andra Risciawan, Manufaktur Robot Indonesia

Anggota Mahasiswa: Rizky Mayardiyah Syafitri Pandiangan



DIREKTORAT PENELITIAN DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

1

DAFTAR ISI

Daftar Isi 1

Daftar Tabel 2

Daftar Gambar 3

Daftar Lampiran 4

Bab I Ringkasan 5

Bab II Latar Belakang 7

Bab III Tinjauan Pustaka 10

Bab IV Metode 17

Bab V Jadwal dan Rencana Anggaran Biaya 21

Bab VI Daftar Pustaka 24

Bab VII Lampiran 25

2

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Fuzzy Rule Set 18

Tabel 4.2 Tahapan pelaksanaan penelitian 19

Tabel 5.1 Jadwal Penelitian 21

Tabel 5.2 Rencana Anggaran Biaya 22

3

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3. 1 Skematik Rangkaian Boost Converter 10

Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem Loop Tertutup 11

Gambar 3. 3 Sistem Mekanik Lima-sudut 12

Gambar 3. 4 Ilustrasi Sudut saat Gerakan 12

Gambar 3.5 Tahapan dalam Sistem Fuzzy 13

Gambar 3. 6 Fishbone Diagram Penelitian 15

Gambar 4. 1 Diagram Blok Sistem 16

Gambar 4.2. Model Cycling Machine 16

Gambar 4. 2 Diagram Blok Rangkaian FES 17

4

DAFTAR LAMPIRAN

Biodata Ketua Peneliti 24

Biodata Anggota Peneliti 26

Surat Perrnyataan Mitra 34

5

BAB I RINGKASAN

1.1 Latar Belakang Penelitian

Penyakit stroke menyebabkan sebagian besar penderitanya mengalami paralysis pasca stroke berupa

kehilangan kemampuan menggerakkan organ motorik seperti kaki dan tangan akibat hilangnya sinyal

perintah motorik dari otak. Hal ini menyebabkan degenerasi sistem motorik yang hilangnya

kemampuan kontraksi otot untuk menghasilkan gaya otot untuk pergerakan. Paralysis dapat diatasi

dengan terapi baik terapi fisik maupun terapi elektrik. Terapi fisik dilakukan pada awal penyembuhan

pasca stroke untuk melawan kekakuan sendi (spaticity), sedangkan terapi elektrik dengan menggunakan

Functional Electrical Stimulation (FES) untuk menormalisasi sistem syaraf motorik yang mengalami

kerusakan selama serangan stroke. Pemulihan kemampuan gerak pasien pasca stroke merupakan bagian

dari bidang fokus penelitian kami di Laboratorium Biocyberrnetics Departemen Teknik Biomedik ITS

karena rehabilitasi dengan FES membutuhkan keterlibatan closed-loop system control dan meregulasi

pola stimulasi FES pada otot subject. Gerakan cycling merupakan gerakan dasar pada lower limb,

sehingga dengan merehabilitasi kemampuan gerak dasar, diharapkan dapat mengembalikan

kemampuan functional movement pada lower limb pasien pasca stroke.

1.2 Tujaun Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk mendisain sistem latihan cycling FES untuk pasien pasca stroke.

Sistem berupa platform kursi roda berpedal yang dapat dikayuh dilengkapi dengan unit FES sebagai

penghasil artificial electrical stimulation dan controller unit berbasis fuzzy logic controller untuk

mengendalikan parameter stimulator sesuai dengan capaian dari poses cycling. Sistem yang didisain

akan menjadi prototype rehabilitasi FES cycling pasca stroke di ITS sehingga dapat digunakan untuk

langkah lanjutan penelitian klinis. Aspek ilimiah dapat dikembangan dalam hal pengembangan platform

mekanik FES cycling exercise system, pengembangan portable FES system, dan metoda fuzzy

controller yang meliputi penentuan variabel dalam disain, iterasi disain, dan performance evaluation.

FES cycling exercise ditujukan agar dapat digunakan di rumah dengan sedikit atau tanpa bantuan terapis

sehingga meningkatkan kenyamanan bagi pasien pasca stroke.

1.3 Tahapan Metode Penelitian

Pada penelitian ini akan dikembangkan untuk pemulihan fungsi alat gerak bawah pada latihan gerakan

mengayuh pedal seperti orang bersepeda yang sering disebut FES cycling exercise. Gerakan mengayuh

pedal melibatkan banyak otot sebagaimana gerakan berjalan. Selain itu, gerakan mengayuh tidak

memerlukan kontrol keseimbangan yang rumit karena dilakukan dalam posisi duduk sehingga dinilai

lebih aman. Besarnya stimulus FES yang diberikan pada otot kaki ditentukan menggunakan logika fuzzy

dengan memanfaatkan sudut kayuh (crank angle) yang diakuisisi melalui rotary encoder.

Pengembangan metode ini ditujukan untuk memberi variasi terapi alat gerak bawah pada pasien pasca

stroke. Selain itu, penggunaan FES cycling exercise juga diharapkan mampu meningkatkan kondisi

sistem kardiovaskular dan pulmonari karena pasien akan menggerakkan lebih banyak otot, sehingga

jantung akan memompa darah lebih cepat dan paru-paru akan mengambil oksigen lebih banyak untuk

memenuhi kebutuhan oksigen tubuh. Tahapan dalam panelitian ini meliputi (i) disain platfotm cycling

(ii) disain unit multichannel portable functional electrical stimulation (iii) disain fuzzy logic controller

(iv) performance evaluation system (v) expermient with normal subjects (vi) experiment with paralyzed

subject

1.4 Luaran

Luaran yang ditargetkan pada penelitian ini berupa system prototype FES cycling exercise dengan

kendali fuzzy logic controller yang dalam tahapan yang diuusulkan akan direalisasikan dan diujicoba.

Luaran yang lain berupa aspek ilmiah dari proses disain dan performance evaluation dalam bentuk

makalah pada international conference maupun pada international journal.

6

1.5 Kata kunci

Functional electrical stimulation (FES), rehabiliitasi stroke, FES cycling, fuzzy logic controller

7

BAB II LATAR BELAKANG

2.1 Latar belakang

Stroke merupakan penyakit akibat gangguan peredaran darah pada otak yang dipengaruhi oleh banyak

faktor risiko terdiri dari yang tidak dapat diubah berupa usia dan jenis kelamin serta yang dapat diubah

seperti hipertensi, peningkatan kadar gula darah, dyslipidemia, dan pekerjaan. Stroke merupakan

penyakit terbanyak ketiga setelah penyakit jantung dan kanker dengan angka kematian penderita stroke

di Amerika setiap tahunnya adalah 50 – 100 dari 100.000 orang penderita menurut American Heart

Association (AHA) [1]. Di Indonesia sendiri, dari seluruh penderita stroke yang ada, stroke iskemik

merupakan jenis yang paling banyak diderita yaitu sebesar 52,9%, diikuti secara berurutan oleh

pendarahan intraserebral, emboli dan pendarahan subaraknoid dengan angka kejadian masing-

masingnya sebesar 38,5%, 7,2%, dan 1,4% [2].

Selain menjadi penyebab kematian, stroke juga merupakan penyakit penyebab kecacatan tertinggi di

dunia. Terdapat 33 juta orang di dunia yang diperkirakan pernah menderita kecacatan pasca stroke

seperti ketidakseimbangan postur tubuh, pelemahan otot pada alat gerak baik atas maupun bawah, dan

kelumpuhan baik sebagian (hemiplegic) atau seluruh (tetraplegic) alat geraknya[3]. Pasien pasca stroke

yang mengalami kelumpuhan sebagian sering kali menggunakan kursi roda sebagai alat bantu

mobilisasinya. Hal ini menyebabkan penurunan kesehatan pada penderita stroke karena tubuh dan kaki

yang tidak digerakkan akan menyebabkan kekakuan pada otot. Selain itu, minimnya gerakan yang

dilakukan pasien stroke juga menyebabkan penurunan fungsi kardiovaskular dan pulmonari.

Rendahnya tingkat kebugaran tubuh seringkali juga menghasilkan partisipasi sosial dan kualitas hidup

yang rendah. Sehingga, diperlukan terapi atau latihan pasca stroke pada pasien untuk merestorasi fungsi

dari alat gerak tubuhnya.

Pada kasus fisioterapi alat gerak bawah, tidak banyak pasien yang mampu melakukan terapi berjalan

atau berdiri karena terjadinya pelemahan atau kelelahan otot sehingga fisioterapi saja dirasa kurang

maksimal. Selain itu, terapi duduk juga dianggap cukup membosankan karena kurangnya variasi

gerakan saat terapi. Oleh karena itu, dipakai bantuan stimulasi berupa FES (Functional Electrical

Stimulation). FES merupakan teknik terapi yang berfungsi membuat otot berkontraksi dengan cara

memberikan stimulasi berupa arus listrik lemah dalam bentuk pulsa-pulsa [4]. Penggunaan sistem

closed-loop FES didasarkan untuk meminimalkan kelelahan otot karena stimulasi listrik yang berlebih

atau tidak sesuai, sehingga digunakan kontroler berupa sensor untuk dijadikan feedback pada sistem.

