Download - Departemen Fisika - Unair

PROSIDINGSEMINAR NASIONALFISIKA TERAPAN IIIISBN: 978-979-17494-2-8Peran Fisika Dan TerapannyaSebagai Modal Pengembangan Kemandirian BangsaDi Bidang Pendidikan, Industri, dan KedokteranSurabaya, 15 September 2012Editor:SamianY.G. Y. YhuwanaPRODI S1 FISIKA, DEPARTEMEN FISIKAFAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGIUNIVERSITAS AIRLANGGA

SAMBUTAN KETUA DEPARTEMEN/PRODI FISIKAFAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI, UNIVERSITAS AIRLANGGAAssalamualaikum Wr. WbPuji syukur saya panjatkan kehadlirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat danhidayahNya sehingga pada hari ini “ Seminar Nasional Fisika Terapan III “ dapat terlaksana denganbaik dan lancar.Seminar Nasional Fisika ini merupakan salah satu kegiatan rutin dua tahunan yangdilaksanakan oleh prodi S1 Fisika Unair. Kegiatan ini bertujuan untuk mengetahui perkembangan ilmufisika dan terapannya di berbagai universitas dan instansi di Indonesia melalui publikasi yangdipresentasikan oleh peserta seminar. Selain itu diharapkan dapat melakukan sinergi antar instansiuntuk proses pembelajaran, penelitian dan penerapan fisika, sehingga fisika dapat memberikansumbangan bagi perkembangan teknologi di Indonesia. Oleh sebab itu Prodi S1 Fisika Unairberkomitmen untuk dapat memberikan kontribusi terhadap perkembangan fisika tersebut melaluipenyelenggaraan seminar yang sumber pendanaannya diperoleh dari RKAT pengembangan prodifisika tahun 2012.Ilmu Fisika yang merupakan salah satu pilar dasar bagi perkembangan teknologi di Indonesiamasih dianggap belum memiliki banyak sumbangan bagi pembangunan nasional. Oleh sebab itukegiatan seminar dengan tema “ Peran Fisika dan Terapannya Sebagai Modal PengembanganKemandirian Bangsa di Bidang Pendidikan, Industri dan Kedokteran “ ini diharapkan dapat membukapengetahuan berbagai kalangan atas peran besar fisika dalam peningkatan teknologi masa kini dankesejahteraan serta kualitas hidup manusia. Hal ini selaras dengan sejarah perkembangan teknologi didunia, dimana kebergantungan yang sangat kuat terhadap perkembangan ilmu dasar , salah satunyaadalah fisika.Saya ucapkan terima kasih kepada bapak Rektor Unair dan Dekan Fakultas Sains danTeknologi atas disetujuinya RKAT Pengembangan Prodi Fisika ini. Terima kasih juga sayasampaikan kepada ketua panitia seminar Dr. Moh.Yasin, M.Si dan anggotanya atas kerja kerasnya,sehingga kegiatan ini bisa terlaksana. Semoga kegiatan ini dapat memberi kontribusi bagiperkembangan fisika di Indonesia. Selamat melaksanakan seminar ini.Wassalam,Surabaya, 15 September 2012Ketua Departemen/ Prodi Fisika,Drs. Siswanto,M.SiNIP. 196403051989031003i

KATA PENGANTAR(KETUA PANITIA SEMINAR NASIONAL FISIKA TERAPAN III-2012)Assalaamu’alaikum wrt wbt.,Peserta seminar yang saya hormati,Dengan memanjatkan puji syukur kehadirat Alloh S.W.T akhirnya kami dapat menyelesaikanseluruh kegiatan Seminar Nasional Fisika III dengan tema “Peran Fisika Dan Terapannya SebagaiModal Pengembangan Kemandirian Bangsa Di Bidang Pendidikan, Industri Dan Kedokteran” yangtelah diselenggarakan pada Tanggal 15 September 2012 di Ruang Kahuripan Lantai 3 GedungPerpustakaan, Kampus C Universitas Airlangga Surabaya. Kegiatan seminar ini dilaksanakan olehProgram Studi S1 Fisika, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlanggabertujuan untuk membuka wawasan akan peranan ilmu fisika bagi pengembangan kemandirianbangsa di bidang pendidikan, industri, dan kedokteran. Kegiatan seminar ini akan mengkaji beberapatopik dasar dan kontemporer yang terkait dengan bidang Pendidikan Fisika, Biofisika dan Medis,Fisika Material, Biomaterial dan Nanoteknologi, Optika dan Laser, Fisika Teori dan Komputasi, sertaFisika Instrumentasi dan Kontrol.Berdasarkan pengalaman dalam melaksanakan Seminar Nasional Fisika Terapan I pada tahun2007 dan Seminar Nasional Fisika Terapan II pada tahun 2010, maka melalui kegiatan SeminarNasional Fisika Terapan III ini diharapkan terjadi peningkatan jumlah publikasi nasional pada tahun2012. Melalui kegiatan ini, penelitian-penelitian yang dilakukan oleh staf, dosen maupun mahasiswaProgram Studi S1, S2 dan S3 Fisika & Aplikasinya dapat diketahui secara luas oleh berbagaikalangan, mulai dari pendidik, industri dan medis baik dari institusi negeri maupun swasta.Terima kasih kami ucapkan kepada keynote speaker bapak Prof. Dr. Ir. Djoko Santoso, M.Sc.selaku Dirjen Dikti Kemendikbud dan para invited speaker antara lain Prof. Dr. Khairurrijal (ITB),Prof. Dr. Darminto (ITS) dan Dr. Retna Apsari, M.Si. (UNAIR) yang telah meluangkan waktunyauntuk memberikan pencerahan dan berbagi pengalaman kepada kami. Terima kasih yang sebesarbesarnyakepada seluruh anggota panitia dan pimpinan Fakultas Sains dan Teknologi Unair, karyawandan mahasiswa atas kerjasama dan perjuangannya demi kelancaran acara ini. Semoga kerjasama dankebersamaan ini senantiasa terjaga demi kemajuan Prodi S1 Fisika FST Unair.Terima kasih juga kami sampaikan kepada para sponsor yang telah berkenan memberikankontribusi kepada kegiatan seminar ini dan semoga kerjasama ini dapat terus terbina di masa yangakan datang. Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada para undangan baik sebagai pemakalahmaupun sebagai peserta seminar ini, atas partisipasi bapak dan ibu seminar ini dapat berjalan denganbaik. Atas nama panitia, kami mengucapkan permohonan maaf yang sebesar-besarnya atas kesalahandan kekurangan pelaksanaan seminar ini.Akhirnya kami ucapkan selamat ber-seminar, semoga Seminar Nasional Fisika Terapan IIItahun 2012 bermanfaat bagi kita semua dan sampai jumpa pada kegiatan seminar yang akan datang.Semoga Alloh S.W.T senantiasa memberikan Rahmat & Hidayah kepada kita untuk membangunbangsa yang mandiri. Sukses selalu.Wassalam,Surabaya, 15 Septmber 2012Ketua Panitia SNAFT-III-2012Dr. Moh. Yasin, M.Si.NIP. 196703121991021001ii

SUSUNAN PANITIASEMINAR NASIONAL FISIKA TERAPAN III 2012Steering Committee:Dekan Fakultas Sains dan TeknologiWakil Dekan I Fakultas Sains dan TeknologiWakil Dekan II Fakultas Sains dan TeknologiWakil Dekan III Fakultas Sains dan TeknologiKetua Departemen Fisika: Prof. Win Darmanto, M. Si., Ph.D.: Dr. Nanik Siti Aminah, M.Si.: Drs. Pujiyanto, M.S.: Drs. Hery Purnobasuki, M.Si., Ph.D.: Drs. Siswanto, M.Si.Organizing Committee:KetuaSekretarisBendahara: Dr. Moh. Yasin, M.Si.: Herlik Wibowo, S.Si., M.Si.: Dr. Suryani Dyah Astuti, M.Si.Sie Tim NaskahSie Prosiding (ISBN)Sie DanaSie AcaraSie Promosi, Akomodasi, dan Gedung: Drs. Siswanto, M.Si.Prof. Dr. SuhariningsihDr. Retna Apsari, M.Si.Dr. Soegianto S, M.Si.Drs. R. Arif Wibowo, M.Si.Drs. Bambang S., M.Si.: Samian, S.Si., M.Si.Yoseph Ghita Y., S.Si.: Drs. Pujiyanto, MSDr. Prihartini W., drg., M.Kes.Mahniza, SH.: Dyah Hikmawati, S.Si., M.Si.Franky Candra S. A., ST, MTIr. Aminatun, M.Si.: Drs. Adri Supardi, M.S.Supadi, S.Si., M.Si.Winarno, S.SiM. FaridMuhammad TaufikImam Soegiartoiii

Sie WebsiteSie KonsumsiSie KesekretariatanSie DokumentasiSie Perlengkapan: Farid Andriansyah, S.KomM. Fajar Shodiq, ST: Lies Wismaningtias, S.Sos.Endang S, S.Sos.: Delima Ayu Saraswati, ST, MTNuril Ukhrowiyah, S.Si., M.Si.Prima Sari Wijayani, S.Si.Dwi Hastuti, STErlinaMufid K.: Drs. Djoni Izak R., M.Si.Mashuri: Imam Sapuan, S.Si., M.Si.Jan Ady, S.Si., M.Si.Deni Arifianto, S.Si.Denny FikasaSimaniv

DAFTAR ISISambutan Ketua Program Studi S1 Fisika ……………………………………………………Kata Pengantar Ketua Panitia …………………………………………………………………Susunan Panitia ……………………………………………………………………………….Daftar Isi ………………………………………………………………………………………HalamaniiiiiivA. BIDANG KAJIAN FISIKA TEORI DAN FISIKA KOMPUTASIStudi Numerik Reduksi Separasi Aliran 3D Melalui Penambahan Bluff RectangularTurbulator (BRT) (Studi Kasus Di Daerah Junction Asymmetry Airfoil 9C7/32.5C50)Heru Mirmanto, Sutrisno, Herman Sasongko ……………………………………………... A 1Karakteristik Aliran 3 Dimensi Di Sekitar Bodi Modifikasi Sapuangin Urban Concept(Studi Numerik Pengaruh Ground Clearance)Heru Mirmanto, Wawan Aries Widodo, Ahmad Haidar Nashruddin ……………………... A 7Decomposing Knowledge System as High End of Universe Evolution The benefit forTheoretical Physics and Future ScienceMd Santo ……………………………………………………………………………………... A 13Hydrothermal Non-Linear Waves (Hnlw) Using Bekki-Nozaki Amplitude Holes Equation AsA Clinical Non-Invasive Predictor For Interventricular Septum Wall Dysfunction RelatedTo Cardiac ExcitationRicardo Adrian Nugraha …………………………………………………………………..... A 23Perbandingan Metode Segmentasi Warna untuk Ekstrasi Citra Mycobacterium TuberculosisHasil Pewarnaan Ziehl – NeelsenRiries Rulaningtyas, Andriyan B. Suksmono, Tati L.R. Mengko, Putri Saptawati, FrankyChandra, Winarno …………………………………………………………………………… A 29Uji Karakteristik Modul Surya Dengan Menggunakan Sun Simulator Sederhana SertaPendekatan KomputasiSatwiko S.. ……………………………………………………………………………………. A 36Metode Gradien Vertikal Gayaberat Mikro Antar Waktu Dan AplikasinyaSupriyadi, Sarkowi …………………………………………………………………………... A 39Eksplorasi Metode Deteksi Tepi Pada Pemrosesan Citra Digital Untuk Menemukan MetodeDeteksi Tepi Alternatif Yang LainAslan Alwi, Munirah Muslim ……………………………………………………………….. A 45Investigasi Analitik Persamaan Osilator Harmonik Dengan Gaya Luar Bergantung WaktuEko Juarlin ………………………………………………………………………………….. A 49Simulasi Efek Terobosan Struktur Penghalang Ganda Semikonduktor MenggunakanAlgoritma NumerovEko Juarlin …………………………………………………………………………………... A 51Mesin Carnot Kuantum Dengan Dua Partikel BosonHerlik Wibowo, Agus Purwanto, Eny Latifah …………………………………………….... A 55Solusi Persamaan Schrodinger Untuk Potensial Non Sentral Kombinasi Potensial ColoumbPlus Pöschl -Teller I Menggunakan Metode Nikiforov-UvarovJeffry Handhika, Suparmi, Cari …………………………………………………………….. A 63v

Selaras Nada Internasional A440 Untuk Nada Gamelan Saron Pelog MenggunakanPendekatan FrekuensiJoko Catur Condro Cahyono ………………………………………………………………... A 68Peningkatan Kualitas Citra Rekonstruksi melalui Kombinasi Citra Tomografi Listrik danAkustikK. Ain, D. Kurniadi, Supriyanto, O. Santoso, A.P. Wibowo ……………………………….. A 71Rekonstruksi Sinyal Suara Melalui Jaringan Nirkabel Menggunakan Sparse SamplingVivien Fathuroya, Sekartedjo, Dhany Arifianto ……………………………………………. A 78Metode Rekonstruksi Summation Convolution Filtered Back Projection (SCFBP) danAlgebraic Reconstruction Technique (ART) dalam Sistem Tomografi Ultrasound RingArray Berbasis Time of FlightNuril Ukhrowiyah, Khusnul Ain, Retna Apsari …………………………………………….. A 82B. BIDANG KAJIAN FISIKA MATERIAL DAN BIOMATERIALStudi Infiltrasi Tubulus Dentin Berbasis Hidroksiapatit yang Berpotensi untuk TerapiDentin HipersensitifAditya Iman Rizqy, Aminatun, Prihartini Widiyanti ……………………………………….. B 1Pengaruh Variasi Temperatur Terhadap Suseptibilitas Barium M-Heksaferit TersubstitusiIon Zn (BaFe11,4Zn0,6O19)Aghesti W Sudati, M Zainuri, Ariza N Kosasih …………………………………………….. B 5Pengaruh Penambahan Hidroksiapatit terhadap Karakteristik Amalgam High Copper tipeBlended AlloyAminatun, Siswanto, Ertika Auliana Dainti ………………………………………………... B 9Absorbent Dressing Sponge Berbasis Alginat-Kitosan Berkurkumin Untuk Luka DerajatEksudat Sedang-BesarArindha Reni Pramesti, Dyah Hikmawati, Nanik Siti Aminah ……………………………. B 13Pengaruh Variasi Waktu Milling Terhadap Sifat Fisis Seng Fosfat Dan Nano Zinc OxideDessy Mayasari ………………………………………………………………………………. B 23Analisis Struktur dan Sifat Magnetik Paduan Magnet Nanokristalin Barium HeksaferitBaFe12O19 dengan Metode Mechanical MillingEva Hasanah, Agus Setyo Budi, Wisnu Ari Adi, dan Iwan Suguhartono …………………. B 28Pengaruh Variasi pH Pelarut HCl Pada Sintesis Barium M-Heksaferrit dengan Doping Zn(BaFe11,4Zn0,6O19) Menggunakan Metode KopresipitasiIrwan Ramli, Inayati N. Saidah, Findah R. S dan M. Zainuri …………………………….. B 32Sintesis dan Karakterisasi Komposit Hidroksiapatit dari Tulang Sotong (Sepia sp.)-Kitosanuntuk Kandidat Aplikasi Bone FillerIstifarah, Aminatun, Prihartini Widiyanti ………………………………………………….. B 37Sintesis Makroporus Komposit Kolagen Hidroksiapatit Sebagai Kandidat Bone GraftMiranda Zawazi Ichsan, Siswanto, Dyah Hikmawati ……………………………………… B 44Pengaruh Molaritas NaOH pada Sintesis Nanosilika Berbabis Pasir Bancar Tuban denganMetode KopresipitasiMunasir, Surahmat Hadi, Triwikantoro, Moch.Zainuri, Darminto ………………………. B 52vi

Sintesis dan Karakterisasi nano-Komposit Hidroksiapatit/Kitosan Fosfat untuk AplikasiJaringan TulangNanang Nurul Hidayat, Ra Irindah F.S, Siswanto, Dyah H. ……………………………… B 56Pembuatan Hidrogel Kitosan – Glutaraldejid Untuk Aplikasi Penutup Luka Secara In VivoNurul Istiqomah, Djony Izak R. …………………………………………………………….. B 62Paduan Gel Getah Batang Pisang dengan PVA (Poly Vinyl Alcohol) sebagai Bahan BakuBenang Jahit Operasi yang AbsorbableSatrio A., Perwitasari F.L.R., Agung B.A., D. Resti N., Ayu W., Aminatun ………………. B 65Sintesis Dan Karakterisasi Semen Gigi Komposit Kalsium Fosfat-KitosanSiswanto, Jan Ady, Pipit Dewi Nugrahini …………………………………………………... B 69Karakterisasi Pendeposisian Film Tipis Alumunium (Al) Pada Substrat Silikon DenganSistem Sputtering ARC-12MSlamet Widodo ……………………………………………………………………………….. B 74Evaluasi Nilai Tahanan Internal Modul Panel Fotovoltaik (PV) Berdasarkan PemodelanKurva I(V) Normal Light dan Dark CurrentYanuar, Lazuardi Umar, Rahmondia N. Setiadi …………………………………………… B 79Studi Tentang Struktur Mikro Keramik-Geopolimer Berbahan Dasar Kaolin dan Abu SekamPadi Dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan X-Ray Diffraction (XRD)Abdul Haris, Indra Wulan Ramadhani, dan Subaer ……………………………………….. B 84Sintesis dan Karakterisasi Kolagen dari Tendon Sapi (Bos Sondaicus) sebagai Bahan BoneFiller Komposit Kolagen – HidroksiapatitAgnes Krisanti Widyaning …………………………………………………………………... B 87Potensi Kolagen Kulit Ikan Lele Sangkuriang (Clarias gariepinus) Sebagai ScaffoldKolagen-Hidroksiapatit pada Bone Tissue EngineeringAry Andini, DyahHikmawati, Sri Sumarsih ………………………………………………… B 92Karakterisasi Genteng Berbahan Pasir Merapi Dengan Aditif Abu Kayu Albasia UntukOptimalisasi Daya Serap Air Dan Konduktifitas PanasChotibul Umam, Suparmi, Harjana ………………………………………………………… B 99Upaya Perbaikan Kualitas Pada Proses Pembuatan Bioselulosa–Kitosan Dengan GliserolSebagai Plasticizer Serta Pemanfaatannya Dalam Bidang Medis Sebagai Penutup LukaDjony Izak Rudyardjo dan Riesca Ayu Kusuma Wardhani ……………………………….. B 105Sintesis Dan Studi Karakteristik Mekanik Keramik Refraktori Dengan Variasi KomposisiUnsur Dan Suhu SinteringJan Ady, Indra Suci Rahayu ………………………………………………………………… B 111Karakterisasi In Vitro Dan In Vivo Komposit Alginat - Poli Vinil Alkohol – ZnO NanoSebagai Wound Dressing AntibakteriPerwitasari F. L. R, Aminatun, S. Sumarsih ……………………………………………….. B 115Sintesis dan Karakterisasi Bioselulosa–Kitosan Dengan Penambahan Gliserol SebagaiPlasticizerRiesca Ayu Kusuma Wardhani dan Djony Izak Rudyardjo ………………………………... B 119Molecular Dynamics Study of Temperature Effect on Layered GrapheneRizal Arifin, Angga Prasetyo, S.K. Lai ……………………………………………………… B 125Sifat Optik Kaca Telurium Oxide Yang Terdadah Ion ErbiumRudi Susanto, Ahmad Marzuki, Cari, Adi Pramuda, Wahyudi ……………………………. B 129vii

Proses Sintesis Indium Tin Oksida (ITO) Nano Partikel Dengan Metode Sol Gel SebagaiLapisan Aktif Pada Sensor Gas COSlamet Widodo ……………………………………………………………………………….. B 132Sintesis Dan Karakterisasi Hidroksiapatit Makropori Untuk Aplikasi Bone FillerWida Dinar Tri Meylani, Djoni Izak R., Siswanto ………………………………………….. B 137Upaya Perbaikan Sifat Mekanik Plastik Edibel Berbasis Pati Melalui Penambahan SelulosaDiasetat dari Serat NanasSiswanto, Jan Ady, Pradita Denia Abrista ………………………………………………….. B 144Sintesis Bahan Cetak Gigi Natrium Alginat dari Alga Coklat Sargassum sp. yangBerpotensi Untuk Aplikasi KlinisWindi Aprilyanti Putri, Siswanto, Prihartini Widiyanti ............................................. B 148C. BIDANG KAJIAN FISIKA OPTIKChalcogenide Ge-Te-In for photonics applicationsA. Zaidan, Vl. Ivanova, Y. Trifonova, P. Petkov ……………………………………………. C 1Serat Optik Sebagai Sensor Kadar Ion Timbal Dalam AirSamian ……………………………………………………………………………………….. C 5Pengaruh Suhu Pada Pengukuran Pergeseran Dengan Menggunakan Serat Optik BerstrukturSMS (Singlemode-Multimode-Singlemode) Dan Otdr (Optical Time DomainReflectometer)Aslam Chitami Priawan Siregar, Agus Muhamad Hatta …………………………………... C 8Pergeseran Mikro Fiber Optik Pada Variasi GandenganBadrul Wajdi …………………………………………………………………………………. C 14Pengukuran Kadar Glukosa dalam Air Destilasi Menggunakan Fiber CouplerFina Nurul Aini, Samian, dan Moh. Yasin …………………………………………………. C 18Design And Operation Of Fiber Optic Vibration Sensor Using Fiber Coupler ProbeM. Yasin ……………………………………………………………………………………… C 21Sensor Ketinggian Zat Cair Menggunakan Serat Optik Yang DikupasSupadi ………………………………………………………………………………………... C 25Optimasi Interferometer Michelson Real Time Untuk Deteksi Koefisien MuaiTermal Composite NanofillerErsti Ulfa A, Retna Apsari, Y. G. Y. Yhuwana ………………………………………….. C 27Sistem Deteksi Fitur Wajah Manusia Menggunakan Sumber Pustaka Terbuka dan KameraWeb Pada Rentang Cahaya TampakY. G. Y. Yhuwana ..................................................................................................................... C 32D. BIDANG KAJIAN FISIKA INSTRUMENTASI DAN PENGUKURANAplikasi Metode Kontrol Optimal Pada Sistem Konversi Energi Tenaga AnginAhmad Nadhir, Agus Naba, Takashi Hiyama ……………………………………………… D 1Pengembangan Sistem Instrumen Portabel Berbasis PC & µC Untuk Alat Bantu Eksperimendan Pengajaran FisikaDidik R. Santoso ……………………………………………………………………………... D 6viii

Sistem Instrumentasi Sinyal Electrocardiography untuk Analisa Dinamika JantungEko Agus Suprayitno, Achmad Arifin ………………………………………………………. D 12Rancang Bangun MISO (Multi Input Single Output) Converter Pada Sistem Hybrid 48 VoltUntuk Proyek Rumah DC (Direct Curent)Erna Istiqamah, Satwiko S, Taufik …………………………………………………………. D 18Penggunaan Enclosed Spring Mounting Sebagai Peredam Getaran Pada Nail MakerMachine Dengan Metode TransmisibilitasGalih Anindita, Edy S. ………………………………………………………………………. D 22Pengembangan Potensi Saluran Irigasi Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro diPedesaan (Studi Kasus Desa Andungbiru Kecamatan Tiris Kabupaten Probolinggo)Hari Siswoyo, Teguh Utomo, Sugiarto, Maftuch, Mohammad Bisri, Sholeh Hadi ……….. D 28Deteksi Sinyal ECG Irama Myocardial Ischemia dengan Jaringan Saraf TiruanMuchammad Taufiq Bachrowi, Welina Ratnayanti Kawitana, Endah Purwanti …………. D 33Perancangan Perangkat Lunak Audiometer Nada Murni dan Tutur untuk DiagnosisPendengaranSabrina Ifahdini S, Adri Supardi, Franky Chandra ………………………………………... D 39Pencacah frekuensi resolusi 0.1ppm menggunakan IC tunggal mikrokontrollerSetyawan P. Sakti ……………………………………………………………………………. D 47Optimasi Kontrol Multi-Objective Pada Sistem Kendali Iklim Greenhouse MenggunakanParticle Swarm Optimization (PSO)Son Haji, Katjuk Astrowulan, Rusdihanto E.AK. …………………………………………... D 51Audiometer Berbasis Mikrokontroller AVR ATmega 8535Syevana Dita M, Triwiyanto, Bambang Guruh I. ……………………………………….….. D 54Rancang Bangun Sun Simulator Menggunakan Light Emitting Diode Untuk UjiKarakteristik Single Solar CellAri W., Hanjoko P., Hadi N. ………………………………………………………………… D 63Rancang Bangun Mesin Pemerah Susu Sapi dengan Sistem Elektro Pneumatik untukMeningkatkan Produktivitas Sapi Perah dan Kualitas Susu SapiArief Abdurrakhman, Bambang Sampurno ………………………………………………… D 68Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Tegangan Listrik, Konsentrasi Katalis, danTemperatur terhadap Optimalisasi Sistem Elektrolisis Brown’s GasArief Abdurrakhman, Harus Laksana Guntur ……………………………………………... D 74Rancang Bangun Sisteem Monitoring dan Pengendalian Suhu Pada Inkubator Bayi BerbasisFuzzy logicFadillah Nufinda Rachman, Supadi, Tri Anggono Prijo …………………………………... D 80Heater Of 2450 Mhz Microwave To Test Hyperthermia InvivoFadli Ama ……………………………………………………………………………………. D 85Alat Kendali Drop Rate Infus OtomatisFranky Chandra Satria Arisgraha, Kristio Mordhoko, Pujiyanto …………………………. D 88Rancang Bangun Oksimeter Digital Berbasis Mikrokontroler ATMega16Guruh Hariyanto, Welina Ratnayana K., Franky Chandra S.A. …………………………... D 92Studi Uji Coba Wind Turbine Dengan Menggunakan Wind Tunnel SederhanaKristin Natalia, Satwiko S, Hadi N. …………………………………………………………. D 95ix

Perancangan Kontroler Menggunakan Metode ANFIS Sebagai Pengendalian LonjakanTemperature Uap Jenuh Untuk Menjaga Kestabilan Temperature pada Boiler Heatexchanger WS-6M. Fajar Shodiq J, Rusdianto Effendi AK, Ali Fathoni ……………………………….…… D 100Rancang Bangun Syringe Pump Berbasis Mikrokontroler ATmega8535 Dilengkapi DetektorOklusiNada Fitrieyatul Hikmah, Imam Sapuan dan Triwiyanto …………………………………. D 105Pengaruh Jumlah Sudu Terhadap Daya Output Turbin Angin Bersumbu HorizontalDiameter 1,6 Meter Sebagai Sumber Penyedia Listrik Pada DC HousePuji Suharmanto, Satwiko Sidopekso, Taufik ……………………………………………… D 114Penerapan Model switch T Pada Rangkaian Kolektor Data Electrical CapacitanceTomographySaikhul Imam, Muhammad Rivai …………………………………………………………... D 121Desain Lampu DC pada Sistem 48 Volt sebagai Sumber Penerangan pada Proyek RumahDCSetiadi N, Satwiko S, Taufik ………………………………………………………………… D 124Perencanaan Sistem Pendaratan Otomatis Pada Pesawat Trikopter Berbasis ArdupilotSigit Wasista, Setiawardhana ………………………………………………………………... D 131Pengembangan Elektrokardiografi (EKG) Portable Sebagai Wujud Teknologi Tepat GunaTyas Istiqomah, Welina Ratnayanti K, Franky Candra SA. ……………………………….. D 136Rancang Bangun Unit Enkripsi Suara Berbasis Mikrokontroler Atmega 8535Bambang Suprijanto ………………………………………………………………………… D 142Rancang Bangun Heart Rate Monitoring Device (Hrmd) Sebagai Pemantau Bradikardi DanTakikardi Berbasis MikrokontrolerThieara Ramadanika, Retna Apsari , Delima Ayu S. ............................................................. D 146E. BIDANG KAJIAN BIOFISIKA, FISIKA KEDOKTERAN, DAN FISIKANUKLIRKajian Biofisika Terapi Akupunktur Dengan ElektrostimulatorWelina RK dan Trianggono Priyo ………………………………………………….. E 1Perubahan Bioenergi Pada Mencit (Mus Musculus) Akibat Rangsangan Laser DiTitik AkupunkturAndriyana, Suhariningsih, Puspa Erawati …………………………………………. E 5Implementasi Learning Vector Quantization (LVQ) sebagai Alat Bantu IdentifikasiKelainan Jantung Melalui Citra ElektrokardiogramFatimatul Karimah, Endah Purwanti ………………………………………………. E 10Optimasi Dosis Energi Penyinaran LED Biru (430 nm) Untuk Fotoinaktivasi BakteriStaphylococcus epidermidisSuryani Dyah Astuti, Endah Robiyati, Agus Supriyanto …………………………... E 13Deteksi Dua Belas Sadapan Sinyal Elektrokardiogram Untuk Mengenali KelainanJantung Menggunakan Jaringan Saraf Tiruan Dengan Metode BackpropagationTalitha Asmaria, Endah Purwanti ………………………………………………….. E 18x

Deteksi Kanker Paru-Paru Dari Citra Foto Rontgen Menggunakan Jaringan SarafTiruan BackpropagationTri Deviasari Wulan, Endah Purwanti ……………………………………………... E 21Penentuan Respon Optimal Fungsi Penglihatan Ikan Terhadap Panjang GelombangDan Intensitas Cahaya TampakWelina Ratnayanti Kawitana dan Fita Fitria ………………………………………. E 24Superior Variety Characterization Of Nila Fish (Oreochromis Sp.) In BroodstockCenter Pbiat Janti, Klaten Based On Morphological Characteristic, Protein BandingPattern And Total Protein ContentJoko Aribowo, Sutarno, Sunarto ……………………………………………………. E 28Potensi Induksi Medan Magnet Eksternal untuk Efektivitas Fotoinaktivasi BakteriPatogenNike Dwi G. D., Suryani Dyah Astuti, Moh. Yasin ………………………………… E 37Rancang Bangun Alat Pengukur Kadar Gula Darah Menggunakan Metode OptikUntuk Penderita DiabetesNinik Irawati, Delima Ayu Saraswati dan Moh. Yasin …………………………..... E 40Analisis Efek Akupuntur Pada Sinyal EEG Berbasis SpectrogramRobinsar Parlindungan ……………………………………………………………... E 44Analisis Spektrum Frekuensi Sinyal Surface EMG untuk Mengukur TingkatKeletihan OtotTriwiyanto ……………………………………………………………………………. E 51Klasifikasi Normal, Abnormal, dan Non-Spermatozoa Manusia MenggunakanBackpropagation Neural NetworkWinarno, K.E. Purnama, S. Hardiristanto, M.H. Purnomo ……………………….. E 58F. BIDANG KAJIAN PENDIDIKAN FISIKA, FISIKA LINGKUNGAN, DANLAIN-LAINPembuatan Program Simulasi Eksperimen Boyle-Gay Lussac Berbasis Komputer SebagaiMedia Pembelajaran Fisika di SMAAmbrosius Advent Wiyono, Herwinarso, Tjondro Indrasutanto …………………………... F 1Pengembangan Video Eksperimen Pembelajaran Inquiry Pada Bahasan KapilaritasFarita Saragih, J.V. Djoko Wirjawan, G. Budijanto Untung ……………………………… F 6Penerapan Model Pembelajaran Langsung Berbantuan Media Berbasis Komputer untukMeningkatkan Prestasi Belajar Alat-Alat Optik bagi Siswa di Smak Diponegoro BlitarFeby Restiana Dewi, I Nyoman Arcana, dan G. Budijanto Untung ………………………. F 13Pemanfaatan Pembelajaran Fisika Berbasis Web dalam Meningkatkan Interaksi BelajarMahasiswaHeni Safitri, Herawati, Widiasih ……………………………………………………………. F 17Pengembangan Program Dry lab dalam Pembelajaran Fisika sebagai Media PembelajaranJarak JauhHerawati, Heni Safitri, Widiasih ……………………………………………………………. F 21Pemanfaatan Laboratorium Fisika Sma Rsbi Di Kabupaten Sleman Yogyakarta Tahun 2012Heru Wahyudi ……………………………………………………………………………….. F 25xi

Pengembangan Media Pembelajaran Interaktif Berbasis Komputer Tentang KinematikaGerak LurusJane Koswojo, Nyoman Arcana, J.V. Djoko Wirjawan …………………………………….. F 32Pengembangan Media Pembelajaran Fisika Berbasis Video Tentang Usaha Dan EnergiMartha Kustiani, Sugimin W. Winata, Herwinarso ………………………………………... F 40Penentuan Jenis Dan Kadar Radionuklida Pada Air Di Sepanjang Daerah Aliran SungaiBrantas Dengan Metode Analisis Pengaktivan Neutron(Apn)Nur Aini Maftukhah, Suryani Dyah Astuti, Arif Wibowo ………………………………….. F 45Penelitian Rekayasa Kompor Wajan Listrik Batik CapSuharyanto …………………………………………………………………………………… F 49Analisis Pengetahuan Masyarakat Terhadap Pentingnya Sikap Tanggap Bencana DiWilayah Rawan Bencana Pesisir Jawa TimurEko Hariyono ………………………………………………………………………………... F 54Pemisahan Banyak Sumber Suara Mesin Berputar Dengan Metode Li-Tifrom Blind SourceSeparationGalih A, Dhany Arifianto ……………………………………………………………………. F 58Pengembangan Bahan Ajar Fisika Sma Kelas X Pada Materi Gelombang ElektromagnetikDengan Aplikasi Spreadsheet ExcelHeru Edi Kurniawan ………………………………………………………………………… F 62Perancangan Strategi Program Perkuliahan Fisika Untuk Meningkatkan KemampuanMenganalisis Dan Mengevaluasi Mahasiswa Jurusan Teknik Kimia Politeknik NegeriBandungI Gede Rasagama, Kunlestiowati Hadiningrum, Mukhtar Ghozali ………………………... F 67Berpikir Tingkat Rendah Menuju Berpikir Tingkat TinggiKus Andini Purbaningrum ………………………………………………………………….. F 75Pengembangan Perangkat Pembelajaran Fisika Smp Pada Materi Hukum-Hukum NewtonYang Mengintegrasikan Perilaku BerkarakterLaily Maghfirotunnisa ………………………………………………………………………. F 82Pembuatan Media Pembelajaran Fisika SMA Berbasis Komputer untuk Subpokok BahasanTegangan Permukaan Zat CairLaurensius Prasanna Eko Murti Widodo, Herwinarso, Tjondro Indrasutanto …………… F 91Meningkatkan Respons dan Prestasi Belajar Siswa Melalui Pengajaran Langsung danInteraktif pada Bahasan GerakNanik Fuji Lestari, I Nyoman Arcana, dan J.V. Djoko Wirjawan ………………………… F 97Penggunaan Media Pembelajaran Im3 Ditinjau Dari Kemampuan Berfikir SiswaNasrul Rofiah H, Jeffry Handhika ………………………………………………………….. F 101Mendeley for Scientific Research Support: a ReviewRahma Martiana, Rizal Arifin, and Irawati ………………………………………………… F 105Penerapan Game Puzzle untuk Meningkatkan Motivasi dan Prestasi Belajar Siswa KelasVIII A SMP Katolik Santo Stanislaus I Surabaya pada Materi Hukum NewtonRia Tekat Puspitaningrum, I Nyoman Arcana, J.V. Djoko Wirjawan …………………….. F 108Pengembangan Media Pembelajaran Fisika SMA Bilingual READ PRO pada BahasanRadiasi Benda HitamTheresia Anata, I Nyoman Arcana, J.V. Djoko Wirjawan …………………………………. F 115xii

Penerapan Pembelajaran Berbasis Kegiatan Laboratorium dengan Pendekatan Tutor Sebayauntuk Meningkatkan Kompetensi Mahasiswa dalam Kuliah Fisika TerapanUsmeldi ………………………………………………………………………………………. F 120Penerapan Model Pembelajaran STAD dengan Metode Demonstrasi untuk MeningkatkanKeaktifan dan Prestasi Belajar FisikaVironika, Herwinarso, I Nyoman Arcana …………………………………………………... F 124Proses Terintegrasi Dalam Pembelajaran Pendidikan Tinggi: Kajian Kasus PembelajaranMata Kuliah Fisika Komputasi Di Jurusan Fisika ITSWidya Utama, Melania Suweni, Dwa D Warnana, Bagus J Santosa, Syamsul Arifin ……. F 128xiii

FISIKA TEORIFISIKA KOMPUTASISEMINAR NASIONAL FISIKA TERAPAN III (2012)

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8STUDI NUMERIK REDUKSI SEPARASI ALIRAN 3DMELALUI PENAMBAHAN BLUFF RECTANGULAR TURBULATOR (BRT)(STUDI KASUS DI DAERAH JUNCTION ASYMMETRY AIRFOIL 9C7/32.5C50)Heru Mirmanto 1 , Sutrisno 2 , Herman Sasongko31,2,3Jurusan Teknik Mesin FTI, ITS, Surabaya2Jurusan Teknik Mesin FTI, UK.Petra, SurabayaEmail : samir@ms.its.ac.idAbstrakSeparasi aliran 3-D merupakan suatu bentuk kerugian energi aliran di daerah junction yang tidak dapatdihindarkan. Kondisi ini dapat dijumpai pada interaksi wing dengan fuselage pada pesawat terbang atauinteraksi blade dengan hub pada famili mesin-mesin turbo, dll. Separasi aliran ini menyebabkan terjadinyapenyumbatan aliran (kerugian energi). Oleh karena itu perlu upaya mereduksi kerugian akibat separasi aliran3D di daerah endwall junction. Penelitian ini dilakukan secara numerik untuk mengkaji perbandingankarakteristik aliran di daerah interaksi endwall junction asimetri airfoil Bristish 9C7/32.5C50 akibatpenggunaan Bluff Rectangular Turbulator (BRT) dan tanpa BRT. Simulasi numerik menggunakan perangkatlunak Fluent 6.3.26, model viscous Skdengan kondisi Re = 10 5 . Dimensi BRT (d/C=4/10), Jarak Turbulatordengan Bodi (L d /C = 2/3), Jarak turbulator dengan inlet flow (d/L u =0.075). Variasi angle of attack α = 4° dan8°. Kaji kualitatif dilakukan terhadap visualisasi kontur kecepatan, streamline di sekeliling bodi, serta Isototalpressure loss coefficient didaerah downstream. Sedangkan kaji kuantitatif dilakukan terhadap nilai surfaceintegral di daerah outflow. Penggunaan Bluff Rectangular Turbulator membuat aliran lebih turbulent, dimanaenergi yang dimiliki lebih besar. Sehingga aliran ini lebih mampu mengatasi adverse pressure gradient.Akibatnya posisi forward saddle point lebih mendekati leading edge bila dibanding tanpa turbulator. Hal iniakan mempersempit luasan corner wake yang terjadi di blade upper surface, dengan demikian blockage alirandapat direduksi. Kondisi ini dibuktikan pada angle of attack 4°,8° penggunaan BRT dapat mereduksi Isototalpressure loss coefficient sebesar 56%, 41%.Kata Kunci: secondary flow, separation, vortex, bubble separation, airfoils, turbulent.PENDAHULUANKerugian energi yang terjadi di daerah junctiondisebabkan oleh separasi aliran 3D. Kondisi ini dapatdijumpai pada interaksi wing dengan fuselage padapesawat terbang atau interaksi blade dengan hub padafamili mesin-mesin turbo, dll. Secara fundamentalfenomena terjadinya separasi aliran 3D diawalidengan kajian terhadap bodi tunggal. Sebab separasialiran pada bodi tunggal hanya akibat interaksi aliranviscous dua lapisan batas, yaitu bodi dan endwall.Separasi aliran 3D selalu diawali terjadi saddle pointdi depan leading edge. Saddle point adalahbertemunya dua attachment line, yaitu attachment linedari free-stream dan attachment line dari leadingedge selanjutnya aliran terseparasi secara 3D. ketikabertemu dengan free-stream disampingnya akanmenimbulkan skewed boundary layer. Skewedboundary layer inilah yang menyebabkan terjadiadverse pressure gradient di depan leading edge.Separation 3D bergerak secara roll-up dan bergerakmenyelimuti bodi. Formasi aliran tersebut membentuktapak kuda sehingga disebut dengan horse-shoevortex. Hal ini sesuai dengan penelitian yangdipaparkan pertama kali oleh Tobak dan Peak, (1982).Penelitian tersebut dilanjutkan oleh Surana dkk(2006)dengan mengkaji fenomena separasi aliran 3Ddiselesaikan secara exact theory dengan menggunakannonlinear dynamical system methods pada persamaanNavier Stokes.Separasi aliran 3D merupakan penyebab terbesarterjadi kerugian hidrolis yang paling besar yaitu 50%.Sedangkan kerugian hidrolis aliran yang lainnyadisebabkan oleh gesekan pada dinding sebesar 30%dan bentuk atau profil sebesar 20%. Hal inidikemukan oleh Horlock danLakshminnarayana(1987) yang terjadi pada axialcompressor. Separasi aliran 3D sering terjadi padakompressor dikarenakan aliran akan menghadapikenaikan tekanan. Oleh karena itu perlu upayamereduksi kerugian akibat separasi aliran 3D didaerah endwall junction agar dapat meningkatkankinerja kerja suatu sistem.Devenport melakukan penelitian denganmemfokuskan pada penggunaan fillet radius konstandi sambungan dasar antara wing dan endwall. Namunpembahasan tersebut belum mampu merubah strukturaliran. Kemudian Devenport dkk(1992) melanjutkanpenelitiannya dengan meletakan fairing didepanleading edge, hasil yang didapatkan terjadi penurunannonuniformity, unsteadiness wake dan intensitasturbulensi. Selain itu peneliti yang lain, yaituSteenaert dkk(2002) memaparkan hal yang serupayaitu pada sambungan fairing wing dan plat datarA 1

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8ditemukan laminerisasi separasi vortex. Selain itumodifikasi pada bodi tunggal pernah dilakukan olehRosi(2009), dengan digunakannya fairing pada daerahleading edge. Hasil eksperimental penggunaan fairingberdampak terhadap berkurangnya adverse pressuregradient, forward saddle point menjauh dari leadingedge dan intesitas vortex lebih mengecil. Hal ini yangmengindikasikan bahwa terbentuknya blockage danaliran low momentum lebih menguasai pada boditanpa fairing. Dampaknya aliran tersebut mengalamipenyumbatan lebih besar. Indikator tersebutmenginformasikan bahwa dengan menggunakanfairing dapat berperan penting untuk mengurangiterjadi separasi aliran 3D. Oleh karena itu diperlukanupaya lain untuk mereduksi terjadi separasi aliran 3D.Upaya lain mereduksi terjadinya separation 3Ddengan memperbesar energi momentum pada aliranfree stream. Penggunaan turbulator menghasilkanaliran memiliki momentum dan intensitas turbulensibesar yang lebih besar sehingga digunakan dalammasalah ini. Beberapa peneliti seperti Yaghoubi danMahmoodi(2004) melakukan eksperimental terhadapkarakteristik aliran di sekitar bluff rectangularturbulator (BRT), hasilnya terjadi bubble separationtepat setelah melintasi BRT. Titik reattachment aliranatau berkembangnya kembali aliran pada kondisisemula sangat ditentukan oleh dimensi BRT itusendiri. Hal ini didukung hasil simulasi yang telahdilakukan oleh Suksangpanomrung dkk(2002)dengan pengamatan kondisi unsteady. Pada penelitiansebelumnya Djijali(1991) telah membandingkan hasilnumerik dan eksperimen pada kondisi steady.Hasilnya pada aliran yang mendatar didekat endwallmengalami hambatan, akibatnya aliran tersebutbergerak ke atas dan streamline terbuka, kemudianaliran tersebut bertemu dengan aliran free streamdiatasnya. Interaksi kedua aliran tersebutmenyebabkan streamtube menyempit sehinggaterjadi akselerasi aliran. Ketika aliran yangterseparasi memiliki energi momentum yang cukupuntuk kembali ke posisi semula, peristiwa itu disebutsebagai reattachment flow atau bubble separation.Hal ini menyebabkan terjadi peningkatan intensitasturbulensi dan momentum di dekat endwall.Kemudian Velayati dan Yaghoubi(2005) melanjutkanpenelitian BRT yang diletakan secara pararel. Hasilpenelitian tersebut menyatakan untuk daerah endwalldan tip, bubble separation size semakin kecil. Olehkarena itu diperlukan pengkajian penggunaan BRTuntuk diaplikasikan mengurangi terjadinya separasi3D di dekat endwall.METODOLOGI PENELITIANPenelitian ini akan menggunakan analisa simulasinumerik Computation Fluid Mechanic(CFD) untukmengamati karakteristik aliran bodi tunggal British9C7/32.5C50 dengan BRT dan tanpa BRT. Domainsimulasi ditunjukkan pada gambar 1. Dimensi BRT(d/C=4/10), Jarak Turbulator dengan Bodi(Ld/C=2/3), Jarak turbulator dengan inlet flow(d/Lu=0.075). Variasi angle of attack(AoA) = 4°dan 8°. Karakteristik aliran free stream dengan Red=10 5 , Intensitas turbulensi (Tu) 5%. Bidang depandinyatakan dengan initial condition velocity inlet,bidang belakang dinyatakan dengan outflow,sedangkan endwall dan bodi dinyatakan sebagai wall.Sedangkan Bidang sisi kanan, kiri dan atas dinyatakansebagai symmetry.Model viscous yang digunakan adalah StandardK-Epsilon (SKE) dan kriteria konvergensi 10 -5 .Selain itu hubungan antara perhitungan tekanan dankecepatan menggunakan SIMPLEC. Jumlah meshGambar 1 Domain PenelitianA 2yang digunakan 2 juta, dengan bentuk meshHexagonal dan kualiatas dibawah 0.6. Nearwalltreament menggunakan standart wall function,

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sedangkan disretization equation menggunakan firstorder.Penelitian ini akan mengamati terjadi separasialiran 3D dengan menampilkan streamline aliran diendwall. Efek penyumbatan aliran dipaparkan secarakualitatif dan kuantitatif. Pemaparan secara kualitatifdilakukan dengan cara menampilkan terjadi cornerwakedi suction side body khususnya disekitartrailing edge. sedangakan terjadinya penyumbatanaliran dipaparkan dengan kontur iso total pressureloss di daerah downstream. Pada kajian kuantitatifakan menampilkan persentasi reduksi iso totalpressure loss di daerah downstream.HASIL DAN DISKUSISeparasi aliran 3D diawali terjadi fowardsaddle point(FSP) di depan leading edge, samaseperti yang diungkapkan oleh Tobak danPeake(1982). Kemudian separasi aliran 3D bergerakmenelusuri bodi di kedua sisi, yaitu upper side danlower side. Pada sisi lower side aliran separasi 3Dterus bergerak menelusuri bodi menuju downstream.Sedangkan aliran separasi 3D di sisi upper sidebergerak mendekati bodi dan bertemu denganbackflow dari curlflow. Pertemuan ini menyebabkanseparasi aliran semakin hebat, kemudian berhadapdengan adverse pressure gradient. Pada daerahtersebut adverse pressure gradient disebabkan olehbentuk profile body. Separasi aliran 3D tersebuttidak mampu menghadapi adverse pressure gradientsehingga aliran berpusar yang disebut dengan vortex.Pusaran aliran tersebut sering disebut sebagai cornerwake. Pada aliran terjadi corner wake merupakanpenyebab terjadi penyumbatan aliran.Gambar 2 Topologi Aliran Melintasi Single Body Pada AoA 8°.Pada AoA 8º terjadi corner wake lebih kuat. Halini disebabkan oleh interaksi bertemunya attacmentline dari free stream upperside dan attachment linedari lower side, yang disebut sebagai backwardsaddle point(BSP)semakin menjauhi trailing edge.Dampaknya vortex area akan semakin besar danmenyebabkan corner wake semakin hebat. Selain ituattachment line free stream upper side diantaraattachment line terbentuk backward saddle point dancross flow menyebabkan terjadi focus. Focusmerupakan jenis vortex baru yang bergerak ke arahspan bertemu dengan corner wake. Hal inimenyebabkan terjadi corner wake semakin besar.Pada gambar 2 dipaparkan topologi terjadi cornerwake pada AoA 8º.Corner wake yang terbentuk akibat peningkatanAoA akan semakin membesar, hal ini terjadi untukkedua jenis endwall. Penelitian ini tidakmemfocuskan pengamatan perbedaan AoA, namuntitik beratkan pada manfaat penggunaan BRT untuksetiap AoA. Efektivitas penggunaan dengan BRTdan tanpa BRT dibukti pada gambar 3, bahwa terjadicorner wake di upper side dekat dengan trailingedge mengalami pengecilan, baik pada AoA 4° dan8°. Besar kecilnya formasi horseshoe vortex sangatmenentukan terjadi corner wake, sehinggadiperlukan ekplorasi lebih detail terhadapberkembang horseshoe vortex di dekat trailing edge.Formasi horseshoe vortex bermula pada terbentukFSP, namun perbedaan letak FSP tidak terlalusignifikan perbedaannya antara tanpa BRT dandengan BRT.Pada gambar 4 menjelaskan penelusuranstreamline aliran melintasi endwall. Pada setiapAOA attachment line free stream penggunaan BRTlebih berimpit dengan upper side bodydibandingkan tanpa BRT. Akibatnya BSP selalubergerak mendekati trailing edge akan menyebabkandaerah vortex mengecil. Peningkatan AoA selalumemicu terjadi curlflow semakin besar, hal inidisebabkan perbedaan tekanan antara uppersidedengan lower side akan semakin besar. Selain itupada bodi di upperside defleksi skin friction linelebih tajam menuju midspan dengan luasanpengikisan vortex semakin lebar. Hal ini yangmenyebabkan intesitas vortex semakin lebar seiringdengan peningkatan AoA.A 3

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tanpa BRT (α=4°)Dengan BRT (α=4°)Tanpa BRT (α=8°)Dengan BRT (α=8°)Gambar 4. Streamline Aliran Di Bodi Upper side .Tanpa BRT (α=4°)Dengan BRT (α=4°)Tanpa BRT (α=8°)Dengan BRT (α=8°)Gambar 5. Kontur Koefisien Axial Iso Total Pressure Loss Pada Trailing Edge.A 5

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8KARAKTERISTIK ALIRAN 3 DIMENSI DI SEKITAR BODI MODIFIKASISAPUANGIN URBAN CONCEPT(STUDI NUMERIK PENGARUH GROUND CLEARANCE)Heru Mirmanto 1 , Wawan Aries Widodo 2 , Ahmad Haidar Nashruddin 3Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember SurabayaEmail : hmirmanto@gmail.comAbstrakKebutuhan transportasi yang semakin meningkat menuntut adanya kendaraan yang berbasis hemat bahanbakar. Kendaraan sapuangin adalah salah satu kendaraan yang dirancang khusus dengan tujuan berbahanbakar hemat. Dengan bentuk bodi sapuangin yang sekarang dirasa masih bisa dimaksimalkan lagi bentukaerodinamika bodi yang menunjang kendaraan berbahan bakar. Fokus modifikasi yang dilakukan adalah dibagian leading edge, rear end dan penambahan diffuser bawah belakang bodi. Dikarenakan kompleksnya aliran3D, keterbatasan alat ukur dan tuntutan observasi dan visualisasi yang detail dari karakteristik aliran, makapenelitihan ini dilakukan dengan metode numerik (CFD) menggunakan software Fluent 6.3.26. Pengambilandata terdiri dari aliran melewati bodi 2D dan aliran melewati midspan bodi 3D. Pemilihan kondisi simulasidigunakan model turbulensi k-ε realizible dan skema interpolasi second-order upwind. Re L =1,918x10 6 ,boundery condition untuk inlet adalah velocity inlet sebesar 11,11 m/s dan untuk outlet adalah pressure outlet.Dari penelitihan dapat diketahui karakteristik aliran 3D di sekitar bodi sapuangin urban concept, baik bodistandar ataupun modifikasi. Dari hasil postprocessing menunjukan bahwa bodi modifikasi terbukti lebihaerodinamis dengan memiliki nilai C D sebesar 2,6 , yang lebih rendah 4,7% dibandingkan C D bodi standarsebesar 2,73.Kata kunci : Sapuangin, standar, modifikasi, pemodelan 2D, pemodelan 3D.PENDAHULUANPerkembangan zaman dan teknologi menuntutmanusia untuk selalu dinamis. Penggunaantransportasi menjadi solusi kongkrit untukmendukung peningkatan mobilitas manusia. Tercatatbahwa penggunaan alat transportasi darat meningkatseiring dengan peningkatan mobilitas manusia. Halini diikuti pula dengan isu global mengenai krisisenergi yang semakin melanda dunia. Kebutuhanakan transportasi yang semakin meningkat,mengakibatkan meningkat pula energi yangdibutuhkan. Transportasi merupakan sektorpengkonsumsi minyak terbesar dengan 40,1% daritotal. Hal ini menuntut para produsen kendaraanuntuk dapat menghasilkan suatu kendaraan yangmemiliki tingkat efisiensi bahan bakar yang tinggi.Empat parameter penting yang mendukungkendaraan berbahan bakar hemat adalah beratkendaraan, efisiensi mesin, cara mengemudi dangaya hambat aerodinamikanya. Denganberkembangnya ilmu aerodinamika yang begitupesat, maka sangat dimungkinkan mendesain bentukbodi kendaraan, khususnya mobil, yang memilikigaya hambat aerodinamika sekecil mungkin. Untukmengarah ke konsep optimalisasi dari bentukkendaraan tersebut, para peneliti biasa menggunakankonsep aliran 2D maupun aliran 3D yang melintasisuatu bodi. Analisa 2D mengenai fenomena aliransejak dahulu telah memunculkan berbagai macamkarakteristik aliran. Salah satunya adalah analisaaliran melewati bodi tunggal yang sederhanamaupun dengan menyertakan pengaruh dinding (sidewall).Bertitik tolak dari beberapa penelitian yangsudah dilakukan dan fenomena diatas, perancanganmodifikasi kendaraan Sapuangin Urban Conceptmerupakan suatu langkah strategis untukmeningkatkan efisiensi pemakaian bahan bakardengan mengurangi gaya hambat aerodinamika padabodi kendaraan tanpa menyalahi regulasi shell ecomarathon2012.Tujuan diadakannya penelitian ini adalah untukmengetahui karakteristik aliran 3D beserta efek gayaaerodinamika yang ditimbulkan pada saat melewatibodi kendaraan Sapuangin Urban Concept dan bodimodifikasi kendaraan Sapuangin Urban Concept.METODOLOGI PENELITIANDikarenanakan keterbatasan alat ukur dantuntutan visualisasi yang detail mengenaikarakteristik aliran melintasi bodi Sapuangin UrbanConcept maka penelitian ini menggunakan metodenumerik dengan software Fluent 6.3.26. berikut iniadalah gambar geometri bagian bodi yangdimodifikasi.A 7

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 1. Geometri 2D bodi standar dan modifikasiGambar 4. Meshing 2D-flowGambar 2. Geometri 3D bodi standar (a) dan modifikasi (b)Penentuan domain pemodelan merujuk padapenelitihan berbasis vehicle aerodynamics yangdilakukan oleh Damjanovic. Berikut ini adalahdomain pemodelan 2D dan 3D pada penelitihan ini.Gambar 5. Meshing 3D-flowModel yang digunakan adalah model turbulen k-ε realizable (RKE) dengan dipilih udara sebagaifluida kerja dengan densitas (ρ) : 1,225 kg/m 3 danviskositas (μ) : 1,7894 x 10 -5 kg/m.s. kecepatan kearah sumbu x sebesar 11.11 m/s dan temperatursebesar 300 K (≈26,85 o C). Boundary condition padaoutlet digunakan pressure outlet. BoundaryCondition pada kontur bodi kendaraan, bagian atas,bawah dan samping (3D-flow) berupa wall. Agardaya komputasi tidak terlalu besar juga digunakanboundary condition berupa symmetry pada kasuspermodelan 3D-flow. Solusi pada penelitian iniadalah menggunakan second order untuk pressure,second order upwind untuk momentum turbulentkinetic energy dan turbulent dissipation rate denganconvergence criterion ditetapkan sebesar 10 -5 .ANALISA DAN DISKUSIA. Analisa Aliran 2 DimensiSegmentasi pemodelan 2D dilakukan untukmengetahui detail karakteristik aliran melewati bodistandar maupun modifikasi pemotongan midspan.Analisa pemodelan 2D ini digunakan untukmenunjang analisa aliran 3D. Berikut ini adalahpenjelasan perbandingan grafik Cp untuk uppersidedan lowerside pada bodi standar dan bodimodifikasi.Gambar 3. Domain pemodelan 3D-flowBentuk mesh yang dipilih untuk pemodelan 2Dadalah quadrilateral-map dan quadrilateral-pave.Sedangkan untuk pemodelan 3D digunakan meshingpolyhedral dengan S-function. Berikut adalahgambar meshing untuk pemodelan 2D danpemodelan 3D.Gambar 6. Grafik distribusi Cp bodi standar dan modifikasi (2Dflow)A 8

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Bentuk leading edge bodi standar yangmemiliki kontur tumpul membuat aliran yang akanmelintasi leading edge terdefleksi sangat kuatsehingga membuat streamtube pada leading edgekonvergen dengan sangat cepat. Sedangkan denganadanya modifikasi pada leading edge di daerah dekathood yang lebih streamline mengakibatkankonvergensi dari streamtube mulai melemah. Hal initerlihat dari perbedaan slope penurunan Cp yanglebih rendah dibandingkan bodi standar. Artinya,dengan adanya modifikasi ini sangat berkontribusiterhadap penurunan tekanan di leading edge. Hal inipun terjadi pada aliran berikutnya (downstream)yang memperlihatkan efek perubahan kontur leadingedge pada bodi modifikasi, sehingga membuat nilaiCp yang lebih rendah bila dibandingkan dengan bodistandar. Nilai Cp minimum pada bodi standar beradapada x/l=0,637 dengan nilai Cp=-2,466. Sedangkanuntuk modifikasi nilai Cp minimum berada padax/l=0,663 dengan nilai Cp=-2,7.Distribusi Cp yang diperlihatkan pada gambartampak dengan adanya modifikasi pada leading edgemembuat tekanan minimum di leading edge padabodi modifikasi lebih tinggi dan dengan kondisilebih tertunda dengan nilai Cp minimum=-1.11 padax/l=0,04, dibandingkan dengan tekanan minimumbodi standar dengan nilai Cp minimum=-1.58 padax/l=0,038. Begitu pula pada aliran berikutnya(downstream) di mana efek perubahan konturleading edge pada bodi modifikasi membuat nilai Cpbodi modifikasi lebih tinggi bila dibandingkandengan Cp bodi standar. Selain itu juga, pengaruhbentuk diffusor pada bagian belakang membuataliran pada bodi modifikasi memiliki tekanan lebihrendah dan terseparasi lebih cepat yaitu padax/l=0,94.Tabel 1. Informasi posisi medan aliran 2 dimensi untuk bodistandar dan modifikasiParameter Segmen Standar ModifLokasiminimumUpperside x/l=0.637 x/l=0,663pressure Lowerside x/l=0,037 x/l=0,038Lokasi titikstagnasiUpperside x/l=0 x/l=0Lokasi titik Upperside x/l=0.81 x/l=0.98separasiLowerside x/l=0,986 x/l=0,97Lokasi hilangnyaBackflowDownstream133% L 120% LB. Analisa Aliran 3 DimensiSegmentasi pada pemodelan 2D yangmenunjang analisa medan aliran 3D diberikansebagai bentuk dasar evaluasi terhadap pengaruhmodifikasi leading edge dan rear end terhadapkarakteristik aliran 3D yang melintasi bodi.Deskripsi tentang terbentuknya separasi 3Ddiakibatkan oleh interaksi lapis batas pada sidebodysurface yang berkontraksi ke arah midspan danmempengaruhi karakteristik aliran disekitarmidspan. Kronologi separasi 3D pada daerahinteraksi ini bermula saat lapis batas pada sidebodysurface berlaku sebagai disturbance danmenyebabkan terbentuknya vortisitas sekunder yangmemunculkan aliran sekunder pada daerah sidebodysurface. Hal ini membuat nilai Cp pada pemodelan3D sedikit berbeda dibandingkan dengan nilai Cppada pemodelan 2D di mana terjadinya kenaikankecepatan di leading edge bagian upperside padapemodelan 3D berada pada tekanan yang lebihrendah dibandingkan pemodelan 2D. Hal inimengindikasikan bahwa sebagian aliran yangterbentuk pada pemodelan 3D terdistribusi ke arahsidebody surface.Untuk mendukung penjelasan di atas,karakteristik aliran disekitar midspan yang mendapatpengaruh dari efek sidebodymdapat dijelaskan secarakualitatif melalui visualisi pathline dan konturtekanan pada bodi standar. Visualisi pathline dankontur tekanan pada bodi standar adalah sebagaiberikut.Gambar 7. Visualisasi kontur tekanan statis dan velocity pathlinebodi standarMelalui gambar di atas mengenai distribusitekanan pada kontur bodi secara keseluruhan tampakbahwa tekanan pada leading edge sangat tinggiditandai dengan luasan kontur berwarna merah padadaerah leading edge. Dari gambar juga terlihatbahwa tekanan rendah terletak pada daerah roofbody mobil baik diatasnya maupun di sampingnya.Hal ini menandakan aliran akan terdistribusidominan ke arah orthogonal pada saat mengenaileading edge. Kemudian akan mengalami akselerasitajam menuju ke arah sidebody. Dari visualisaipathline pada gambar 11, aliran yang akan melintasibodi bagian windshield terlihat sebagian aliran daridaerah hood lebih memilih mengalir ke sidebodyA 9

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8surface yang memiliki favorable pressure gradientlebih rendah dibandingkan pada windshield.Untuk mendukung penjelasan karakteristikaliran 3D pada daerah interaksi antar lapis batassidebody surface dengan lapis batas disekitarmidspan, dapat ditegaskan melalui visualisasi vektorkecepatan dengan metode pemotongan searah axissebagai berikut.penjelasan di atas. Namun ada beberapa perbedaanyang membuat bodi modifikasi dianggap lebih bagussecara aerodinamika. Berikut ini adalahperbandingan aliran 3 dimensi antar kedua bodi.(a)(b)(c)Gambar 8. Distribusi vektor kecepatan (a) x=40%l, (b) x=60%l,dan (c) x=80%l pada bodi standarDari gambar di atas terlihat sangat jelas adanyavortex separasi 3D saat aliran melewati bodi.Kronologi terjadinya vortex separasi 3D bermulasaat aliran di bawah kendaraan mengalir ke sidebodykemudian berinteraksi dengan aliran di sidebodyyang memiliki perubahan bentuk kontur yang cukupkompleks, yang akhirnya terjadi vortex separasi 3D.Daerah itu bermula pada 40%L sampai 60%L(gambar 10). Dari gambar 12 didapat bahwaakumulasi distribusi aliran setelah leading edge padalowerside akan mengalir ke sidebody surfacedikarenakan hambatan aerodinamika terendah terjadipada daerah itu sehingga antar lapis batas cenderungbertemu pada daerah tersebut.Penjelasan mengenai fenomena aliran saatmelewati bodi modifikasi sama hal nya denganGambar 9. Grafik distribusi Cp di upperside midspan bodi standardan modifikasi (3D-flow)Dari grafik di atas terlihat bahwa bentuk leadingedge di upperside yang lebih streamline di daerahhood pada bodi modifikasi tidak terlalu berpengaruhpada perubahan tekanan di daerah tersebut. Hal iniditunjukan pada grafik Cp yang berhimpit padadaerah tersebut. Walaupun terlihat nilai Cp yangberhimpit antara nilai Cp standar dan modifikasi,bentuk modifikasi ini cukup berpengaruh terhadapaliran setelah melewati leading edge di mana terlihatpenurunan tekanan yang sedikit lebih landai saataliran dipaksa melewati streamtube menyempit danakhirnya mengalami separasi bubble. Setelah aliranmelewati daerah roof body, terlihat tren grafik yangsangat mencolok antara bodi standar dan modifikasi,di mana perubahan rear end pada bodi modifikasimembuat separasi dapat lebih tertunda,dibandingkan bodi standar. Pada bodi standarterlihat separasi terjadi pada x/l=0.869 sedangkanpada bodi modifikasi terjadi pada x/l=0.975.Sedangkan untuk lowerside dapat dilihat,dengan adanya modifikasi pada leading edgemembuat tekanan di leading edge pada bodimodifikasi lebih rendah dibandingkan dengan bodistandar dengan nilai Cp minimum = -1,22 padax/l=0.02 untuk bodi standar dan Cp minimum=-1,4pada x/l=0,014 untuk bodi modifikasi. Setelahmelewati leading edge adanya modifikasi di sisileading edge menyebabkan pengaruh yang cukupsignifikan yang terlihat dari grafik di atas. Padagrafik bodi modifikasi terlihat tren yang stabilsetelah aliran melewati leading edge, yaitu padax/l=0,2 sampai x/l=0,7. Sedangkan pada bodistandar grafik cendrung naik setelah melewatileading edge. Setelah itu terlihat adanya perbedaannilai Cp antara bodi standar dan modifikasi denganperbedaan yang cukup signifikan terlihat padapenurunan nilai Cp sesaat sebelum aliran terseparasi.Hal ini dikarenakan bentuk dari modifikasi bodibagian bawah belakang yang dibentuk diffuser.Bentuk modifikasi tersebut membuat alirancendrung melewati bagian bawah sesuai denganA 10

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8kontur bodi dan secara bersamaan aliran akanmengalami kenaikan tekanan lebih cepat dari bodistandar.C. Perhitungan Gaya AerodinamikaAnalisa mengenai data kuantitatif berupa gayagayaaerodinamika diperlukan untuk penunjangsekaligus menyimpulkan dari beberapa fenomenayang disajikan pada data kualitatif di atas.Perhitungan gaya drag pada bodi Sapuangin UrbanConcept baik pemodelan 2D maupun 3D didasarkanpenentuan control volume pada daerah midspan.Metode kalkulasi untuk mendapatkan gaya dragmenggunakan persamaan momentum aliran yangdipadu dengan pengintegralan secara numerikdengan metode simpson 1/3. Sedangkan perhitungangaya lift pada bodi Sapuangin Urban Concept baikpemodelan 2D maupun 3D didasarkan penentuancontrol volume pada daerah midspan. Metodekalkulasi untuk mendapatkan gaya lift menggunakanpersamaan selisih distribusi tekanan konturlowerside-upperside dan akumulasi distribusi gayageser kontur yang dipadu dengan pengintegralansecara numerik dengan metode simpson 1/3.pada bodi modifikasi cukup baik untuk ukurankendaraan di mana memiliki nilai C L negatif (-0,0016). Adanya perbedaan antara nilai CD-CL padaanalisa 2D dan 3D diakibatkan adanya efek sidebodysaat aliran melewati bodi sapuangin.D. DiskusiPembahasan lebih lanjut mengenai pengurangannilai coefficient of drag pada bodi modifikasisapuangin urban concept adalah kolerasi terhadappengurangan penggunaan bahan bakar padakendaraan tersebut. Sesuai dengan latar belakangpenelitian ini bahwa peningkatan penggunaantransportasi yang signifikan menyebabkanpeningkatan kebutuhan kita akan energi. Salah satufaktor yang mendukung kendaraan berbahan bakarhemat adalah dengan memaksimalkan desainaerodinamika bodi. Dengan bentuk bodi modifikasiyang sudah dilakukan menghasilkan nilai C Dberkurang sekitar 4,7% dari nilai sebelumnya.Berikut ini adalah free body diagram yangmenggambarkan hubungan pengurangan gayadrag dengan gaya yang dibutuhkan untukmenggerakan kendaraan.FFf 1Gambar 10. Perbandingan koefisien drag untuk masing-masingpemodelanGambar 12. Free body diagram gaya-gaya ke arah xDari free body diagram di atas menunjukkanbahwa gaya drag adalah salah satu gaya yangmelawan gaya traksi (gaya yang dibutuhkan untukmenggerakan kendaraan). Maka bila diasumsikanbesarnya gaya gesek yang terjadi pada roda bodistandar dan modifikasi sama, fenomena penurunangaya drag akan diikuti pula dengan penurunan gayatraksi.Gambar 11. Perbandingan koefisien lift untuk masing-masingpemodelanDari gambar di atas terlihat bahwa bodimodifikasi yang sudah dilakukan terbukti cukupefektif untuk mengurangi nilai C D sampai pada nilai2,6 dibandingkan dengan bodi standar yang sudahada yaitu 2,73. Begitu pula gaya lift yang terjadiA 11Di mana terjadi penurunan nilai C D antara bodistandard an modifikasi sebesar 4,7%. Sehinggabesarnya gaya drag (Fd) juga akan turun sebesar4,7%. Maka besarnya daya yang dibutuhkan untukmenggerakan kendaraan adalahP = F vP = Fd U ∞ ,dengan U ∞ konstan 11,11 m/sMaka penurunan gaya drag sebesar 4,7% padabodi modifikasi sapuangin urban conceptmenyebabkan daya yang dibutuhkan untukmenggerakan kendaraan akan berkurang juga

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sebesar 4,7%. Dari penganalisaan data di atas terkaitpenurunan daya maka dapat disimpulkan bahwadesain bodi modifikasi sapuangin urban conceptmerupakan langkah strategis untuk menciptakankendaraan yang berbahan bakar hemat.KESIMPULANHasil analisa yang didapat dari studi numerikmenunjukan bahwa efek sidebody sangatmemberikan pengaruh terhadap karakteristik alirandi sekitar midspan. Sebagian aliran yg mengalir kearah upperside surface memilih ke arah sidebodydari pada ke arah midspan.Bentuk modifikasi yang telah dilakukan dibagian leading edge, rear end dan diffusor bodi,berkontribusi terhadap penurunan tekanan di daerahleading edge dan penundaan separasi point didaerah rear end. Hal ini terlihat sangat jelas padaperformance aerodinamika di mana bodi modifikasimemiliki aerodinamika yang lebih baikdibandingkan dengan bodi standar.Drag force yang ditimbulkan pada bodi standar3D flow lebih besar 6,3% dibandingkan dengan dragforce pada bodi standar 2D flow. Sedangkan padabodi modifikasi 3D flow lebih besar 1,73%dibandingkan dengan drag force pada bodimodifikasi 2D flow. Perubahan geometri pada bodimodifikasi terbukti lebih aerodinamis dibandingkandengan bodi standar dilihat dari penurunan dragforce sebesar 4,76% dan merubah positif lift forcemenjadi down force.DAFTAR PUSTAKABao, F. and Dallmann, U.Ch. Some phisycal aspectsof separation bubble on a rounded backwardfacing step, Science Direct.2003.Barnard, R.H. Road Vehicle Aerodynamic Design:An Introduction. 1996. UK.Buchheim, R, Deutenbach, K.R., Luckoff, H.J., andLeile, B. The Control of AerodynamicParameters Infuencing Vehicle Dynamics,SAE Journal, 850279.1986. Germany.Choi & Lee. Ground Effect of Flow Around AnElliptic Cylinder In A Turbulent BoundaryLayer, Journal of Fluid and Structures 14,697-709. 2000. Korea.Damjanović, Darko, Kozak, Dražan, Ivandić, Željko,and Kokanović, Mato. Car Design As A NewConceptual And CFD Analysis In Purpose OfImproving Aerodynamics. 2010. Croatia.Dharmadi Budi. BPS Kementrian Perindustrian.2010. Jakarta, Indonesia.Dyke, van. An Album of Fluid Motion, 4th edition.1988. CaliforniaESDM. BP Statistical Review of World Energy.2011. Jakarta, Indonesia.Fox Robert W, McDonald Alan T and PritchardPhilip J. Introduction to Fluid Mechanics 7thedition. 2008. USA.Fukuda, Hitoshi, Yanagimoto, Kazuo, China,Hiroshi, and Nakagawa, Kunio. Improvementof Vehicle Aerodynamics by Wake Control,JSAE Review 1,p.p. 151-155.1994. Japan.Hucho, W.H., Janssen, L.J., and Emmelmann, H.J.The Optimization of Body Details-A methodfor Reducting the Aerodynamic Drag of RoadVehicle, SAE Journal, 760185.1975.Germany.Hu Xingjun, Zhang Rui, Ye Jian, Yan Xu and ZhaoZhiming, Influence of Different DiffuserAngle on Sedan’s AerodynamicCharacteristics. 2011. Chongqing 401120,ChinaKatz, Joseph. Rece Car Aerodynamics : DesigningFor Speed. 1995. Massachusetts.Miliken, W. K. and Miliken, D. L. Forces on Bodiesin The Presence of The Ground. 1995.Nicholas J, Mulvany, Chen, Li, Tu, Jiyuan, andAnderson, Brendon.. Steady State Evaluationof ’Two-Equation’ RANS TurbulenceModels Simulation for High-ReynoldsNumber Hydrodynamic Flow. 2004. DSTOPlatform Division, Australia.Prakoso, Anindito Bagus. Studi NumerikKarakteristik Aliran 3 Dimensi DisekitarModel Sapuangin Dengan Rasio GroundClearance Terhadap Panjang Model (C/L =0.027). 2011. ITS Surabaya, Indonesia.Purwanto, Widodo Wahyu Nugroho, YuliantoSulistyo, Dalimi, Rinaldy, Soepardjo,Harsono, Wahid, Abdul, Dijan, Supramono,Herminna, Dinna, Adilina, dan Teguh Ahmad.Indonesia Energy Outlook & Statistics. 2000.Jakarta, Indonesia.A 12