Salah satu terapi berbasis FES yang dipelajari yaitu terapi untuk gerakan mengayuh pedal seperti

aktivitas bersepeda yang sering disebut FES cycling. Hal ini didasarkan pada pendapat bahwa FES

cycling dianggap lebih aman dibandingkan terapi berjalan atau berdiri karena dilakukan dalam posisi

duduk sehingga menghindari resiko terjatuh, tersandung, dll. Selain itu, terapi menggunakan gerakan

mengayuh pedal juga memberikan variasi gerakan baru sehingga gerakan terapi tidak monoton. Terapi

FES cycling juga mampu meningkatkan fungsi kardiovaskular dan pulmonari karena gerakannya yang

dinamis sehingga melibatkan lebih banyak otot. Pada penelitian ini, dilakukan pengembangan terhadap

penggunaan FES pada gerakan mengayuh pedal (cycling) untuk restorasi fungsi alat gerak bawah pada

pasien pasca stroke.

2.2 Permasalahan

Pada penelitian ini akan dikembangkan untuk pemulihan fungsi alat gerak bawah pada latihan gerakan

mengayuh pedal seperti orang bersepeda yang sering disebut FES cycling exercise. Berdasarkan latar

belakang yang telah diuraikan, permasasalan penelitian dirumuskan sebagai berikut.

a. Bagaimana disain platrom mekanik cycling untuk FES cycling exercise systemBagaimana disain unit multichannel portable functional electrical stimulation.

8

b. Bagaimana disain fuzzy logic controller yang meliputi penentuan variable input dan output, basis pengetahuan, dan simulasi kontrol untuk pengujian awal.

c. Bagaimana disain performance evaluation system. d. Bagaimana disain expermiental tests dari sistem yang diwujudkan yang melibatkan normal

subjects dan with paralyzed subjects.

2.3 Tujuan Khusus

Penelitian ini ditujukan untuk menghasilkan prototype system rehabilitasi pasien pasca stroke berupa

platform kursi roda berpedal (cycling) yang dapat dikayuh. Sebagai perangkat terapi platformini

dilengkapi dengan unit FES sebagai penghasil artificial electrical stimulation dan controller unit

berbasis fuzzy logic controller untuk mengendalikan parameter stimulator sesuai dengan capaian dari

poses cycling. Sistem yang didisain akan menjadi prototype rehabilitasi FES cycling pasca stroke di

ITS sehingga dapat digunakan untuk langkah lanjutan penelitian klinis.

Keterlibatan kecerdasan buatan dalam bentuk metoda kontrol yakni Fuzzy Logic Controller. Peneliti

dengan latar belakang Biocycbernetic dan Rehabilitation Engineering, mengkaji variabel-varibale

penting dari genarakan cycling dan hubungannya dengan intensitas stimluasi dari FES dan kinematika

gerakan yang diumnpanbalikkan dalam system, menjadi satu set variable design. Unsur nonlinearity

dari neuro-muculo-skeletal system pada manusia diwujudkan dalam ruzzy rule dari fuzzy controller.

Fuzzy rule yang dikembangkan mengakomodasi unsur keamanan dalam gerakan cycling selama pasien

diterapi, sehingga system yang dihasilkan dalam penelitian ini diharapkan dapat digunakan pasien

secara mandiri.

Realisasi dari prototype system rehabilitasi FES cycling akan membawa dampak tersedianya peralatan

yang dapat ditindaklanjuti dengan pengujian klinis pada tahapan berikutnya. Yang pada akhirnya akan

membawa dampak keterpakaian keahlian bidang Rekayasa Rehabilitasi Medik dalam menyediakan

peralatan kesehatan.

Dalam proses penelitian dihasilkan data dan pengetahuan ilimiah mengenai pengembangan platform

mekanik FES cycling exercise system, pengembangan portable FES system, dan metoda fuzzy

controller yang meliputi penentuan variabel dalam disain, iterasi disain, dan performance evaluation.

FES cycling exercise ditujukan agar dapat digunakan di rumah dengan sedikit atau tanpa bantuan terapis

sehingga meningkatkan kenyamanan bagi pasien pasca stroke.

2.4 Urgensi Penelitian

Penelitian ini dilatarbelakangi kebutuhan peralatan terapi yang melibatkan kecerdasan buatan dalam

rangka mengatur parameter stimulasi FES pada pasien yang sedang diterapi kemampuan gerak bagian

bawah. Peneliti dengan latar belakang yang sesuai, dengan pengetahuan dalam movement science dan

rehablitation engineering menganalisa variabel penting dalam merealisasikan prototype FES cycling

exercise. Pada prototype yang kami usulkan menggunakan unsur kecerdasan buatan dalam fuzzy logic

controller yang mewujudkan unsur kecerdasan dalam menirukan manusia bernalar untuk

menmpertimbangkan varibale yang diukur dari kinematika cycling dalam menentukan intensitas

stimulasi FES. Sehingga nonlinearity dari neuro-musculo-skeletal system dapat dikaji dengan seksama

dan output dari kontroller sesuai dengan yang diharapkan, sehingga dapat meminimalkan muscle

fatigue dan efek terapi menjadi optimal.

Penelitian yang diusulkan ini merupakan bagian dari Penelitian Unggulan ITS Terapan Multidisplin.

Dalam menyelesaikan permasalahan disain platfrom keterlibatan dari bidang disain produk sangat

penting. Sehingga persoalan disain platfrom mekanik cycling dipecahkan oleh tim peneliti secara

multidisplin. Penelitian yang kami usulkan memiliku urgensi yang kuat untuk dapat dijalankan pada

tahun ini dan 2 tahun kedepan hingga dapat merealisasikan perlatan rehabilitasi FES yang dapat

digunakan oleh pasien secara mandiri dan aman dengan fuzzy logic controller.

Kontribusi dari penelitian ini meliputi kontribusi ilmiah dan kontribusi praktis. Kontribusi ilmiah yang

diharapkan dalam penelitian ini adalah dapat memperkaya khasanah pengetahuan dalam bentuk

9

publikasi karya ilmiah mengenai metode rehabilitasi bagi orang yang mengalami disabilitas khususnya

pada alat gerak bawah dengan memanfaatkan FES. Kontribusi praktis yang diharapkan dalam penelitian

ini meliputi sektor pemerintah, sektor swasta, dan sektor publik (masyarakat). Kontribusi praktis bagi

pemerintah adalah mendukung program pemerintah untuk meningkatkan kualitas hidup masyarakat,

khususnya pada bidang kesehatan. Kontribusi praktis bagi pihak swasta adalah memberikan peluang

pengembangan teknologi rehabilitasi, khususnya yang berkaitan dengan rehabilitasi pada alat gerak

bawah. Kontribusi praktis bagi masyarakat adalah membantu meningkatkan kualitas hidup orang yang

mengalami disabilitas.

10

BAB III TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Penyakit Stroke

Menurut World Health Organization (WHO), stroke adalah gangguan fungsi saraf akut yang

disebabkan oleh terganggunya peredaran darah di otak secara mendadak [5]. Stroke menempati urutan

ketiga sebagai salah satu penyebab kematian setelah penyakit jantung dan kanker serta menjadi

penyebab utama kecacatan yang dialami manusia [6]. Jumlah penderita stroke di Indonesia tahun 2013

berdasarkan diagnosis tenaga kesehatan diperkirakan sebanyak 1.236.825 orang (7.0%) dan menjadi

10.9% pada tahun 2018 [7]. Menurut patofisiologinya, stroke dapat dikategorikan kedalam dua kategori

yaitu stroke iskemik dan stroke hemoragis. Stroke iskemik dan hemoragis seringkali diawali oleh

adanya luka pada pembuluh darah arteri. Disebut stroke iskemik karena adanya sumbatan pembuluh

darah oleh thromboembolic yang mengakibatkan daerah dibawah sumbatan tersebut mengalami

iskemik. Hal ini sangat berbeda dengan stroke hemoragis yang terjadi akibat adanya mycroaneurisme

yang pecah.

Dari seluruh penderita stroke di Indonesia, stroke iskemik merupakan jenis yang paling banyak diderita

yaitu sebesar 52,9%, diikuti secara berurutan oleh pendarahan intraserebral, emboli dan pendarahan

subaraknoid dengan angka kejadian masing-masingnya sebesar 38,5%, 7,2%, dan 1,4% [2]. Ada

beberapa faktor yang mampu menyebabkan seorang individu menjadi lebih rentan terhadap stroke.