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DECOMPOSING KNOWLEDGE SYSTEM AS HIGH END OF UNIVERSEEVOLUTIONTHE BENEFIT FOR THEORETICAL PHYSICS AND FUTURE SCIENCEMd SantoMobee Knowledge Services, Jakarta - IndonesiaEmail : moesdar@gmail.comAbstrakBased on our previous study titling “Impact of Human System Biology – based Knowledge Management(HSBKM) on Theoretical Physics” (presented at the “The International Conference on Mathematics andScience “ – Surabaya Institute of Technology (ITS) 12-13 October 2011), further we took special emphasize toget more comprehended on our Inverted Paradigm Method (IMP) which had been applied to our solid androbust HSBKM model framework we had been developing since 2009.The Inverted Paradigm Method (IPM) we used within context of Nature Knowledge Theory (NKT) actually notexercised in isolation considering that the use of IPM require a Knowledge-intensive body of Science as targetin which we should do a kind of “reverse engineering” or top-down mechanism based on “of-proof” to anaccumulated Knowledge-base and/or Knowledge-repository. The Knowledge – base should already organizedsystematically in term of their Taxonomy – Metadata management as well as their model framework Thecandidate of intended target of IPM treated as applied Science are our 3 years of matured Human SystemBiology-based Knowledge Management (HSBKM) model framework and Mobee Knowledge CompetencyCapability Maturity (MKCCM) model as KM metrics. Both of them could be considered as solid and robustKnowledge - intensive “Lab and Experimental Workplace 2.0” for further possibility advanced study. (http://bit.ly/sZnFFn - “Guide to Inverted Paradigm method (IPM) : KM applied to discovering new TheoreticalPhysics findings”). We succeeded to discover some theoretical constructs derived from KM applied to Physicsnamely in Theoretical and/or Astro Physics - http://bit.ly/zVS7mFConsidering of the above mentioned, we claimed that the result of our study not anymore theoretically butevidence-based empirically. The Knowledge-based metrics we developed and used are Knowldge – Value (KV)measurement and k-constant applied to our HSBKM model frameworkWithin further study through reversing engineered upon the body of Knowledge model framework, we got atleast five interesting outcomes related with Theoretical Physics including the issue of Higgs Boson forceparticle :1. Emphasizing Graviton as the fourth fundamental force for the first time could be quantitatively assessedthrough Knowledge Value (KV) measurement along with Knowon as our proposed fifth fundamental forcecounterparting each other as “Duo-entity-force”.superposed boson particle2. Complementing the work of CERN (The European Organization for Nuclear Research) – LHC ( LargeHadron Collider) among other is Knowledge Management (KM) – based predictive searching on the huntfor Higgs Boson (God Particle) compared with their non KM – based.3. Knowon featuring as non-hypothetical massless particle, should be the strong candidate of the “hiddenvariable of the Universe” thanks to its quantum consciousness as “psycho (consciousness) mediatingparticle” counterparting Graviton factor as “somato mediating particle” becoming “Duo-entity-force” tobridging the gap between quantum and classical mechanic.4. Launching the “New (2012) Copernican Principle” campaign to mentioning the paramount importance ofNature Knowledge Theory to addressing the coming of future Science (see http://bit.ly/KAIs2U ).5. Within Nature Knowledge Theory, Knowledge which is Consciousness attributed, for the first time clarifiedas one of the fundamental structure or fabric of Universe beside Matter and Energy as well as having traitsto be Independent to SpaceTime (IST) contrary with Matter and Energy which are Dependent to SpaceTime(DST)Key Words : Knowledge, Universe, Natureknowledgetheory, Knowledgemanagement, Theoreticalphysics,Knowon, Knowledgevaluemeasurement, Invertedparadigmmethod, Ipm, Newcopernicanprinciple,HumansystembiologybasedknowledgemanagementA 13

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8something we don't. And it acts on cosmicscales”.....Program Elements Layer : consists of the codeand action packages : Consciousness Element Factor (CEF) – factorinside”duo-entity-factor” (DEF) Knowon –Graviton boson particles considered asobtaining consciousness element withKnowledge Value (KV) Measurement = 10 -38(Planck Number) within animate and/or psycho– somatic Universe Fabric of Universe – within Nature KnowledgeTheory, Knowledge which is Consciousnessattributed, for the first time clarified as one ofthe fundamental structure or fabric of Universebeside Matter and Energy as well as havingtraits to be Independent to SpaceTime (IST)contrary with Matter and Energy which areDependent to SpaceTime (DST) Inverted Paradigm Method (IPM) – (or“Basic Science derived from Applied Science”),a kind of “reverse engineering” throughKnowledge intensive organized systematicallyin term of their Taxonomy – Metadatamanagement as well as their model framework .The essence of conventional or classicalscientific mindset shown by probability-basedstep-by-step “deducto – hypothetico –verificative” way of thinking. But, within“Inverted Paradigm Method (IPM)” totallychange in opposite direction. It is called aspossibility-based “reverse engineering”,“evidence-based” or even “gnosis”. The trendusing IPM with its variations is prominentlyexposed since the early 21th century, by the factthat the scientific world occasionally sufferingfrom the “syndrome of the End of Science”, asyndrome where Science get difficulties infinding answer to many human complexproblems. IPM in essence using “Top – downapproach”, the approach in which we traces thehistories from the “top down”, that is, backwardfrom the present time. Other than that also,because within Data-Information-Knowledge-Wisdom (DIKW) continuum, Knowledge (inbroad meaning) epistemologically behavinghigher level than the behavior of D-I level Knowledge Interface (KI) - is a terminologyof Human and/or Nature Knowledge variablederived from Human System BiologyKnowledge Management (HSBKM) modelframework acting as the function of KnowingTools producing Nature orHuman consciousness founded either in HumanKnowledge (Individual KM), OrganizationalKnowledge (Nurture / KM) and NatureKnowledge respectively. Totally there are 9(nine) KIs, 1 st KI through 9 th KI. Both of the Kisinvolved in contributing Knowledge sharingprocess through consciousness transfer towards(new) Knowledge evolvement in psychologicalphenomenon Language of Knowledge - the language used in“Consciousness Transferring Phenomenon”(CTP) with speed of entanglement by usingKnowledge Interfaces (KI) as basic of thelanguage3) Abstractions Layer : represents resultingdomain and application abstractions : “duo-entity-force” (DEF) boson particle -Knowon – Graviton entity as boson force webelieved as the real Higgs Boson. Knowon,independent to SpaceTime (IST) as ourproposed 5th fundamental force representing“psychic / consciousness mediating particle”counterparting with Graviton, dependent tospacetime (DST) as 4th fundamental forcerepresenting “somato mediating particle”. DEFis IST-DST superposed boson force representingas psycho – somatic elementary particle ofanimate Universe k - Constant - a constant factor generated byKnowon containing consciousness elementfactor (CEF) representing (Nature) Knowledgeas fabric of the Universe to orchestrate the othertwo fabrics, Matter and Energy. k - constantranging from 0.0 – 1.0 applied to Mass – EnergyEquivalence or the equation E = mc 2 to bewritten as E = k mc 2 where k actuallyproportionate with c or the speed of light. Kachieved as 1.0 at age of the Universe wasabout 370,000 years after Big Bang whereMatter domination or photon era fully achievedand reached up to time before the evolution ofliving – biological system taken place, and thenafter that “k” positively stable and existgradually less and less than 1.0 The “k” = 1.0representing the highest entropy of certain lociin the Universe Knowon - our newly proposed fifthfundamental force of Nature, discoveredthrough top-down (reverse engineering)mechanism or Inverted Paradigm Method (IPM)applied to Human System Biology-basedKnowledge Management (HSBKM) modelframework within Nature Knowledgecontinuum in the framework of quantum levelthrough classical mechanism level. By suchevidence-based as Knowledge-generatedoutcome, Knowon is really exist as nonhypothetically massless particle, becauseKnowledge force has unlimited range and seemsdo not related with or at least don’t have spinquantum number as the other mediating particlesconsidering that Knowon is independent toSpaceTime (IST) particle containingA 16

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8consciousness element factor (CEF) withKnowledge Value (KV) measurement = 10 -38(Planck Number) and functioning as “psychic /consciousness mediating particle” with speed ofentanglement to counterparting Graviton, thefourth fundamental force, dependent toSpaceTime (DST) particle, as “somaticmediating particle” becoming “duo-entity-force(DEF)” boson particle (we believed as the realHiggs Boson) to give shape of SpaceTime andgiving mass feeling to particles within psychosomaticentity paradigm of our Universe. Thephenomenon of emergent property incomplexity of Nature believed as themanifestation of the work by consciousnesselement factor of Knowon as “Psychic(Consciousness) Mediating Particle” withintheir target loci counterparting the work ofGraviton as “Somatic Mediating Particle” inshaping SpaceTime, manifested as an entityparticle supposing as Higgs Boson, instead ofcollaboration with other three fundamentalforces of nature, strong-weak-electromagneticforces or Gluon, Photon, and W-Z respectively Knowledge Value (KV) Measurement tm - isan absolute scaling ratio measuringhypothetically from “duo-entity-force (DEF)”boson particle ( Graviton + Knowon) webelieved as the real Higgs Boson with KV = 10-38(Planck Number) within quantum levelthrough higher level of Nature Knowledgewithin Classical Physic-Biological world(Human Max Possible KV = 9.00) en routetoward beyond human through infinity Decomposing Nature Knowledge withInverted Paradigm Method : OverviewResultsIMPACT OF HUMAN SYSTEM BIOLOGY –BASED KNOWLEDGE MANAGEMENT(HSBKM) MODEL FRAMEWORK ONTHEORETICAL PHYSICSMd Santo , Mobee Knowledge Services - Jakarta,Indonesia – moesdar@gmail.comM Arsali , Fac. of Math and Science, Univ. ofSriwijaya - Palembang, Indonesia –arsali_99@yahoo.comABSTRACT Driven by experience in practisingHuman System Biology – based KnowledgeManagement (HSBKM) model framework andMobee Knowledge Competency and CapabilityMaturity (MKCCM) model as our KM metricssince 2009, we succeded in developing theoreticalconstructs that giving Knowledge a widenedmeaning as the integral part of broad NatureKnowledge continuum in consequence of Data,Information – Knowledge, Wisdom as DI-KWseparated model continuum. Nature Knowledge isdynamically living entity continuum havingpotential consciousness element factor. Both withinquantum physics level or classical mechanic physicslevel, are differentiated into infinite levels ofconsciousness. As KM metrics applied to NatureKnowledge continuum, we have developed conceptof Knowledge Value (KV) as absolute scaling valueratio ranging from 10 -38 (Planck Number) to infinity.The second KM metrics is Mobee Knowledge or “k”constant factor ranging from 0.0 – 1.0 applied toMass – Energy Equivalence or the equation E = mc 2to be written as E = k mc 2 under consideration thatKnowon, our newly proposed fundamental force ofNature, a hypothetical massless and independent toSpaceTime (IST) particle, achieving maximumeffect of k = 1.0 only after the end of Photon epochor at age of the Universe was about 370,000 yearsafter Big Bang where Matter domination reached upto time before the evolution of living – biologicalsystem taken place, and then after that “k” positivelyexist gradually less and less than 1.0 again. We arevery confident that Emergent property in complexityresulting from the functional entity of Knowon as“Psychic (Consciousness) Mediating Particle” incollaboration and/or counterparting with Graviton as“Somatic Mediating Particle”Based from our postulates we’ve mentioned,together by using Knowledge Management (KM)-driven environment Psycho – Somatic thinkingparadigm phenomenon applied to Nature, and afterconsidering the issues of Entanglementphenomenon, Quantum Superpositioning,Redefining Knowledge and Knowledge Management,Emergent Property of Complex System, HiddenVariables, Knowon and its definition, Graviton andSpace-Time factor in Knowon environment factorrespectively as keywords to comprehending, wecome up to Theoretical Physics construct declaringtoward Knowledge as fabric of Universe besideEnergy and Matter with Knowon as newly proposedfifth fundamental force of Nature, a hypotheticalmassless and independent to SpaceTime (IST)particle to counterparting Graviton instead ofGluon, Photon, and W-Z respectively(Presented at the “The International Conference onMathematics and Science “ – Surabaya Institute ofTechnology (ITS) 12-13 October 2011 at MajapahitHotel, Surabaya – Indonesia).4) Applications in practice : Some of our selectedstatements ( within time period Oct, 2011through April, 2012 ) regarding the post resultsof our study above mentioned :1. .....“We are Knowledge Management (KM) -regulated by Nature (“natural world”) , and,by nature (“character or kind”) we areKnowledge Management (KM) model”....A 17

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8independent to Space-Time and featuring asmassless particle, should be the strongcandidate of the “hidden variable” thanks to itsquantum consciousness as psycho(consciousness) mediating particlecounterparting Graviton factor as somatomediating particle to bridging the gap betweenquantum and classical mechanics.....15. .... The mechanism by which Knowon acting as“Psychic / Consciousness Mediating Particle”is through Entanglement interaction mechanismwith consciousness as the media independent toSpace-Time. It is genuinely phenomenonevidence for Indonesian people quoting “Farsight but near at hearts” (“Jauh dimata dekatdihati”) thanks to independent Space-TimeEntanglement mechanism. It’s not “spookyaction at a distance” any more as Einsteinmentioned, but it is really “endowment (forhuman being) action at a distance”....16. .... Let me clarify the meaning of“unconsciousness” (adjective) and/or“unconscious”(noun). Within narrow meaningor derived from DIKW model, for example inclinical symptomatology, it means no responseto senses and unawareness of mind brainresponse to environment. But in broadermeaning within context of Nature Knowledgemodel, including human knowledge, whereconsciousness is the attribute of knowledge, theword of “unconsciousness” is notrecognized .......17. .......Knowledge Interface – basedCommunication Platform needed tocommunicate with alien intelligence: http://t.co/lZqPEXmn (Demystifying HumanConversations : Knowledge Interfaces asKnowledge Language within KnowledgeEcosystem). On the assumptionthat http://linkd.in/yD1qZx - Nature KnowledgeTheory could be applied in cosmic scale underthe paradigm : “The Universe or the NatureKnowledge is the source and center ofConsciousness” rather than “Mind Brain orHuman Being is the source and center ofConsciousness” paradigm, therefore 3 x 3matrix diagram of 1st to 9th KnowledgeInterfaces (KI) could be developed in the (near)future by means of Technology, CommunicationTheory, Psychology, Psychiatry, Sociology andothers field of sciences needed as languagecommunication platform with the alienintelligence community.......18. .......One of our “primitive” effort to build suchplatform in practice is NASA’s Voyagerinterstellar spacecraft launched in 1977bringing small metal plaques known as GoldenRecord containing messages needed to alienintelligence. I said “primitive” considering thepackage not yet meet the possibly requirementsnecessary needed from 3 x 3 matrix of KI abovementioned................19. ........if the experiment of sending messagethrough neutrino succeed, therefore theinvolvement of electromagnetic (Photonmediating force) will be substituted with DSTGravitational superposed with ISTEntanglement (DEF Graviton + Knowonmediating force) which has far more range ofinteraction : Long vs Very Long (Infinity)The very promising in the future with Neutrinodriven communication is the phenomenon ofwhat I called as “Consciousness TransferingPhenomenon or CTP” or transfer of Knowledgeby means of entanglement speed (non localphenomenon) (see http://bit.ly/zbdp28 )Only KM as applied science could describe thephenomenon above mentioned for the benefit ofbasic science (Theoretical Physics)!.......20. ..... Music as well as Language are by means theproduct of (human) Knowledge Language :Based on our study, Nature Knowledge Theory(NKT) , a theory developed and based onadoption to the paradigm of “The Universe orthe Nature Knowledge is the source and centerof Consciousness” rather than “Mind Brain orHuman Being is the source and center ofConsciousness”, only human being as creaturein the Universe equipped with 3th KnowledgeInterface (KI) and 9th KI. Our 3th KIresponsible for human social behaviorcapability. While 9th KI responsible for HumanOrganizational Cummulative (Collective andSocial Learning) Culture . With noted that 9thKI in reality functioning as organizationalStandard and Culture Value of human nurturedKnowledge Management (KM). Driven by 3rdand 9th KI, Music as well as Language are bymeans the product of (human) KnowledgeLanguage..........21. ......Knowledge attributed with Consciousnessbehaving as subject and alive. Translatormachine, albeit very smart, behaving as objectand no consciousness.Language shaping Consciousness in the form ofnew Knowledge evolvement, vice – versaConsciousness shaping Language in the form ofLanguage dynamic....22. Instead of using tractor beam, a device with theability to attract one object to another from adistance, we use our own Human SystemBiology-based Knowledge Management(HSBKMtm) model framework to prove theexistence of Knowon, proposed as the 5thFundamental Force representing Knowledge asthe third fabric of Universe next to Matter andEnergy. We coined a term of the method weused as “Inverted Paradigm” phenomenon bytreating Applied Science (KnowledgeManagement) as “Knowledgeable Science” forA 19

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8source and center of Consciousness”paradigm..............30. ..... It seems from my point of view, most of usstill have mindset derived from DIKWcontinuum which is unfortunately, sorry,considered as human artefact in science since17th century. On the other hand, if the humanKnowledge derived from Nature Knowledge,even in reality marked with unique andsomewhat “strange behavior” that so far thereis no acceptable and workable Knowledgeand/or Knowledge Management (KM) definition,just because it is rooted from the importantbehavior of Knowledge that most of us notaware that Knowledge actually behaving assubject, having consciousness and evolved asemergent property in human complexity.Contrary with D-I continuum which is only asobject with no consciousness and passive....31. ......Human System Biology-based KnowledgeManagement (HSBKM) – generated method(through KV and “k” constant factor as themetrics) already revealed the behavior as wellas some features of Higgs Boson, we believed asduo-entity-force (DEF) Knowon-Graviton bosoninstead of their function in giving mass toparticles vs LHC – generated method (throughGeV as the metrics) that would be revealedfurther (2012?) the existence of Higgs Bosonphysically......32. .......G r a v i t o n, the 4th fundamental force,for the first time could be quantified indirectlyas “duo-entity-force”(DEF) through KnowledgeValue (KV) measurement of Knowon.......33. ....DIKW is just human artefact. The realKnowledge generated not from DIKWcontinuum but from Nature Knowledgecontinuum representing our smart, psychosomatic,complex (adaptive) system and animateUniverse. The paradigm needed, assumingConsciousness is the attribute ofKnowledge, …“The Universe or the NatureKnowledge is the source and center ofConsciousness” rather than “Mind Brain orHuman Being is the source and center ofConsciousness”.....34. ..... “After Singularity between Human Mindand Technology reaching its peak (in 2012 ?), itwill be the “Jump Time” for us to make “GreatTurning” from the BRAIN as locus of Mind tothe DNA as locus of Higher Consciousness andHuman Value”....35. ..........We strongly suggest Knowon as the fifthfundamental forces of nature which isindependent to Space-Time (IST) and featuringas non-hypothetical massless particle, should bethe strong candidate of the “hidden variable”thanks to its quantum consciousness as “psycho(consciousness) mediating particle”counterparting Graviton factor as “somatomediating particle” becoming “duo-entityforce”tobridging the gap between quantumand classical mechanic.......36. ..... In quantum world, Knowon is the“playmaker” through acting as “Psychic /Consciousness Mediating Particle” of theUniverse, counterparting Graviton as““Somatic Mediating Particle” of the Universe.In classical mechanics macroworld, Knowledge(K) maintaining the harmonious interactionbetween Matter (M) and Energy (E) throughempowering Knowon consciousness.......37. ..... Knowon, the Psychic / ConsciousnessMediating Perticle as the fifth FundamentalForces albeit independent to Space-Time (IST)but in counterparting Graviton platform asSomatic Mediating Particle becoming duoentity-forces(DEF) will acting as NatureKnowledge Management (KM) to doorchestrating the other 3 (three) FundamentalForce, Gluon – Photon – W,Z under Knowon –Graviton domain towards unification ofParticles and Forces.....38. The Road to Nature Knowledge throughKnowledge – Value (KV) measurement :References“We are not human beings on a spiritualjourney. We are spiritual beings on ahuman journey.”- Stephen Covey"Reality is merely an illusion, albeit a verypersistent one." - Albert Einstein....“I think the next century will be thecentury of Complexity.” - StephenHawking..... Dear Hawking, it seems the nextcentury will be the century of Knowledge.”- Md Santo -http://bit.ly/tzBu2uMd Santo, M.Arsali (2011), Impact of HumanSystem Biologybased KnowledgeManagement (HSBKM) model framework onTheoretical Physics (presented at “TheInternational Conference on Mathematics andSciences” – Surabaya Institute ofTechnology (ITS), Indonesia, October 12 –13, 2011)Luisa dall‘Acqua (Germany), Md Santo (Indonesia)(2012), New interpretative paradigms tounderstand and manage the unpredictabilityof the dynamics of learning in a complexmulti-user knowledge environment (presentedat CIBL 2012 , Kuching, Sarawak, Malaysia)Md Santo (2012), “The Ecosystem of KnowledgeAssessment - K Audit and Mapping"(presented at join meeting KnowledgeManagement Society Indonesia (KMSI) –School of Business and ManagementBandung Institute of Technology (ITB) – PTA 21

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Telkom Indonesia Inc (Bandung, Indonesia –Feb. 16, 2012)Stephen Hawking, Leonard Mlodinov (2010), “TheGrand Design”, Bantam Books – New YorkMd Santo (2012), “Comprehensive Guide to FutureScience Environment : DecomposingKnowledge with Inverted Paradigm Method”- , http://bit.ly/LOoYhoMd Santo (2012), “Mapping the Secrets of theUniverse : complementing bottom-up (CERN– LHC) with top-down (Mobee KnowledgeServices) mechanism” - http://t.co/bIHLTalCMd Santo (2010), “Knowledge – driven NewCopernican Principle” - http://bit.ly/JGnZ0hMd Santo (2012), “Not to finding Higgs Bosoneverlastingly but through it Science reform isour goal!” -http://mobeeknowledge.ning.com/forum/topics/not-to-finding-higgs-boson-everlastinglybut-through-it-science-rMd Santo (2011 - 2012), “Knowledge base onNature Knowledge Theory” -http://www.delicious.com/mobeeknowledge/natureknowledgetheoryMd Santo (2012), “Knowledge base on Higgsboson” -http://www.delicious.com/mobeeknowledge/higgsbosonA 22

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8HYDROTHERMAL NON-LINEAR WAVES (HNLW) USING BEKKI-NOZAKIAMPLITUDE HOLES EQUATION AS A CLINICAL NON-INVASIVE PREDICTORFOR INTERVENTRICULAR SEPTUM WALL DYSFUNCTION RELATED TOCARDIAC EXCITATIONRicardo Adrian NugrahaFakultas Kedokteran Universitas Airlangga, Surabaya - INDONESIAEmail : ric_zzzzz@yahoo.comAbstrakPendahuluan. Kelainan jantung pada septum interventrikularis (pada dinding medial) sering dijumpai padapasien dengan penyakit jantung iskemik. Akan tetapi, standar diagnostic dengan MRI dan Ekokardiografi masihtetap invasif dan mahal. Pada masa depan, kami mengusulkan penggunaan propagasi non-linear dari modulasigelombang termal (kalor) yang dihasilkan oleh eksitasi melintas miokardium. Tujuan. Untuk mengevaluasiefektivitas amplitudo gelombang hidrotermal yang dihasilkan oleh HNLW sebagai alat diagnostik terkini untukmemprediksi risiko disfungsi septum interventrikularis. Hasil. Dalam analisis multivarian disebutkan, jaringanfibrosis dan hipertrofi dinding septum dikaitkan dengan kelainan jantung. Peluang pasien dengan penyakitjantung iskemik (IHD) untuk bertahan hidup dan disembuhkan tergantung dari prosedur diagnostik sebelumnya.Pasien yang memiliki penebalan dinding septum yang menunjukkan PJK dapat didiagnosis dengan cepat danakurat terlebih dahulu oleh Hydrothermal Non-Linear Wave (HNLW). Dibandingkan dengan pencitraan teknikDoppler & Ekokardiografi 3D, metode ini mempunyai odd ratio (OR) sebesar 1,28 (95% CI, 1,21-1,35) dalamdeteksi tahap awal disfungsi dinding septum interventrikularis. Demikian juga, kepekaan HNLW dalammendeteksi malformasi jantung mempunyai akurasi dan detektabilitas yang lebih besar, bahkan dibandingkandengan Ekokardiografi 3D dengan kontras, masing-masing 86% berbanding 78% (p = 0,05, 95% CI).Sayangnya, spesifisitas HNLW secara signifikan masih lebih rendah dibandingkan Ekokardiografi dengan 90%berbanding 98%. Secara menyeluruh, spesifisitas dan sensitivitas HNLW dalam pendeteksian penyakit jantungiskemik pada daerah bukan septum (bukan medial) adalah 94% dan 78% pada dinding anterior dananteroseptal, dan 99% dan 47% pada dinding lateral. Diskusi. Perubahan kecepatan pada modulasi gelombangBekki-Nozaki yang berbentuk non-linear dengan amplitudo menyerupai lubang, telah berhasil mengamatistruktur yang tidak stabil dengan menghubungkan dua fase gelombang yang dinamis dan tak terbatas.Ketepatan tinggi dari alat ini dapat memahami karena sensitivitas kecepatan gelombang dalam suhu tinggi.Kecepatan gelombang dapat dengan mudah menurun jika mereka melintas jaringan fibrosa di sekitar serat ototjantung. Kesimpulan. HNLW terbukti lebih akurat daripada ekokardiografi dalam mendeteksi kerusakan ototjantung yang menimbulkan abnormalitas eksitasi jantung, khususnya pada dinding medial. Aplikasi klinis danefek samping jangka panjang dari HNLW masih didasarkan pada bukti dan pengalaman dokter, denganpenekanan khusus pada peran HNLW dalam memprediksi penebalan otot jantung, khsususnya pada septuminterventrikularis.Kata kunci: HNLW, Persamaan Bekki-Nozaki, Abnormalitas Septum InterventrikularisAbstractIntroduction. Interventricular septal wall motion abnormalities are frequently observed in patients with ischemicheart disease. Nevertheless, standard diagnostic, such as MRI and Echocardiography still remains invasive andexpensive. For future, we are proposing using propagating non-linear mechanical waves produced by cardiacexcitation. Objectives. To evaluate the effectiveness of Bekki-Nozaki Hydrothermal Amplitude Holes as newdiagnostic tool for predicting the risk of interventricular septal wall dysfunction. Results. In a multivariateanalysis, fibrous tissue and thickening of septal wall were associated with cardiac malformation. Theopportunities of patient with ischemic heart disease (IHD) to survive and be healed are dependent to the earlydiagnostic procedure. Patient having a thickening of septal wall that indicates IHD can be diagnosed earlier byHydrothermal Non-Linear Wave (HNLW). Compare to Doppler Techniques & 3D-Echocardiography, thismethods had an odds ratio 1.28 (95%CI, 1.21-1.35) in detection early stage of interventricular septal walldysfunction. Likewise, the sensitivity of HNLW in detection cardiac malformation is greater than contrastenhanced 3D-Eco, respectively 86% to 78% (p=0.05; 95%CI). Unfortunately, the specificity of HNLW issignificantly lower than 3D-Eco with 90%:98%. Completely, the specificity and sensitivity of HNLW in detectionischemic heart disease in non-septal wall is 94% and 78% in anterior and anteroseptal walls, and 99% and 47%in lateral wall. Discussion. Bekki-Nozaki holes that we have already observed aren’t stable structuresconnecting two infinite phase winding solutions. The high accuracy of this tool can be understanding due to theA 23

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sensitivity of the wave’s velocity in the high temperature. The wave’s velocity can easily decrease if they gothrough the fibrous tissue around the muscle-wall. Conclusion. Hydrothermal non-linear wave is more accuratethan echocardiography in detecting abnormal cardiac excitation. Clinical utility and long-term side-effect ofhydrothermal non-linear wave is discussed based on evidence-based and clinician’s experience, with particularemphasis on their role in predicting the thickening of septal muscle.Keywords: HNLW, Bekki-Nozaki Equation, Intervenricular Septal Wall AbnormalityPENDAHULUANPenyakit jantung koroner merupakan penyebabmortalitas tertinggi di negara maju maupun negaraberkembang. Berbagai spektrum klinik dari penyakitjantung koroner yang menggambarkan manifestrasiprogresivitas kerusakan miokard, memberikan tingkatkematian yang berbeda-beda, namun semuanya perlumemperoleh perhatian khusus.Pada umumnya, nyeri dada (angina pectoris)merupakan salah satu manifestasi klinik yang khaspada pasien dengan PJK mulai stadium dini. Nyeridada yang khas dengan radiasi sepanjang segmen T1sehingga penjalaran menuju sebelah medial lengankiri, punggung, epigastrium, dan rahang bawahmerupakan salah satu tanda klinis PJK yang patutdiperhitungkan, terutama ketika kejadian munculsetelah aktivitas fisik dan emosi yang berlebihan.Namun, gejala klinik yang berbeda pada tiapprofil pasien dengan PJK menyebabkan prosedurdiagnostik tidak semudah yang dibayangkan.Kelainan seperti Diabetes Mellitus dan neuropatiperifer diduga menyebabkan ketidakmampuan pasienPJK untuk merasakan nyeri yang dialami. Tentu halini menuntut klinisi untuk mengembangkan protokoldiagnostik yang terbaik dalam mendeteksi PJK, sejakstadium dini.Perkembangan alat-alat diagnsotik yang saangatmaju turut memberikan harapan bagi dunia medisdalam mendeteksi PJK pada stadium awal,melokalisir daerah infark, serta menentukan terapiyang paling sesuai berdasarkan gambaran pada alatdiagnostik tersebut. Akan tetapi, ternyata,perkembangan alat-alat diagnostik radiologis mulaidari Chest X–Ray, CT-SCAN, MRI, Angiografi, PET-SPECT, USG Doppler, hingga Ekokardiografi 3Dmasih memiliki keterbatasan untuk diaplikasikanmenjadi golden standard dalam diagnosis PJK.Sensitifitas dan spesifisitas yang rendah, serta biayayang mahal turut menjadi keterbatasan aplikasi alatalattersebut. Oleh karena itu, prosedur diagnostikstandard masih membutuhkan hasil pemeriksaanpenunjang dalam bidang laboratorium klinik dan ECGyang tentunya sangat memberatkan pasien. Untuk itu,kini pengembangan prosedur diagnostik dituntutuntuk semakin peka terhadap kebutuhan pasien danperkembangan dunia medis.Salah satu prosedur diagnostik yang telah banyakberkembang hingga saat ini adalah HydrothermalNon-Linear Wave (HNLW). HNLW merupakan alatdiagnostik terkini dalam dunia kedokteran, khususnyakardiologi, yang memanfaatkan persamaan fisikadalam aplikasinya.Hydrothermal Non-Linear Wave (HNLW)HNLW merupakan alat diagnostik yang saat initelah banyak digunakan, khususnya dalam bidangkedokteran jantung dan pembuluh darah, untukmendeteksi dan melokalisir daerah infark, sehinggadapat ditentukan dengan jelas langkah selanjutnya.HNLW telah banyak digunakan dalam duniamedis. Beberapa pusat layanan kesehatan, seperti RSCipto Mangunkusumo dan RS Jantung Harapan Kitatelah banyak menggunakan HNLW dalam mendeteksikelainan septum interventrikularis. Akurasi dansensitifitas yang tinggi menjadikan alat ini sebagaiprimadona dalam deteksi kelainan jantung. Namun,sebagaimana prosedur diagnostik invasif lainnya,HNLW tak luput dari kekurangan. Salah satukekurangan HNLW adalah tidak dapat diberlakukanpada semua layanan kesehatan, mengingat HNLWharus dilakukan di ICU / ROI dengan pengawasanyang ketat dan intensif.Dengan memanfaatkan kateter yang berisi udarapanas, maka gelombang kalor yang dipancarkan olehkateter tersebut akan dimodulasi untuk menembusdensitas otot jantung. Pada otot jantung sehat, tampak4 lapisan yang sehat pula, yakni perikardium,epikardium, miokardium, dan endokardium. Dengandensitas yang berbeda-beda, maka kecepatangelombang yang terukur saat melewati mediumtersebut akan berbeda-beda, dan hal inilah yang akandimanfaatkan dalam aplikasi kliniknya untukmendeteksi kelainan dinding jantung, yang lebihbanyak digunakan untuk deteksi dinding medial(septum interventrikularis).Persamaan Bekki-NozakiStabilitas linear dari lubang yang ditimbulkanoleh fase singularitas, cepat-rambat propagasigelombang, dan amplitudo gelombang yangditumbulkan oleh eksitasi miokardium orangsehat/normal ternyata sesuai dengan sebuahpersamaan fisika satu dimensi yang terdapat dalamkompleks Ginzburg-Landau, yang ditemukanditemukan oleh Bekki dan Nozaki ketika mempelajarimasalah linierisasi refernsial yang dapat secarasempurna beradaptasi. Subruang netral yangditemukan oleh Bekki dan Nozaki memiliki strukturyang cukup kompleks dan penting untuk diperhatikan.Hilangnya stabilitas dalam persamaan gelombangsebesar dapat dua kali lipat amplitudo gelombangmemodulasi fase ketidakstabilan yang terkait denganA 24

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8bagian terus-menerus dari spektrum, dimanainstabilitas inti sangat berhubungan dengan modedeskrit serta fase kontinu dan singular dari propagasigelombang hidrotermal. Lubang yang timbul dalamHNLW diyakini merepresentasikan kecepatan yangsecara simetris mendekati nol atau bahkan nolabsolut, ditemukan ketika propagasi gelombangmenembus miokardium orang normal/sehat yangmemiliki densitas tinggi. Hal ini mampu menjelaskanperbedaan miokard orang sehat dan orang denganinfark, dimana pada pasien infark, densitas miokardmenurun sehingga menjadikan lubang yangditimbulkan dari penurunan gelombang Bekki-Nozakiini lebih renadah daripada dua kali amplitudogelombang kalor. Batas inilah yang akan menjadicutting plate sebagai dasar klasifikasi derajatdetektabilitas pasien dengan kelainan miokardium.Hal ini menjadi solusi yang paling stabil dimanabatas-batas inti ketidakstabilan tersebut telahditetapkan pada bidang parameter untuk kecepatandua lubang yang berbeda.METODOLOGIPenelitian ini dilakukan dengan observasibeberapa fase singularitas dalam perjalanangelombang hidrotermal yang dihasilkan oleh HNLW.Fase singularitas, amplitudo, dan cepat-rambatgelombang diukur dengan suatu metode ultrasonikterkini, dimana obeservasi dilakukan pada septuminterventrikularis probandus, dengan dua macamsubjek, yaitu subjek yang sehat/normal, dan subjekyang telah mengalami abnormalitas septuminterventrikularis, baik berupa penebalan, penipisan,maupun kalsifikasi derajat lanjut. Subjek padakelompok sakit memiliki riwayat medis yangbervariasi, dengan spektrum klinik yang berbedabeda.Kebanyakan pasien (56%) berada pada kondisipenyakit jantung iskemik (IHD) stadium awal,sementara disusul oleh pasien dengan NSTEMI (21%)dan STEMI (14%). Sisanya adalah pasien yangmengalami Cardiac Remodelling dan berada padakondisi Gagal Jantung Kongestif. Dari observasi,tidak ditemukan pasien dengan ruptur septuminterventrikularis.HNLW dilakukan dengan menggunakan air panaspada suhu 70-80 o C, dimana pada suhu tersebut,hantaran kalor dari uap air menuju miokard secarakonduksi dan radiasi paling mudah untuk diamati. Airpanas dimasukkan melalui kateter dengan akses venasentral (melalui v.jugularis externa). Kemudiankateter diarahkan melintas menuju v.kava superiormasuk ke atrium kanan jantung. Kateter kemudiandiarahkan menuju ventrikel kanan jantung, untukkemudian didorong mengitari a.pulmonalis danv.pulmonalis melalui sinus transversius pericardii.Memutari v.pulmonalis, kateter akhirnya kembali kejantung melalui atrium kiri, kemudian dipompa olehventrikel kiri menuju aorta. Kemudian, kateterdiarahkan untuk keluar dari pembuluh darah agartidak menimbulkan emboli pembuluh darah. Dari sinidapat diketahui bahwa selama kateter beredar disekitar jantung, telah banyak kalor yang dilepaskanoleh panas dari air dan uap air yang berasal darikateter, sehingga propagasi gelombang kalor yangdihantarkan melalui konduksi dan radiasi ke dalamotot jantung dapat diobservasi dan dikuantifikasiberdasarkan persamaan Bekki-Nozaki.Dalam observasi pasien yang menjalani HNLW,septum interventrikularis telah berhasil diamati secarajelas. Gambaran komputer yang telah terautomatisasiuntuk melakukan kuantifikasi cepat-rambatgelombang diyakini mampu menunjukkan bahwasetidaknya salah satu fase singularitas dan aplitudoyang diamati dalam eksitasi gelombang oleh jantungberdasarkan septum interventrikularis dapatdijelaskan oleh melalui persamaan non-linear yangberasal dari postulat Bekki-Nozaki dalam persamaankompleks Ginzburg-Landau, meskipun muncul danhilangnya dari fase singularitas pada septuminterventrikularis telah melahirkan berbagai pola yangkompleks. Setidaknya, gambaran grafik yang akandianalisis mampu untuk mempermudah klinisimengetahui dan mendeteksi dengan cepat lokasiinfark pada daerah septum interventrikularis.HASIL DAN PEMBAHASANKomparasi detektabilitas dan akurasi diantaraprosedur-prosedur daignostik di bidang radiologi telahbanyak dilakukan. Khusus dalam bidang kardiologidan kedokteran vaskular, klinisi mempunyai banyakpertimbangan alat diagnostik yang diharapkan mampumembantu ditegakkannya diagnosis pasti penyakitpasien.Secara umum, kita mengenal beberapa alat bantudiagnostik yang sering digunakan untuk pemeriksaanpenunjang / konfirmasi dari diagnosis diferensialpasien. Dengan kemajuan teknologi, klinisidiharapkan mampu menentukan pilihat alat diagnostiksecara efektif dan efisien dengan mempertimbangkanindikasi dan kontraindikasi pasien, kelebihan dankekurangan tiap alat, serta kondisi perekonomianpasien. Pengkajian masalah alat diagnostik yangdigunakan harus dikaji secara holistik denganmempertimbangkan setiap aspek yang ada, tidakterbatas pada spesifisitas dan sensitifitas alatdiagnostik semata.Melalui Tabel I, kita dapat melakukan komparasipada setiap alat diagnostik yang ada. Dari gambaranyang kita peroleh dalam tabel di atas, pilihan alatdiagnostik apabila seseorang mengalami infarkmiokard akut adalah Real-Rime MRI dan 3DEkokardiografi atau Ekokardiografi Trans-Oesophagus. Akan tetapi, jika kita amati tiap-tiapalatnya, kita masih akan menemukan keterbatasan,khususnya dalam hal sensitifitas dan spesifisitas yangmasih sangat rendah. Bahkan, sensitifitas Chest X-Ray dalam mendeteksi penyakit jantung iskemik tidaksampai 50%, sementara CT-SCAN hanya berkisarantara 60-70%. Di sini, HNLW yang ditemukandengan memanfaatkan prinsip-prinsip fisika dituntutA 25

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8karena adanya perbedaan intrinsik tingkat seluler padamiokardium sehat. Adanya gelombang spiral dantransisi dari periode konkordansi menjadi diskordansimasih memiliki misteri yang belum dapat dijelaskan.Sementara heterogenitas lapisan jantung ini tampakdari sudut pandang anatomis dimana banyak terdapatstruktur yang berbeda-beda pada tiap regio dan tiaplapisan, seperti musculus papilaris dan kordatendinea, fossa ovalis, sulkus koroner, dan berbagailokasi anisotropik jaringan otot jantung. Hal inilahyang menyebabkan terbentuknya pola perubahancepat rambat gelombang ketika gelombanghidrotermal melintas secara trans-mural,menimbulkan perbedaan spasial.Gambar 2. Profil amplitudo dari solusi yang ditampilkan pada fasesingularitas gelombang dengan waktu yang berbeda. Bagian soliddari grafik menyoroti inti dari pergerakan lubang. Panel kirimenunjukkan penciptaan lubang dan panel sebelah kanankehilangannya.Dari dua gambar diatas, kita menemukan polakesamaan yang berulang pada propagasi gelombangmelintas otot jantung subjek yang sehat. Ketikamelintas miokardium subjek sehat, dimanamiokardium memiliki densitas tinggi, dikarenakanstruktur tight junction dari serabut otot, butir glikogendan anyaman miofibril yang tebal, dan beberapa jalurinternodal penghambat, maka cepat rambatgelombang hidrotermal akan menurun lebih besar daridua kali amplitudo gelombang. Hal inilah yangmenimbulkan kekosongan spasial seperti yangdiamati pada gambar 2.Namun ketika gelombang melintas padamiokardium pasien dengan infark, baik stadium dinipenyakit jantung iskemik, maupun stadium lanjutyang telah terjadi Dekompensasi Kordis, makaperubahan cepat-rambat gelombang tidak akanmenurun drastis, mempertahankan kecepatan rambatgelombang tidak kurang dari dua kali Amplitudogelombang. Hal ini dikarenakan terjadinya nekrosisserabut miofibril dan degenerasi parenkim jantung,mengubah jaringan otot berdensitas tinggi menjadijaringan adiposa dan jaringan fibrotik dengankomposisi yang didominasi oleh bahan amorf dengandensitas rendah dan memiliki struktur gap junction.Oleh karena itu, hantaran gelombang masihmempertahankan kecepatan di atas kecepatangelombang seharusnya, dan hal inilah yang akandirekan oleh komputer yang telah diautomatisasi.KESIMPULANHNLW dengan mempergunakan komputer digitalyang telah diautomatiasasi melalui persamaan Bekki-Nozaki telah menjadi alat pencitraan terkini dalambidang kedokteran klinis yang memiliki sensitifitasdan spesifisitas yang tinggi. Berbagai penelitian metaanalisisturut mendukung postulat ini melaluipercobaan-percobaan yang membandingkan HNLWdengan Ekokardiografi Trans-Thorakal dan Trans-Oesophagus. Secara detektabilitas, HNLW terbuktilebih akurat dengan sensitifitas dan spesifisitas yangtinggi untuk mendeteksi penyakit jantung iskemikmaupun infark miokardium. Untuk deteksi kerusakanmiokardium, HNLW semakin superior dibandingkanEkokardiografi maupun CT-SCAN dan MRI,khususnya untuk deteksi kerusakan yang ada dimedial ventrikel jantung (septum interventrikularis).Hal ini dikarenakan modulasi dan propagasigelombang dimulai ketika kateter melingkari septuminterventrikularis, sehingga bagian otot jantung yangtereksitasi lebih dahulu adalah daerah medial.Keterbatasan HNLW saat ini adalah rendahnyaakurasi detektabilitas pada bagian lateral ventrikeljantung, dimana sensitifitas dan spesifisitasnya tidakberbeda bermakna dibandingkan CT-SCAN.Kekurangan HNLW lainnya adalah prosedur yangtergolong invasif, membutuhkan observasi secaraintensif sehingga tidak dapat dilakukan tanpapersiapan yang matang. Hal ini dikarenakan kateteryang dipasang melalui akses vena sentral berpotensimenimbulkan komplikasi seperti sepsis, rupturpembuluh darah, oklusi aorta, emboli udara, danbeberapa komplikasi perdarahan minor. Dibutuhkanruangan khusus dan tenaga medis khusus yangterlatih, yang menjadikan HNLW masih terbatasuntuk dapat diaplikasikan di negara berkembangseperti Indonesia. Oleh karena itu, penelitian lebihlanjut dan komprehensif masih perlu dikaji secaraholistik untuk menjadikan HNLW sebagai alatdiagnostik standar dalam mendeteksi kerusakanseptum interventrikularis.Ucapan Terima KasihTerima kasih sebesar-besarnya kepada YogiAgung dan Lukman Raya selaku kolektor data yangtelah mendukung penelitian ini. Penelitian inidilaksanakan tanpa bantuan dana pihak manapun.Penulis menjamin tidak terdapat konflik kepentinganapa pun di dalam penelitian ini.DAFTAR PUSTAKABurguete J, Chate H, Daviaud F, Mukolobwiez N.(1999), Bekki-Nozaki Amplitude Holes inHydrothermal Nonlinear Waves, Phys. Rev.Lett. 82 (1999) p. 3252-3255A 27

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Chaté H, Manneville P. (2002), Stability of the Bekki-Nozaki hole solutions to the one-dimensionalcomplex Ginzburg-Landau equation, PhysicsLetters A Vol 171, Issues 3–4, 7 December2002, pp.183–188Garnier N, Chiffaudel A, Daviaud F, Prigent A.(2003), Nonlinear dynamics of waves andmodulated waves in 1D thermocapillary flows,General presentation and periodic solutions,Physica D: Nonlinear Phenomena Volume 174,Issues 1–4, 1 January 2003, Pages 1–29Halilović E, Merić M, Terzić I, Halilović E. (2004),Clinical aspects and haemodynamicparameters for monitoring patients with acutemyocardial infarct (AIM), Med Arh.2004;58(4):223-6Natale G. (1998), Subsurface Propagation of Thermo-Mechanical Fracture Shock Waves inHydrothermal Regimes, 23 rd Workshop onGeothermal Reservoir Engineering, StanfordUniversity. Stanford California. January 26-28,1998Park N, Lee M, Lee A, et al (2012), ComparativeStudy of Cardiac Anatomic MeasurementsObtained by Echocardiography and Dual-Source Computed Tomograph, J Vet Med Sci.2012 Jul 27Zaragosa-Macias, Chen MA, Gill EA. (2012), Realtime three-dimensional echocardiographyevaluation of intracardiac masses.Echocardiography 2012;29(2):207-19A 28

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PERBANDINGAN METODE SEGMENTASI WARNAUNTUK EKSTRASI CITRA MYCOBACTERIUM TUBERCULOSISHASIL PEWARNAAN ZIEHL – NEELSENRiries Rulaningtyas 1 , Andriyan B. Suksmono 2 , Tati L.R. Mengko 3 ,Putri Saptawati 4 , Franky Chandra 5 , Winarno 61,5,6 Program Studi Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga1,2,3,4 Sekolah Teknik Elektro dan Informatika, Institut Teknologi BandungEmail : riries-r@fst.unai.ac.idAbstrakTuberkulosis paru adalah penyakit tropis menular yang dapat menyebabkan kematian. Tuberkulosis parudisebabkan oleh mycobacterium tuberculosis (bakteri TB) dengan penyebaran penyakit melalui udara ketikapenderita batuk, bersin, maupun berbicara. Diagnosa penyakit tuberkulosis paru dilakukan melalui pemeriksaansputum (dahak) pasien. Sputum yang diperoleh dari pasien dilakukan pewarnaan dengan metode pewarnaanZiehl – Neelsen. Metode pewarnaan ini umum digunakan di puskesmas, karena di puskesmas pada umumnyamenggunakan mikroskop cahaya untuk memeriksa slide sputum. Hasil pewarnaan memberikan efek warnamerah untuk bakteri TB dan background berwarna biru. Hasil pewarnaan ini memberikan citra slide yangkomplek, sehingga petugas klinis mengalami kesulitan ketika melakukan pemeriksaan slide secara manual.Untuk membantu petugas klinis dalam melakukan pembacaan slide, maka pada penelitian ini melakukansegmentasi warna citra slide untuk mengekstrasi citra bakteri TB dan menghilangkan citra background. Padapenelitian ini, mencoba beberapa metode segmentasi warna dan melakukan perbandingan hasilnya yaitu padaruang warna RGB, HSV, dan CIE L*a*b. Pada ketiga metode warna yang diujicobakan masih memerlukanbentuk pemodelan warna yang tepat untuk warna citra bakteri TB dan bentuk pemodelan matematika yangtepat, sehingga akan diperoleh citra bakteri TB utuh dan bersih dari citra background.Kata kunci : segmentasi warna, mycobacterium tuberculosis, RGB, HSV, CIE L*a*b, pemodelan matematika.PENDAHULUANPenyakit tuberkulosis paru (TB paru) adalahsalah satu jenis penyakit tropis yang sangat berbahayakarena penyebab kematian peringkat dua setelahstroke dan mudah sekali penularannya yaitu melaluiperantaraan udara. Penyakit tuberculosis paru inidisebabkan oleh bakteri yang dinamakanmycobacterium tuberculosis. Indonesia mendudukiperingkat empat untuk jumlah penderita penyakitTBC setelah India, Cina, dan Afrika Selatan(Harahap, 2012), untuk itulah pemberantasan penyakitTBC ini masih mendapat perhatian yang utama dariPemerintah.Pemeriksaan penderita TB paru diawali denganpemeriksaan sputum (dahak). Pemeriksaan dahaksecara mikroskopis adalah pemeriksaan yang utama,karena dapat mengidentifikasi keberadaan bakteri TBpada dahak sehingga penyakit TB paru dapatdidiagnosa. Di puskesmas maupun balai kesehatanparu yang ada di Indonesia menggunakan teknikpemeriksaan dahak secara mikroskopik denganmenggunakan teknik pewarnaan Ziehl – Neelsenuntuk preparat dahak. Akibat dari pewarnaan inimenimbulkan efek warna merah untuk bakteri TB danwarna biru untuk latar pada sample dahak. Mikroskopyang biasa digunakan di Puskesmas adalah mikroskopcahaya (optik). Adapun pemeriksaan bakteri TBmasih dilakukan secara manual oleh petugas klinisdengan melakukan perhitungan jumlah bakteri secaramanual setiap lapang pandang mikroskop. Untukpenyakit TB paru dengan stadium (grade) tinggimudah dan cepat diagnosanya yaitu denganditemukannya bakteri TB dalam jumlah yang sangatbanyak, sedangkan untuk penyakit TB dengan graderendah atau yang diduga negative membutuhkandiagnosa yang lebih teliti dengan melakukanpengamatan sebanyak 300 lapang pandangmikroskop. Hal ini tentunya sangat melelahkan bagimata petugas klinis dan membutuhkan waktu yangtidak sedikit, sedangkan jumlah pasien penyakit TBparu sangat banyak.Untuk membantu petugas klinis mengidentifikasibakteri TB melalui pemeriksaan dahak secaramikroskopis, maka pada penelitian ini mencobamembuat sistem diagnosa preparat TB paru secaraotomatis. Sistem yang dibangun akan mengolah citradigital dari preparat dahak. Hal pertama yangdilakukan adalah melakukan perbaikan citra digitaldahak, kemudian melakukan segmentasi citra bakteriTB berdasarkan warna dan menghilangkan citralainnya yang bukan bakteri TB. Segmentasi warnamerupakan hal yang utama, pada kasus identifikasicitra bakteri TB ini, sehingga akan tersisa hanyagambar bakteri TB yang teramati. Hal ini diharapkanakan membantu petugas klinis meningkatkanA 29

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8keakurasian dalam mendiagnosa preparat dahak TBparu. Penelitian yang telah dihasilkan berkaitandengan segmentasi warna untuk citra bakteri TB hasilpewarnaan Ziehl – Neelsen antara lain (Forero et al.,2006) melakukan segmentasi warna dengan metodeadaptive color thresholding pada ruang warna RGB.(Khutlang et al., 2009) melakukan segmentasi citrabakteri TB dengan menggunakan metode pixelclassifier. (Makkapati et al., 2009) menggunakanadaptive color thresholding pada ruang warna HSV.Namun hasil identifikasi bakteri TB dari hasilpenelitian tersebut belum memenuhi kriteria WHOuntuk standard identifikasi bakteri TB dikatakanberhasil yaitu kesalahan diagnosa < 5% (DepartemenKesehatan RI, 2007). Oleh karena itu sebagai langkahawal memperoleh citra bakteri TB, sangat dibutuhkanteknik segmentasi warna yang tepat sehingga dapatmembantu keakurasian identifikasi bakteri TB.MATERI DAN METODE PENELITIANPada penelitian ini, mencoba segmentasi warnacitra bakteri TB (Gambar 1), pada tiga ruang warnayang berbeda yaitu RGB, HSV, dan CIE Lab,kemudian membandingkan hasil segmentasi untukketiga ruang warna tersebut.derajat adalah magenta seperti pada Gambar 2. Huemenunjukkan jenis warna (seperti merah, biru,kuning), yaitu tempat warna tersebut ditemukandalam spectrum warna. Saturasi (saturation) suatuwarna adalah ukuran seberapa besar kemurnian dariwarna tersebut akibat pengaruh dari warna putih.Seperti warna merah, dengan pengaruh warna putih,warna merh menjadi bervariasi dari warna merahmenuju merah muda, yang artinya hue masih tetapbernilai merah tetapi nilai saturasinya berkurang.Komponen HSV berikutnya adalah nilai value ataudisebut juga intensitas, yaitu ukuran seberapa besarkecerahan suatu warna atau seberapa besar cahayadatang dari suatu warna. Value memiliki nilai denganjangkauan 0% sampai 100% (Pratt, 2007).Gambar 2. Nilai Hue, Saturation, dan Value (Pratt,2007 )Konversi warna RGB ke HSV seperti pada Persamaan1 sampai dengan 5 (Gonzales, 2008 ).(1)V = max (r, g, b) (2)Gambar 1. Citra Dahak Tuberkulosis ParuRuang Warna RGBRuang warna RGB (Red, Green, Blue) adalahkombinasi warna primer yaitu merah, hijau, dan biru,yang biasa digunakan oleh monitor computer atautelevisi. Warna yang dihasilkan berasal darikombinasi tiga warna dan masing – masing memilikinilai 8 bit merah, 8 bit hijau, dan 8 bit biru. Campuranketiga warna primer tersebut dengan porposiseimbang akan menghasilkan nuansa warna kelabu.Jika ketiga warna ini disaturasikan penuh, maka akanmenghasilkan warna putih (Pratt,2007).Ruang Warna HSVModel HSV (Hue, Saturation, Value)menunjukkan ruang warna dalam bentuk tigakomponen utama yaitu hue, saturation, dan value(atau disebut juga brightness). Hue adalah sudut dari 0sampai 360 derajat. Biasanya 0 adalah merah, 60derajat adalah kuning, 120 derajat adalah hijau, 180derajat adalah cyan, 240 derajat adalah biru dan 300(3)(4)H = H + 360 jika H < 0 (5)Ruang Warna XYZNilai RGB yang terdapat pada suatu piksel dapatditransformasikan kedalam ruang warna CIE XYZmelaui proses transformasi matriks 3x3. Transformasiini melibatkan nilai – nilai tristimulus, yakni suatupengaturan dari tiga komponen cahaya – linear yangmemenuhi fungsi pencocokan warna CIE. Pada ruangA 30

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8warna XYZ, beberapa warna direpresentasikansebagai nilai yang selalu positif.Perhitungan untuk transformasi dari ruang warnaRGB ke XYZ (dengan nilai referensi putih), adalahmelalui perhitungan matriks transformasi seperti padapersamaan berikut ( Pratt, 2007 ) :Ruang Warna L * a * b *(6)Ruang Warna L * a * b * atau yang dikenal denganCIELAB adalah ruang warna yang paling lengkapyang ditetapkan oleh Komisi Internasional tentangiluminasi warna (French Commision Internationalede l’eclairage, dikenal sebagai CIE). Ruang warna inimampu menggambarkan semua warna yang dapatdilihat dengan mata manusia dan seringkali digunakansebagai referensi ruang warna.Perhitungan konversi ruang warna dari XYZ keL * a * b * berdasarkan pada persamaan berikut ini(Pratt, 2007 ):b* keluar pula dari toleransi. Dua harga delta lainyang berhubungan dengan skala CIELAB adalah C*dan H*. C* adalah perbedaan dalam warnakromatik antara objek sampel dengan objek standardyang dinyatakan dalam sistem koordinat polar. H*adalah perbedaan dalam sudut Hue antara objeksampel dengan objek standard yang dinyatakan puladalam sistem koordinat polar. CIELAB banyakdigunakan pada industri dimana objek memerlukanpengukuran warna, dengan cara membandingkanskala warna standard dengan nilai warna objeksampel. (Hunter Lab, 2008)Euclidean DistanceUntuk mengklasifikasikan warna pada suatukelompok warna tertentu, maka pada hasil penelitiankali ini menggunakan teknik Euclidean Distance,dengan mencari jarak minimum antara dua titiktetangga yang paling berdekatan (nearest neighbor).L * = 116(Y/Yn) 1/3 – 16, untuk Y/Yn > 0.008856L * = 903.3 Y/Ynselainnyaa * = 500(f(X/Xn) – f(Y/Yn))b * = 200(f(Y/Yn) – f(Z/Zn))dimana f(t) = t 1/3untuk t > 0.008856f(t) = 7.787t + 16/166 selainnya (7)Terdapat harga delta yang dapat digunakan dalanskala warna CIELAB. L*, a*, b*mengindikasikan seberapa jauh perbedaan standarddan sample antara yang satu dengan lain. Harga deltadapat digunakan sebagai control kualitas ataupengaturan persamaan. Nilai toleransi dapatdintentukan dari harga delta. Jika nilai delta lebih darinilai toleransi yang diberikan, maka terdapatperbedaan yang jauh antara citra dari objek standarddengan citra sample, sehingga beberapa tipe koreksidibutuhkan jika nilai delta keluar dari toleransi yangditetapkan. Sebagai contoh, jika harga a* keluar daritoleransi, maka intensitas warna merah atau hijaumemerlukan pengaturan kembali. Ketika warnasampel lebih merah atu lebih hijau daripada warnaobjek standard, hal ini dapat diketahui dari nilai delta.Sebagai contoh, jika a* adalah positif, maka warnasampel lebih merah dibandingkan dengan warnaobjek standard.Perbedaan warna total E* dapat pula ditentukan.E* adalah nilai single yang diambil dari perhitunganperbedaan antara nilai L*, a*, b* dari objek sampeldan objek standard. Akan tetapi jika E* keluar darinilai toleransi, maka bukan berarti parameter L*, a*,A 31Gambar 3. Teorema Phytagoras untuk dua dimensi (Michael, 2008)Panjang kuadrat dari vector x = [x1 x2] adalahpenjumlahan dari kuadrat kooordinat (Seperti padaGambar 3, segitiga OPA atau segitiga OPB, |OP| 2adalah kuadrat dari panjang x, adalah panjang titik Odan P) dan jarak kuadrat diantara dua vector x = [x1x2] dan y = [y1 y2] adalah jumlah kuadrat dariperbedaan koordinatnya (seperti segitiga PQD(Gambar 2.2), |PQ| 2 adalah kuadrat jarak antara titik Pdan Q). Untuk menentukan jarak vector x dan y dapatdigunakan notasi d x,y , sehingga menjadi persamaan (Michael, 2008 ):(8)Sedangkan jarak d x,y diperoleh dari persamaan (Michael, 2008 ):(9)Jarak antara vector x = [x1 x2] dan vector nol O = [00] adalah ( Michael, 2008 )(10)

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 4. Teorema Phytagoras untuk tiga dimensi ( Michael, 2008 )Koordinat x dalam tiga dimensi dinyatakan dengantitik x = [x1 x2 x3] seperti pada Gambar 4. Tigakoordinat adalah titik A, B, dan C sepanjang sumbu,dan sudut AOB, AOC, COB adalah 90 seperti sudutOSP pada titik S, dimana titik P diproyeksikan kelantai (Gambar 4) dengan menggunakan teoremaPhytagoras maka diperoleh :|OP| 2 = |OS| 2 + |PS| 2 (karena sudut kanan pada titik S)|OS| 2 = |OA| 2 + |AS| 2 (karena sudut kanan pada titikA) . Dan juga |OP| 2 = |OA| 2 + |AS| 2 + |PS| 2Sehinga panjang kuadrat dari x dapat dinyatakan( Michael, 2008 ) :(11)Untuk menghitung jarak antara x dan y adalah( Michael, 2008 ):(12)Bila jumlah dimensi j, dengan jumlah variable j, makajarak antara vector x dan y menjadi ( Michael, 2008 ) :(13)Persamaan 13 disebut persamaan Euclidean distanceyang diperoleh berdasarkan teorema Phytagoras.Penelitian ini dilakukan melalui langkah –langkah seperti pada diagram alir Gambar 5.HASILGambar 5. Diagram Alir PenelitianSegmentasi warna pada ruang warna RGB yangtelah dilakukan pada penelitian ini yaitu dari kanalwarna yang dipilih dengan suatu nilai segmentasitertentu yang biasanya disebut thresholding. Analisisyang dilakukan adalah analisis ruang warna yangdigunakan. Pertama yang dilakukan adalahmenganalisis ruang warna RGB, dengan hasilpemisahan kanal Red, Green, dan Blue, ternyata citrabakteri TB terlihat jelas pada kanal Green. Kemudiandilakukan segmentasi dengan nilai threshold yangdiperoleh dari histogram citra. Dari colormap kanalgreen dan histogram (Gambar 6) kanal green dapatdiambil nilai threshold untuk intensitas warnanyasebesar 120.Gambar 6. Histogram Kanal Green RGBA 32

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Hasil segmentasi citra dahak pada ruang warna RGBterlihat pada Gambar7.Dari color map kanal hue dan histogramnya (Gambar8) yang dihasilkan dapat ditentukan nilai thresholduntuk segmentasi background yaitu sebesar 0,55.Gambar 7. Citra Dahak Sebelum dan Sesudah Segmentasi padaRuang Warna RGBDari hasil color thresholding pada ruang warnaRGB, terlihat hasil segmentasi yang kurang bagus,citra background masih terlihat. Disamping itu jugasulit menentukan nilai threshold yang tepat dari profilhistogram di kanal green, karena histogramterdistribusi merata sehingga sulit membedakanhistogram objek dengan background.Untuk mengatasi kekurangan pada ruang warna RGB,maka dalam penelitian ini mencoba ruang warna HSV(hue, saturation, value).Gambar 9. Citra Dahak Sebelum dan Sesudah Segmentasi padaRuang Warna HSVPerbandingan dua kanal yaitu kanal green pada ruangwarna RGB dan kanal hue pada ruang warna HSV,menunjukkan bahwa kanal hue dapat melakukansegmentasi warna lebih baik dari kanal green.Hasil segmentasi warna pada ruang warna CIEL*a*b* dengan metode Euclidean Distance, sepertipada Gambar (10) dan Gambar (11).Dari hasil segmentasi warna pada ruang warnaCIE L*a*b* menunjukkan bahwa hasil segmentasimasih kurang baik, karena masih tertinggal citrabackground, sehingga memerlukan teknik segmentasilagi untuk menghilangkan citra background.Dari ketiga ruang warna yang telah diuji coba,segmentasi warna pada ruang warna HSVmemberikan hasil yang paling baik. Namun ketikanilai threshold pada ruang warna HSV inidiaplikasikan pada citra dahak secara utuh, masihmemberikan hasil segmentasi yang kurang bersih daricitra background (seperti pada Gambar 12).Dari ketiga ruang warna tersebut, masih perludikaji lagi dari sisi pemodelan matematik yangdigunakan. Dengan mengembangkan modelmatematik dasar yang ada pada ketiga ruang warnatersebut, akan dapat memperbaiki performansi hasilsegmentasi, karena ketiga ruang warna tersebut adalahyang paling dekat dengan persepsi visual matamanusia.Gambar 8. Histogram Kanal Hue HSVA 33

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 10. Hasil Segmentasi CIE L*a*b*(a). Citra Bakteri TB tunggal(b). Hasil Segmentasi Kanal Red(c). Hasil Segmentasi Kanal Magenta(d). Hasil Segmentasi Kanal BlueGambar 11. Hasil Segmentasi CIE L*a*b*(a). Citra Bakteri TB dengan Noise(b). Hasil Segmentasi Kanal Red(c). Hasil Segmentasi Kanal Magenta(d). Hasil Segmentasi Kanal BlueA 34

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 12. (a). Citra Dahak Utuh, (b). Hasil SegmentasiKESIMPULANSegmentasi warna citra bakteri TB padapenelitian ini memberikan hasil segmentasi sementarayang baik pada ruang warna HSV. Namun pada ruangwarna ini masih belum dapat memberikan hasilsegmentasi yang baik untuk kasus citra dahak utuhyang masih banyak terdapat noise citra yang non TB.Dari hasil penelitian ini, dengan menggunakanalgoritma dasar segmentasi yaitu metode thresholdingbelum dapat menyelesaikan persoalan segmentasiutuh citra dahak yang komplek, sehingga masihmemerlukan pengembangan metode dan algoritmayang dapat membantu memperbaiki performansisegmentasi yang memegang peran penting untukmengidentifikasi citra bakteri TB.UCAPAN TERIMA KASIHTerima kasih untuk Laboratorium TeknikBiomedik Institut Teknologi Bandung, atas segalafasilitas yang telah diberikan kepada Penulis utamaselama menempuh pendidikan S3 di ITB dandukungannya pada panelitian ini.DAFTAR PUSTAKADepartemen Kesehatan Republik Indonesia, 2007,Pedoman Nasional PenanggulanganTuberkulosis.Hunter Lab, 2008“Measure Color”,www.hunterlab.com.M. Forero, F. Sroubek, and M.Desco, august 2006 ,“Automatic identification of nycobacteriumtuberculosis by Gaussian mixture models”,Journal of microscopy, vol.223 no.2, pp.120-132.Michael, 2008, “Measures of distance betweensamples:Euclidean”,http://www.econ.upf.edu/~michael/stanford/maeb4.pdfR. Khutlang, S.Krishnan, R. Dendere, A. Whitelaw, K.Veropoulos, G. Learmonth, T.S. douglNIas,2009, “Classification of MycobacteriumTuberculosis in Images of ZN-Stained SputumSmears”, IEEE Xplore.R.C. Gonzales, Richard E.Wood,Steven L.Eddins,2008, Digital Image Processing Third Edition,Pearsonson Prentice HallS.W. Harahap, 22 Mei 2012, Jumlah Penderita TBCdi Indonesia Peringkat 4 di Dunia,Kompasiana, www.kompas.com.V. Makkapati, R. Agrawal, R. Acharya (2009,August), “Segmentation and Classification ofTuberculosis Bacilli from ZN-stained sputum/smear Images”, in IEEE Conference onAutomation Science and Engineering,Bangalore – India.W.K. Pratt, 2007, “Digital Image Processing”, Wiley-Interscience, A John Wiley & Sons, Inc.A 35

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8UJI KARAKTERISTIK MODUL SURYA DENGAN MENGGUNAKAN SUNSIMULATOR SEDERHANA SERTA PENDEKATAN KOMPUTASISatwiko SJurusan Fisika, FMIPA UNJKampus B, Jl Pemuda no 10 RawamangunJakarta Timur 13220email: sidopekso61@yahoo.com.auAbstrak-Dengan menggunakan sun simulator sederhana besaran besaran pada hasil pengukuran kurva fungsikarakteristik sel surya I-V dapat diperoleh, dilakukan beberapan pengukuran dengan jenis solar cell yangberbeda baik tipe maupun ukurannya. Pendekatan simulasi digunakan untuk membandingkan antara keduannya.Diperoleh hasil yang berkesesuaian simulasi serta hasil keluaran dengan sun simulator.Kata Kunci: sun simulator, Kurva Karakteristik, pendekatan simulasiPENDAHULUANSel surya merupakan perangkat semikonduktoryang mengkonvesi cahaya matahari menjadi energilistrik. Pemanfaatan sel surya di Indonesiamerupakan hal menarik karena Indonesia terletakpada daerah khatulistiwa. Permasalahan yang adayaitu harga sel surya masih mahal dibandingkandengan pembangkit energi dari sumber energi lain.Usaha untuk menurunkan harga panel surya dapatdilakukan dengan menaikkan efisiensi sel tersebut.Sel surya dapat dimodelkan sebagai sumberarus yang diparalelkan dengan dioda. Ketika selsurya disoroti cahaya, akan menghasilkan arus I L .Ketika sel surya dalam kondisi gelap, sel suryahanya berfungsi sebagai dioda sambungan P-N dantidak dapat memproduksi energi listrik. Ketikadihubungkan dengan tegangan dari luar, sel akanmemproduksi arus I D yang disebut arus diodadalam kondisi gelap [1].Gambar 1. Diagram arus sel surya [2].Sel surya bekerja maksimum pada tingkatiradiasi tertentu dari suatu sumber cahaya untukbisa diubah menjadi keluaran berupa arus listrikdan tegangan. Bentuk kurva karakteristik I-Vberbeda-beda pada intensitas, dan temperaturtertentu. Karakteristik I-V sel surya ketika disinaripada sembarang iradiasi dan temperatur Tditunjukkan pada gambar 2.Gambar 2. Kurva karakteristik model sel surya.Arus keseluruhan yang didapat merupakan selisihantara arus fotolistrik I L dan arus dioda I D,dirumuskan dengan:(1)dengan I L adalah arus saat sel surya disinari(Ampere), I 0 adalah arus saturasi diode (Ampere), qadalah muatan elektron sebesar 1,602 x 10 -19 C, Vadalah tegangan keluaran (Volt), I adalah aruskeluaran (Ampere), Rs adalah hambatan seri sel(Ω), Rsh adalah hambatan paralel sel (Ω), n adalahfaktor ideal dioda (antara 1 sampai 2), k adalahkonstanta Boltzman sebesar 1.38 x 10 -23 J/K, dan Tadalah temperature sel (Kelvin) [3].Karakteristik I-V sel surya berubah sepanjangperubahan besar iradiasi cahaya yang mengenaipermukaan modul surya. Semakin besar iradiasiyang terkena modul, semakin besar pula daya danefisiensinya. Hal tersebut ditunjukkan pada gambar3.A 36

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 3. Kurva karakteristik I-V terhadap perubahan iradiasi[4].Suhu sel surya mempengaruhi fill factordikarenakan ketika suhu di sekitar sel suryameningkat di atas suhu normal 25 0 C, teganganakan berkurang. Selain fill factor, efisiensinya jugaturun beberapa persen. Sebaliknya ketika suhumeningkat, besarnya arus juga akan meningkat.Gambar 4. Kurva karakteristik I-V terhadap perubahantemperature [4]Untuk mensimulasikan cahaya yang akanmengenai permukaan modul sehingga diketahuiefisiensi maksimal suatu modul, maka dapatdigunakan sebuah simulasi matahari buatan (sunsimulator) dengan menggunakan lampu halogenuntuk mendapatkan karakteristik sel suryakhususnya I-V. Lampu halogen tersebut disusundidalam box reflektor dimana di setiap sisi boxtersebut merupakan cermin. Ruang reflektor iniberfungsi mengurangi cahaya untuk keluar sehinggatidak ada cahaya loss, dan tepat mengenai modulsurya. Modul surya ditempatkan dibagian atas boxreflektor tepat mengarah langsung kepada lampuhalogen.Gambar 5. Sisi dalam sun simulatorKeuntungan penggunaan sun simulator yaituuntuk bisa memodelkan iradiasi matahari kepadasel surya tanpa dipengaruhi cuaca dan temperatursekitar. Selain itu karakteristik sel surya lebihakurat mendekati model jika menggunakan sunsimulator dibanding dengan iradiasi langsung kematahari dikarenakan menghindari panas yangberlebihan akibat iradiasi secara terus menerus [5]BAHAN DAN METODEBahan-bahan yang digunakan dalam penelitianini adalah Modul surya polycrystalline Si tipe SX50 U, serta 3 buah modul monocrystalline , Lampuhalogen 500 dan 1.000 Watt, Cermin datar, Resistorbox, Sensor arus DCS-01, Sensor suhu LM-35,Rangkaian pembagi tegangan, MikrokontrolerATmega 8535, dan Laptop.Pengambilan data dilakukan denganmenembakkan cahaya dari lampu halogen langsungterhadap modul surya dan dilakukan di dalam boxreflektor. Intensitas cahaya yang masuk diserapmodul surya dan dikonversi menjadi keluaranberupa arus dan tegangan. Arus dihasilkan melewatisensor arus dan rangkaian pembagi tegangan akanmasuk ke dalam mikrokontroller. Mikrokontrollerdibuat pemrograman agar data dapat langsunginterface ke laptop. Dengan mengubah-ubah nilairesistansinya, makan didapat kurva karakteristik I-V sel surya tersebut.HASIL DAN PEMBAHASANHasil pengukuran karakteristik I-V padairadiasi dan jarak yang berbeda menunjukkanperubahan efisiensi yang saling berhubungan.Ketika iradiasi oleh lampu halogen sebesar 4000Watt dengan jarak yang diubah-ubah antara 80 cm,70 cm dan 60 cm, menunjukkan bahwa semakinbesar jarak penyinarannya, Isc dan daya yangdihasilkan akan semakin kecil. Hal ini dikarenakanketika sel surya didekatkan dengan lampu halogen,intensitas iradiasi yang diterima oleh sel suryamenjadi lebih besar.A 37