Faktor ini dapat dikategorikan menjadi dua yaitu faktor yang tidak dapat dimodifikasi dan faktor yang

dapat dimodifikasi. Faktor yang tidak dapat dimodifikasi meliputi usia, jenis kelamin, dan riwayat

keluarga. Sedangkan faktor yang dapat dimodifikasi meliputi hipertensi, diabetes, merokok, obesitas,

infeksi, dll.

3.2 Functional Electrical Stimulation (FES)

FES merupakan teknik terapi yang mampu menghasilkan kontraksi pada otot dengan cara memberikan

stimulus berupa arus listrik lemah dalam bentuk pulsa [4]. Karakteristik dari sinyal FES adalah sebagai

berikut [8]:

1. Berbentuk impuls, dengan lebar pulsa sebesar 200 us. 2. Frekuensi sinyal sebesar 20 Hz. 3. Besar arus yang diijinkan maksimum 60 mA. 4. Amplitudo tegangan DC sebesar 0 – 100 V. 5. Mode monophasic signal (sinyal 1 polaritas).

Gambar 3. 2 Skematik Rangkaian Boost Converter [9]

Karakteristik tersebut dapat diubah tergantung impedansi dari kulit pasien (berkisar antara 1 KΩ – 10

KΩ). Selain itu, duty cycle dari sinyal pulsa yang dihasilkan FES juga perlu diperhatikan. Apabila

frekuensi yang diset tinggi dan duty cycle yang dipakai juga tinggi, maka akan mempercepat kelelahan

pada otot. Namun jika duty cycle diset terlalu rendah, akan mengakibatkan pergerakan otot yang tidak

optimal. Gambar 2.1 merupakan skematik rangkaian FES sederhana yang terdiri dari rangkaian boost

converter, PWM, dan pembangkit pulsa [9]. Ketika saklar dalam keadaan closed, maka diode akan

bekerja secara reversed sehingga arus listrik mengalir ke induktor. Ketika saklar dalam keadaan open,

diode akan aktif sehingga arus dari induktor mengalir ke load. Keluaran yang dihasilkan akan memiliki

11

tegangan yang lebih besar dibandingkan masukannya karena adanya induktor yang menambah arus

masukan. Tegangan dari keluaran akan dijaga oleh kapasitor dengan nilai kapasitansi tinggi yang

dipasang parallel dengan load agar ripple tegangan tetap rendah.

Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem Loop Tertutup

Sistem loop tertutup (closed-loop) adalah suatu sistem pengaturan dimana output yang dihasilkan

memililki pengaruh terhadap pengaturan pada sistem. Oleh karena itu, sistem loop tertutup juga dapat

disebut sistem umpan balik. Diagram blok dari sistem loop tertutup dapat dilihat pada Gambar 2.3.

Selisih dari output yang diinginkan (desired output) dengan output yang dihasilkan sistem akan

dimasukkan kembali pada sistem sebagai umpan balik untuk selanjutnya menuju kontroler. Umpan

balik berfungsi agar output yang dihasilkan semakin mendekati output yang diinginkan. Kelemahan

sistem open-loop FES dapat diatasi menggunakan sistem closed-loop. Stimulus FES Cycling

3.3 FES Cycling

Gerakan mengayuh dapat dimodelkan menjadi sistem mekanik lima-sudut seperti pada Gambar 3.4 [10].

Seluruh sudut pada sistem diasumsikan sebagai sendi dengan satu Degree of Freedom (DoF). Dua sudut

yang merepresentasikan sendi pinggul dan pusat rotasi dari kayuhan diasumsikan tetap. Sudut nol

derajat dari sudut kayuh (crank angle) didefinisikan sebagai sudut dimana pedal parallel dengan

permukaan tanah dan pedal kiri berada didekat panggul. Pada gerakan mengayuh, terdapat dua posisi

pedal dimana momen total yang mengacu pada putaran kayuh bernilai nol. Dua posisi tersebut disebut

dengan “dead spot” dan terjadi saat sudut kayuh bernilai 00 dan 1800 yang diberi simbol A dan A’. Dead

spot pada gerakan mengayuh didefinisikan sebagai titik transisi dari momen ekstensi ke momen fleksi.

Sudut lutut dituliskan kedalam Persamaan 3.1

cos 𝛼 = 𝑙𝑎

2 + 𝑙𝑏2 − 𝑙𝑐

2 − 𝑙𝑑2

2 𝑙𝑎 𝑙𝑏+

𝑙𝑐+𝑙𝑑𝑙𝑎 𝑙𝑏

cos 𝜃 (3.1)

dimana 𝑙𝑎 , 𝑙𝑏 , 𝑙𝑐 , 𝑑𝑎𝑛 𝑙𝑑 adalah panjang dari paha kiri, betis kiri, paha kanan, dan betis kanan.

Saat nilai 𝜃 bernilai 00 atau 1800, maka akan didapat nilai maksimum dan minimum untuk 𝛼. Untuk mengatasi dead spot, maka otot yang akan distimulus (otot quadriceps dan hamstring) harus diberikan

stimulus disekitar dead spot. Gaya yang diperlukan untuk mengayuh juga harus memiliki energi kinetik

yang melebihi potensial gravitasi dari alat gerak yang lumpuh dan bagian berputar pada pedal (gear)

untuk menghindari gerakan mengayuh yang terbalik (backward pedaling).

12

Gambar 3. 3 Sistem Mekanik Lima-sudut [10]

Terdapat aspek lain yang juga memengaruhi desain dari pola stimulasi. Pertama, regangan pasif dari

hip extensor yang menghasilkan resistansi terhadap gerakan mengayuh. Resistansi akan semakin besar

ketika panggul mendekati sudut fleksi yang besar seperti pada Gambar 3.4 (a) sehingga batas bawah

dari stimulasi harus diperlebar hingga 00 (stimulus dimulai pada 𝜃𝑏) seperti Gambar 3.4 (b). Kedua, delay dari respon otot (latency) antara stimulasi dan gaya yang dibangkitkan juga harus

dipertimbangkan. Delay rata-rata sekitar 0.1 sekon dibutuhkan untuk menghasilkan torsi puncak setelah

stimulasi diaktifkan. Sebagai pertimbangan respon delay dari alat gerak yang mengalami kelumpuhan,

permulaan stimulasi harus dipindah menjadi 𝜃𝑐 seperti pada Gambar 3.4(c). Transformasi waktu delay terhadap sudut kayuh pada kecepatan minimum memerlukan gerakan mengayuh kontinu yang konstan

sehingga stimulasi akhir yang dihasilkan seperti Gambar 4.3 (d). Setelah batasan dari stimulasi

didefinisikan, pola stimulasi seperti ramp dipakai untuk menghindari gerakan mengayuh yang tersendat

akibat stimulasi on-off pada otot secara mendadak.

Gambar 3. 4 Ilustrasi Sudut saat Gerakan [10]

(a) Sudut Awal sebelum Aspek Regangan Pasif Hip Extensor, (b) Sudut Perubahan Akibat Adanya

Pertimbangan Regangan Pasif Hip Extensor, (c) Sudut Perubahan Akibat Aspek Latency Respon

Otot, (d) Stimulasi Akhir yang DihasilkanFuzzy Logic

3.4 Fuzzy Logic Control

13

Logika fuzzy diperkenalkan pertama kali pada tahun 1965 oleh Prof. Lutfi A. Zadeh yang beranggapan

bahwa logika nol-satu seperti logika tegas, suatu elemen mempunyai dua pilihan yaitu terdapat dalam

himpunan (bernilai satu) dan tidak terdapat pada himpunan (bernilai nol), tidak dapat mewakili setiap

pemikiran manusia. Logika fuzzy dikembangkan untuk mempresentasikan setiap keadaan dimana

terdapat nilai diantara nol dan satu (keanggotaan elemen berada di interval [0,1]) sehingga dapat dilihat

bahwa perbedaan antara logika tegas dan logika fuzzy terletak pada keanggotaan elemen dalam suatu

himpunan.

Logika fuzzy menjadi alternatif dari berbagai sistem untuk pengambilan keputusan karena memiliki

beberapa kelebihan seperti

1. Memiliki konsep yang sederhana sehingga mudah untuk dimengerti. 2. Mampu beradaptasi terhadap perubahan dan ketidakpastian. 3. Memiliki toleransi terhadap data yang tidak tepat. 4. Mampu mensistemkan fungsi non-linier yang kompleks. 5. Merupakan bentuk pengaplikasian pengalaman/pengetahuan dari pakar (knowledge based). 6. Mampu bekerjasama dengan teknik kontrol secara konvensional. 7. Didasarkan pada bahasa sehari-hari sehingga mudah dimengerti.

Gambar 3.5 Tahapan dalam Sistem Fuzzy [11]

Berdasarkan kelebihan yang telah disebutkan, logika fuzzy dinilai cocok digunakan sebagai

sistem kontrol pada FES karena otot yang distimulasi oleh sistem FES memiliki karakteristik non-linier.