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8METODE GRADIEN VERTIKAL GAYABERAT MIKROANTAR WAKTU DAN APLIKASINYASupriyadi 1 , Sarkowi 21Program Studi Fisika FMIPA Universitas Negeri Semarang2 Program Studi Teknik Geofisika FT Universitas LampungEmail : pryfis@yahoo.comAbstrakTelah dilakukan pengukuran gradien vertikal gayaberat mikro antar waktu di Semarang sebanyak dua kali,yaitu periode Juli 2007 dan Juli 2008 dengan menggunakan gravimeter Scintrex Autograv CG-3. Pada setiappengukuran dilakukan dengan meletakkan gravimeter di atas pemukaan tanah dan pada keringgian 70 cm.Berdasarkan pemodelan awal yang menggunakan data sintetik menunjukkan bahwa terdapat tiga kemungkinannilai anomali gradien vertikal gayaberat mikro antar waktu yaitu nol, positip, dan negatip yang berturut-turutberkaitan dengan tidak ada perubahan, kenaikan, dan penurunan muka air tanah. Hasil penelitian menunjukkanbahwa nilai negatip anomali gradien verikal gayaberat mikro antar waktu ditemukan di daerah Simpang Limasekitarnya, Tugu Muda, Karangayu, Pusponjolo, Puspowarno, Puspogiwang, Kalibanteng, Sampangan,Manyaran, perumahan Telogosari. Di bagian selatan, yaitu kawasan Meteseh dan sekitarnya ditemukan nilaianomali gradien vertikal gayaberat mikro positip yang mengindikasikan dikawasan terbut terjadi kenaikanmuka air tanah akibat curah hujan.Kata kunci : anomali, gradien vertikal gayaberat, air tanah1. PENDAHULUANMetoda gaya berat merupakan metoda geofisikayang mengukur variasi gaya berat di bumi. cukupbaik digunakan untuk mendefinisikan daerah targetspesifik untuk selanjutnya disurvei dengan metodametodageofisika lain yang lebih detil.Seiiring dengan perjalanan waktu, metode initelah mengalami perkembangan, diantaranya adalahperkembangan peralatan utama, yaitu gravimeterdan metode pengukuran di lapangan.Adanya peningkatan akurasi gravimeter danpengembangan sistem digital, penerapan metodegayaberat untuk sumber anomali dekat permukaandan yang berhubungan dengan lingkungan sertauntuk tujuan pemantauan semakin banyakdigunakan, diantaranya: untuk pemantauanreservoir panas bumi, minyak dan gas. Prosesproduksi uap dan injeksi air pada reservoir panasbumi harus dimonitor secara baik dengan tujuanagar reservoir panas bumi tetap stabil, produksiuap stabil sehingga reservoir panas bumi dapatbertahan lama (Allis dan Hunt, 1986; Andres danPedersen, 1993; Kamah dkk., 2001; Galderen dkk.,1999; Eiken dkk., 2000; Akasaka dan Nakanishi,2000; Mariita, 2000; Nishijima, dkk., 2005), untukpemantauan reservoir minyak dan gas akibataktivitas produksi minyak dan injeksi gas atau airtelah dilakukan sejak tahun 1983 dan terusberkembang sampai sekarang (Hare, dkk., 1999;Kadir, dkk., 2004; Santoso dkk., 2004). Aktivitasgunung api yang berupa pergerakan magma dandeformasi permukaan juga telah diamati denganmetode gayaberat mikro untuk mengetahuikarakterisitik aktivitas gunung api (Rundle, 1982;Johnsen dkk., 1980; Rymer dkk., 1988; Joussetdkk., 2000),Pengembangan metode pengukuran gayaberatyang telah dilakukan di berbagai tempat adalahgradient vertikal gayaberat. Metode ini telah dipakaiuntuk berbagai keperluan survei, misalnya:penelusuran situs arkeologi (Stefanelli et al, 2008),untuk survei geologi terutama yang terkait denganpenentuan bidang batas (Tatchum et al, 2008),penelusuran gua bawah permukaan ( Butler , 1984).Berdasarkan hasil penelitian terdahulu tentangpemanfaatan metode gradient vertikal gayaberatmikro antar waktu yang menunjukkan hasil yangmakasimal, maka pada penelitian ini diaplikasikanmetode tersebut untuk pemantauan perubahankedalaman muka air tanah di kota Semarang.2. DASAR TEORI2.1 Respon Gayaberat mikro Akibat PenurunanMuka Air TanahPerubahan kedalaman muka air tanah di suatutempat dipengaruhi oleh : musim, banyaknya curahhujan, pengambilan air tanah oleh manusia untukkeperluan rumah tangga dan industri. Allis danHunt (1986) menyatakan bahwa respon anomaligayaberat akibat perubahan muka air tanah dapatdihitung menggunakan pendekatan koreksi slabBouguer tak hingga dengan memasukkan faktorporositas. Persamaannya sebagai berikut :g 2 Gd1gwww 41 ,93 dGal 2wA 39

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dengan g w , G, w , , d masing - masing adalahperubahan nilai gayaberat akibat adanya perubahankedalaman muka air tanah, konstanta gayaberatumum, rapat massa air (gr/cm 3 ), porositas (%), danperubahan kedalaman muka air tanah (meter).Sarkowi (2007) memodelkan hubungan penurunanmuka air tanah dengan anomali gayaberat mikroantar waktu dengan mengasumsikan porositasbatuan (reservoir air tanah) sebesar 30% maka setiapperubahan muka air tanah 1 meter menyebabkanperubahan gayaberat 12,579 Gal sepertiditunjukkan pada Gambar 1Gambar 1. Hubungan antara respon gayaberatmikro dengan penurunan muka air tanah2.2 Gradien vertikal gayaberat mikro antarwaktuUntuk mengetahui hubungan antara gradienvertikal gayaberat dengan perubahan rapat massadilakukan dengan menghitung gradien vertikalgayaberat dari benda berbentuk bola. Responvertikal gayaberat dari model benda berbentuk bolaadalah (Telford dkk., 1990) :4g Ga3z32 2x z 2Gradien vertikal gayaberat dihitung dari turunanpersamaan 3 terhadap z2g4 1 3z Gaz3 2 2 2 2 2 2 x z3x z54dengan : g (gayaberat terukur), g / dz (gradienvertikal gayaberat), G (konstanta gayaberat umum),z (kedalaman pusat bola), ( (rapat massa), a (jari-jaribola), x (titik ukur).Persamaan 4 menunjukkan bahwa apabila jarijaridan kedalaman bola tetap, maka gradien vertikalgayaberat hanya dipengaruhi oleh rapat massa..Penurunan rapat massa menyebabkan penurunangradien vertikal gayaberat dan sebaliknya. Gradienvertikal gayaberat-mikro time lapse merupakanselisih nilai gradien vertikal periode sekarangdengan sebelumnya seperti ditunjukkan persamaan 5dan 6. 2gx,z,t4 1 3z Ga 35z 32 2 2 2 2 2 x z x z 5gx, z,t gx,z,t2 gx,z,t16 zzz3A 40denganx, z t: gradien vertikal gayaberat-mikrozAntar waktux, z,t : gradien vertikal gayaberat-mikrozpada t 1x, z,t : gradien vertikal gayaberat-mikrozpada t 2t 1 : waktu pengukuran pertamat 2 : waktu pengukuran kedua g ,g1g23. METODEPENELITIANPeralatan utama yang digunakan adalahgravimeter La Coste & Romberg G1158 danScintrex Autograv CG-3. Lokasi penelitian di kotaSemarang. Pengukuran gayaberat menggunakanmetode gradien vertikal gayaberatmikro antar waktu.(Gambar 2). Pengukuran dilakukan 2 kali, yaitu padabulan Juli 2007 dan Juli 2008 di titik ukur yangsama. Untuk penentuan posisi titik ukur gayaberatdigunakan GPS.Skema struktur pengukuran gradien vertikalgayaberat di lapangan dibuat dari dua buah kotakdan kaki tiga yang dirancang khusus denganketinggian yang dapat diatur (Gambar 2).Gambar 2. Skema model pengukuran gayaberat untukmenentukan gradien vertikal4. HASIL DAN PEMBAHASAN4.1 Karakteristik gradien vertikal gayaberatmikro antar waktu akibat pengurangan airtanahSimulasi data sintetik ini bertujuan untukmengetahui karakteristik gradien vertikal gayaberatmikroantar waktu akibat pengurangan ataupenurunan kedalaman muka air tanah. Parametermodel fisis yang digunakan berupa model bumi tigalapis memanjang ke arah horisontal dengan sifatsifatfisik sebagai berikut (Marsudi, 2000; Arifin danWahyudin, 2000) sebagai beriku: lapisan 1 berupalempung memiliki ketebalan 10 m dan = 1,9gr/cm 3 , lapisan 2 berupa pasir (akifer) denganketebalan 40 m dan =2,0 gr/cm 3 . Porositas akiferadalah 30% , perubahan rapat masa akibatpengambilan air tanah adalah = -0.3 gr/cm 3 ,lapisan 3 berupa lempung dengan = 2,1 gr/cm 3 .Diasumsikan punurunan muka air tanah terjadi padakoordinat 4000 – 6000 meter dengan besarnyapenurunan kedalaman muka air tanah adalah: t 1 = 0

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8m, t 2 = 5 m, t 3 = 10 m, dan t 4 = 15 m. Pengukurangayaberat dilakukan pada ketinggian 0 dan 1 m diatas permukaan tanah, sehingga nilai gradienvertikal gayaberat merupakan selisih nilai gayaberattersebut. Model benda, respon gayaberat, gradienvertikal dan gradien vertikal gayaberat mikro antarwaktu ditunjukkan pada Gambar 3. Hasil simulasimenunjukkan bahwa pengurangan air tanah akanmengurangi nilai gradien vertikal gayaberat.Pengurangan air tanah akan memberikan nilaigradien vertikal gayaberat mikro antar waktunegatif ( - )Gambar 3. Karakteristik gradien vertikal gayaberat mikro antarwaktu akibat pengurangan air tanah4.2 Karakteristik gradien vertikal gayaberatmikro antar waktu akibat pengisian kembaliair tanahPengisian kembali air tanah pada akiferme nyebabkan kenaikan rapat masa akifer yangbesarnya tergantung pada porositas dan saturasiakifer air tanah tersebut. Model fisis yang digunakansama dengan model fisis pengurangan air tanah,tetapi pada pada kondisi awal (t 1 ) akibatpengambilan air tanah yang berlebihan terjadipenurunan air tanah membentuk kerucut dengankedalaman 20 meter pada koordinat 4000 – 6000meter. Pada saat t 2 (pemompaan dihentikan) terjadipengisian kembali air tanah pada akifer sampai 5dan 10 meter pada t 3 .Model fisis, respon gayaberat, gradien vertikaldan gradien vertikal gayaberat-mikro time lapseakibat pengisian kembali air tanah (imbuhan airtanah) ditunjukan pada Gambar 4. Hasil simulasimenunjukkan bahwa pengisian kembali air tanahmenyebabkan kenaikan nilai gradien vertikalgayaberat. Imbuhan air tanah akan memberikan nilaigradien vertikal gayaberat waktu positif.A 41Gambar 4. Karakteristik gradien vertikal gayaberat-mikro antarwaktu akibat adanya pengisian kembali air tanahBerdasarkan karakteristik gradien vertikalakibat penurunan muka air tanah di atas makametode ini dapat digunakan untuk mengidentifikasidaerah imbuhan air tanah (recharge) dan daerahpengurangan air tanah (discharge). Daerah yangmemiliki gradien vertikal gayaberat mikro antarwaktu positif mengindikasikan daerah imbuhan airtanah (recharge) dan sebaliknya daerah dengangradien vertikal gayaberat-mikro time lapse negatifmengindikasikan daerah pengurangan air tanah .Hasil simulasi karakteristik anomali gayaberatmikroantar waktu dan anomali gradien vertikalgayaberat-mikro antar waktu menunjukkan bahwauntuk proses identifikasi dinamika air tanah yangberupa : imbuhan air tanah, pengurangan air tanah,aliran air tanah dapat ditentukan dengan bantuantabel seperti ditunjukkan pada Tabel I.Tabel I. Karakteristik gradien vertikal gayaberat mikro antarwaktuGradien Air tanah KeteranganNoVertikal1 0 Air tetap Tidak ada perubahan2 + Air tambah Tanah turun = airtambah3 - Air kurang Tanah naik = air turun4 0 Air tetap5 + Air tambah6 + Air tambah7 + Air tambah Grav tanah naik < Gravair tambah8 - Air turun Grav tanah turun > Gravair turun9 0 Air tetap10 + Air naik Grav tanah naik > Gravair naik11 - Air turun12 - Air turun Grav Tanah turun < Gravair turun13 - Air turun4.3 Gradien gayaberat mikro antar waktuperiode Juli 2007Gradien vertikal gayaberat mikro merupakanselisih nilai bacaan gravimeter pada ketinggian yangberbeda. Pada penelitian ini beda tinggi pengukuranadalah 70 cm. Peta gradien vertikal gayaberat mikrodaerah Semarang untuk periode Juli 2007ditunjukkan pada Gambar 5.

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 5. Peta gradien vertikal gayaberat mikro periode Juli2007Berdasarkan hasil pengukuran periode Juli 2007menunjukkan bahwa nilai gradien vertikal gayaberatmikro 0.22 s/d 0.38 mGal/m. Nilai gradien vertikalgayaberat mikro 0.34 mGal/m berada di beberapadaerah, misalnya Jatingaleh, Gombel, KesatrianKaliwiru, Gadjahmungkur, Tanah putih (bagianselatan), Manyaran, Sampangan, Kalibanteng,Pindrikan (bagian barat), kelurahan Bandarharjo(bagian utara), dan kelurahan Muktiharjo (bagiantimur). Di bagian tengah tidak ditemukan daerahdengan nilai rentang nilai gradien vertikal gayaberatmikro yang dimaksud. Nilai gradien vertikalgayaberat mikro 0.22 ditemukan di daerahKrapyak dan sekitarnya.4.4 Gradien gayaberat mikro antar waktuperiode Juli 2008Hasil pengukuran gradien vertikal gayaberatmikro pada periode Juli 2008 dilakukan pada titikyang sama dengan periode sebelumnya (Juli 2007).Mengingat topogragi lokasi penelitian relatif datar,maka koreksi yang dilakukan pada data gayaberathanya koreksi pasang surut (tide correction), dankoreksi apungan (drif correction). Peta gradienvertikal gayaberat mikro antar waktu periode Juli2008 seperti pada Gambar 6.Berdasarkan hasil pengukuran periode Juli 2007menunjukkan bahwa nilai gradien vertikal gayaberatmikro 0.22 s/d 0.38 mGal/m. Nilai terbesar 0.38berada di kelurahan Bandarharjo (bagian utara) danGombel dan sekitarnya (bagian selatan). Nilaiterendah 0.22 ditemukan di beberapa tempatTugu Muda dan sekitarnya, kelurahan Kaligawe,Karangayu dan sekitarnya, pantai Marina dansekitarnya.4.5 Anomali gradien vertikal gayaberat mikroantar waktu periode Juli 2007 – Juli 2008Anomali gradien vertikal gayaberat mikro antarwaktu merupakan selisih gradien vertikal gayaberatmikro periode Juli 2008 dengan periode Juli 2007.Peta anomalinya seperti pada Gambar 7 berikut.Gambar 7. Peta anomali gradien vertikal gayaberat mikro antarwaktu periode Juli 2007 – Juli 2008Berdasarkan Gambar 7, terlihat bahwa nilaigradien vertikal gayaberat mikro antar waktu antara-0.07 samapai dengan 0.05 mGal/meter. Nilainegatip ditemukan di daerah Simpang Limasekitarnya, Tugu Muda, Karangayu, Pusponjolo,Puspowarno, Puspogiwang, Kalibanteng,Sampangan, Manyaran, perumahan Telogosari. Nilaianomali negatip ini berkaitan dengan penurunanmuka air tanah akibat pemanfaatan air tanah untukkeperluan rumah tangga dan industri. Fenomenapenurunan muka air tanah selama rentangpengukuran gayaberat ditunjukkan oleh penurunanmuka air sumur pantau milik Dinas Pertambangandan Energi propinsi Jawa Tengah yang tersebar dikota Semarang sebagaimana ditunjukkan Gambar 8.Gambar 6. Peta gradien vertikal gayaberat mikro periode Juli2008A 42

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 8. Penurunan muka air sumur pantau di kota Semarangselama rentang waktu pengukuran gayaberatNilai positip anomali gayaberat mikro antarwaktu terbesar 0.05 mGal/meter ditemukan didaerah Metesah bagian selatan kota Semarang.Sesuai dengan Rencana Induk Tata Kota sebelahselatan Semarang yang membentang dari timur -barat diperuntukan sebagai recharge area.Pemerintah kota melarang pengembangan wilayahini sebagai daerah pemukiman dengan tujuan agarfungsinya sebagai recharge area tetap terjaga.5. KESIMPULANMetode gradien vertikal gayaberat mikro antarwaktu dapat digunakan untuk mengetahui gejalaperubahan kedalaman muka air tanah di kotaSemarang. Gejala perubahan kedalaman muka airtanah berkaitan dengan dengan nilai anomali gradienvertikal gayaberat mikro antar waktu negatip yangmenunjukkan terjadinya penurunan muka air tanahakibat pemanfaatan untuk keperluan rumah tanggadan industri, dan sebaliknya positip menujukkanadanya kenaikan muka air tanah akibat pengisiankembali air tanah oleh curah hujan.Hasil pengukuran gradien vertikal gayaberatmikro antar waktu ini jika dibandingkan dengan dataperubahan kedalaman muka air sumur pantau untukrentang waktu yang sama menunjukkan korelasi,dimana jika terjadi penurunan muka air sumurpantau maka nilai gradien vertikal gayaberat mikroantar waktu adalah negatip, dan sebaliknya.UCAPAN TERIMA KASIHUcapan terima kasih disampaikan kepadaDP2M-DIKTI yang telah mendanai penelitian inimelalui Hibah Bersaing dengan nomer kontrak034/SP2H/PP/DP2M/III/2007, tanggal 29 Maret2007 dan 016/SP2H/PP/DP2M/III/2008, tanggal 6Maret 2008DAFTAR PUSTAKAAkasaka, C., dan Nakanishi, S. (2000), AnEvaluation of The Background Noise forMicrogravity Monitoring in The Oguni Field,Japan, Proceedings of 25 th StanfordGeothermal Workshop, 24 - 26 January 2000.Allis, R.G., and Hunt, T.M. (1986), Analysis ofExploration Induced Gravity Changes atWairakei Geothermal Field, Geophysics, 51,1647-1660.Andres, R.B.S., dan Pedersen, J.R. (1993),Monitoring the Bulalo Geothermal Reservoir,Philippines, using Precision Gravity Data,Geothermics, 22, 5/6, 395 - 402.Arifin, B.M., dan Wahyudin (2000), PenyelidikanPotensi Cekungan Air tanah Semarang danCekungan Air tanah Ungaran, Jawa Tengah,Laporan Akhir Penelitian, Direktorat Geologidan Tata Lingkungan Bandung.Butler, K.D. (1984), Microgravimetric and GravityGradient Technique for Detection ofSubsurface Cavities, Geophysics, 49, 1084 –1096.Eiken, O., Zumberge, M., dan Sasagawa, G. (2000),Gravity Monitoring of Offshore GasReservoir, SEG Expanded Abstract, 19, 431.Galderen, V.M., Haagmans, R., dan Bilker, M.(1999), Gravity Changes and Natural GasExtraction in Groningen, GeophysicalProspecting, 47, 979-993.Hare, J.L., Ferguson, J.F., Aiken, C.L.V., dan Bradly,J.L. (1999), The 4D Microgravity Method forWaterflood Surveillance a Model Study forThe Prudhoe Bay reservoir – Alaska,Geophysics, 64, 78 – 87.Johnsen, G.V., Bjornsson, A., dan Sigurdsson, S.(1980), Gravity and Elevation ChangesCaused by Magma Movement beneath TheKrafla Caldera, Northeast Iceland, JournalGeophysics, 47, 32 - 140.Jousset, P., Dwipa, S., Beauducel, F., Duquesnoy, T.,dan Diament, M.(2000), Temporal Gravity atMerapi during The 1993 – 1995 Crisis : AnInsight into The Dynamical Behaviors ofVolcanoes, Jurnal of Volcanology andGeothermal Research, 100, 289 - 320.Kadir, W.G.A., Santoso, D., dan Sarkowi, M. (2004),Time Lapse Vertical Gradient MicrogravityMeasurement for Subsurface Mass Changeand Vertical Ground Movement (Subsidence)Identification, Case Study : Semarangalluvial plain, central Java, Indonesia,Proceedings of the 7 th SEGJ InternationalSymposium, Sendai – Japan 24 – 26November 2004, 421-426.Kamah, M.Y., Negara, C., Pulungan, I., danBudiardjo (2001), Application ofMicrogravity Method on MonitoringGeothermal Reservoir Changes duringProduction of Steam in The KamojangGeothermal Field, West Java Indonesia, 5 thSEGJ International Symposium – ImagingTechnology, Tokyo, Japan, 24-26 January2001.A 43

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Mariita, N.O. (2000), Application of PrecisionGravity Measueremnt to ReservoirMonitoring of Olkaria Geothermal Field,Kenya, Proceedings World GeothermalCongress 2000, Kyushu – Tohoku, Japan,May 28 – Jun 10, 2000.Marsudi (2000), Prediksi Laju Amblesan Tanah diDataran Alluvial Semarang – Jawa Tengah,Disertasi Program Doktor, Institut TeknologiBandung.Nishijima, J., Fujimitsu, Y., Ehara, S., danYamauchi, M. (2005), Microgravitymonitoring and repeated GPS survey atHatchobaru geothermal field, CentralKyushu, Japan., Proceeding WorldGeothermal Congress 2005.Rundle, J.B. (1982), Deformation, Gravity andPotential Change due to Volcanic Loading ofThe Crust, Journal Geophysics Research, 87,10729 - 10744.Rymer, H., Van Wyk de Vries, B., dan William-Jones, J.S.G. (1998), Pit Creater Structureand Processes Governing Persistent Activityat Masaya Volcano, Nicaragua, BulletinVolcano, 59, 345 - 355.Santoso, D., Kadir, W.G.A., Sarkowi, M.,Ardiansyah, dan Waluyo (2004), Time LapseMicrogravity Study for Rejection WaterMonitoring of Talang Jimar field,Proceedings of the 7 th SEGJ InternationalSymposium, Sendai-Japan 24-26 November2004, 497-502.Sarkowi, M. (2007), Gayaberat mikro Antar Waktuuntuk Analisa Perubahan Kedalaman MukaAir Tanah (Studi Kasus Dataran AluvialSemarang), Disertasi Program Doktor,Institut Teknologi Bandung.Stefanelli P., Carmisciano C., Tontini F.C., Cochi L.,Beverini N., Fidcaro T., and Embriaco D.(2008), Microgravity vertical gradientmeasurement in the site of Virgointerferometric antenne (Pisa plain, Italy),Annals Geophysics, Vol.51, No. 5/6, pp. 877-886.Tatchum C.N., Tabod T.C., Koumeto F., Dicom E.,(2011), A gravity model study fordifferentiating vertical and dipping geologicalcontact with application to a Bouguer gravityanomaly over the Foumban shear zoneCameroon, Geophysics, 47 (1-2), pp. 43-55.A 44

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Eksplorasi Metode Deteksi Tepi Pada Pemrosesan Citra Digital Untuk MenemukanMetode Deteksi Tepi Alternatif Yang LainAslan Alwi 1 , Munirah Muslim 21,3 Program Studi Teknik Informatika Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Ponorogo2 Institusi non Fisika Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah PonorogoEmail : aslan.alwi@yahoo.co.idAbstrakPada metode deteksi tepi, citra terlebih dulu dibayangkan sebagai sebuah bidang datar yang terdiri dari pikselpenyusun. Kemudian dengan mendefinisikan fungsi grayscale di atasnya, diperoleh bahwa setiap titik memilikinilai. Ini serupa dengan membayangkan bahwa citra adalah sebuah medan scalar. Kemudian dengan gagasanselisih nilai derajat keabuan pada setiap piksel berbagai orang mengemukakan metode deteksi tepi yangberbeda. Makalah ini merekonstruksi ulang bagaimana sejumlah gagasan itu diturunkan orang dan mencobauntuk memberikan sisi pandang filosofis bagi asal mula semua gagasan itu, dimana ini memberi kemungkinankreatif untuk menemukan metode-metode alternatif yang lain berdasar sisi pandang tesebut. Sisi pandang itudirumuskan sebagai “kombinasi cara menentukan arah selisih piksel” dimana berdasarkan sisi pandang inibarangkali terdapat tak berhingga metode alternatif yang dapat dikemukakan. Kemudian filosofi ini dibawakepada gagasan yang lebih luas sampai kepada kemungkinan merumuskan operator lain selain operatorLaplacian, pada jenis operator turunan kedua. Pada dasarnya cara pandang yang dikemukakan oleh makalahini adalah melihat bahwa sekumpulan piksel yang ada pada citra memiliki tak berhingga arah untukmemperoleh himpunan gradient dari piksel-piksel tersebut, dan itu berarti ada banyak kemungkinan untukmenciptakan filter-filter deteksi tepi. Juga dalam makalah ini mengeksplorasi kemungkinan untuk membawa idedasar deteksi tepi pada citra abu-abu ke citra berwarna dengan memandang bawah sebuah citra berwarnaadalah sebuah medan vector.Kata kunci : piksel, voksel, polysel-n,m, deteksi tepi.PENDAHULUANLatar belakangMakalah ini mencoba menyajikan sebuahpendekatan formal bagi metode deteksi tepi secarakhusus, dan pengolahan citra digital secara umum.Dimulai dengan redefinisi beberapa istilah dasardalam pengolahan citra digital menurut sisi pandangpeneliti. Disamping itu peneliti juga berusahamengemukakan gagasan awal bagaimanamengeneralisir gagasan piksel dan voksel kepadadimensi yang lebih tinggi, dan pada gilirannyaberusaha memperkenalkan gagasan berikut bagaimanamengeneralisir konsep deteksi tepi kepada dimensicitra yang lebih tinggi.Setelah pendekatan formal, disajikan bagaimanaberdasarkan pendekatan formal itu, operator-operatordeteksi tepi diturunkan secara umum dari definisiformal, dan memperlihatkan sisi-sisi kreatif yangmungkin bagi siapa saja untuk menciptakan operatoroperatorbaru secara tak terbatas.Langkah selanjutnya adalah bagaimanamemperluas gagasan formal itu menjangkau hinggakepada operator laplace dan bagaimanamengeneralisir operator deteksi tepi turunan kedua.Jika memungkinkan, diperkenalkan konsep laintentang bagaimana melakukan deteksi tepi terhadappiksel-piksel dengan tidak terlebih dulumentransformasikan citra ke himpunan piksel abuabu.Rumusan MasalahSecara sederhana penelitian ini merumuskanmasalah sebagai berikut:Bagaimana mengeneralisir gagasan piksel, vokselkepada dimensi dan resolusi yang lebih tinggi?Bagaimana merumuskan secara umum operatoroperatordeteksi tepi sehingga padanya dapatdiciptakan berbagai variasi operator yang berbeda dariyang telah ada?Apakah operator laplace dapat digeneralisirkepada definisi yang lebih umum?Batasan masalahSegala gagasan yang dikemukakan pada makalahini hanya tebatas pada tataran konseptual dankalkulasi matematika, dan belum diimplementasikankepada sejumlah algoritma untuk diterapkan padapengolahan citra digital.Tinjauan PustakaAda beberapa buku referensi yang menjadisumber inspirasi dalam penelitian ini, dalam tinjauanpustaka ini dijelaskan bagaimana referensi-referensiini memicu gagasan-gagasan pada penelitian.1. Fadlisyah dan Rizal (2011) dalam bukunyaPemrograman Computer Vision pada Videomenggunakan Delphi + Vision Lab VCL 4.0.1.buku ini bersifat implementasi dari teori-teoridasar dalam pengolahan citra digital, tetapi padabab 3 buku ini halaman 18 tentang deteksi tepiterdapat tinjauan singkat beberapa operatorA 45

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8didefinisikan lebih dari satu byte atau kurang dari satubyte.Dengan merujuk kepada istilah piksel dalambahasa indonesia dan tanpa memperdulikan bahwasebenarnya dia adalah berasal dari istilah berbahasainggris (pixel) dan merupakan akronim dari PictureElement, di dalam makalah ini diperkenalkan istilahbaru (yaitu polysel) yang mendefinisikan generalisasidari piksel dan voksel.Definisi 4 (generalisasi piksel dan voksel):Polysel-n,m adalah sebuah pemetaan 1-1 dari sebuahset titik konveks berdimensi n ke sebuah vektorberdimensi m.Jika kita merumuskan set titik konveks itu adalahsebuah polytope-n (misal n-simplex), maka definisi 4dapat ditulis ulang sebagai berikut:Definisi 5 (generalisasi piksel dan voksel):Polysel-n,m adalah sebuah pemetaan 1-1 dari sebuahpolytope-n ke sebuah vektor berdimensi m.Contoh Implmentasi:Sebuah titik (x,y) yang dipetakan ke kombinasi 4 byteadalah sebuah polysel-2,4 misal (RGBA).tetapi sebuah daerah persegi empat (set titik konveks)juga dapat dianggap sebagai piksel atau polysel-2,4.dalam kasus ini dinamakan perbesaran piksel atauperbesaran polysel-2,4.Selanjutnyan sebuah polysel-n,m dapat ditulissebagai:Polysel-n,m ≡ f(S)=Xdimana S adalah sebuah set titik konveks berdimensin dan X adalah sebuah vektor berdimensi m.Contoh:Polysel-2,4 ≡ f(S)=(R,G,B,A) dimana R,G,B,A adalahkanal-kanal warna dalam bulat positif atau nol.Jika S={(x,y)} ditulis:Polysel-2,4 ≡ f(x,y)=(R,G,B,A) dimana R,G,B,Aadalah kanal-kanal warna dalam bulat positif atau nol.Selanjutnya didefinisikan konsep warna, abu-abu, danhitam putih sebagai berikut:Definisi 6 (warna):Polysel-n,m warna adalah polysel-n,m dimana setiapentry vektornya adalah bulat positif atau nol.Definisi 7 (abu-abu):Polysel-n,m abu-abu adalah polysel-n,m warnadimana setiap entri vektornya bernilai sama.Definisi 8 (hitam-putih):Polysel-n,m hitam-putih adalah polysel-n,m abu-abudimana entri-entri vektornya seluruhnya bernilaiminimum atau seluruhnya bernilai maksimum.Definisi 9 (generalisasi citra digital):Citra-n,m digital adalah himpunan polysel-n,mContoh:Citra-2,4 digital = himpunan polysel-2,4 yaitu(R,G,B,A)Deteksi TepiBerikut ini hendak dikemukakan beberapa gagasandeteksi tepi dengan terlebih dulu menyatakanbeberapa redefinisi terminology dalam pengolahancitra digital.Definisi 10 (Piksel gradient):Piksel gradient adalah selisih dua piksel berdempetandibagi jarak keduanya.Contoh:Misal g(x,y) adalah piksel gradient, maka terdapattitik (a,b) dan (c,d) berdempetan dimana mungkin saja(x,y) sama dengan salah satunya, maka g(x,y) dapatditulis sebagai:g(x,y) = (f(c,d)-f(a,b))/jarak((a,b)-(c,d))akan tetapi jarak antara dua piksel yang berdempetselalu sama dengan satu, baik secara horizontal,vertical atau diagonal.Misal:Jarak((x+1,y)-(x,y)) = 1Jarak ((x+1,y+1)-(x,y)) = 1Dan seterusnya.Maka definisi 10 dapat ditulis ulang sebagai berikut:Definisi 10.a (piksel gradient)Piksel gradient adalah selisih dua piksel berdempetan.Selanjutnya kita mendfinisikan piksel tepi sebagaiberikut:Definisi 11 (Piksel tepi):Piksel tepi adalah jumlah piksel gradient darisebarang n buah titik bertetangga.Yaitu:Misal g(x,y) adalah piksel tepi, maka dapat ditulissebagai berikut:Dimana |i – k| = 1 atau |i – k| = 0|j – t| = 1 atau |j – t| = 0Berdasarkan jumlah tetangga dari (x,y), denganmengassumsikan bahwa N2, N3, N4 adalah masukdalam N8 (tetangga dengan 8 titik), yaitu sebagaiberikut:Contoh N2 =Contoh N3 =Contoh N4 =N8 =Secara umum dengan hanya memperhatikan N8,N12, N16, dan seterusnya, dapat dinyatakan dalambentuk N(4+p4) dengan p = 1, 2, 3,…Rumus untuk piksel tepi dapat dapat dinyatakansecara umum sebagai berikut:Definisi 12 (generalisasi piksel tepi )A 47

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Misal g N(4+p4) (x,y) adalah piksel tepi yang diambildari himpunan titik tetangga N(4+p4), maka pikseltepi dinyatakan sebagai:Dimana:p = 1, 2, 3, …|i k – i 2+k | = 1 atau |i k – i 2+k | = 0i j = -p, -(p-1), -(p-2),…,-1, 0, 1, 2, …,p-2, p-1, pk = 1, 2.j = 1, 2, 3, 4.Berdasarkan rumus yang didefinisikan pada definisi12, semua operator-operator turunan pertama,operator gradien differensial, operator-operatorkompas dapat diturunkan dari definisi tersebut.Bahkan dapat diperoleh berbagai kombinasi operatoryang tak berhingga banyaknya untuk digunakansebagai operator deteksi tepi, yang mungkin belumpernah ada sebelumnya, dibawah ini beberapa contohbagaimana operator-operator deteksi tepi diturunkandengan menggunakan definisi 12.Contoh penggunaan definisi 12:Penurunan operator prewitt:Nyatakan :g N8 (x,y) = (f(x+1,y-1)-f(x,y)) + (f(x,y)-f(x-1,y-1)) +(f(x+1,y)-f(x,y)) + (f(x,y)-f(x-1,y)) +(f(x+1,y+1)-f(x,y)) + (f(x,y)-f(x-1,y+1))= (f(x+1,y-1)-f(x-1,y-1)) +(f(x+1,y)-f(x-1,y)) +(f(x+1,y+1)-f(x-1,y+1))Dengan membentuknya menjadi operator diperolehoperator prewitt S x sebagai berikut:-1 0 1-1 0 1-1 0 1Dengan kombinasi yang berbeda dapat diperoleh jugaS y .Dengan kombinasi yang berbeda-beda, diperolehjuga operator Robert, operator kompas untuk semuaarah, operator sobel, operator selisih pusat.Dengan tidak membatasi penurunan rumus padadefinisi 12 hanya pada N8, tetapi meliputi N(4+p4)dengan p=1,2,3,… maka dapat diperoleh kombinasioperator yang tak berhingga banyaknya yang dapatdiciptakan dengan mudah.Sampai pada bahasan ini, penelitian telahmemberikan solusi bagaimana menciptakan variasioperator deteksi tepi secara tak berhingga banyaknyahanya dengan menggunakan definisi 12.Selanjutnya hendak dibahas bagaimanamengeneralisir operator laplace hingga kepada takberhingga variasi operator turunan kedua yang dapatdiciptakan. Dimulai sebagai berikut:Definisi 13 (definisi turunan sebuah piksel):Misalkan f(x,y) adalah piksel, maka turunan daripiksel tersebut dinyatakan sebagai:dalam arah-xdalam arah-yakan tetapi ∆x = ∆y = 1 (jarak terdekat piksel adalahsatu) maka rumus dalam definisi 13 dapat ditulissebagai berikut:Dengan definisi ini, operator laplace dapatditurunkan. (Penurunan operator laplace berdasardefinisi 13 dapat dilakukan pada presentasi makalahini).Definisi 14 (Generalisasi Operator Laplace)Generalisasi operator laplace adalah jumlah turunanpiksel tepi dalam arah-x dengan turunan piksel tepidalam arah-y.Dengan definisi 14 ini, dapat diciptakan berbagaioperator sebagai variasi dari operator laplace, dengantak berhingga kombinasi yang mungkin.UCAPAN TERIMA KASIHTerima kasih kepada Allah SWT, yang telahmemberi pengetahuan, dan menambah pengetahuankami, Dan kepada Rasulullah Nabi Muhammad SAWyang telah menjadi cahaya dan panutan kami.DAFTAR PUSTAKAAhmad, U., (2005), Pengolahan Citra Digital &Teknik Pemrogramannya. ISBN 979-756-072-6.Hal 111-224Fadlisyah dan Rizal, (2011), Pemrograman ComputerVision pada Video menggunakan Delphi +Vision Lab VCL 4.0.1, ISBN 978-979-756-737-8, Hal 18-21.Putra, D., (2010). Pengolahan Citra Digital. ISBN978-979-29-1443-6, Hal 248-249A 48