Selain itu, otot yang distimulasi sistem FES juga memiliki karakteristik time varying seperti variasi dari

kondisi fisik otot, perubahan kekuatan otot, dan kelenturan otot. Sistem FES juga bersifat subject-

dependent dimana tiap-tiap orang membutuhkan besaran stimulus yang berbeda menghasilkan gerakan

dan memiliki resistansi kelelahan otot yang berbeda dan cenderung rendah. Oleh karena itu, dibutuhkan

sistem kontrol yang fleksibel dalam hal pengaturannya.

Tahapan dalam sistem fuzzy dapat diilustrasikan seperti pada Gambar 3.5 yang terdiri dari empat

tahapan yaitu fuzzifikasi, aturan fuzzy, inferensi, dan defuzzifikasi [11].

1. Fuzzifikasi Fuzzifikasi didefinisikan sebagai pemetaan dari himpunan tegas (crisp set) ke himpunan fuzzy

(fuzzy set). Kriteria yang harus dipenuhi pada proses fuzzifikasi adalah semua anggota pada

himpunan tegas harus termuat dalam himpunan fuzzy.

2. Aturan fuzzy Aturan fuzzy (fuzzy rules) yang digunakan pada himpunan fuzzy adalah aturan if then yang

dibedakan menjadi dua yaitu proposisi fuzzy atomic dan proposisi fuzzy compound. Proposisi

fuzzy atomic adalah pernyataan single dimana x sebagai variabel linguistik dan A adalah

himpunan fuzzy dari x. Proposisi fuzzy compound adalah gabungan dari proposisi fuzzy atomic

yang dihubungkan dengan operator “OR”, “AND”, dan “NOT”. Contoh “𝑥 𝑖𝑠 𝑃” adalah contoh dari proposisi fuzzy atomic sedangkan “𝑥 𝑖𝑠 𝑄 𝐴𝑁𝐷 𝑥 𝑖𝑠 𝑅” adalah contoh dari proposisi fuzzy compound.

3. Inferensi fuzzy Inferensi fuzzy merupakan tahap evaluasi pada aturan fuzzy. Terdapat dua macam inferensi fuzzy

yang sering digunakan dalam penelitian yaitu metode Mamdani dan Sugeno. Metode Mamdani

menggunakan fungsi implikasi minimum dan agregasi maksimum sedangkan metode Sugeno

menggunakan agregasi berupa singleton-singleton.

14

4. Deffuzifikasi Defuzzifikasi merupakan pemetaan dari himpunan fuzzy ke himpunan tegas. Himpunan fuzzy

yang dimaksud adalah hasil output yang diperoleh dari hasil inferensi. Ada beberapa metode yang

dipakai untuk proses defuzzifikasi seperti metode centroid yang mengambil nilai titik pusat dari

daerah fungsi keanggotaan (center of gravity), bisector, Mean of Maximum (MoM), Largest of

Maximum (LoM), dan Smallest of Maximum (SoM).

3.5 Road Map Penelitian

Penelitian yang diusulkan berupa metode rehabilitasi lower limb pada pasien pasca stroke dengan

memanfaatkan FES dalam latihan gerakan mengayuh pedal. Penelitian ini didasarkan atas tinjauan

peneliti sebelumnya yang berpendapat bahwa rehabilitasi lower limb yang dikombinasikan dengan

stimulasi listrik meningkatkan efektifitas terapi yang dijalankan pasien. Salah satu gerakan terapi yang

aman bagi penderita stroke yang kehilangan fungsi dari alat gerak bawahnya adalah gerakan mengayuh

karena dilakukan dalam keadaan duduk sehingga tidak memerlukan pengaturan keseimbangan yang

kompleks. Pemodelan stimulus untuk gerakan mengayuh didasarkan pada penelitian oleh Chen Jia Jin

dan Matthew J. Bellmann. Sedangkan desain yang dikembangkan dalam penelitian kali ini

menggunakan pedal exerciser yang dikombinasikan denga kursi roda sebagai tempat duduk pasien

untuk mengurangi biaya dan memudahkan pemakaian oleh pengguna karena tidak perlu berpindah dari

kursi rodanya.

Desain FES didasarkan pada penelitian Achmad Fanany dan perancangan akuisisi data posisi kaki

didasarkan pada penelitian Takashi Watanabe dengan mengubah sensor yang digunakan menjadi rotary

encoder untuk mendapatkan posisi sudut kayuh yang akan digunakan sebagai masukan sistem kontrol

sehingga otot mampu melakukan gerakan mengayuh pedal dengan optimal. Pada penelitian ini,

pengaturan FES dilakukan pada besarnya nilai stimulus yang diberikan. Besarnya nilai stimulus

bergantung pada error yang dihasilkan sistem kontrol. Semakin besar error maka nilai dari stimulus

semakin besar, begitu juga sebaliknya.

Adapun sistem kontrol yang diusulkan menggunakan sistem kontrol berbasis logika fuzzy yang akan

mengatur besarnya stimulus listrik yang diberikan pada pasien berdasarkan penelitian Chen Jia Jin dan

Rahman Davoodi. Pada penelitian kali ini, penggunaan logika fuzzy menggunakan input posisi sudut

kayuh (crank angle) yang diakuisisi melalui sensor rotary encoder dengan set of rules yang sama yaitu

seven-to-seven rule table. Logika fuzzy dipilih sebagai sistem kontrol pada FES karena otot yang

distimulasi oleh sistem FES memiliki karakteristik non-linier. Selain itu, otot yang distimulasi sistem

FES juga memiliki karakteristik time varying seperti variasi dari kondisi fisik otot, perubahan kekuatan

otot, dan kelenturan otot. Sistem FES juga bersifat subject-dependent dimana tiap-tiap orang

membutuhkan besaran stimulus yang berbeda menghasilkan gerakan dan memiliki resistansi kelelahan

otot yang berbeda dan cenderung rendah. Oleh karena itu, dibutuhkan sistem kontrol yang fleksibel

dalam hal pengaturannya.

Penambahan rangkaian monitoring selama latihan diberikan untuk melengkapi informasi kondisi tubuh

subjek pra dan pasca latihan gerakan mengayuh pedal. Monitoring yang ditambahkan berupa

monitoring saturasi oksigen dalam tubuh menggunakan rangkaian pulse oximeter dengan tampilan antar

muka agar subjek atau terapis mampu melakukan pemantauan. Berdasarkan penelitian yang dilakukan

sebelumnya, maka penelitian yang diusulkan pada proposal ini adalah rehabilitasi alat gerak bawah

(lower limb) pada pasien pasca stroke dengan memanfaatkan FES pada latihan gerakan mengayuh pedal.

Adapun fishbone dari usulan yang diajukan disajikan pada Gambar 3.6.

15

Gambar 3. 6 Fishbone Diagram Penelitian

16

BAB IV METODE

4.1 Disain Sistem

Diagram blok dari sistem diilustrasikan pada Gambar 4.1. Sistem pada penelitian ini dimulai dengan

memberikan stimulus FES hingga kecepatan kayuh bernilai 25 rpm. Gerakan mengayuh akan

menghasilkan nilai dari posisi pedal atau sudut kayuh (crank angle) yang didapatkan dari rotary

encoder. Sudut kayuh yang dihasilkan dari gerakan mengayuh pedal akan diproses sehingga diperoleh

kecepatan yang dihasilkan oleh subjek. Selisih kecepatan yang diinginkan (desired speed) dengan

kecepatan yang dihasilkan akan menjadi umpan balik yang mengurangi nilai masukan. Masukan

selanjutnya akan diproses oleh sistem kontrol menggunakan logika fuzzy. Logika fuzzy dipakai untuk

memberikan kontrol terhadap besarnya stimulus FES yang akan diberikan pada otot alat gerak bawah.

Sistem fuzzy akan memroses data masukan (crisp input) berupa kecepatan kayuh untuk kemudian

diubah menjadi fuzzy input sesuai dengan fungsi membership yang telah ditentukan. Pada penelitian ini

diajukan tujuh fuzzy set dengan fungsi membership berbentuk segitiga yang merepresentasikan nilai

negative big (NB), negative medial (NM), negative small (NS), zero (ZE), positive small (PS), positive

medial (PM), dan positive big (PB). Pada penelitian ini, aturan fuzzy (rules) yang dipakai menggunakan

seven-by-seven rule table berdasarkan step respon sistem orde dua. Tahap selanjutnya adalah inferensi

fuzzy untuk mengevaluasi rules yang telah dibuat melalui metode implikasi dan agregasi sehingga

menghasilkan suatu nilai dalam fuzzy value. Nilai akan diubah kembali menjadi crisp value sebagai

hasil keluarannya. Nilai inilah yang dipakai untuk menentukan besarnya stimulus FES yang akan

diberikan.Semakin besar error yang dihasilkan sistem, maka stimulus yang diberikan oleh rangkaian

FES akan semakin besar dengan nilai arus maksimum sebesar 20 mA. Sebaliknya, semakin kecil error

Gambar 4. 3 Diagram Blok Sistem

Gambar 4.2. Model Cycling Machine [12]

17

yang dihasilkan sistem, maka stimulus yang diberikan oleh rangkaian FES akan semakin kecil. Stimulus

FES akan merangsang otot pada alat gerak bawah untuk bekerja sehingga menghasilkan gerakan

mengayuh pedal. Model dari platform cycling machine yang akan direalisasikan pada penelitian ini

diadopsi dari disain Huang et.al [12] pada Gambar 4.2. Pada tahap awal bersama dengan disain

rangkaian FES dan fuzzy controller, disain geometris dari cycling machine akan dilakukan dan ditindak

lanjuti dengan realisasi system. Pengalaman dalam merealisasikan electric wheelchair pada penelitian

sebelumnya (PTUPT Dikti 2018-2020) sangat membantu dalam disain dan realisasi cycling machine.

Sensor yang digunakan pada penelitian ini adalah rotary encoder. Rotary encoder dipakai untuk

menentukan nilai sudut kayuh yang dihasilkan dari perputaran gear akibat gerakan mengayuh. Nilai

dari sudut kayuh ini kemudian digunakan untuk menghitung kecepatan kayuh yang dihasilkan subjek

saat melakukan latihannya. Oleh karena itu, sensor akan diletakkan disekitar gear sedemikian rupa

sehingga ketika gear berputar, sensor juga ikut berputar dan menghasilkan nilai sudut. Nilai yang

didapatkan selanjutnya diproses pada mikrokontroller untuk menghasilkan kecepatan kayuh.

Sementara itu, elektroda yang digunakan adalah transcutaneous electrode (elektroda yang ditempelkan

pada permukaan kulit) berupa disposable electrode. Elektroda yang digunakan akan diletakkan pada

empat jenis otot untuk masing-masing kaki yaitu Rectus femoris dan Vastus lateralis untuk bagian

quadriceps serta Bicep femoris dan Semimembranosus untuk bagian harmstring.

4.2 Disain Multichannel Poratbel FES

Rangkaian FES merupakan gabungan dari tiga rangkaian berbeda yaitu rangkaian boost converter,

rangkaian pembangkit pulsa, dan rangkaian driver channel. Ketiga rangkaian ini digabungkan

sedemikian rupa sehingga menghasilkan suatu rangkain FES. Keluaran rangkaian boost converter akan

menjadi masukan rangkaian pembangkit pulsa, masukan rangkaian boost converter berasal dari

masukan tegangan DC 5V dan PWM dari mikrokontroller, serta masukan rangkaian driver channel

berasal logika high-low yang dihasilkan mikrokontroller. Blok diagram dari rangkaian FES dapat dilihat

pada Gambar 4.3.

Rangkaian boost converter digunakan untuk menaikkan tegangan input. Tegangan masukan pada boost

converter sebesar 5V dengan frekuensi 20 kHz. Sesuai Gambar 3.3, rangkaian boost converter juga

membutuhkan masukan Pulse Width Modulation (PWM) untuk menghasilkan keluaran berbentuk pulsa.

Pengaturan PWM dapat menggunakan transistor tipe MOSFET karena memiliki switching frequency

yang tinggi, tegangan drop forward yang rendah, dan tegangan breakdown yang tinggi. Pemilihan tipe

transistor juga harus memenuhi kriteria dimana tegangan VCE transistor lebih besar dari tegangan

maksimal yang mampu dikeluarkan rangkaian boost converter serta arus yang mampu dilewatkan

transistor lebih besar dari arus yang dihasilkan dari rangkaian boost converter. Pemilihan tipe diode

Gambar 4. 4 Diagram Blok Rangkaian FES

18

juga didasarkan pada kemampuan switching diode tersebut. Dibutuhkan diode dengan kecepatan

switching yang tinggi agar mampu menaikkan tegangan input.

Rangkaian pembangkit pulsa digunakan untuk menghasilkan pulsa dengan lebar 200µS serta frekuensi

20 Hz. Rangkaian berupa half H-bridge dengan memanfaatkan transistor NPN dan PNP yang

dihubungkan pada kaki kolektornya. Penghubungan dari kedua kaki kolektor ini akan menghasilkan

nilai keluaran transistor yang selalu berkebalikan. Penambahan transistor NPN dan IC inverter pada

kaki base transistor PNP dilakukan karena saat transistor pada half H-bridge aktif, nilai tegangan VBC pada PNP akan sangat besar. Rangkaian driver channel digunakan untuk menggantikan penggunaan

solid state relay. Selain itu, rangkaian ini juga digunakan sebagai pengatur channel aktif melalui IC

inverter. Rangkaian driver channel mirip dengan rangkaian pembangkit pulsa, namun masukan untuk

IC inverter berupa logika high-low.

4.3 Disain Fuzzy Logic Controller

Langkah selanjutnya adalah perancangan kontroler menggunakan fuzzy logic. Sistem yang dipakai

adalah sistem single-input-single-output (SISO) dengan masukan berupa gain dari intensitas stimulus

dan keluaran berupa kecepatan kayuh. Sesuai diagram blok sistem pada Gambar 3.1, proses fuzzifikasi

akan mengubah masukan proses error (E) dan perubahan error (∆𝐸) kedalam variabel linguistik. Nilai E dan ∆𝐸 didapat dari pengurangan kecepatan kayuh sebelumnya terhadap kecepatan kayuh sekarang. Fungsi membership yang dipakai berbentuk segitiga karena memiliki beberapa keuntungan seperti

sifatnya yang linear sehingga penrhitungan lebih sederhana, perpotongan antar fuzzy set yang sesuai,

dan menghasilkan steady-state error yang lebih kecil dibandingkan fungsi membership yang lain.

Fungsi membership yang digunakan berbentuk segitiga sebanyak tujuh fungsi dengan keterangan

negative big (NB), negative medial (NM), negative small (NS), zero (ZE), positive small (PS), positive

medial (PM), dan positive big (PB) yang merepresentasikan besarnya stimulus yang diberikan.

Kumpulan aturan (set of rules) yang digunakan untuk mengoperasikan fuzzy set dari E dan ∆𝐸 adalah seven-by-seven rule table berdasarkan step response dari sistem orde dua seperti pada Tabel 4.1

sedangkan proses defuzzifikasi menggunakan metode centroid.

Tabel 4. 1 Fuzzy Rule Set

NB NM NS ZE PS PM PB

NB NB NB NB NB NM NS ZE

NM NB NB NB NM NS ZE PS

NS NB NB NM NS ZE PS PM

ZE NB NM NS ZE PS PM PB

PS NM NS ZE PS PM PB PB

PM NS ZE PS PM PB PB PB

PB ZE PS PM PB PB PB PB

4.4 Tahapan Penelitian

Tahapan penelitian untuk melaksanakan bagian per bagian dari sistem pada sub bab 4.1. sampai dengan

sub bab 4.3 di atas yang akan direalisasikan dan proses integrasi dan pengujian performansi, serta

eksperimen dengan melibatkan subyek normal dan subyek paralyzed kami jelaskan pada Tabel 4.2.

∆ 𝐸 , 𝐸

19

Subject penelitian berupa sub topik dalam melaksanakan penelitian yang kami usulkan terbagi dalam

tiga tahun meliputi:

a. Disain Multichannel FES

b. Disain sensor encoder

c. Disain main controller unit berbasis STM32

d. Disain plaftrom cycling machine

e. Finishingcycling machine

f. Disain Fuzzy Logic Controller

g. Integrasi Sistem & Evaluation

h. Experimentel test 1 (with normal subjects)

i. Experimental test 2 (with paralyzed subjects)

Untuk subject a sampai dengan c, saat ini peneliti pada Laboratorium Biocybernetics Departemen

Teknik Biomedik ITS dan mahasiswa tugas akhir sudah familiar dengan probelm design pada bisang

ini. Sehingga untuk penelitian yang kami usulkan merupakan aplikasi dari pengetahuan pada para

peneliti untuk FES cycling. Prototype rangkaian yang pernah direalisasikan dapat diadopsi untuk

realisasi protype tahap pertama dari penelitian ini. Parameter disain kami sesuaikan untuk aplikasi lower

limb.Pelaksanaan setiap tahap dan l;uaran dari tiap pelaksanaan subyek penelitain dijelaskan pada Tabel

4.2. Disain dan realisasi FES unit dan control system sangat ditunjang oleh pengalaman dalam

pengembangan FES control system berbasis fuzzy logic [13]-[16].