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8INVESTIGASI ANALITIK PERSAMAAN OSILATOR HARMONIK DENGANGAYA LUAR BERGANTUNG WAKTUEko JuarlinFMIPA Univ. HasanuddinMakassar, Indonesiaeko_juarlin@yahoo.co.idAbstrakDalam makalah ini dijelaskan solusi masalah osilator harmonik dengan gaya luar bergantung waktu.Pemakalah menerapkan metode yang mudah dan bermanfaat bagi mahasiswa strata satu dan dosen mekanika.Kata Kunci: Osilator Harmonik; Gaya Bergantung Waktu.INTRODUCTIONOne of the most important, and investigated,problems in physics is the harmonic oscillator. Thisfact is due to the relevance of this problem in theclassical and in the quantum contexts. It is one of thefew problems we know how to solve exactly. Thesolution to this problem is given in many textbooks ofclassical mechanics, both at introductory andadvanced levels, and is given with two arbitraryconstants determined according to the initialconditions. The treatment of the damped harmonicoscillator with the presence of external forces can alsobe found in the literature and its formal treatment. Fortime dependent external force, requires the formalismof Green’s functions. Generally, undergraduatestudents at introductory levels do not acquire Green’sfunctions formalism well.In this case it is interesting to call attention to thetreatmentis harmonic oscillator as in Ref. [1] wherethe problem is solved without resorting to thestandard theory ofsecond order differential equation, a similartreatment as in [2] for the single harmonicoscillator.There are also elaborated treatments for thisproblem, particularly interesting is the Feynmandiagrams technique as in [3] and the Poisson bracketformalism presented as in [4].In this work, that is intended for undergraduatestudents and lecturers, we give a general solution tothe problem of the damped harmonic oscillator underthe influence time-dependent external force. The mainadvantages of the procedure proposed in this paperare: the constants are fixed from the beginning, thereare two initial conditions: starting position andstarting velocity in the problem, the mathematicalmethods employed are accessible for graduatestudents, we can consider an external force with anytime dependence and the method resembles thefactorization employed for solving the quantumharmonic oscillator.THEORYHarmonic oscillator diferential equation timedependent external force is:2d x( t) dx( t)m + b + kx2( t) = F ( t)dt dt(1)with b is damped coefficient, k is restorng force, m isoscillator mass and F(t) is external force. Harmonicoscillator is calculated by solving eq. 1 with two intialcondition x( t0)= x and dx ( t).0= v0dtt=t0We define two constants: 2 b2 kγ =m , ω0=m andddifferential operatorD = dt . Substituting twoconstants and differential operator, eq. 1 becomes:( D 2 + 2γD+ ω20 ) x( t) = F( t)(2)Or( D−α)( D− β) x( t) = F( t)(3)2 2with α = − γ + iω,β = −γ −iωω = ωand0− γ.A 49ANALITICAL INVESTIGATIONMathematical property is:( D − a) f ( t) = exp( at) D ( exp( −at) ⋅ f ( t))(4)that is valid for and complex constants a and functionf(t) differentiable to t. In harmonic oscillatorproblems, we can write eq. 3:( D−α) ⎡⎣exp( βt) D( exp( −βt) ⋅ x( t)) ⎤⎦= F( t)(5).Now we use mathematical property bysubstituting f ( t) = exp( βt) D( exp( −βt) ⋅ x( t)) , soeq. 5 becomes:αt −αt βt −βte D⎡e e D( e x( t)) ⎤⎣⋅⎦= F( t)⇒−( α−β)t −βt −αtD⎡e D( e x( t)) ⎤⎣⋅⎦= e F( t)(6).Integrating to time and input initialconditions, eq. 6 should be written:

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Simulasi Efek Terobosan Struktur Penghalang Ganda Semikonduktor MenggunakanAlgoritma NumerovEko JuarlinJurusan Fisika FMIPA Univ. HasanuddinAbstrakStudi teoritis efek terobosan resonansi di penghalang heterostruktur dua lapis GaAs/AlxGa1-xAs dikajiberdasarkan solusi eksak persamaan Schrodinger di bawah aplikasi medan listrik konstan. Denganmenggunakan algoritma Numerov, transmisi elektron yang melewati struktur dapat dihitung sebagai fungsienergi elektron datang untuk beda potensial yang berbeda-beda. Hasil menunjukkan kesesuaian dengan modelyang sudah ada.Kata Kunci: Terobosan; Persamaan Schrodinger; Algoritma Numerov.PENDAHULUANTeknik penumbuhan kristal seperti epitaksi faseuap metalorganik, dan molecular beam epitaxymungkin dapat memproduksi sumur kuantum dansuperlattices dengan sifat produktivitas pada skalaatom [1]. Melalui penggunaan teknik-teknik tersebutbanyak devais telah didesain dan dihasilkan sepertiresonant interband tunneling diode (RITD), resonanttunnelingdiode (RTD) dan resonant tunnelingtransistor (RTT) dapat memiliki banyak keadaanyang berkaitan dengan banyak tingkat energi dalamsumur kuantum dengan potensial penghalang yangsangat sempit. [2, 3].RTD dan variasinya telah menjadi fokuspenelitian di bidang nanoelektronika karenakemungkinannya menjadi devais nanoelektronikprimer untuk aplikasi analog dan digital. [4]. Diantarasejumlah devais nanoelektronik yang diusulkan, RTDmungkin kandidat terkuat sebagai aplikasi digitalberkaitan dengan sifat resistansi diferensial negatif,kesederhanaan struktur, kemudahan pembuatan,kecepatan sirkuit fungsi sirkuit yang bertahan lama[4]. Beberapa aplikasinya adalah logika tri-state [2],logika digital [5], sel memori dan konverter ultracepat analog-digital [6], aplikasi memori dan logika[7], IC flip-flop [8].Metode matriks propagasi, metode beda hingga,metode elemen hingga dan algoritma Numerov adalahbeberapa cara untuk mensimulasikan RTD. Adabeberapa tahapan dalam algoritma Numerov.Pertama,kita memanipulasi persamaan Schrodingermenggunakan deret Taylor. Kedua kitamendiskritisasi struktur. Ketiga kita memasukkannilai energi elektron datang dan menghitung fungsigelombangnya. Keempat, kita menghitungtransmitansi.Berikutnya, di bagian dua kita mempresentasikanmodel devais. Di bagian ketiga, metode simulasidihadirkan berdasarkan model di bagian kedua danhasil didapatkan. Di bagian keempat kitamenyimpulkan hasil penelitian ini.PEMODELAN DEVAISDi bagian ini kita mendeskripsikan geometri devais danformulasi devais.A 51A. Geometri dan Komposisi DevaisDiagram pita energi untuk struktur terobosanresonansi penghalang ganda digambarkan dalamgambar 1. Struktur terbuat dari tiga lapisan n + GaAs,penghalang Al x Ga 1-x As tidak terdoping.Massa efektif GaAs = 0.067 m 0 dan celah energinya =1,424 eV. Massa efektif Al x Ga 1-x As = 0,1168m 0 dancelah energinya = 1,424+1.247x. Struktur inimempunyai ΔEc=0,4655eV. Satuan sumbu X adalahnanometer dan satuan sumbu Y adalah eV.EnergyGambar 1 Diagram Pita Konduksi RTD Penghalang GandaB. Algoritma NumerovPersamaan Schrodinger dituliskan dalam persamaan2.1:d 2 y+ 2mE − V dx 2 ħ(x)y = 0 (2.1)2Kita dapat menurunkan algoritma Numerov denganmenggunakan ekspansi Taylor sampai suku pangkatempat untuk y n :y n±1 = y n ± ∆xy ′ n + (∆x)2y 2′ 2 n ± (∆x)3y 3′ 6 n +(∆x) 40.40.30.20.10GaAsAl(0,373)Ga(0.627)AsConduction BandDouble Barrier StructureGaAsAl(0,373)Ga(0.627)As-0.1-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10Distance24 y n 4′ (2.2)menjumlahkan y n+1 dan y n−1 kita mendapatkan:y n+1 + y n−1 = y n + (∆x) 2 y 2′ n + (∆x)4y 12n 4′ (2.3)Menggantikan turunan keempat dengan turunan keduabeda hingga:y 4′ n = y ′′n+1+y ′′ n−1 −2y′′n(2.4)(∆x) 2GaAsdan substitusi −k(x)y(x) ke dalam y′′(x) kitamendapatkan algoritma Numerov

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-81 + (∆x)212 k n+1 y n+1 =2 1 − 5(∆x)2k12 n y n − 1 − (∆x)2k 12n−1 y n−1HASIL SIMULASI(2.5).C. Hasil Simulasi dengan Vbias = 0 eVKita melakukan simulasi transmitansi strukturpenghalang seperti di gambar 1. Kita memberikanV bias = 0. Grafik hubungan transmitansi terhadapenergi elektron datang dijelaskan di gambar 2.0.50.450.40.350.30.250.20.150.10.050-10 -5 0 5 10Transmission Coefficient00 0.5 1EnergyGambar 2. Grafik Struktur Pita Energi Material dan Transmitansi(V bias = 0 eV)Gambar 2 menunjukkan ada fenomena terobosanuntuk energi elektron datang antara 0 sampai 0,4655eV. Dalam peristiwa terobosan ada puncak lokal yangterjadi ketika energi elektron datang 0,36 eV dengantransmitansi 0,225 tetapi transmitansi tidak pernahmencapai satu. Ketika elektron tidak mengalamiterobosan, ada nilai transmitansi sama dengan satuuntuk energi elektron datang antara 0,51 eV sampai0,64 eV. Tidak ada satupun energi datang elektronyang menghasilkan transmitansi lebih dari satu.Transmitansi berfluktuasi terhadap energi elektrondatang. Transmitansi ketika energi elektron datangsama dengan nol. Transmitansi terus naik hinggamencapai puncak lokal di energi elektron datang 0,36eV dan transmitansi 0,225. Transmitansi turun lalunaik kembali dan mencapai resonansi atautransmitansi tepat satu di energi elektron datang mulai0,51 eV sampai 0,64 eV. Ketika energi elektrondatang lebih besar dari 0,64 eV, transmitansi turunlalu naik lagi sampai energi elektron datang samadengan satu.Peristiwa resonansi hanya menghasilkantransmitansi puncak lokal yang tidak pernah samadengan satu. Itu terjadi karena ada sebagian aruselektron yang dipantulkan dari dinding potensialpenghalang kanan.10.90.80.70.60.50.40.30.20.1Transmission Coefficient (Vbias = 0 V)D. Hasil Simulasi dengan Vbias Negatif0.60.50.40.30.20.10-0.1-0.2-10 -5 0 5 1000 0.5 1EnergyGambar 3a. Grafik Struktur Pita Energi Material danTransmitansi (V bias = -0,2 eV)0.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-10 -5 0 5 10Transmission CoefficientTransmission Coefficient (Vbias = -0.2 eV)Gambar 3b. Grafik Struktur Pita Energi Material danTransmitansi (V bias = -0,5 eV)1.510.50-0.5-1-10 -5 0 5 10Transmission CoefficientTransmission CoefficientGambar 3c. Grafik Struktur Pita Energi Material dan Transmitansi(V bias = -1 eV)Kita mensimulasikan struktur pita energisemikonduktor untuk V bias negatif dan koefisientrnasmitansi untuk energi elektron datang mulai darinol sampai satu. Khusus untuk V bias = -0,5 eV adaresonansi dengan transmitansi sama dengan satuuntuk energi elektron datang sama dengan 0,19 eV.Gambar 3a sampai gambar 3c menunujukkanbahwa semakin kecil V bias diberikan, semakinsedikit transmitansi yang dihasilkan dan selalu adapuncak lokal. Di semua V bias yang diberikan selaluada puncak lokal. Puncak lokal selalu terjadi ketikaelektron menerobos potensial penghalang. Semakinkecil V bias, puncak lokal semakin kecil, intervalenergi elektron datang yang mencapai transmitansisama dengan satu semakin pendek. Posisi puncaklokal tidak bisa dihubungkan dengan energi elektrondatang.10.90.80.70.60.50.40.30.20.1Transmission Coefficient (Vbias = -0.5 eV)10.90.80.70.60.50.40.30.20.100 0.5 1EnergyTransmission Coefficient (Vbias = -1 eV)0.80.70.60.50.40.30.20.100 0.5 1EnergyA 52

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8T. Sandu, G. Klimeck, and W. P. Kirk, “Off-centerelectron transport in resonant tunneling diodesdue to incoherent scattering”, Phys. Rev. B,vol. 68, pp.(115320-1) -( 115320-9), 2003.S.-Y. Chung, N. Jin, R. E. Pavlovicz, R. Yu, Paul R.Berger, and P. E. Thompson, “Analysis of theVoltage Swing for Logic and MemoryApplications in Si/SiGe Resonant InterbandTunnel Diodes Grown by Molecular BeamEpitaxy”, IEEE Trans. on Nanotechnology,vol. 6, No. 2, March 2007.T. KIM, B. LEE, S. CHOI, and K. YANG, “ResonantTunneling Diode/HBT D-Flip Flop ICs UsingCurrent Mode Logic-Type Monostable-Bistable Transition Logic Element withComplementary Outputs”, Japanese Journal ofApplied Physics, vol. 44, No. 4B, pp. 2743–2746, 2005.A. F. J. Levi, Applied Quantum Mechanics,Cambridge University Press, Edition 2, 2006.C. E. Simion, and C. I. Ciucu “Triple barrier resonanttunneling : A transfer matrix approach”Romanian Reports in Physics, vol. 59, Number3, pp. 803-814, Sept. 2007.Niu Jin, , S.Y. Chung, , R.M. Heyns, P. R. Berger, ,R. Yu P. E. Thompson , and S. L.Rommel, ”Tri-State Logic Using VerticallyIntegrated Si–SiGe Resonant InterbandTunneling Diodes With Double NDR”, IEEEElectron Device Lett., vol. 25, pp. 646-648,2004.D. G. Gordon, M. S. Montemerlo, J. C. Love, G. J.Opiteck, and J.C Ellenborgen “Overview ofnanoelectronic devices”, Proc. of the IEEE vol.85, pp. 521–540, 1997.P. Sun, G. I. Haddad, P. Mazumder, and J. N.Schulman, “Resonant Tunneling Diodes:Models and Properties”Proceedings of IEEE,vol. 86, No.4, pp.641-661, 1998.P. Mazumder, S. Kulkarni, M. Bhattacharya, J. P.Sun, and G. I. Haddad, “Digital circuitapplications of resonant tunneling devices,”Proc. IEEE, vol. 86, pp. 664–686, Apr1998.T. Sandu, G. Klimeck, and W. P. Kirk, “Off-centerelectron transport in resonant tunnelingdiodes due to incoherent scattering”, Phys.Rev. B, vol. 68, pp.(115320-1) -( 115320-9),2003.S.-Y. Chung, N. Jin, R. E. Pavlovicz, R. Yu, Paul R.Berger, and P. E. Thompson, “Analysis of theVoltage Swing for Logic and MemoryApplications in Si/SiGe Resonant InterbandTunnel Diodes Grown by Molecular BeamEpitaxy”, IEEE Trans. on Nanotechnology,vol. 6, No. 2, March 2007.T. KIM, B. LEE, S. CHOI, and K. YANG, “ResonantTunneling Diode/HBT D-Flip Flop ICs UsingCurrent Mode Logic-Type Monostable-Bistable Transition Logic Element withComplementary Outputs”, Japanese Journal ofApplied Physics, vol. 44, No. 4B, pp. 2743–2746, 2005.A. F. J. Levi, Applied Quantum Mechanics,Cambridge University Press, Edition 2, 2006.A 54

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Mesin Carnot Kuantum Dengan Dua Partikel BosonHerlik Wibowo 1 , Agus Purwanto 2 , Eny Latifah 31 Laboratorium Fisika TeoriDepartemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga2,3 Laboratorium Fisika Teori dan Filsafat AlamDepartemen Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamInstitut Teknologi Sepuluh NopemberEmail : herlik82@yahoo.com, purwanto@physics.its.ac.id, eny09@mhs.physics.its.ac.idAbstrakMesin Carnot kuantum berbasis sistem dua partikel boson dalam kotak potensial takhingga satu dimensi dengandua tingkat energi dikaji dalam paper ini. Dalam sistem sederhana ini, hanya tiga keadaan eigen yangberkontribusi pada fungsi gelombang sistem. Rumusan gaya dan kerja pada proses adiabatik dan prosesisotermal didefinisikan secara klasik. Siklus Carnot kuantum dimulai dari keadaan dasar dengan ekspansiisotermal. Pada ekspansi isotermal, lebar kotak maksimum dicapai ketika kedua partikel boson menempatikeadaan tereksitasi. Selanjutnya ekspansi dilangsungkan secara adiabatik dengan keadaan sistem adalahkeadaan terakhir pada proses isotermal sampai mencapai volume tertentu yang diinginkan. Proses dilanjutkandengan kompresi isotermal sampai volume sedemikian rupa sehingga sistem berada dalam keadaan awal yaknikeadaan dasar. Ketika keadaan ini dicapai kompresi dilanjutkan secara adiabatik sampai mencapai volumeawal. Efisiensi mesin Carnot kuantum sistem dua boson dua tingkat energi ini sama dengan efisiensi mesinCarnot kuantum yang sama tetapi dengan partikel tunggal.Kata Kunci : dua boson, kotak potensial, mesin Carnot kuantum, efisiensiPENDAHULUANMesin panas merupakan suatu alat yang didesainsedemikian hingga sebanyak mungkin energi panasdapat dikonversi menjadi kerja mekanis. Pada mesinpanas terdapat zat kerja (working substance) yangmenyerap panas QHdari tandon panas bertemperaturtinggi TH, melakukan kerja mekanis W , danmembuang panas QCpada tandon dinginbertemperatur rendah T Cdimana TH > TC. Rasiokerja mekanis W yang dihasilkan oleh zat kerjaterhadap panas Q Hyang diserap oleh zat kerjadidefinisikan sebagai efisiensi η mesin panas :Wη= .QPada tahun 1824, Sadi Carnot memperkenalkansuatu mesin panas teoritis dan reversibel yang bekerjaberdasarkan pada siklus termodinamika yang dikenalsebagai siklus Carnot. Mesin panas yang bekerjaberdasarkan siklus Carnot dikenal sebagai mesinCarnot. Suatu mesin Carnot dimodelkan terdiri ataszat kerja berupa gas ideal yang berada di dalam suatusilinder dengan piston yang dapat bergerak bebas.Dinding silinder dan piston tersusun dari bahaninsulator panas. Silinder yang berisi gas ideal tersebutkemudian melakukan kontak termal dengan dua jenistandon, yakni tandon panas yang bertemperatur tinggidan tandon dingin yang bertemperatur rendah.Siklus Carnot terdiri dari empat prosestermodinamika yang terbagi menjadi dua prosesisotermal dan dua proses adiabatik. Siklus CarnotHA 55dimulai dengan gas ideal yang mengalami prosesekspansi isotermal pada temperatur THketika bagianbawah silinder dikontakkan secara termal dengantandon panas. Selama proses ekspansi isotermalberlangsung, gas menyerap panas sebesar Q Hdanmelakukan kerja mekanis yang menyebabkan pistonterangkat. Setelah mengalami proses ekspansiisotermal, gas kemudian mengalami proses ekspansiadiabatik ketika bagian bawah silinder, yang semuladihubungkan dengan tandon panas, sekarangdihubungkan dengan suatu insulator panas. Selamaekspansi adiabatik berlangsung, tidak ada panas yangmasuk ke sistem sehingga temperatur gas berkurangdari THmenjadi TC. Pada saat gas mengalamiekspansi adiabatik, gas juga melakukan kerja mekanisyang menyebabkan piston terangkat. Setelah gasmengalami proses ekspansi adiabatik, bagian bawahsilinder sekarang dikontakkan dengan tandon dinginyang bertemperatur rendah dan gas ditekan sehinggagas mengalami proses kompresi isotermal padatemperatur TC. Selama proses kompresi isotermalberlangsung, panas sebesar QCkeluar dari sistem danpiston melakukan kerja mekanis pada gas. Padaproses terakhir dari siklus Carnot, bagian bawahsilinder sekarang dihubungkan dengan suatu insulatorpanas. Gas ditekan sedemikian hingga mengalamiproses kompresi adiabatik sampai temperatur gas naikmenjadi TH. Selama proses kompresi adiabatikberlangsung, piston melakukan kerja mekanis padagas tersebut. Sadi Carnot memperlihatkan bahwaefisiensi mesin Carnot hanya bergantung pada

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8temperatur THdan temperatur T C. Sadi Carnot jugamemperlihatkan bahwa efisiensi mesin Carnotmerupakan efisien tertinggi yang dapat dihasilkanoleh suatu mesin panas yang beroperasi secara siklikmenggunakan dua tandon dengan temperatur yangberbeda.Salah satu usaha untuk meningkatkan efisiensimesin panas adalah dengan mengaplikasikan prinsipprinsipdasar teori kuantum ke dalam mesin panas.Mesin panas kuantum pertama kali dipelajari olehScovil dan Schul-DuBois pada tahun 1950an. Dalampaper berjudul Three-Level Masers as Heat Enginesyang terbit pada tahun 1959, mereka memperlihatkanbahwa maser dapat dipandang sebagai mesin panasyang mengekstraksikan energi dari sumberpemompaan panas (hot pumping sources),mengkonversikan sebagian energi tersebut menjadiosilasi koheren atau kerja dan membuang sebagianenergi tersebut pada tandon dingin. Mereka jugamemperlihatkan bahwa efisiensi mesin panaskuantum tersebut ternyata sesuai dengan efisiensimesin Carnot (Siegman, 1986). Pada tahun 2002, M.O. Scully melalui papernya yang berjudul TheQuantum Afterburner: Improving the Efficiency of anIdeal Heat Engine melaporkan bahwa efisiensi mesinpanas berbasis siklus Otto dapat ditingkatkan melebihiefisiensi mesin panas Otto ideal (Scully, 2002). Padatahun 2008, Raoul Dillenschneider dan Eric Lutz,melalui paper yang berjudul Improving CarnotEfficiency with Quantum Correlations, mengkajimesin Carnot kuantum yang terdiri dari medan radiasiragam tunggal yang berada di dalam resonator optik(Dillenschneider dan Lutz, 2008). Dalam papertersebut, mereka melaporkan bahwa efisiensi mesinCarnot dapat ditingkatkan melalui korelasi kuantum.Selain kajian mengenai mesin panas kuantum, kajianmengenai proses termodinamika kuantum yang terkaitdengan proses isotermal dan proses isokhorikdiberikan secara rinci oleh H. T. Quan, Yu-Xi Liu, C.P. Sun, dan Franco Nori dalam paper yang berjudulQuantum Thermodynamic Cycles and Quantum HeatEngines (Quan et al., 2007). Melalui paper terpisah,yang berjudul Quantum Thermodynamic Cycles andQuantum Heat Engines (II), H. T. Quan mengkajiproses termodinamika kuantum terkait dengan prosesisobarik (Quan, 2009).Pada tahun 2000, C.M. Bender, D. C. Broody danB. K. Meister mengkaji mesin Carnot kuantumberbasis sistem satu partikel dalam kotak potensial takhingga satu dimensi dengan dua tingkat energi(Bender et al., 2000). Dalam paper yang berjudulQuantum-Mechanical Carnot Engine, Bender, Broodydan Meister memperkenalkan proses isotermalkuantum dan proses adiabatik kuantum. Dalammemperkenalkan proses isotermal kuantum danproses adiabatik kuantum, Bender, Broody danMeister menggantikan peranan variabel temperatur,yang digunakan dalam termodinamika klasik, dengannilai harap Hamiltonian sistem. Selainmemperkenalkan proses isotermal kuantum danproses adiabatik kuantum, Bender, Broody danMeister juga menghitung efisiensi mesin Carnotkuantum berbasis sistem satu partikel dalam kotakpotensial tak hingga satu dimensi dengan dua tingkatenergi. Dari perhitungan tersebut, merekamemperoleh hasil bahwa efisiensi mesin Carnotkuantum ternyata hanya bergantung pada nilai harapHamiltonian sistem pada keadaan dasar dan nilaiharap Hamiltonian sistem pada keadaan tereksitasipertama. Ide mesin Carnot kuantum yangdikemukakan oleh Bender, Broody dan Meisterkemudian diperluas untuk kasus sistem satu partikeldalam kotak potensial tak hingga satu dimensi dengann tingkat energi oleh Eny Latifah dan Agus Purwantopada tahun 2011. Mereka memperoleh kesimpulanbahwa efisiensi mesin Carnot kuantum berbasissistem satu partikel dalam kotak potensial tak hinggasatu dimensi dengan n tingkat energi dapatdiperbesar dengan mereduksi volume ekspansiisotermal, yang berarti proses ekspansi isotermal tidakterhenti pada keadaan dengan tingkat energi tertinggitetapi pada keadaan dengan tingkat energi di bawahtingkat energi tertinggi (Latifah dan Purwanto, 2011).Pada paper ini, ide mesin Carnot kuantum yangdikemukakan oleh Bender, Broody dan Meistertersebut akan diaplikasikan untuk kasus dua partikelboson. Nilai efisiensi mesin Carnot kuantum untukdua partikel boson akan dihitung dan dibandingkandengan hasil perhitungan nilai efisiensi mesin Carnotkuantum yang diperoleh Bender, Broody dan Meister.Paper ini disusun sebagai berikut. Kajian ulangmengenai mesin Carnot kuantum berbasis sistem satupartikel dalam kotak potensial tak hingga satu dimensidengan dua tingkat energi disajikan dalam bab yangberjudul Mesin Carnot Kuantum Dengan SatuPartikel. Kajian mengenai mesin Carnot kuantumberbasis sistem dua partikel boson dalam kotakpotensial tak hingga satu dimensi dengan dua tingkatenergi disajikan dalam bab yang berjudul MesinCarnot Kuantum Dengan Dua Partikel Boson. Babyang berjudul Kesimpulan menyajikan secara ringkashasil-hasil penting yang didapatkan dari babsebelumnya.MESIN CARNOT KUANTUM DENGAN SATUPARTIKELKotak potensial Tak Hingga Satu DimensiTinjau suatu partikel bermassa m yang beradadalam suatu kotak potensial tak hingga satu dimensidengan lebar L . Persamaan Schrödinger takbergantung waktu dari sistem ini dinyatakan sebagai2 2 d φ( x)− = Eφx . (1)2mdx2( )Dengan mengaplikasikan syarat batas φ ( 0)= 0 danφ ( L) = 0 pada pers. (1), maka didapatkan keadaaneigen ortonormal bagi sistem yang diberikan olehA 56

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-82 ⎛nπ⎞φn ( x)= sin ⎜ x⎟, (2)L ⎝ L ⎠dengan n = 1,2,3,... , dan nilai eigen energi sistemyang dinyatakan sebagai2 2 2n π En=22mL . (3)ψ secara umum merupakanKeadaan sistem ( x)kombinasi linier keadaan eigen ( x)dinyatakan sebagai∞∑ n nn=1( ) ( )φ yang dapatψ x = a φ x , (4)dimana koefisien anmemenuhi syarat normalisasi∞2∑ nn=1na = 1 . (5)Menggunakan pers. (3), nilai harap Hamiltonian untukψ x dinyatakan sebagaikeadaan sistem ( )E = ∑n π mL . (6)∞2 2 22an2n=1 2Proses AdiabatikSecara klasik, proses adiabatik adalah suatu prosesdimana sistem terisolasi secara termal. Suatu gas idealyang berada di dalam tabung silinder dengan pistonyang dapat bergerak dikatakan mengalami prosesadiabatik ketika tidak ada panas yang mengalir ke luarmaupun ke dalam gas tersebut. Ketika piston bergerak,gas dikatakan telah melakukan kerja mekanis dansebagian energi dalam gas tersebut dimanfaatkanuntuk melakukan kerja mekanis.Secara kuantum, proses adiabatik didefinisikanmelalui teorema adiabatik. Teorema adiabatikmenyatakan bahwa jika Hamiltonian sistem berubahsecara sangat lambat dari H0menjadi H maka, suatusistem yang mula-mula berada pada keadaan eigen kenuntuk Hamiltonian H0, akan berada pada keadaaneigen ke- n untuk Hamiltonian H setelah prosesadiabatik berakhir (Griffiths, 2005). Teorema adibatiksecara tidak langsung menyatakan bahwa selamaproses adiabatik berlangsung, sistem tidak mengalamitransisi dari satu keadaan ke keadaan lainnya.Tinjau suatu partikel pada kotak potensial takhingga satu dimensi dengan lebar L . Misalkan mulamulapartikel berada dalam keadaan kuantum ψ ( x)seperti yang dinyatakan oleh pers. (4). Ketika prosesadiabatik berlangsung, lebar kotak berubah akibatpergerakan salah satu dinding kotak yang terjadi padax = L. Mengingat pada proses adibatik, tidak adatransisi yang terjadi maka nilai mutlak koefisien a n,yakni an, harus tetap konstan. Dari pers. (2) dan pers.(3) jelas terlihat bahwa fungsi eigen φn ( x)dan nilaieigen Enberubah ketika lebar kotak L berubah. Daripers. (6) terlihat bahwa jika Enmerupakan fungsi Ldan anharus tetap konstan maka nilai harapHamiltonian E merupakan fungsi L saja. Ketikalebar kotak L semakin besar maka nilai harapHamiltonian E semakin berkurang. Pengurangan nilaiharap Hamiltonian E tersebut sama dengan besarkerja mekanis yang dilakukan oleh gaya F pada salahsatu dinding kotak. Gaya F tersebut didefinisikansebagai secara klasik sebagai( )F( L)= − dE LdL . (7)Substitusi pers. (6) ke pers. (7) memberikan∞2 2 22 n π F = ∑ an. (8)3mLProses Isotermaln=1Secara klasik, proses isotermal adalah suatuproses dimana temperatur sistem dijaga tetap konstan.Suatu gas ideal yang berada dalam suatu tabungsilinder dengan piston yang dapat bergerak dikatakanmengalami proses isotermal ketika gas tersebutkontak dengan suatu tandon panas sedemikian hinggatemperatur gas dapat dijaga tetap konstan. Mengingatenergi dalam gas ideal sebanding dengan temperaturgas tersebut maka energi dalam gas tetap konstanselama proses isotermal berlangsung. Dengandemikian, sesuai dengan hukum termodinamikapertama, gas melakukan usaha yang besarnya samadengan besar kalor yang diserap gas ketika kontakdengan tandon panas.Secara kuantum, proses isotermal dideskripsikansebagai berikut. Tinjau suatu partikel pada kotakpotensial tak hingga satu dimensi dengan lebar L .Misalkan keadaan awal ψ ( x ) partikel merupakankombinasi linier fungsi eigen seperti pada pers. (4).Pada saat proses isotermal berlangsung, salah satudinding kotak potensial bergerak sehinggamenyebabkan terjadinya perubahan lebar kotakpotensial. Walaupun lebar kotak potensial berubah,nilai harap Hamiltonian sistem tetap konstan selamaproses isotermal berlangsung. Untuk menjaga agarnilai( )∞n=12E L = ∑ an En(9)tetap konstan maka koefisien antidak lagi konstantetapi berubah sebagai fungsi L . Koefisien an( L )tetap harus memenuhi syarat normalisasi∞∑ nn=1( ) 2a L = 1(10)Mesin Carnot Kuantum Dua Tingkat Energi denganSatu PartikelDalam termodinamika klasik, mesin Carnotbekerja berdasarkan siklus Carnot yang terdiri dariekspansi isotermal, ekspansi adiabatik, kompresiisotermal dan kompresi adiabatik. Diagram P – VA 57

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8yang menggambarkan siklus Carnot ditunjukkan padaGbr. 1 berikut ini.Gbr. 1. Diagram P – V siklus Carnot.Analog dengan siklus Carnot dalamtermodinamika klasik, siklus Carnot kuantum jugaterdiri dari ekspansi isotermal, ekspansi adiabatik,kompresi isotermal, dan kompresi adiabatik. Misalkanpartikel mula-mula berada pada keadaan dasar danlebar kotak potensial mula-mula adalah L1. Pada saatpartikel berada pada keadaan dasar, a2= 0 sehingga,dengan menggunakan pers. (5), didapatkan a1= 1.Menggunakan pers. (6), nilai harap Hamiltonian padakeadaan dasar dinyatakan sebagai2 2π Edasar =(11)22mLPada proses ekspansi isotermal, partikeltereksitasi ke tingkat energi tereksitasi pertamadengan nilai harap Hamiltonian yang konstan. Selamaproses ekspansi isotermal, keadaan partikelmerupakan kombinasi linier dari dua keadaan eigenterendah :( ) ( ) 2 ⎛π⎞ ⎛1sin2( ) sin2 π ⎞ψ x = a L ⎜ x⎟+a L ⎜ x⎟,(12)L ⎝L ⎠ ⎝ L ⎠dimana hubungan antara a1( L ) dan a2( L )dinyatakan menggunakan pers. (10) sebagai2 2a L + a L = . (13)( ) ( )1 21Nilai harap Hamiltonian untuk proses ekspansiisotermal dinyatakan sebagai2 2E ( L π 2 2I ) = ⎡2 1( ) 42( )2mLa L + a L ⎤ (14)⎣⎦atau dengan menggunakan pers. (13), dapatdinyatakan sebagai2 2E ( L π 2I ) = ⎡4−32 1( )2mLa L ⎤ . (15)⎣⎦Mengingat pada proses isotermal berlakuEI( L)= Edasarmaka dari pers. (11) dan (14)didapatkan12( 4 3 ( ) )L = − a L L . (16)2 21 1Persamaan (16) mengindikasikan bahwa L bernilaimaksimum ketika a1 ( L ) = 0 yang berarti prosesekspansi isotermal berlangsung sampai semua partikeltelah tereksitasi ke keadaan tereksitasi pertama.Menggunakan pers. (16), lebar maksimum L 2kotakpotensial ketika semua partikel telah tereksitasi kekeadaan tereksitasi pertama diberikan oleh L2 = 2L 1.Selama proses ekspansi isotermal berlangsung, gayayang diberikan partikel pada dinding kotak potensialdiberikan oleh2 2π FI ( L)=(17)2mL LSetelah mengalami proses ekspansi isotermal,sistem mengalami proses ekspansi adiabatik dimanalebar kotak potensial berubah dari L = L2menjadiL = L 3. Selama proses ekspansi adiabatikberlangsung, sistem tetap pada tingkat energitereksitasi pertama dan nilai harap Hamiltonian sistemtersebut diberikan oleh2 22πEII ( L)=2 . (18)mLDengan menggunakan pers. (8), gaya yang bekerjapada dinding kotak potensial dapat dinyatakan sebagai2 24πFII ( L)=3 . (19)mLSetelah mengalami ekspansi adiabatik, sistemmengalami kompresi isotermal dimana lebar kotakpotensial berubah dari L = L3menjadi L = L4.Selama proses kompresi isotermal berlangsung, nilaiharap Hamiltonian sistem konstan. Pada awal proseskompresi isotermal, sistem mula-mula berada padakeadaan tereksitasi pertama. Ketika lebar kotakpotensial L = L3, nilai harap Hamiltonian sistemdiberikan oleh2 22πEtereksitasi =2 . (20)mL1pertama 3Selama proses kompresi isotermal berlangsung,keadaan sistem merupakan kombinasi linier dari duakeadaan eigen terendah :( ) ( ) 2 ⎛π⎞x a1 L sin x a2( L)2 ⎛sin2 π ⎞ψ = ⎜ ⎟+⎜ x⎟L ⎝L ⎠ L ⎝ L ⎠dimana hubungan antara a1( L ) dan a2( )(21)L diberikanoleh pers. (13). Nilai harap Hamiltonian sistem padaproses kompresi isotermal diberikan oleh2 2E ( L π 2III ) = ⎡4−32 1 ( )2mLa L ⎤ (22)⎣⎦A 58