Tabel 4.2 Tahapan pelaksanaan penelitian

Subyek Penelitian Tahun Pelaksanaan Penanggung Jawab Luaran

2020 2021 2022

Disain Multichannel

FES

XX Achmad Arifin

Risky Pandyangan

Multichannel

FES circuit

Disain sensor encoder XX Andra Risciawan

Muhammad Hilam Fatoni

Encoder sensor

Disain controller unit

STM32

XX Muhammad Hilam Fatoni

Eko Agus Suprayitno

Main controller

Unit

Disain cycling machine XX XX Ellya Zulaykha

Andra Risciawan

Achmad Arifin

Main protoype

Cycling

Machine

Finishingcycling

machine

XX Andra Risciawan

Ellya Zulaykha

Main protoype

Cycling

Machine

finalized

Disain Fuzzy Logic

Controller

XX XX Achmad Arifin

Muhammad Hilam Fatoni

Fuzzy

Controller

Integrasi Sistem &

Evaluation

XX XX Muhammad Hilam Fatoni

Eko Agus Suprayitno

Integrated

Protoype,

Experimental test 1 XX Achmad Arifin

Ellya Zulaykha

Tested System,

Scientific Paper

Experimental test 2 XX Muhammad Hilam Fatoni

Eko Agus Suprayitno

Scientific Paper

20

Luaran yang potensial dari penelitian ini meliputi:

1. Protoype system FES cycle exercise for post stroke patient 2. Patent dari rancangan protoype system (point 1) 3. HAKI dari software fuzzy logic controller 4. Publikasi ilmiah data pengujian fuzzy logic controller 5. Publikasi ilmiah pengaruh cycling exercise dengan FES terhadap

(a) Menurunnya spasticity (b) Meningkatkanya joint stability (c) Meningkatnya Range of Motion (ROM) dari persendian knee, hip, knee joint angle (d) Meningkatnya saturated oxygen yang berkorelasi dengan meningktnya performansi

cardiovasular dan pulmonary system

(e) Meningkatkan voluntary movement pada pasien setelah melalui terapi terporgram dan berjangka.

21

BAB V JADWAL DAN RANCANGAN ANGGARAN BIAYA

5.1. Jadwal Penelitian

Tabel 5.1 Jadwal Penelitian

Tahun I

Kegiatan Pelaksanaan Bulan ke

3 4 5 6 7 8 9 10 11

Disain Multichannel

FES

Disain sensor encoder XX

Disain controller unit

STM32

XX

Disain cycling machine XX XX

Laporan Kemajuan

Disain Fuzzy Logic

Controller

XX XX

Laporan Akhir

Penelitain

Tahun II


3 4 5 6 7 8 9 10 11

Evaluasi hasil tahun I

Finishingcycling

machine

Refining disain Fuzzy

Logic Controller

Laporan kemajuan

Integrasi Sistem I

Review Etik Penelitian

Experimental test 1

Laporan akhir

Tahun III


3 4 5 6 7 8 9 10 11

Evaluasi hasil tahun II

Review Etik Penelitian

Integrasi Sistem &

Performance Evaluation

Persiapan Pasien

Laporan Kemajuan

Experimental test 2

Publikasi & Laporan

22

5.2. Anggaran Biaya

Tabel 5.2 Rencana Anggaran Biaya

Tahun I (dalam Rupiah)

Alat/Bahan/kegiatan jumlah satuan biaya satuan jumlah

Komponen

elektonika analog

10 set 1.000.000,- 10.000.000,-

Komponen

elektonika digital

10 set 1.250.000,- 12.500.000,-

Disain dan realisasi

Platform cycling

machine

1 unit 40.000.000,- 40.000.000,-

Bahan habis

mekanik

5 set 800.000,- 4.000.000,-

Jasa pembuatan

PCB

5 set 400.000,- 2.000.000,-

Bahan habis

kelistrikam

5 set 1.000.000,- 5.000.000,-

Sensor encoder and

controller

2 set 2.000.000,- 4.000.000,-

Perjalan dalam kota 5 kali 200.000,- 1.000.000,-

Kertas HVS 10 RIM 30.000,- 300.000,-

Katridge Printer 10 buah 200.000,- 2.000.000,-

Perjalanan dalam

negeri

4 kali 5.000.000,- 20.000.000,-

Administrasi

laporan

2 set 2.000.000,- 4.000.000,-

Publikasi 1 unit 5.000.000 5.000.000,-

Total biaya 109.800.000,-

Tahun II (dalam Rupiah)

Alat/Bahan/kegiatan jumlah satuan biaya satuan jumlah

Disain dan realisasi

Platform cycling

machine tahap 2

1 unit 40.000.000,- 40.000.000,-

Refening control

system

2 set 10.000.000,- 20.000.000,-

Bahan habis

mekanik

3 set 800.000,- 2.400.000,-

Jasa pembuatan

PCB

5 set 400.000,- 2.000.000,-

Bahan habis

kelistrikam

4 set 1.000.000,- 4.000.000,-

Biaya eksperimen 5 set 2.000.000,- 10.000.000,-

Perjalanan dalam

negeri

4 kali 5.000.000,- 20.000.000,-

Administrasi

laporan

2 set 2.000.000,- 4.000.000,-

Publikasi 1 unit 5.000.000 5.000.000,-

Total biaya 107.400,00,-

23

Tahun III (dalam Rupiah)

Biaya eksperimen 10 set 3.000.000,- 30.000.000,-

Perjalanan luar

negeri

1 kali 35.000.000,- 35.000.000,-

Administrasi

laporan

2 set 2.500.000,- 5.000.000,-

Publikasi 2 unit 10.000.000 20.000.000,-

Total biaya 90.000.000,-

24

BAB VI DAFTAR PUSTAKA

[1] AHA (American Heart Association). Cardiovascular Disease : A Costly Burden For America

Projections Through 2035. The American Heart Association Office of Federal Advocacy :

Washington DC; 2017.

[2] Stroke in Perspective: Types of Stroke. Washington University 1999. Cited on 23rd October 2019.

Available from: http://www.strokecenter.org/education/ais_stroke_types/stroke_types.html

[3] M. G. Pandy, “Computer Modeling and Simulation of Human Movement,” Ann. Rev. Biomed.

Eng., vol.3, pp.245-273, 2001.

[4] Andrews B, Shippen J, Armengol M, et al. A Design Method for FES Bone Health Therapy in

SCI. Eur J Transl Myol 2016. 26(4): 6419.

[5] Pengertian Stroke Menurut WHO. Cited on 23rd October 2019. Available from :

http://www.who.int/topics/cerebrovascular_accident/en/index.html

[6] Caplan LR. Caplan’s stroke: A clinical approach 4th edition. Philadelphia: Saunders, 2009.

[7] Hasil Riskesdas 2018. Cited on 23rd November 2019. Available from:

http://www.depkes.go.id/resources/download/info-terkini/hasil-riskesdas-2018.html

[8] Fanany, Achmad. Robotic Glove Using Hybrid Functional Electrical Stimulation (FES) and

Exoskeleton for Human Hand Rehabilitation. Surabaya, 2018.

[9] Kartika, Dinda. Sistem Closed Loop Functional Electrical Stimulus (FES) pada Aktivitas

Menggenggam Menggunakan Informasi Sensori Posisi Jarak dan Gaya Haptic. Surabaya, 2017.

[10] Jia-Jin J, Chen. Applying Fuzzy Logic to Control Cycling Movement Induced by Functional

Electrical Stimulation. IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering, Vol. 5, No. 2, June 1997

[11] Wang, Li Xin. A Course in Fuzzy Systems and Control. New Jersey: Prentice-Hall International,

1997.

[12] Gao Huang, Weimin Zhang, Zhangguo Yu1, Xuechao Chen, Fei Meng, Marco

Ceccarelli, and Qiang HuangDesign and simulation of leg exoskeleton cycling-actuated wheelchair, International Journal of Advanced Robotic Systems November-December 2017: 1–11

[13] Design of Fuzzy Controller of the Cycle-to-Cycle Control for Swing Phase of Hemiplegic Gait

Induced by FES, IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems,

[14]Design and tests of a wearable functional electrical stimulation (FES) system for knee joint

movement using cycle-to-cycle control method, Journal of Theoretical and Applied Information

Technology, 2017.

[15] Computer Simulation Test of Fuzzy Controller for the Cycle-to-Cycle Control of Knee Joint

Movements of Swing Phase of FES Gait, IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems,

2005, Volume: E88-D, ISSN: 0916-8532

[16] A Test of Stimulation Schedules for the Cycle-to-Cycle Control of Multi-joint Movements in

Swing Phase of FES-induced Hemiplegic Gait, BIOMECHANIZM, 2006.

25

BAB VII LAMPIRAN

Biodata Tim Peneliti 1. Ketua

a. Nama Lengkap : Dr. Achmad Arifin, S.T., M.Eng. b. NIP/NIDN : 197103141997021001/ 0014037105 c. Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor Kepala/Pembina Tk. I/IVB d. Bidang Keahlian : Biomedical Engineering/Rehabilitation Engineering e. Departemen/Fakultas : Teknik Biomedik/Teknologi Elektro dan Informatika Cerdas f. Alamat Rumah dan No. Telp. : Puri Citra Rungkut E-7 Surabaya. Telp. 082257525915 g. Riwayat penelitian/pengabdian (2) yang paling relevan dengan penelitian yang diusulkan/dilaporkan (sebutkan sebagai Ketua atau Anggota)

Peneletian:

1. Human Computer Interface Untuk Sistem Kendali Kursi Roda Untuk Subyek Lumpuh, Penelitian Terapan Unggulan Perguruan Tinggi (PTUPT), Ketua, RistekDikti, 2020.



4. Pengembangan Teknologi Rehabilitasi Kemampuan Gerak Subyek Pasca Stroke dengan Integrated Functional Electrical Stimulation (FES)System, IPTEKS, DIKTI, 2016

5. Pengembangan Teknologi Rehabilitasi Kemampuan Gerak Subyek Pasca Stroke dengan Integrated Functional Electrical Stimulation (FES)System, IPTEKS, DIKTI, 2015

Pengabdian Pada Masyarakat:

1. Workshop on using Braille Embosser and Text Editor Software For the Blind and Visual Impairment Student Gelombang II 22 – 24 Agustus 2019, Anggota, Motorolla, 2019.

2. Workshop on using Braille Embosser and Text Editor Software For the Blind and Visual Impairment Student 6-10 Mei 2019, Anggota, Motrolla, 2019.

3. Diseminasi Hasil Riset Departemen Teknik Biomedik FTE-ITS kepada Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga, Dana Departemen, Ketua, ITS 2018.

4. Pengabdi dalam kegiatan "Elektro peduli desa ELEKTRODA Desa Karang Jati Pasuruan Jawa Timur", Departemen Teknik Elektro FTE, Anggota, 2017

h. Publikasi (2) yang paling relevan (dalam bentuk makalah atau buku)

1. Design of Fuzzy Controller of the Cycle-to-Cycle Control for Swing Phase of Hemiplegic Gait Induced by FES, IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems, 2006 | Volume:

E89-D | ISSN: 0916-8532

2. Design and tests of a wearable functional electrical stimulation (FES) system for knee joint movement using cycle-to-cycle control method, Journal of Theoretical and Applied

Information Technology, Tahun: 2017, Volume: 95, ISSN: 19928645.

3. Computer Simulation Test of Fuzzy Controller for the Cycle-to-Cycle Control of Knee Joint Movements of Swing Phase of FES Gait, IEICE TRANSACTIONS on Information and

Systems, 2005, Volume: E88-D, ISSN: 0916-8532

4. A Test of Stimulation Schedules for the Cycle-to-Cycle Control of Multi-joint Movements in Swing Phase of FES-induced Hemiplegic Gait, BIOMECHANIZM, 2006 , Volume: 30,

ISSN: 0285-0885

5. Desain Sistem Pengukuran Lower Limb Joint Angles pada Kondisi Dinamik untuk FES, Jurnal Nasional Teknik Elektro dan Teknologi Informasi (JNTETI), Tahun: 2018, Volume: 7,

ISSN: 2301 – 4156.

26

6. Sensitivitas, Spesifisitas dan Akurasi Pengukuran Kontraksi Uterus Kala I Fase Aktif Ibu Bersalin Menggunakan TokodinamometerJurnal: MAJALAH KEDOKTERAN BANDUNG

Tahun: 2018, Volume: 50, ISSN: 2338-6223.

7. Programmable amplitude of portable electrical stimulator for multi-channel functional electrical stimulator (FES) system, Journal of Theoretical and Applied Information

Technology

Tahun: 2017, Volume: 95, ISSN: 19928645.

8. Signal processing and extensive characterization method of heart sounds based on wavelet analysis, International Review of Electrical Engineering, Tahun: 2016 | Volume: 11 | ISSN:

18276660

9. The Effect of Virtual Reality on Pain in Primiparity Women, International Journal of Nursing and Health Science, 2017, Volume: 4, ISSN: 2381-4888

i. Paten (2) terakhir

j. Tugas Akhir (2 terakhir yang paling relevan), Tesis (2 terakhir yang paling relevan), dan Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah selesai dibimbing.

Disertasi:

1. PENGEMBANGAN PERALATAN PROGRAMMABLE FES SYSTEM DENGAN WEARABLE SENSOR, RACHMAD SETIAWAN 07111060010004

Tugas Akhir:

1. Desain Fuzzy Controller pada Swing Phase untuk Mengontrol Stimulasi pada Foot Drop Correction, Muhammad Adib Syamlan 7311540000011

2. FES cycling exercise berbasis fuzzy locgic control untuk pasien pasca stroke, Rizky Mayardiyah Syafitri Pandiangan 07311640000014.

3. Desain Perintah Myoelectric Control Sebagai Perintah Kursi Roda Elektrik Untuk Mobilitas Penyandang Disabilitas, I Wayan Nudra Bajantika Pradivta 07311540000009

4. DESAIN SISTEM KONTROL KURSI RODA DENGAN SINYAL BIOIMPEDANSI MENGGUNAKAN FUZZY LOGIC CONTROL PADA LINGKUNGAN YANG

BERBEDA, TRISA SAFIRA HASANAH, 7311540000003

27

2. Anggota 1

a. Nama Lengkap : Muhammad Hilman Fatoni, S.T., M.T.

b. NIP/NIDN : 19910325 201504 1001 / 0025039101

c. Fungsional/Pangkat/Gol. : Asisten Ahli / Penata Muda Tingkat I / IIIb

d. Bidang Keahlian : Biomedical Electronic

e. Departemen/Fakultas : Teknik Biomedik / FTEIC

f. Alamat Rumah dan No. Telp. : Jl. Tambak Gringsing II/14 Surabaya 60163 /

085236425858

g. Riwayat penelitian/pengabdian (2) yang paling relevan dengan penelitian yang

diusulkan/dilaporkan (sebutkan sebagai Ketua atau Anggota)

No Judul Tahun Skema

1 Aplikasi Spatial Filter dalam Sistem Brain

Computer Interface Menggunakan

Informasi Motorik Bagian Lower Limb

2016 Penelitian Pemula -

Dana PNBP ITS

2016

2 Aplikasi Brain Computer Interface Berbasis

Aktifitas Sensorymotor Rhythms sebagai

Antar Muka Pengendali Kursi Roda Listrik

2017 Penelitian Pemula –

Dana Lokal ITS 2017

3 Pengembangan Sistem Training Subyek

untuk Meningkatkan Success Rate dalam

Kontrol Kursi Roda Listrik berbasis Brain

Computer Interface

2018 Penelitian Pemula –

Dana Lokal ITS 2018


No Judul Tahun Jenis

1 Extraction of Brain Signal during Motor

Imagery Task for Wheelchair Control

Command

2017 Int'l Conference on Research

& Innovation in Computer,

Electronics and

Manufacturing Engineering

(RICEME-17)

2 Analisa Perbandingan Perhitungan Event

Related Desynchronization/Event Related

Synchronization (ERD/ERS) pada Brain

Computer Interface Menggunakan Metode

2016 Seminar Nasional Teknik

Elektro - 2016

28

Mastoid Reference dan Common Average

Reference (CAR)

3 Analisa Sinyal EEG Saat Menggerakkan

Kedua Kaki Sebagai FES Control

Command Pada Proses Rehabilitasi Pasien

Pasca Stroke

2014 Seminar Nasional

Bioteknologi 2014 UBAYA

4 Analisis Pola Sinyal EEG saat Gerakan

Tangan yang didasarkan pada Kemunculan

Event Related Desynchronization (ERD)

dan Event Related Synchronization (ERS)

2014 Seminar Nasional

Bioteknologi 2014 UBAYA

29

3. Anggota 2

a. Nama Lengkap : Ellya Zulaikha, ST, M.Sn, Ph.D b. NIP/NIDN : 197510142013122001/0014107503 c. Fungsional/Pangkat/Gol. : Lektor Kepala/Penata/IIIc d. Bidang Keahlian : Metodologi Desain, Desain Produk e. Departemen/Fakultas : Desain Produk/Fakultas Desain Kreatif dan Bisnis Digital f. Alamat Rumah dan No. Telp. : Galaxi Bumi Permai Blok D5/11 Surabaya, Telp.