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-82 21 21atau, dengan menggunakan a ( L) a ( L)diberikan oleh2 2π 2III ( ) = ⎡ +2 ( ) ⎤E L 1 322mL⎣a L+ = ,. (23)⎦Selama proses kompresi isotermal berlangsung,E L = Esehingga dari pers. (20) danIII( )tereksitasi pertamapers. (23), didapatkan2 1 2 2L = ( 1 + 3 a2( L)) L3. (24)4Persamaan (24) mengindikasikan bahwa L bernilaia L = yang berarti prosesminimum ketika ( )20kompresi isotermal berlangsung sampai semuapartikel telah berada pada keadaan dasar.Menggunakan pers. (24), lebar minimum L 4kotakpotensial ketika semua partikel telah berada pada1keadaan dasar diberikan oleh L4 = L2 3. Gaya yangbekerja pada dinding kotak potensial diberikan oleh2 24πFIII ( L)=2 . (25)mL LPada proses terakhir dari siklus Carnot kuantum,yakni proses kompresi adiabatik, sistem tetap beradapada keadaan dasar dan lebar kotak potensial berubahdari L = L4menjadi L = L1. Selama proses kompresiadiabatik berlangsung, nilai harap Hamiltonian sistemdiberikan oleh2 2π EIV ( L)=(26)22mLdan gaya yang bekerja pada dinding kotak potensialdiberikan oleh2 2π FIV ( L)=3 . (27)mLMenggunakan pers. (17), (19), (25), dan (27), kerjamekanis W untuk satu siklus diberikan oleh2 2π ⎡ 1 4 ⎤W = ∫ F ( L ) dL = ⎢ −2 2 ⎥ ln 2 (28)m ⎣L1 L3⎦dan besar energi yang diserap selama ekspansiisotermal dinyatakan sebagai2L12 2π QH= ∫ FI ( L)dL = ln 2 (29)2mLL1Efisiensi η mesin Carnot kuantum diberikan oleh2W ⎛ L ⎞1η= = 1−4⎜ ⎟QHL33⎝1⎠(30)atau, dengan menggunakan pers. (11) dan (20),diberikan olehEdasarη= 1− (31)Etereksitasi pertamaDiagram F – L yang menggambarkan siklus Carnotkuantum untuk sistem partikel tunggal yang berada didalam kotak potensial tak hingga satu dimensi dengandua tingkat energi diberikan oleh Gbr. 2 berikut ini.Gbr. 2. Diagram F – L siklus Carnot kuantum untuk sistem partikeltunggal yang berada di dalam kotak potensial tak hingga satudimensi dengan dua tingkat energi.MESIN CARNOT KUANTUM DENGAN DUAPARTIKEL BOSONKonsep siklus Carnot kuantum yang telahdibangun untuk sistem satu partikel dalam kotakpotensial tak hingga satu dimensi dengan dua tingkatenergi akan diaplikasikan pada sistem dua partikelidentik dalam kotak potensial tak hingga satu dimensidengan dua tingkat energi. Pada paper ini, jenispartikel identik yang digunakan adalah partikel boson.Partikel boson merupakan partikel identik takterbedakan yang tidak mematuhi prinsip laranganPauli. Konfigurasi dua partikel boson pada dua tingkatenergi ditunjukkan pada Gbr. 3 berikut ini.Gbr. 3. Konfigurasi yang paling mungkin bagi dua partikel bosonuntuk dua tingkat energi.Fungsi gelombang sistem untuk keadaan dasar,tereksitasi pertama, dan tereksitasi kedua, secaraberurutan, diberikan olehdasar ( 1 2 )2 ⎛π⎞ ⎛π⎞ψ x , x = sin ⎜ x1 ⎟sin⎜ x2 ⎟≡ψ1(32)L ⎝L ⎠ ⎝L⎠A 59

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-81 ⎧2 ⎛π ⎞ ⎛2π⎞ψtereksitasi ( x1 , x2 ) = ⎨ sin ⎜ x1 ⎟sin⎜ x2⎟pertama2 ⎩ L ⎝L ⎠ ⎝ L ⎠2 ⎛2π ⎞ ⎛π ⎞⎫+ sin ⎜ x ⎟sin⎜ x ⎟⎬ ≡ψL ⎝ L ⎠ ⎝L⎠⎭1 2 22 ⎛2π⎞ ⎛2π⎞ψ ( x , x ) = sin ⎜ x ⎟sin⎜ x ⎟≡ψL ⎝ L ⎠ ⎝ L ⎠tereksitasi 1 2 1 2 3keduaMisalkan keadaan sistem ( x , x )1 2(33)(34)Ψ mula-muladinyatakan sebagai kombinasi linier dariψ , ψ , dan ψ :1 2 3( , )Ψ x x = aψ + a ψ + a ψ . (35)1 2 1 1 2 2 3 3dimana a1, a2, dan a3memenuhi hubungan yangdiberikan oleh2 2 21 2 31.a + a + a = (36)Nilai harap Hamiltonian sistem sebagai fungsi Ldapat dinyatakan sebagai( )2 2 21 1 2 2 3 3E L = a E + a E + a E (37)dengan2 2 2 2 2 2π 5π 4πE1 = ; E2 2= ; E2 3= .2mL 2mL mL(38)Selama proses adiabatik berlangsung, nilai harapHamiltonian sistem diberikan oleh pers. (37), dimananilai E1, E2, dan E 3diberikan oleh pers. (38), dangaya yang bekerja pada dinding diberikan oleh2 2dE ( L) π 2 2 2F( L)= − = ⎡2 a3 1+ 5 a2 + 8 a ⎤3dL mL ⎣⎦(39)Berbeda dengan proses adiabatik, selama prosesisotermal berlangsung, nilai harap Hamiltonian sistemdinyatakan sebagai2 2 2E L = a L E + a L E + a L E (40)( ) ( ) ( ) ( )1 1 2 2 3 3dimana koefisien a1, a2, dan a3tidak lagi konstana L ,tetapi berubah terhadap L . Koefisien ( ) 1dan a3( L ) memenuhi syarat normalisasi :( ) ( ) ( )2 2 21 2 31a L , ( )a L + a L + a L = (41)Gaya yang bekerja pada dinding kotak potensial,selama proses isotermal berlangsung, diberikan oleh2 2π 2 2 2F( L) = ⎡2 a3 1( L) + 5 a2( L) + 8 a3( L)⎤mL ⎣⎦(42)Serupa dengan siklus Carnot kuantum padasistem satu partikel, siklus Carnot kuantum padasistem dua partikel boson juga terdiri atas ekspansi2isotermal, ekspansi adiabatik, kompresi isotermal, dankompresi adiabatik. Misalkan dua partikel bosonmula-mula berada pada keadaan dasar dan lebar Lkotak potensial mula-mula adalah L1. Pada saat keduapartikel boson berada pada keadaan dasar, a2= 0 dana3= 0 . Dengan menggunakan pers. (37), didapatkan2 2π Edasar = E1 =2 . (43)mLPada saat proses ekspansi isotermal berlangsung,Ψ x1,x2diberikan olehΨ x , x = a L ψ + a L ψ + a L ψ (44)keadaan sistem ( )( ) ( ) ( ) ( )1 2 1 1 2 2 3 3dimana hubungan antara a ( L) , a ( L) , dan a ( L )11 2 3diberikan oleh pers. (41). Dengan menggunakan pers.(40) dan pers. (41), nilai harap Hamiltonian sistem,selama proses ekspansi isotermal berlangsung,diberikan oleh2 2E L = E + E − E a L + E − E a L( ) ( ) ( ) ( ) ( )I 1 2 1 2 3 1 3Mengingat E E ( L)(44)dasar=I, selama proses ekspansiisotermal berlangsung, maka didapatkan22 L12 2L = ⎡ 2+ 3 a2( L) + 6 a3( L)⎤ (45)2 ⎣⎦Persamaan (45) mengindikasikan bahwa L akanbernilai maksimum jika a2( L) = a3( L)= 1 . Akantetapi, nilai koefisien a2( L ) dan a3( L ) dibatasi olehpers. (41) sehingga L akan bernilai maksimum hanyajika a1( L) = a2( L)= 0 dan a3 ( L ) = 1, yang berartiproses ekspansi isotermal berlangsung sampai keduapartikel boson berada pada keadaan tereksitasi kedua.Menggunakan pers. (45), lebar maksimum L 2kotakpotensial, setelah kedua partikel boson berada padakeadaaan tereksitasi kedua, diberikan oleh L 2= 2L1.Pada saat ekspansi isotermal berlangsung, gaya yangbekerja pada dinding kotak potensial dinyatakansebagai2 22πFI ( L)=(46)2mL LSetelah mengalami proses ekspansi isotermal,sistem mengalami proses ekspansi adiabatik dimanalebar kotak potensial berubah dari L = L2menjadiL = L 3. Pada saat ekspansi adiabatik berlangsung,kedua boson tetap berada pada keadaan tereksitasikedua dan nilai harap Hamiltonian sistem tersebutdiberikan oleh2 24πEII ( L)=2 . (47)mLGaya yang bekerja pada dinding kotak potensial, saatproses ekspansi adiabatik berlangsung, diberikan oleh1A 60

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8F( L)2 28π= . (48)mLII 3Setelah mengalami proses ekspansi adiabatik,sistem kemudian mengalami proses kompresiisotermal dimana lebar kotak potensial berubah dariL = L 3menjadi L = L4. Pada awal proses kompresiisotermal, sistem berada pada keadaan tereksitasikedua saat lebar kotak potensial adalah L3. Nilaiharap Hamiltonian sistem pada saat lebar kotakpotensial adalah L3dinyatakan sebagaiE4π=2 2tereksitasi 2kedua mL3(49)Selama proses kompresi isotermal berlangsung, nilaiharap Hamiltonian sistem dinyatakan sebagai2 2E L = E + E − E a L + E − E a L( ) ( ) ( ) ( ) ( )III 3 1 3 1 2 3 2(50)Mengingat, selama proses kompresi isotermal,berlaku Etereksitasi kedua= EIII( L)maka didapatkan2 1 22 2L = L ⎡38−6 a1( L) −3a2( L)⎤ (51)8 ⎣⎦Persamaan (51) mengindikasikan bahwa L akanbernilai minimum hanya jika a1 ( L ) = 1 dana2 ( L ) = 0 , yang berarti proses kompresi isotermalberlangsung sampai kedua partikel boson menempatikeadaan dasar. Menggunakan pers. (51), lebarminimum L4ketika kedua partikel boson menempati1keadaan dasar adalah L4 = L2 3. Gaya yang bekerjapada dinding kotak potensial diberikan oleh2 28πFIII ( L)=2 . (52)mL LProses terakhir dari siklus Carnot kuantum, yakniproses kompresi adiabatik, sistem tetap berada padakeadaan dasar dan lebar kotak potensial berubah dariL = L 4menjadi L = L1. Selama proses kompresiadiabatik berlangsung, nilai harap Hamiltonian sistemdinyatakan sebagai2 2π EIV ( L)=(53)2mLdan gaya yang bekerja pada dinding kotak potensialdiberikan oleh2 22πFIV ( L)=(54)3mLMenggunakan pers. (46), (48), (52), dan (54), kerjamekanis W untuk satu siklus diberikan oleh2 22π ⎡ 1 4 ⎤W = ∫ F ( L ) dL = ⎢ −2 2 ⎥ ln 2 (55)m ⎣L1 L3⎦dan besar energi yang diserap selama ekspansiisotermal dinyatakan sebagai3H2L12 2π Q = F L dL =∫L1( )I 2mL1ln 2(56)Efisiensi η mesin Carnot kuantum untuk sistem duapartikel boson diberikan oleh2W ⎛ L ⎞1Etereksitasi keduaη= = 1− 4⎜⎟ = 1−(57)QH⎝L3 ⎠ EdasarDiagram F – L yang menggambarkan siklus Carnotkuantum untuk sistem dua partikel boson yang beradadi dalam kotak potensial tak hingga satu dimensidengan dua tingkat energi juga diberikan oleh Gbr. 2.KESIMPULANMesin Carnot kuantum berbasis sistem duapartikel boson dalam kotak potensial tak hingga satudimensi dengan dua tingkat energi telah dikaji didalam artikel ini. Dalam proses siklus Carnot iniproses isotermal harus terbatas sedangkan prosesadiabatik tidak. Pada proses ekspansi isotermal lebarkotak potensial bernilai maksimum ketika keduapartikel boson telah menempati tingkat energitertinggi. Lebar maksimum kotak potensial tersebutadalah dua kali lebar awal kotak, L2 = 2L1dimana L1menyatakan lebar kotak potensial awal.Pada proses kompresi isotermal yang berangkatdari volume tertentu setelah ekspansi adiabatik, lebarkotak potensial bernilai minimum ketika keduapartikel boson telah menempai tingkat energiterendah. Lebar minimum kotak potensial yang dapat1dicapai proses kompresi isotermal adalah L4 = L2 3.Nilai efisiensi mesin Carnot kuantum berbasissistem dua partikel boson dalam kotak potensial takhingga satu dimensi dengan dua tingkat energiternyata sama dengan nilai efisiensi mesin Carnotkuantum berbasis sistem satu partikel dalam kotakpotensial tak hingga satu dimensi dengan dua tingkatenergi. Hasil perhitungan ini menunjukkan bahwapenambahan jumlah partikel boson tidak akanmempengaruhi nilai efisiensi mesin Carnot kuantumsepanjang model mesin Carnot kuantum yang ditinjautetap sama, yakni kotak potensial tak hingga satudimensi dengan dua tingkat energi.UCAPAN TERIMA KASIHPenulis berterima kasih kepada panitiapenyelenggara Seminar Nasional Fisika Terapan III2012 atas kesempatan yang diberikan untuk dapatmempresentasikan paper ini.DAFTAR PUSTAKAA. E. Siegman, Lasers, University Science Books,Amerika Serikat.E. Latifah dan A. Purwanto (2011), Multiple-StateQuantum Carnot Engine, Journal of ModernPhysics, 2011, 2, 1366-1372.A 61

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8C. M. Bender, D. C. Broody dan B. K. Meister(2000), Quantum-Mechanical Carnot Engine,Journal of Physics, Vol. 33, No. 24, 4427.D. J. Griffiths (2005), Introduction to QuantumMechanics, Edisi Kedua, Pearson Education,Inc., Amerika Serikat.H. T. Quan, Y.-X. Liu, C. P. Sun, dan F. Nori (2007),Quantum Thermodynamic Cycles andQuantum Heat Engines, Physical Review E,Vol. 76, No. 3, 031105 atau arXiv: quantph/0611275v2.H. T. Quan (2009), Quantum Thermodynamic Cyclesand Quantum Heat Engines (II), PhysicalReview E, Vol. 79, No. 4, 041129 atau arXiv:0811.2756v2.M. O. Scully (2002), The Quantum Afterburner:Improving the Efficiency of an Ideal HeatEngine, Physical Review Letters, Vol. 88, No.5, 050602 atau arXiv: quant-ph/0105135v1.R. Dillenschneider dan E. Lutz, Improving CarnotEfficiency with Quantum Correlations, arXiv:0803.4067v1.A 62

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8φ′φ = π σSedangkansebagai(5)π(s) dan parameter λ didefinisikanπ = σ′−τ⃐ ± −τ⃐2 (σ′ 2 )2 − σ⃐ + kσ (6)λ = k + π′ (7)Nilai k dalam pers. (6) diperoleh dari kondisi bahwapernyataan dibawah akar pada pers. (6) merupakankuadrat sempurna dari polynomial berderajat satusehingga diskriminant pernyataan kuadrat di bawahakar harus nol. Eigen nilai baru dari persamaan (4)adalahλ = λ n = −nτ ′ − n(n−1)σ′′ , n = 0, 1, 2 (8)2dengan τ = τ⃐ + 2π , (9)Energi eigen nilai dan eigen fungsi diperoleh darikondisi bahwa τ ′ < 0 . Penyelesaian fungsigelombang bagian kedua, y n (s), yang terkait denganrelasi Rodrigues, [10] adalahy n (z) = C n d nρ(z) dz n (σn (z)ρ(z)) (10)dengan C n adalah konstanta normalisasi, dan fungsibobot ρ(s) harus memenuhi kondisi∂(σρ)= τ(s)ρ(s) (11)∂sDari persamaan-persamaan di atas dapat diperolehenergi eigen nilai dan fungsi gelombang untukpotensial tertentu.KAJIAN ANALITIKDalam koordinat bola PS persamaan (1) dapat ditulis:− ħ2 1 ∂2m r 2 ∂r r2 ∂ + 1 ∂ ∂sinθ +∂r r 2 sinθ ∂θ ∂θ1 ∂ 2r 2 sin 2 θ ∂φη(η−1)cos 2 θ2 ψ(r, θ, φ) + −e2 ψ(r, θ, φ) = Eψ(r, θ, φ) (12)+ħ2 κ(κ−1)+r 2mr 2 sin 2 θPS tiga dimensi dari persamaan (12) diselesaikanmenggunakan pemisahan variabel denganmenggunakan ψ(r, θ, φ) = R(r)P(θ)φ(φ) sehinggadiperoleh:1 ∂R1 ∂Psinθ ∂θ∂r r2 ∂ ∂r + 2mr2e 2+ 2mr2ħ 2 r ħ 2∂ 2φsin 2 θsinθ∂∂θ − 1E −∂φ 2 + κ(κ−1) sin 2 θ + η(η−1)cos 2 θ =λ = l(l + 1) (13)Pada persamaan 13, terlihat bahwa terdapat tigapersamaan yang memiliki mewakili koordinat radial,polar dan azimuth. Suku pertama, kedua dan ketigamerupakan koordinat radial, suku keempat dankeenam merupakan koordinat polar, dan suku kelimamerupakan koordinat azimuth. Penyelesaian masingmasingpersamaan dipaparkan dalam tiga solusipenyelesaian berikut:1. Solusi Persamaan Azimuth.Dari persamaan (13) Solusi persamaan untuk bagianazimuth adalah1 ∂ 2φ= ∂φ 2 −m2(14a)Persamaan 14a merupakan persamaan deferensialorde dua dan menghasilkan solusi:φ = A m e imφ2. Solusi persamaan Radial1 ∂R(14b)∂r r2 ∂ + 2mr2+ 2mr2E = l(l + 1) (15a)∂r r ħ 2Dikalikan dengan R dan menyederhanakan persamaandeferensial diperoleh:∂ 2 R+ 2 ∂R+ ∂r 2 r ∂r 2me 2+ 2m l(l+1)ħ 2 r ħ2 E R − R = 0 (15b)r 2Dengan memisalkan2m2meħ2 E = 2−ε2 = β 2 (15c)ħ 2Persamaan (15b) dapat disederhanakan menjadiħ 2 e 2∂ 2 R+ 2 ∂R+ ∂r 2 r ∂r β2 − r ε2 − l(l+1)r2 R = 0 (15d)Solusi persamaan radial dapat diselesaikan denganmetode NU. Dengan membandingkan persamaan (5e)dengan persamaan (2) diperoleh:σ = r , τ⃗ = 2 σ⃗ = −{l(l + 1) − β 2 r + ε 2 r 2 }(16)Nilai π dapat dicari dengan:π = σ′−τ⃐2 ± (σ′ −τ⃐2 )2 − σ⃐ + kσ = − 1 2 ± 1 4 + l(l + 1) − β2 r + ε 2 r 2 + krπ = − 1 k−β2k−β2± ε r +2 2ε2 = −εr − − 1 2ε 2(17)dan (k − β 2 ) 2 − 4(ε 2 ) l + 1 2 2 = 0 memberikank = β 2 ± 2ε l + 1 2 k = β 2 + 2ε l + 1 dan k = 2 β2 − 2ε l + 1 2Dengan memasukkan nilai k ke persamaan (17) kitadapatkanπ = − 1 k−β2− εr − = −εr − l − 1 ; atau π =2 2ε− 1 − εr + 2εl+1 2 = −εr + l22ελ = k + π ′ = β 2 ± 2ε l + 1 − ε λ = 2 β2 + 2εlatau λ = β 2 − 2ε(l + 1)τ = τ⃐ + 2π = 2 + 2 − 1 k−β2− εr − = −2εr +2 2ε2 l + 1 + 1 = −2εr + 2(l + 1) atau τ = τ⃐ + 2π =22 + 2 − 1 k−β2− εr − = −2εr − 2 l + 1 + 1 =2 2ε 2−2εr − 2lλ = λ n = −n r (−2ε) = 2εn rβ 2 + 2εl = 2εn r β 2 = 2ε(n r − l) ; atauβ 2 − 2ε(l + 1) = 2εn r β 2 = 2ε(n r + l + 1)βε =22(n r +l+1)Dengan menggunakan:2m2meħ2 E = 2−ε2= β 2 ; ε 2 β=2→ħ 2 4(n r +l+1) 2− 2mE ħ 2 n = ( 2me2ħ 2 )2 14(n r +l+1) 2mDiperoleh: E n = − e e 4(18)2ħ 2 (n r +l+1) 2Dari persamaan (18) kita perolehA 64

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8m e e 4E n = −, n = n 2ħ 2 (n r +l′+1) 2 r adalah bilangankuantum radial, n t = n r + l′ + 1 n t = 1,2,3, ….(18b)n t adalah bilangan kuantum utama, l′ adalah bilangankuantum orbital baru.. Persamaan gelombang radialdiperoleh dari:φ′= −ε + l φ rrlnφ = − εr + lnr l φ =(r) l e −εr∂(σρ)∂r= τ(r)ρ(r) σ ′ ρ + σρ ′ = ( −2εr + 2(l +1))ρρ ′= −2εr+2l+1= −2ε + 2l+1ρ rrln(r) (2l+1) ρ = (r) (2l+1) e −2εrd n ry nr (r) = C nrρ(r) dr n r (σn r(r)ρ(r) =C n r d n rr (2l+1) e −2εr dr n r ((r)(2l+1)+n re −2εr )y nr(r) =C n rr (2l+1) e −2εr d n rdr n r ((r)(2l+1)+n re −2εr )(19a)lnρ = −2εr +Persamaan (19a) dapat ditulis sebagai:y nr (r) = C nr r −(2l+1) e 2εr dn rdr n r ((r)(2l+1)+n re −2εr )(19b)Dimana persamaan (19) mempresentasikan relasiRodrigues untuk polinomial Laguerre terasosiasi.Jika 2εr = ρ maka r = ρ and dn r= 2ε dr n r (2ε)n dn rdρ n r(20a)Dengan mensubtitusikan persamaan (20a) padapersamaan (19b) diperolehy nr(ρ) = ρ−(2l+1) e ρ d n rn r ! dρ n r ((ρ)(2l+1)+n re −ρ ) (20b)dimana y nr (ρ) is polinomial Laguerre terasosiasiyang dapat ditulis sebagai:y nr (ρ) = L (2l+1) nr(ρ) = L (2l+1) nr −l−1(ρ) (21)Dengan mengatur C nr = 1dan nn r = n + l′ + 1r!Persamaan gelombang radial lengkap dapat ditulisR(r) = φy nρ (r) = B n ρ l e −ρ/2 y nr (ρ) (22a)atauR(r) = R(r) = B n r l′ e −r2 L (2l′+1) n+l′+1(r) (22b)dimana B n merupakan konstanta ternormalisasi.3. Solusi Persamaan PolarPS bagian polar untuk potensial Coloumbdikombinasikan dengan potensial Poschl-Teller I nonsentraladalah1 ∂ ∂Psinθ − m2 P− sinθ ∂θ ∂θ sin 2 θ κ(κ−1) + η(η−1) P +sin 2 θ cos 2 θl(l + 1)P = 0(23a)dimana l(l+1) konstanta pemisah. Denganmenggunakan transformasi variabel cos2θ = s padapersamaan 23 kita peroleh(1 − s 2 ) ∂2 P− ∂s 2 1 + 3 dPs2 22η(η−1)(1−s)4(1−s 2 )− l(l+1)(1−s2 ) P = 04(1−s 2 )− (1+s)ds 2κ(κ−1)+m2 4(1−s 2 )(23b)Dengan mengkomparasikan persamaan (23b) danpersamaan (2)σ = (1 − s 2 ) , τ⃗ = − 1 + 3 s(24a)2 2σ⃗ =− {2κ(κ−1)+m2 +2η(η−1)−l(l+1)+42κ(κ−1)+m 2 −2η(η−1)s + l(l+1)s 2 } (24b)44Menggunakan persamaan (6) dan (24b) kita dapatkanπ = 1−s 4±⃓ 2(κ(κ−1)+m 2 )+2η(η−1)−l(l+1)+ k + 1 +416 2(κ(κ−1)+m2 )−2η(η−1)− 1 s + (25)48 l(l+1)− k + 1⎷ 416 s2Harga k pada persamaan (25) dapat diperoleh darikondisi bahwa pernyataan kuadrat dibawah akarmerupakan kuadrat sempurna dari polynomial derajatsatu, sehingga dapat ditulisπ = 1−s ± 4 l(l+1)− k + 12κ(κ−1)+m 2 −2η(η−1) s + − 1 48416 2 l(l+1) −k+ 1 4 16 (26)Dan diskriminan dibawah akar harus nol. 2κ(κ−1)+m2 −2η(η−1)− 1 48 2 − 4 l(l+1)− k +41 +2η(η−1)16 2κ(κ−1)+m2 + 1 − l(l+1)+ k − 1 = 048 416(27)Nilai dari k diperoleh dari persamaan (27) adalahk 1 = l+1 2 2− √q−√t242k 2 = l+1 2 2− √q+√t242dengan q = 2κ(κ−1)+m2 η− 1 2 224(28a)+(28b)dan t = 2η(η−1)+ 1 =4 8(29)dengan memasukkan persamaan (28) dan (29) kepersamaan (27) dan kondisi bahwa τ ′ < 0 makapersamaan (27) menjadiπ 1 = −s √q−√t√2(18a)π 2 = −s √q+√t√2+ 1 − √q+√t + 1 4 √2 4+ 1 − √q−√t + 1 4 √2 4untuk k 1untuk k 2(27b)Dengan menggunakan persamaan (9), (13) dandengan menggunakan nilai τ⃐ pada persamaan (24a)kita perolehτ 1 = −2s √q−√t + 1 − 2 √q+√t√2√2untuk k 1(29a)A 65

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dan τ 2 = −2s √q+√t + 1 − 2 √q−√t√2√2untuk k 2(29b)dengan menggunakan persamaan (8), (2.44), (15a),(18a), (18b), (19a), dan (19b) diperolehλ 1 = l+1 2 24− √q−√t22λ 2 = k + π ′ = l+1 2 24− √q−√t + 1 √2 4(30a)− √q+√t22− √q+√t + 1 √2 4(30b)λ 1 = λ n1 = 2n √q−√t + n(n + 1) (31a)√2λ 2 = λ n2 = 2n √q+√t + n(n + 1) (31b)√2Untuk memiliki arti fisis lebih, pilihan terbaik untuknilai l diperoleh dari persamaan (30b) dengan (31b),dimanal′ = κ(κ − 1) + m 2 + η + 2n (32)Bagian pertama fungsi gelombang diperoleh daripersamaan (5), (14b) dan (19b).qφ = (1 − s) √2(1 + s) √t√2 +1 4= (1 − s) κ(κ−1)+m22 (1 +η− 1 2s) 2 +1 4 = (1 − s) κ(κ−1)+m22 (1 + s) η 2 (33)dan2q2√tρ = (1 − s) √2 (1 + s) √2 = (1 − s) κ(κ−1)+m2 (1 +s) η−1 2 (44)Dengan memasukkan persamaan (34) dan (14b) padapersamaan (10) persamaan gelombang polar bagiankeduaCy n (s) =nd nn(1 −(1−s) κ(κ−1)+m2 (1+s) η−1 ds2s) n+κ(κ−1)+m2 (1 + s) n+η−1 2 (35)Sehingga, persamaan lengkap bagian polar adalahP(θ) = C n (1 − s) − κ(κ−1)+m22 (1 + s) − η 2 +1 2 dnn(1 −s) n+κ(κ−1)+m2 (1 + s) n+η−1 2 (36)Dengan p = κ(κ − 1) + m 2 dan j = η − 1(37)diperolehP(θ) = C n (1 − s) − p 2(1 + s) − j 2 dn(1 − ds n s)n+p (1 +s) n+j+1 2 (38)HASIL PEMBAHASANPersamaan Gelombang bagian azimuthal, bagianradial dan polar dinyatakan pada persamaan (22b),(38). Energi elektron yang terganggu dinyatakan padapersamaan (18b) dengan nilai parameter, l’, sebagaibilangan kuantum orbital baru) pada persamaan (32).Bila dibandingkan dengan energi elektron yang takterganggu, maka energi ikat elektron yang terganggumengecil dengan semakin besarnya parameterpengganggu. Dengan mengambil nilai parameter κ=4 dan η =2 diperoleh grafik tingkat energi sepertiditunjukkan pada gambar 1.dsE n0-5-10-15Tanpa ParameterDengan ParameterGambar 1. Tingkat EnergiFungsi gelombang radial juga mengalamiperubahan. Penambahan parameter menyebabkanamplitude gelombang radial mengecil. Perubahanfungsi gelombang radial dapat dilihat pada gambar 2.Gambar 2. Fungsi Gelombang RadialFungsi gelombang polar dan azimuth jugamengalami perubahan. perubahan fungsi gelombangpada Potensial Coloumb yang diganggu potensialPochl Teller I dapat dilihat pada gambar 4 dan 5.Gambar 3. Fungsi gelombang 2D dan 3D P 1000Gambar 4. Fungsi gelombang 2D dan 3D P 1024Gambar 5. Fungsi gelombang 2D dan 3D P 1042Pada gambar 4 dan 5 tampak bahwa gangguanparameter κ dan η mempengaruhi fungsi gelombang.Parameter κ memecah fungsi sudut θ dengan fungsinA 66

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sudut φ kecil, parameter η memecah fungsi sudut θdengan fungsi sudut φ besar. Panjang gelombangsebelum terganggu (Gambar 3) sebesar λ berubahmenjadi 2.5 λ (Gambar 4) dan (Gambar 5) dengannilai z yang mengalami perubahan. Nilai z yang tidakkonstan menunjukkan bahwa vibrasi yang terjadiberubah-ubah, tetapi tetap periodik. Gangguanparameter κ dan η dapat menaikkan fungsigelombang. z dalam hal ini amplitude gelombang jugamengalami kenaikan seiring dengan perbesaranparameter. Jika parameter κ dan η tidak nol,parameter η menghasilkan nilai z lebih besar padaperiode tertentu dibandingkan dengan parameter κ ,sehingga kenaikkan tingkat energi juga lebih besar,tetapi, kerapatan parameter κ lebih besar daripadaparameter η.KESIMPULANPenyelesaian persamaan energi dan fungsigelombang potensial non sentral hasil kombinasiColoumb plus Pöschl–Teller I dapat diselesaikandengan menggunkan metode NU. Spektrum energidiperoleh secara eksak dan fungsi gelombang bagianradial serta polar dinyatakan dalam bentukpolynomial Jacobi. Potensial Pochl-Teller I ditinjausebagai pengganggu terhadap potensial Coulombyang menyebabkan amplitudi fungsi gelombang polarnaik dan energi elekron juga membesar.Persamaan gelombang radial terganggumengalami penurunan z (koordinat simetri yangberperan sebagai amplitude gelombang). Fungsigelombang pada koordinat polar dan azimuth jugamengalami gangguan. Berbeda dengan koordinatpolar, gangguan pada kordinat polar dan azimuthmengalami Gangguan parameter κ dan η dapatmenaikkan fungsi gelombang. z dalam hal iniamplitude gelombang juga mengalami kenaikanseiring dengan perbesaran parameter. Jika parameterκ dan η tidak nol, parameter η menghasilkan nilai zlebih besar pada periode tertentu dibandingkandengan parameter κ , sehingga kenaikkan tingkatenergi (momentum) juga lebih besar, tetapi, kerapatanparameter κ lebih besar daripada parameter η.UCAPAN TERIMA KASIHPenelitian ini didukung oleh dana HibahPascasarjana Universitas Sebelas Maret tahunanggaran 2012.DAFTAR PUSTAKABakkeshizadeh S., V. Vahidi (2012), Exact Solutionof the Dirac Equation for The ColoumbPotential Plus NAD Potential by Using theNikiforov-Uvarov Method, Adv. Studies Theor.Phys., Vol. 6, No. 15, 733-742Grosche, C. (2005), Path Integral Solution fordeformed Posch-Teller –like and conditionallysolvable Potentials, J. Phys A: Math. Gen.2947-2958 : 38Ikhdair, S. M. (2011), Bound State of Klein-Gordonfor Exponential-Type Potential in D-Dimensions”. Journal of Quantum InformationSciences, (Sept 2011) 73-38.J. Sadeghi, B. Pourhassan. (2008), Exact Solution ofThe Non Central Modified Kratzer PotentialPlus a Ring-Shaped Like Potential By TheFactorization Method, EJTP 5. No. 17 193-202.Nikiforov, A. V Uvarov V. B (1998), SpecialFunctions of Mathematical Physics. Basel:BirkhauserSuparmi (1992) Semiclassical Quantization rule inSupersymetric Quantum Mechanics,Dissertations, Suny, Unniversity at AlbanyA 67

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SELARAS NADA INTERNASIONAL A440 UNTUK NADA GAMELAN SARONPELOG MENGGUNAKAN PENDEKATAN FREKUENSIJoko Catur Condro Cahyono *)*Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Negeri SurabayaKampus Unesa Ketintang Surabaya 60231Email : caturcondro@elektrounesa.orgAbstrakMusik gamelan sebagai salah satu warisan luhur bangsa terasa tidak matching dengan alat musik internasionaldisebabkan frekuensi pitch yang berbeda pada masing masing alat music. Penelitian pendekatan nadainternasional dengan bunyi nada gamelan selama ini mengacu pada penelitian sebelumnya. Kelemahan daripenelitian sebelumnya adalah kurangnya alat pendukung sehingga penyelarasan suara menggunakan manualyaitu melalui indra pendengaran. Karena banyaknya jenis alat music gamelan dari masing masing pengrajinmaka pada penelitian ini dibatasi pada jenis gamelan saron dengan jenis pelog. Pengrajin yang dipilih adalahpengerajin gamelan di daerah Sukodono Sidoarjo Jawa Timur. Metode kuantitatif yang digunakan dalampenelitian ini adalah membandingkan langsung suara gamelan dengan suara nada internasional menggunakanalat ukur yang sama. Selisih antara frekuensi standart yang telah ditetapkan pada nada internasional denganfrekuensi hasil rekam merupakan nilai error pengukuran suara nada gamelan hasil terukur. FFT dan BartlettWindow pada logaritmik Cepstrum grafik bunyi gamelan digunakan untuk menghitung nada terukur suaragamelan tersebut. Hasil dari penelitian ini adalah pendekatan frekuensi bunyi gamelan saron pelog daripengerajin gamelan daerah Sukodono Sidoarjo Jawa Timur tidak mendekati kunci nada internasional manapun,atau nada gamelan tidak dapat disamakan dengan kunci nada internasional. Beberapa pengrajin gamelan daridaerah yang berbeda mempunyai karakteristik bunyi yang berbeda. Penelitian frekuensi bunyi gamelan darimasing masing daerah tersebut diperlukan untuk mengetahui lebih jauh kemiripan dengan nada internasional.Keyword : Saron Pelog, Kunci Nada A440, FFTPENDAHULUANPenyelarasan nada gamelan pada tiap daerah diIndonesia ternyata sangat bergantung padakemampuan pendengaran pengrajin gamelan. Hal inimenyebabkan perbedaan yang signifikan terhadapnada gamelan yang dihasilkan. Beberapa orangberpendapat bahwa perbedaan tersebut merupakan cirikhas yang dimiliki oleh daerah yang bersangkutan.Secara global memang merupakan ciri khas daerahmasing-masing tetapi secara spesifik ternyata haltersebut merupakan kekurangan dari prosespenyelarasan.Perbedaan nada pada tiap tiap daerah penghasilgamelan tersebut menyebabkan sulitnya sebuah alatgamelan bila digabung dengan alat gamelan daridaerah lain. Untuk pengerajin yang masih hidup halini tidak menjadi kendala, karena bisa diproduksi alatgamelan yang serupa, tetapi jika pengerajin tersebutmeninggal dunia sedangkan penerusnya tidak adamaka lambat laun gamelan akan musnah seiringdengan meninggalnya pengerajin gamelan tersebut.Alat music tradisional akan mampu beradaptasidengan perkembangan zaman jika mampu beradaptasidengan perubahan lingkungan. Penelitian kesamaannada gamelan dengan alat music internasional inibertujuan untuk mengetahui apakah alat musictradisional bisa dimainkan dengan alat music moderndengan nada yang telah disepakati bersama secarainternasional.METODOLOGI PENELITIANUntuk mengukur frekuensi pitch masing masingsuara gamelan, maka dilakukan langkah langkahsebagai berikut :1. Merekam tiap tiap suara gamelan yang akandideteksi, disini suara saron pelog.2. Suara hasil rekaman ini digunakan untukmengukur frekuensi yang dicari3. Merekam suara tuts piano yang sudah diketahuifrekuensinya dengan kondisi, waktu dan suhuyang sama dengan saat merekam suara gamelanpada lankah no 1.4. Suara hasil rekam salah satu nada tuts piano inidigunakan sebagai suara referensi untukmengetahui spectra haromonisa frekuensigamelan.5. Hasil rekam nada tuts piano dikurangi denganfrekuensi nada tuts piano yang sudah menjadipatokan sehingga mendapatkan spectraharmonisa saat proses perekaman.6. Semua nada gamelan hasil rekam dikuragidengan spectra harmonisa yang telah didapatkansehingga memperoleh nada pitch gamelansesungguhnya.DATA HASIL DAN PEMBAHASANSaron pelog mempunyai nada sebanyak 7 nada,setelah melalui proses perekaman, maka selanjutnyamelalui proses analisa data. Salah satu nada C untuktuts piano adalah seperti gambar dibawah ini :A 68