08170516662 g. Riwayat penelitian/pengabdian (2) yang paling relevan dengan penelitian yang

diusulkan/dilaporkan (sebutkan sebagai Ketua atau Anggota)

2019 Program Pengembangan Teknologi Industri : Fabrikasi Oftalmoskopi Indirect Portabel, Konektor Video Endoskopi Dan Mobile Application Untuk

Kemandirian Produksi Alat Kesehatan Yang Menunjang Telehealth di Indonesia,

Sebagai Anggota

2019 Penelitian Dana Departemen ITS : Pengolahan Plastik Daur Ulang Sebagai Material Baru Furniture, Sebagai Ketua

2019 Penelitian Terapan : Desain Portable Commuter Bike Yang Sesuai Dengan Karakteristik Moda Transportasi Kota, Sebagai Anggota

2019 Program Hibah Inovasi Lokal Batch 1: Kajian Kelayakan Bisnis Dan Hki Air Humidifier Ruangan Berpenyejuk Udara Buatan Dengan Inovasi Konsep

Detachable Untuk Persiapan Hilirisasi Produk, Sebagai Anggota

2018 Program Pengembangan Teknologi Industri : Pengembangan Air Purifier Bike Untuk Menunjang Upaya Penurunan Tingkat Polusi Udara Kota, Sebagai

Anggota

2018 Penelitian Terapan Unggulan Perguruan Tinggi : Usaha Penghematan Konsumsi Energi Listrik Sistem Pengkondisian Udara Pada Gedung Apartemen

Melalui Studi Orientasi, Elevasi Dan Material Bangunan, Sebagai Anggota

2018 Penelitian Dana Departemen ITS : Riset Pengembangan Metode Pengolahan Limbah Serat Alam, Sebagai Anggota

2018 Penelitian Dana Departemen ITS: Studi Penggunaan Bahan Anti Semut Alami Untuk Dinnerware, Sebagai Ketua


2019 Pengembangan Desain Cincin Kinetik berdasarkan Gerak Ikan, Jurnal Desain IDEA, Vol 18/No.2, h. 48-52

2018 Eksplorasi Talenta dan Kreatifitas Masyarakat Melalui Pelatihan Lukis Aquarelle, Jurnal Abdimas Pedagogi Vol.2/No.1, h.8-14

2018 Pengembangan Desain Kerajinan Manik-Manik Kaca sebagai Tas Wanita, Jurnal Sains dan Seni ITS, Vol.7/No.1, h.26-29

2018 Eksplorasi Material Alami: Bahan Anti Semut untuk Produk Dinnerware, Jurnal Sains dan Seni ITS, Vol.7/No.1, h.178-182

2018 Eksperimen Sistem Sambungan Tanpa Penggunaan Sekrup dan Baut Untuk Display Pameran, Jurnal Sains dan Seni ITS, Vol.7/No.2, h.155-160

2018 Pengembangan Material Serat Sabut Kelapa untuk Home Decor, Jurnal Sains dan Seni ITS, Vol.7/No.2, h.108-112

2017 Eksperimen Sistem Sambungan Rotan Untuk Pengembangan Sarana Duduk Rotan, Jurnal Sains dan Seni ITS, Vol.16/No.1, h.23-26

2019 Analisis Perlakuan Terhadap Material Kayu Dalam Alternatif Pembuatan Tas Wanita. In Prosiding Online Seminar Nasional Batik dan Kerajinan (Vol. 1,

No. 1, pp. B8-B8).

30

2018 A Comparison Study between Natural and Synthetics Fiber Cloth to Construct Uniqueness of Hand Painting Fashion Fabric. In 3rd International

Conference on Creative Media, Design and Technology (REKA 2018). Atlantis

Press.

i. Paten (2) terakhir Tidak ada j. Tugas Akhir (2 terakhir yang paling relevan), Tesis (2 terakhir yang paling relevan), dan Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah selesai dibimbing.

Tidak ada

31

4. Anggota 3

a. Nama Lengkap : Eko Agus Suprayitno, S.Si, MT

b. NIP/NIDN : 1987202011026

c. Fungsional/Pangkat/Gol. : III B

d. Bidang Keahlian : Instrumentasi Medis, Pemrosesan Sinyal

e. Departemen/Fakultas : Teknik Biomedik / Fakultas Teknologi Elektro dan Informatika Cerdas

f. Alamat Rumah dan No. Telp. : Jl. Melati RT/RW:03/02, Desa Tanggul, Wonoayu -Krian / 081334357320

g. Riwayat penelitian/pengabdian (2) yang paling relevan dengan penelitian yang diusulkan/dilaporkan (sebutkan sebagai Ketua atau Anggota)

Judul Penelitian Ketua/Anggota

Rancang Bangun Phonocardiography beserta Analisa Sinyalnya Secara Realtime untuk Mendeteksi Kelainan Jantung

Manusia Lebih Dini

Ketua

Pengembangan Instrumentasi Phonocardiography Secara Wireless dalam Mendeteksi Lebih Dini Kelainan Jantung Manusia

Ketua


Penyelenggara Judul Karya Ilmiah Link File Karya

Ilmiah

International Seminar On

Intelligent Technology and Its

Applications (SITIA).

Surabaya, May 20th-21st 2015

Institut Teknologi Sepuluh

Nopember (ITS)

ISBN : 978-1-4799-7709-3.

DOI.

10.1109/ISITIA.2015.7219966.

Nada Fitrieyatul Hikmah,

Achmad Arifin, Tri Arief

Sardjono, Eko Agus

Suprayitno.

“A Signal Processing

Framework for Multimodal

Cardiac Analysis”

Link Web Published : http://ieeexplore.ieee.org/

xpl/articleDetails.jsp?arn

umber=7219966

AASEC 2019

The 4th Annual Applied Science

and Engineering Conference

Aston Hotel Denpasar Bali, 24

April 2019

Eko Agus Suprayitno,

Mochammad Rizal Marlianto,

Metatia Intan Mauliana.

“Meansuring Instrument

Oxygen Saturation In Blood,

Heart Rate, and Human Body

Temperature

Based Smartphone Android”

Journal of Physics:

Conference Series,

Volume 1402, Issue

3.

Index : IOPScience https://iopscience.iop.org/

article/10.1088/1742-

6596/1402/3/033110/met

a

32

i. Paten (2) terakhir

j. Tugas Akhir (2 terakhir yang paling relevan), Tesis (2 terakhir yang paling relevan), dan Disertasi (2 terakhir yang paling relevan) yang sudah selesai dibimbing.

Judul Skripsi Strata

Alat Ukur Saturasi Oksigen Dalam Darah, Detak Jantung, Dan Suhu Tubuh Manusia Berbasis Smartphone Android

S1

Alat Ukur Berat Badan, Tinggi Badan dan Suhu Badan di Posyandu Berbasis Android

S1

33

Surat Pernyataan Mitra

DATA USULAN DAN PENGESAHAN

PROPOSAL DANA LOKAL ITS 2020

1. Judul Penelitian

FUNCTIONAL ELECTRICAL STIMULATION (FES) CYCLING EXERCISE SYSTEM BERBASIS FUZZY LOGIC CONTROL UNTUK PASIEN PASCA STROKE

Skema : PENELITIAN UNGGULAN ITS (TERAPAN MULTIDISIPLIN)

Bidang Penelitian : Desain

Topik Penelitian : Produk Peralatan Medis

2. Identitas Pengusul

Ketua Tim

Nama : Achmad Arifin S.T.M.Eng.,Ph.D

NIP : 197103141997021001

No Telp/HP : .

Laboratorium : Laboratorium Biocybernetics

Departemen/Unit : Departemen Teknik Biomedik

Fakultas : Fakultas Teknologi Elektro dan Informatika Cerdas

Anggota Tim

No Nama Lengkap Asal Laboratorium Departemen/UnitPerguruan

Tinggi/Instansi

1Achmad Arifin

S.T.M.Eng.,Ph.DLaboratorium Biocybernetics

Departemen Teknik Biomedik

ITS

2Muhammad Hilman

Fatoni S.T., M.T

Laboratorium Instrumentasi dan Pengolahan Sinyal

Biomedik


ITS

3Eko Agus

Suprayitno S.Si., M.TLaboratorium Biocybernetics


ITS

4Ellya Zulaikha ST,

M.Sn, Ph.DLaboratorium Human

Centered DesignDepartemen Desain

ProdukITS

3. Jumlah Mahasiswa terlibat : 1

4. Sumber dan jumlah dana penelitian yang diusulkan

a. Dana Lokal ITS 2020 : 109.800.000,-

b. Sumber Lain : 0,-

Jumlah : 109.800.000,-

Tanggal Persetujuan

Nama Pimpinan Pemberi

Persetujuan

Jabatan Pemberi Persetujuan

Nama Unit Pemberi

PersetujuanQR-Code

08 Maret 2020

Dr., Ir. Bambang

Iskandriawan M.Eng.

Kepala Pusat Penelitian/Kajian/Unggulan

IptekDesain

08 Maret 2020

Agus Muhamad Hatta , ST, MSi,

Ph.DDirektur

Direktorat Riset dan Pengabdian

Kepada Masyarakat

PROPOSAL...sistem kardiovaskular dan pulmonari karena pasien akan menggerakkan lebih banyak otot,...

Documents

Transcript of PROPOSAL...sistem kardiovaskular dan pulmonari karena pasien akan menggerakkan lebih banyak otot,...