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 1. Grafik sinyal suara nada C 3 pada A 4440Plot grafik FFT pada frekuensi dibawah 300 Hz untuk sinyal tersebut adalahLevel (dB)00 50 100 150 200 250 300 350 400-10-20-30-40-50-60-70-80Frekuensi (Hz)Tabel nilai FFT untuk grafik tersebut adalahTabel 1. Daftar frekuensi sinyal nada C 3 A440No Frekuensi (Hz) Level (dB) No Frekuensi (Hz) Level (dB)1 10.766602 -66.638229 26 279.931641 -21.391842 21.533203 -66.694 27 290.698242 -38.3990523 32.299805 -63.887531 28 301.464844 -41.3555414 43.066406 -58.768837 29 312.231445 -42.2360735 53.833008 -50.439156 30 322.998047 -45.6960956 64.599609 -40.319553 31 333.764648 -47.9695937 75.366211 -40.461765 32 344.53125 -48.7724158 86.132813 -49.496017 33 355.297852 -52.7421119 96.899414 -41.033493 34 366.064453 -48.62660210 107.666016 -37.024235 35 376.831055 -45.60891711 118.432617 -37.702812 36 387.597656 -48.37270712 129.199219 -37.596653 37 398.364258 -52.23356213 139.96582 -42.978569 38 409.130859 -50.71608414 150.732422 -50.953793 39 419.897461 -46.01607115 161.499023 -55.407398 40 430.664063 -47.24937416 172.265625 -54.282803 41 441.430664 -51.810703A 69

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-817 183.032227 -53.606762 42 452.197266 -49.06824118 193.798828 -50.9799 43 462.963867 -48.37356219 204.56543 -45.689034 44 473.730469 -46.71336720 215.332031 -47.002529 45 484.49707 -44.63307221 226.098633 -50.215782 46 495.263672 -45.17592622 236.865234 -45.669685 47 506.030273 -42.71406923 247.631836 -35.639194 48 516.796875 -34.41869424 258.398438 -17.065504 49 527.563477 -20.58312225 269.165039 -13.459553Terlihat dari gambar, puncak grafik terjadi padafrekuensi 267 Hz dengan level -13,2dB. Dari daftarfrekuensi internasional menyatakan bahwa tuts pianoyang dibunyikan seharusnya mempunyai frekuensi268 Hz, sehingga mempunyai selisih sebesar 267 –268 = -1 Hz, atau terjadi penurunan frekuensi sebsesar1 Hz. Hal ini karena pengaruh alat perekam dankondisi ruangan berupa variable suhu kamar 25 o CTabel Hasil Penelitian Saron Pelog,dan luas ruangan sebesar 10x7 meter yangmempengaruhi proses perekaman.Pada proses selanjutnya maka frekuensi alatgamelan yang terukur mempunyai penurunan sebesar1 Hz dari frekuensi suara yang sesungguhnya,sehingga frekuensi gamelan hasil perekaman harusditambah dengan frekuensi 1 Hz.No Nama NadaFrekuensi Terukur * Frekuensi Rentang Frekuensi Kunci Nada(Hz) Nada (Hz) ** Internasional (Hz) *** Internasional ****1 Ji 577 578 554; 587 D 5 (554 Hz)2 Ro 621 622 622 D# (622 Hz)3 Lu 673 674 659; 698 E 5 (659 Hz)4 Pat 824 825 784 ; 831 G# 5 (831 Hz)5 Mo 858 859 831 ; 880 A 5 (880 Hz)6 Nem 900 901 880 ; 932 A 5 (880 Hz)7 Tu (Pi) 1004 1005 988 ; 1047 B 5 (988 Hz)* Adalah frekuensi hasil perekaman menggunakanalat perekam SONY ICD-PX312M** Adalah frekuensi sesungguhnya dari sumber bunyi*** Adalah frekuensi pendekatan dari nadainternasional, ada 2 frekuensi menunjukkan bahwafrekuensi suara gamelan saron berada di rentangtersebut.**** Adalah kunci nada mengacu pada penulisan A4440 atau nada A4 = 440 Hz, A4 pada alat musicsesungguhnya adalah nada A pada nada tengah, D5mempunyai arti nada D diatas nada D4, dalampenulisan lainnya D5 ditulis dengan D satu titikdiatasnya D’ atau dengan D satu tanda pentik.Pada data nomor 5 ternyata mempunyai kuncinada internasional sama dengan data nomor 6.Frekuensi bunyi nada gamelan saron pelog ternyatapada nada mo dan nem mempunyai frekuensipendekatan yang sama yaitu sebesar 880 Hz atausama dengan kunci A 5 . Bukti ini menunjukkan bahwanada gamelan mempunyai suara khas sendiri dantidak bisa disamakan dengan nada internasional.Suara gamelan tidak mungkin bisa dipadukan dengansuara nada internasional.KESIMPULANDari penelitian dan data hasil perhitunganmenggunakan metode pendekatan frekuensi bunyinada gamelan, maka dapat dapat disimpulkan :1. Nada gamelan tidak ada kecocokan melaluipendekatan frekuensi dengan nada musicinternasional A4402. Nada gamelan tidak bisa disamakan dengankunci nada music internasional A4403. Nada gamelan mempunyai cirri khassendiri.Penelitian ini didasarkan pada music gamelanyang diproduksi di daerah Sukodono Sidoarjo JawaTimur. Penelitian lanjutan diperlukan untukmengetahui kesamaan kunci nada internasionaldengan nada gamelan pada daerah yang berbeda.PUSTAKAFast Algorithms for Signal Processing, Richard E.Blahut, Cambridge University Press, 2010WiredFor Sound: Engineering AndTechnologies In Sonic Cultures, PaulD. Greene, Thomas Porcello,Wesleyan University Press, 2005A 70

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Peningkatan Kualitas Citra Rekonstruksi melalui Kombinasi Citra Tomografi Listrikdan AkustikK. Ain 1,3 , D. Kurniadi 1 , Supriyanto 1 , O. Santoso 2 , A.P. Wibowo 11 Program Studi Fisika Teknik, 2 Program Studi Informatika, ITB, Bandung - Indonesia3 Departemen Fisika – Universitas Airlangga, Surabaya – Indonesiakhusnulainunair@yahoo.comAbstrak.Tomografi adalah teknik untuk memperoleh citra penampang objek tanpa harus merusak melalui pengambilandata eksternal. Beberapa teknik tomografi telah dikembangkan berdasarkan luminisens yang digunakan,misalnya listrik, akustik, optik, sinar-X, dan lain-lain. Tomografi listrik dapat menghasilkan citra dengankontras yang baik, namun resolusi spasialnya rendah. Sebaliknya, tomografi akustik dapat menghasilkan citraresolusi spasial tinggi, namun kontrasnya rendah. Citra rekonstruksi dari tomografi listrik atau akustik dapatditingkatkan dengan menggabungkan masing-masing kelebihan sehingga dihasilkan citra dengan resolusispasial dan kontras tinggi. Metode yang digunakan adalah penggabungan citra rekonstruksi dengan metoderata-rata penjumlahan aljabar linier. Hasil penelitian menunjukkan bahwa citra gabungan yang diperolehmemiliki kontras dan resolusi spasial yang lebih baik dari citra pembangunnya.Kata kunci : tomografi, listrik, akustik, kombinasi citraPENDAHULUANBeberapa peralatan pencitraan yang telahdigunakan untuk mendiagnosis penyakit adalahTomografi Komputer (CT) sinar-X, PositronEmission Tomography (PET), Angiografi Digital danMagnetic Resonance Imaging (MRI) (Decramer andRoussos, 2002). Beberapa instrumen tersebutmemiliki keterbatasan, Tomografi Komputer (CT)sinar-X dan PET terjadi akumulasi radiasi pengionyang dapat membahayakan tubuh manusia (Su, et. al.,2005), MRI membutuhkan medan magnetik yangcukup kuat sehingga seluruh peralatan dan instrumenyang digunakan dalam area tersebut harus kompatibeldengan resonansi magnetik (Blanco, et. al., 2005).Oleh karena itu, alternatif teknologi pencitraan medisyang akurat, aman dan sederhana masih menjadimasalah yang perlu ditemukan solusinya.Sifat konduktivitas dan permisivitas objekadalah sifat fisis yang menarik bagi dunia medis,karena masing-masing jaringan organ memilikikonduktivitas dan permisivitas yang berbeda(Margaret Cheney, et al.). Tomografi listrik atauElectrical Impedance Tomography (EIT) merupakanteknik pencitraan distribusi resistivitas berdasarkanhasil pengukuran arus listrik dan beda potensial padabidang batas objek (D., Kurniadi, 2006). Beberapapenelitian yang telah dilakukan menunjukkan bahwatomografi listrik telah berhasil diaplikasikan padabeberapa kasus, diantaranya adalah untukmendiagnosis massa pulmonary (S. Kimura, et. al.,1994), mengamati fungsi diastolic ventrikuler kananpada pasien yang menderita COPD (chronicobstructive pulmonary disease) (Anton VonkNoordegraaf, et. al., 1997), dan mendeteksi fisiologisanatomi paru-paru beserta distribusi ventilasiregionalnya (Jose´ Hinz, et. al., 2003).Kekurangan tomografi listrik adalah masihrendahnya resolusi citra yang dihasilkan (Noor,J.A.F., 2007). Hal ini dikarenakan keterbatasanjumlah data yang didapatkan dari hasil pengukuran.Untuk mendapatkan jumlah data yang lebih banyakdiperlukan penambahan pemasangan elektroda,namun semakin banyak elektroda yang digunakanmaka akan mengakibatkan berkurangnya sensitivitasakibat dari luas penampang yang semakin kecil.Alternatif sumber luminisens yang dapatdigunakan untuk pencitraan medis adalah ultrasound.Ultrasound adalah salah satu gelombang mekanikyang dalam penjalarannya membutuhkan media.Dengan memanfaatkan interaksinya dengan mediayang dilaluinya, sifat karakteristik objek media yangdilewati dapat dianalisis. Salah satu karakteristik fisisyang dimiliki objek adalah kecepatan penjalarangelombang akustik jika melalui objek. Sistemtomografi akustik aman bagi manusia danmenghasilkan resolusi citra yang lebih baik, namunkontras citra hasil rekonstruksinya lebih rendah jikadibandingkan dengan tomografi listrik. Tomografiakustik telah dilakukan untuk deteksi kankerpayudara dengan metode pantulan yang berdasarkanpada distribusi kecepatan suara dan koefisien atenuasidengan menggunakan detektor linier dengan hasilyang cukup baik.Penggabungan dua citra rekonstruksi yangdihasilkan dari tomografi listrik dan ultrasounddiharapkan dapat menghasilkan citra rekonstruksiyang lebih baik jika dibandingkan dengan citrarekonstruksi dari masing-masingnya.Tomografi Impedansi ListrikTomografi impedansi listrik adalah teknik untukmemperoleh distribusi besaran listrik pada suatuobjek. Teknik ini bekerja dengan caraA 71

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8menginjeksikan arus listrik bolak-balik melaluielektroda yang terpasang pada permukaan objek danmengukur potensial listrik antar elektrodanya, sepertiditunjukkan pada gambar 1. Berdasarkan data aruslistrik yang diketahui dan potensial listrik yangdiukur, rekonstruksi dilakukan sehingga diperolehdistribusi resistivitas internal objek.adalah vektor arus. Potensial di setiap titik dapatdiperoleh dengan mengubah persamaan (4) menjadi,Φ = Y −1 I (5)sedang data potensial pada batas model objek dapatdiperoleh dengan,V(σ) = T r vec(Φ) (6)dengan T r merupakan matriks transformasi. Padapersamaan (6) nampak bahwa potensial batasmerupakan fungsi non linier terhadap konduktivitas.Invers ProblemGambar 1. Injeksi arus listrik dan pengukuran tegangan pada objekTerdapat beberapa metoda koleksi data pada sistemtomografi impedansi listrik, diantaranya adalahmetoda berpasangan (adjacent method), metodabersilangan (cross method), metoda berlawanan(opposite method), metoda multireferensi(multireference method), dan metoda adaptif(adaptive method) (Noor J.A.F., 2007).Forward ProblemForward problem atau problema maju di dalamEIT adalah proses melakukan prakiraan potensialpada saat diinjeksikan rapat arus listrik padapermukaan objek dengan distribusi konduktivitasobjek diketahui. Jika di dalam objek tidak terdapatsumber listrik dan distribusi konduktivitas diketahui,maka distribusi potensial di dalam objek akanmemenuhi persamaan Laplace,∇ ∙ σ∇Φ = 0 di dalam Ω (1)dengan kondisi batas potensial dan rapat arus listrikdi permukaan.Φ = Φ 0 pada ∂Ω (2)σ ∂Φ∂n = J 0 pada ∂Ω (3)Dengan masing-masing σ adalah konduktivitasobjek, Φ adalah distribusi potensial di dalam objek,Φ 0 adalah potensial dan J 0 adalah rapat arus dipermukaan objek serta n adalah vektor satuan normalyang arahnya tegak lurus terhadap permukaan.Persamaan (1),(2) dan (3) dapat diselesaikan denganmetode FEM, yaitu dengan cara membagi objekmenjadi elemen-elelemen kecil berbentuk segitigadan mengasumsikan bahwa sifat-sifat listrik adalahhomogen dan isotropik. FEM akan memberikan hasilsistem persamaan linier,YΦ = I (4)dengan Y adalah matriks admitansi yang merupakanfungsi geometri dan distribusi konduktivitas dan IInvers problem adalah proses memperolehdistribusi konduktivitas objek dari data pengukuranpotensial batas. Beberapa metode dengan pendekatanyang berbeda telah diusulkan oleh beberapa penelitiyang umumnya dapat dikelompokkan menjadi dua,yaitu non linier atau optimisasi dan linierisasi.Metode rekonstruksi berbasis optimisasi akanmenghasilkan citra statik yang memberikan informasitentang distribusi konduktivitas absolut. Keberhasilanmetode non linier sangat ditentukan oleh kesesuaianantara model geometri dan problema maju yangdigunakan terhadap geometri dan data potensial batashasil pengukuran. Rekonstruksi berbasis optimisasimemerlukan waktu komputasi yang lebih lama karenamembutuhkan proses iterasi, namun akanmenghasilkan citra rekonstruksi yang lebih akurat.Salah satu contoh metode rekonstruksi berbasisoptimisasi adalah Newton Raphson yang bekerjadengan cara melakukan iterasi hubungan non linierantara konduktivitas dan potensial hasil pengukuran.Sebelum rekonstruksi dilakukan, maka solusimodel maju harus didapatkan terlebih dahulu. Solusiini tidak dapat diperoleh secara analitik, sehinggadiperlukan metode elemen hingga untukmendapatkan data distribusi potensial melaluipenyelesaian persamaan medan listrik Laplace.Metode Newton Raphson adalah sebuahalgoritma rekonstruksi citra berdasarkan iterasi yangdikembangkan untuk menyelesaikan persoalan nonlinear.Proses iterasi dilakukan berbasis fungsiobjektif yang merupakan nilai beda antara potensialpengukuran dan potensial perhitungan dari model.Fungsi objektif tersebut didefinisikan sebagai,∏(ρ k ) = 1 (v 2e(ρ k ) − v 0 ) T (v e (ρ k ) − v 0 ) (4)dengan v e (ρ k ) merupakan vektor potensial batas dariperhitungan dan T merupakan simbol transpos vektoratau matriks. Distribusi resistivitas objek dapatdiperoleh dengan cara meminimumkan fungsiobjektif ∏(ρ k ). Sehingga diperoleh,ρ k+1 = ρ k + ∆ρ k (5)dengan∆ρ k = −[J T J] −1 (J) T q (6)J = ∂v e ρ k (7)∂ρ kq = v e (ρ k ) − v 0 (8)J dikenal sebagai matriks Jacobian.Rekonstruksi distribusi resistivitas merupakanpersoalan inversi (inverse problem). UmumnyaA 72

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8tersebut jika direposisi pada ruang radon ditampilkanpada gambar 5(b). Jumlah data tersebut sangat kurangkarena hanya memiliki 1/12 dari data berkas parallel,oleh karena itu untuk melengkapinya diperlukanproses interpolasi.(a)(b)Gambar 3. Tomografi ring array ultrasound (a) berkas ring arraydari transmitter ke receiver (b) hubungan antara berkas ring arraydan parallelSistem berkas parallel dibangun dari sebuahtransmiter dan receiver, untuk memperoleh datalengkap sistem tersebut harus bergerak rotasi dantranslasi. Data berkas parallel disusun dalam ruangRadon atau sumbu rotasi φ dan translasi x r . Sistemtersebut dapat menghasilkan sejumlah M x N data,dengan N adalah jumlah piksel citra rekonstruksiyang ingin diperoleh dan M = π 2 N.Persamaan yang menghubungkan antarasistem ring array dan berkas parallel adalah sebagaiberikut,φ = β + γ (17)x r = R sin(γ) (18)P xr(φ ) = Q β (γ) (19)dengan P xr (φ ) dan Q β (γ) masing-masing adalah datalengkap pada sistem tomografi berkas parallel dansistem tomografi ring array. Sebagai ilustrasiperbandingan antara data proyeksi parallel danproyeksi ring array hasil pemayaran lengkap padaobjek sebuah titik ditampilkan pada gambar 4. Baikberkas parallel maupun ring array tidak perlumelakukan proses pemayaran satu lingkaran penuhdikarenakan ada pengulangan data.(a) (b) (c)Gambar 4. (a) Objek titik dalam ruang obyek (b) Representasiproyeksi obyek dan sinogram objek titik pada sistem tomografiberkas parallel (c) Representasi proyeksi objek dan sinogram objektitik dalam sistem tomografi ring arrayPada dasarnya berkas ring array juga terdiridari berkas parallel, namun posisi penempatandatanya tidak sama. Sebagai ilustrasi, untukmemperoleh citra rekonstruksi 31x31 pikseldiperlukan data lengkap pada ruang Radon sebanyak48x31 data, yang ditunjukkan pada gambar 5(a). Jikapada sistem ring array dengan 16 posisi tranduser,akan diperoleh sejumlah 8x15 data. Data ring arrayA 74(a)(b)Gambar 5. Pola susunan data dalam ruang Radon (a) data berkasparallel 48x31 (b) reposisi data ring array 16 posisi tranduserData yang sudah dikonversi menjadi data berkasparallel baru dapat direkonstruksi. Salah satu metodepopuler, cepat dan sederhana yang digunakana padasistem tomografi berkas parallel adalah metodeSummation Convolved Filtered Back Projection(SCFBP). Proses SCFBP secara analitik dapatdituliskan sebagai,πu(x, y) = ∫ P′(x r , φ)dφ (20)0DenganP ′ ∞(x r , φ) = ∫ P(x r , φ)h(x r − x ′ r )dx ′ r = P(x r , φ) ∗−∞h(x r − x ′ r ) (21)dengan P ′ (x r , φ) adalah proyeksi terkonvolusi danh(x r ) adalah fungsi konvolusi.METODE PENELITIANPenelitian ini dilakukan secara simulasimelalui pemodelan tomografi listrik dan akustikdengan objek numerik sebagai media uji. Pemodelanmeliputi penyelesaian forward problem dan inversproblem. Penyelesaian forward problem padatomografi listrik akan menghasilkan data potensialsedang pada tomografi akustik akan menghasilkandata time of flight (TOF). Invers problem padatomografi listrik akan menghasilkan resistivitassedang pada tomografi akustik akan menghasilkanslowness.Langkah awal pemodelan adalah memilih danmenentukan persamaan matematis yang terkait dansesuai dengan kondisi fisis sebenarnya. Persamaanutama yang akan digunakan adalah persamaan (6)dan (16). Persamaan tersebut digunakan untukmenyelesaikan forward problem sehingga dapatdiperoleh data sintetik potensial batas dan TOF.Metode rekonstruksi yang digunakan dalamtomografi listrik adalah Newton-Raphson padapersamaan (5) dan (12) dengan metode koleksi datamultireferensi. Sedang sistem yang digunakan dalamtomografi ultrasound adalah ring array, sehinggadiperlukan langkah interpolasi dan penataan ulangposisi data TOF dari forward problem menjadi data

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8tomografi translasi rotasi yang disyaratkan padapenyelesaian metode rekonstruksi SCFBP yangterdapat pada persamaan (20) dan (21).Langkah selanjutnya adalah melakukanpenggabungan citra rekonstruksi yang telah diperolehdari masing-masing sistem tomografi. Namun terlebihdahulu dilakukan proses konversi citra rekonstruksidari elemen segitiga menjadi square pada tomografilistrik. Kedua citra hasil rekonstruksi yang berukuransama kemudian dinormalisasi dan digabungkandengan merata-ratakan kedua nilai pada posisi selyang sama. Hasil penggabungan dari kedua citrarekonstruksi dianalisis secara kualitatif dan kuantitatifterhadap objek referensi. Secara kualitatif dilakukandengan cara membandingkan kedua citra sedangsecara kuantitatif, dilakukan dengan membandingkannilai RMSE-nya. Diagram alir proses simulasitersebut dapat dilihat pada gambar 6.Model A dan B pada tomografi listrikdiberikan nilai resistivitas sebesar 100 Ω.cm sebagaimedia dan 200 Ω.cm sebagai anomalinya. Sedangkanuntuk model C nilai resistivitas nya dibuatmenyerupai nilai resistivitas paru-paru, yaitu 300Ω.cm sebagai jaringan lunak dan 1000 Ω.cm sebagaiparu-parunya.Model A dan B pada tomografi akustikdiberikan nilai slowness sebesar 1 µs/cm sebagaimedia dan 2 µs/cm sebagai anomalinya. Sedangkanuntuk model C nilai slownessnya dibuat menyerupainilai slowness paru-paru, yaitu 6,09 µs/cm sebagaijaringan lunak dan 15,385 µs/cm sebagai paruparunya.(a) (b) (c)(d) (e) (f)Gambar 6. Diagram alir langkah-langkah penelitianVariasi modelobjek numerik dibuat untuk melihat seberapa baik hasilrekonstruksi yang dapat dihasilkan. Objek pertama disebut modelA berbentuk segienam, objek kedua disebut model B adalah duabuah objek yang sama namun di daerah yang berbeda. Variasi inidilakukan untuk melihat kemampuan program merekontruksi objekpada daerah yang berbeda. Objek ketiga disebut objek C dibuatmenyerupai paru-paru dengan parameter yang merepresentasikankondisi sebenarnya. Hal ini dilakukan untuk melihat apakahalgoritma program yang dibuat nantinya dapat diaplikasikansebagai instrumen medis. Variasi model dapat dilihat pada gambar7.Gambar 7. Data numerik tomografi listrik (a) model A (b) model B(c) model C dan data numerik tomografi ultrasound (d) model A(e) model B (f) model CKonversi elemen segitiga menjadi persegidimulai dengan mencari titik berat elemen segitigatersebut. Titik berat dapat diperoleh dengan mencarititik potong dari dua buah garis berat. Setelah titikberat elemen segitiga ditemukan, maka dapatdiperoleh 4 posisi diskrit. Nilai keempat titik baru inidianggap sama dengan nilai elemen segitiga.Keempat koordinat diskrit kemudian dijadikansebagai referensi posisi sel dalam matriks baru yangdibuat sehingga diperoleh citra rekonstruksitomografi listrik yang telah dikonversi menjadisquare.Penggabungan citra rekonstruksi dapat dilakukandengan metode rata-rata. Dua buah matriks denganukuran yang sama, nilai setiap sel dari kedua matriksdapat dirata-ratakan untuk mengambil nilai tengahA 75

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8yang merupakan gabungan dari kedua matrikstersebut.Rentang nilai maksimum dan minimum darikedua citra rekonstruksi yang dijadikan referensiberbeda, maka kedua matriks citra rekonstruksitersebut perlu dinormalisasi terlebih dahulu, setelahitu matriks tersebut baru dapat dilakukanpenggabungan.Untuk memvalidasi hasil simulasi yangdilakukan, dapat digunakan pendekatan Root MeanSquare Error (RMSE). RMSE digunakan untukmembandingkan perbedaan antara dua data yangberbeda [8]. Misalkan terdapat dua data, data hasilperhitungan dan data model sebagai referensi, yaitu :⎡ x 1,1x 1,2⎤ ⎡ x 2,1x 2,2⎤⎢θ 1 = x ⎥ ⎢⎢ 1,3⎥ dan θ 2 = x ⎥⎢ 2,3⎥(21)⎢ ⋮ ⎥ ⎢ ⋮ ⎥⎣x 1,n ⎦ ⎣x 2,n ⎦Maka nilai RMSE-nya adalah :RMSE(θ 1 , θ 2 ) = ∑ nx 1,i−x 2,i 2i=1(22)nSemakin kecil nilai RMSE yang dihasilkan, makaperbedaan antara dua data akan semakin kecil,dengan kata lain bahwa kedua data akan semakinmirip.HASIL DAN DISKUSITomografi ListrikMetode rekonstruksi yang digunakan dalampenelitian ini adalah Newton raphson yang terdapatpada persamaan (5) dan (11). Kestabilan hasilrekonstruksi sangat ditentukan oleh nilai parameterregularisasi α. Dalam penelitian ini telah diperolehbahwa citra rekonstruksi model A optimal padaiterasi ke-25, dengan α=0,01, yang menghasilkanfungsi objektif sebesar 0,0005. Sedang citrarekonstruksi model B optimal pada iterasi ke-15,dengan α=0,01 yang menghasilkan fungsi objektifsebesar 0,0313. Sedang citra rekonstruksi model Coptimal pada iterasi ke-25, dengan α=10, yangmenghasilkan fungsi objektif sebesar 14,9682. Ketigacitra rekonstruksi optimal tersebut ditampilkan padagambar 8.Citra rekonstruksi tomografi listrik yang telahdiperoleh harus dikonversi ke dalam elemen persegisehingga dapat digabungkan dengan citra tomografiakustik. Hasil konversi elemen segitiga tomografilistrik menjadi elemen persegi ditunjukkan olehGambar 9.(a) (b) (c)Gambar 9. Konversi elemen segitiga menjadi elemen persegi daricitra rekonstruksi tomografi listrik (a) model A (b) model B (c)model CKonversi yang dihasilkan sudah cukup baikditandai dengan posisi dan kontras objek yang cukupbaik. Namun bentuk objek yang dihasilkan masihnampak kurang baik dan permukaan objek kuranghomogen. Hal ini dapat dimaklumi mengingatresolusi yang dimiliki tomografi listrik sangat kecil,yaitu 248 data elemen segitiga, kemudian dikonversimenjadi 31x31 data square.Tomografi ultrasoundPada simulasi tomografi ultrasound, data Timeof Flight (TOF) objek numerik yang berukuran 31x31disampling menggunakan metode ring array dengan16 posisi tranduser, sehingga dihasilkan 15x16 dataTOF. Data TOF ini kemudian direposisi menjadisampling parallel-beam. Data baru tersebut masihmemiliki kekosongan dan terlalu sedikit sehinggaperlu diinterpolasi untuk membentuk data sinogramberukuran 50x31. Setelah diinterpolasi denganinterpolasi spline, maka data sinogram TOF tersebutdirekonstruksi menjadi citra rekonstruksi ultrasounddengan menggunakan algoritma SCFBP dengan hasilyang ditunjukkan pada gambar 10.(a) (b) (c)(a) (b) (c)Gambar 8. Citra rekonstruksi dari tomografi listrik (a) model A (b)model B (c) model C.Gambar 10. Citra rekonstruksi dari tomografi ultrasound (a) modelA (b) model B (c) model CCitra rekonstruksi yang diperoleh telahmenunjukkan resolusi yang cukup baik namunkontrasnya masih rendah. Untuk model A, nilaiRMSE yang didapatkan adalah 0,3530. Untuk modelB, nilai RMSE yang didapatkan adalah 0,3511. DanA 76

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8untuk model C, nilai RMSE yang didapatkan adalah2,6561.Rekonstruksi HibridCitra rekonstruksi tomografi listrik yang telahdikonversi kemudian digabungkan dengan hasilrekonstruksi tomografi akustik dengan metode ratarata,setelah sebelumnya dinormalisasi terlebihdahulu. Citra rekonstruksi hibrid dari tomografi listrikdan akustik ditampilkan pada Gambar 11.(a) (b) (c)Gambar 11. Citra rekonstruksi gabungan tomografi listrik danultrasound (a) model A (b) model B (c) model CCitra rekonstruksi hibrid yang diperolehmemiliki resolusi dan kontras yang lebih tinggi jikadibandingkan dengan kedua citra rekonstruksipembangunnya, secara kualitatif hal ini ditunjukkandengan diperolehnya citra rekonstruksi dengan noisyang lebih rendah. Secara kuantatif ditunjukkan olehnilai RMSE ketiga objek yang cukup kecil, yaitu0,1770 untuk model A, 0,1885 untuk model B dan0,2341 untuk model C.KESIMPULANPenggabungan citra rekonstruksi tomografi listrik danakustik dengan metode rata-rata penjumlahan aljabarlinier dapat meningkatkan kontras dan resolusispasialnya, hal ini ditandai dengan lebih kecilnyaRMSE yang dihasilkan jika dibandingkan denganRMSE masing-masing dari citra pembangunnya.PUSTAKAAnton Vonk Noordegraaf; Theo J. C. Faes; AndreJanse;Johan T. Marcus; Jean G. F.Bronzwaer;Pieter E. Postmus; and Peter M. J.M. de Vries, CHEST, the official journal ofthe American College of Chest Physicians,1997, Noninvasive Assessment of RightVentricular Diastolic Function by ElectricalImpedance Tomography.D., Kurniadi, 2006, Electrical ImpedanceTomography and Its Application in MedicalImaging, Proc. International Conference onBiomedical Engineering BME 2006, 53/58.D., Kurniadi, 2010, Reconstruction of MultisliceImage in Electrical Impedance Tomography,International Journal of Tomography andStatistics, vol. 15 No. F10.Jose´ Hinz, Peter Neumann; Taras Dudykevych, LarsGoran Anderson, Hermann Wrigge, HilmarBurchardi, and Goran Hedenstierna, 2003,American College of Chest Physicians,Regional Ventilation by Electrical ImpedanceTomography A Comparison With VentilationScintigraphy in Pigs.Margaret Cheney, David Isaacson, and JonathanNewell, electrical impedance tomography.M. Decramer and D. Roussos, 2002, Imaging andLung Dieses, European Respiratory Journal.M. H. F., Rahiman, R.A., Rahim, and M., Tajjudin,2006, “Non-invasive imaging of liquid/gasflow using ultrasonic transmission-modetomography,” IEEE Sensor Journal, Vol. 6(6).Noor J.A.F., 2007, Electrical Impedance Tomographyat Low Frequencies, Thesis of PhiloshopyDoctor, University New South Wales.Roberto T. Blanco, Risto Ojala, Juho Kariniemi,Jukka Perala, Jaakko Niinimaki, OsmoTervonen, 2005, European Journal ofRadiology 56(2005) 130-142, Interventionaland Intraoperative MRI at low field scanner- areview.Shengying Li, Marcel Jackowski, Donald P. Dione,Trond Varslot, Lawrence H. Staib, KlausMueller, 2010, Refraction correctedtransmission ultrasound computed tomographyfor application in breast imaging, MedicalPhysics, Vol. 37, No. 5.S. Kimura, T Morimoto, T Uyama, Y Monden, YKinouchi and T Iritani, 1994, AmericanCollege of Chest Physicians, Application ofelectrical impedance analysis for diagnosis ofa pulmonary mass.Yixiong Su, Fan Zhang, Kexin Xu, Jianquan Yao andRuikang K Wang, J. Phys. D: Appl. Phys. 38(2005) 2640–2644, A photoacoustictomography system for imaging of biologicaltissues.A 77

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Rekonstruksi Sinyal Suara Melalui Jaringan Nirkabel Menggunakan Sparse SamplingVivien Fathuroya, Sekartedjo, Dhany ArifiantoJurusan Teknik Fisika Fakultas Teknologi Industri ITSEmail : vivien_fathuroya@yahoo.com, sekar@ep.its.ac.id, dhany@ep.its.ac.idAbstrakKeterbatasan peralatan komputasi dalam melakukan proses pencuplikan sinyal, menjadikan metode sparsesampling sebagai metode pencuplikan sinyal selain Kaidah Nyquist. Saat ini, sparse sampling sering menjadiperhatian pada bidang pemrosesan sinyal dikarenakan kemampuannya dalam melakukan pencuplikan denganjumlah sampling jauh dibawah Kaidah Nyquist. Pada jurnal ini, dilakukan penelitian untuk mengetahui hasilrekonstruksi sinyal suara penyakit tenggorok sesudah proses transmisi melalui jaringan nirkabel. Pada langkahakuisisi data, sinyal suara penyakit tenggorok disampling dengan frekuensi sampling sebesar 44,1 Khz, danhanya diambil sejumlah kecil data untuk proses rekonstruksinya. Hasil percobaan menunjukkan bahwa denganmelakukan variasi nilai K, kemiripan sinyal hasil rekonstruksi dengan sinyal asli semakin besar. Hal iniditunjukkan dengan semakin kecilnya tingkat kesalahan antara sinyal rekonstruksi dengan sinyal aslimenggunakan perhitungan MSE, yaitu sebesar 0.0028 dengan nilai K sebesar 5000 pada penyakit granuloma,dibandingkan dengan 0,9988 pada variasi nilai K sebesar 1000 pada penyakit yang sama.Kata kunci : Sinyal suara, kelainan pita suara, jaringan nirkabel, sparse sampling.PENDAHULUANSuara serak merupakan gejala umum yangditunjukkan oleh penyakit tenggorok. Pada penyakittenggorok, organ penghasil suara, yaitu pita suara,mengalami perubahan baik anatomi maupun fisiologi.Perubahan anatomi biasanya ditunjukkan denganadanya benjolan pada pita suara, sedangkan perubahanfisiologi biasanya ditunjukkan dengan menurunnyaelastisitas pita suara.Gambar 1. Jenis Penyakit Tenggorok. (atas dari kiri kekanan) ,Laringitis, Granuloma; (bawah dari kiri ke kanan) Paralysis,Kanker Pita Suara (www.voicemedicine.com)Pemeriksaan penyakit tenggrorok biasanyadilakukan secara langsung dengan menggunakan alatbantu berupa Laringoskopi, dengan cara dimasukkanke dalam mulut, sehingga dapat diperoleh gambarananatomi dan fisiologi pita suara. Pemeriksaan denganmenggunakan alat memiliki kelemahan yaitu rasatidak nyaman, mahal, dan hanya tersedia di beberaparumah sakit tertentu. Padahal, dengan melakukanpemeriksaan secara dini pada penyakit tenggorok,kerusakan pita suara yang lebih parah dapat dicegah.Dengan alasan inilah perlu dikembangkanpemeriksaan penyakit tenggorok secara tidaklangsung namun murah, nyaman, dan mudah (Soedjak,1994).Pemeriksaan penyakit tenggorok secara tidaklangsung adalah dengan cara melakukan analisa suaraserak penderita penyakit tenggorok secara jarak jauh.Penelitian terdahulu menganalisa suara penderitapenyakit tenggorok melalui telepon landline untukmendapatkan parameter akustik. Beberapa penelitianmendapatkan hasil bahwa parameter sinyal suaraseperti frekuensi dan amplitudo, mampu membedakanbeberapa jenis penyakit tenggorok (Moran, 2006;Nicol´as, 2008). Begitu juga yang terjadi apabilaanalisa penyakit tenggorok dilakukan denganmenggunakan ponsel, ciri suara tiap jenis penyakitdapat dibedakan (Hertiana, 2010). Namun, lamanyaproses transmisi, mahalnya proses komputasi, danhasil rekonstruksi sinyal suara yang belum mampumenghasilkan sinyal suara sejernih aslinya, merupakanberbagai kekurangan dari penelitian terdahulu yangakan coba dipecahkan pada penelitian ini.Sparse sampling merupakan metode analisasinyal suara yang menggunakan prinsip pencuplikandengan jumlah sampling dibawah Kaidah Nyquist(Donoho, 2006). Dengan metode ini, proses transmisidan rekonstruksi sinyal suara dapat dilakukan denganwaktu yang lebih cepat. Sehingga proses analisa suarapenderita penyakit tenggorok dapat dilakukan secaralebih efisien, murah, dan cepat.TINJAUAN PUSTAKAA. Discrete Cosine TransformDiscrete Cosine Transform (DCT) merupakansalah satu proses analisa sinyal suara yang mampumeluruhkan semua energi yang terkandung dalamsinyal suara sesuai dengan formant frekuensinya, yaituf0, f1,f2,f3, dst. Secara umum, Discrete CosinusTransform dimodelkan melalui persamaan matematissebagai berikut :A 78

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Ny(k)=ω(k) ∑ x(n)cos ( π2n-1k-1) (2)N-1dengan :ω(k)= 1√N 2 N(3)k = 12 ≤ k ≤ Ndimana N adalah panjang sinyal suara x(n),dengan ukuran matriks sinyal x dan y sama.B. ThresholdingThresholding merupakan suatu metode untukmemisahkan sinyal dari noise-nya. Metode ini terdiridari dua macam, yaitu hard thresholding dan softthresholding. Pada kasus analisa sinyal suaramenggunakan sparse sampling, penggunaan softthresholding lebih tepat digunakan, karena akanmenghasilkan sinyal yang bersifat sparse (Donoho,1995). Apabila sebuah sinyal x terdiri dari x k =f(k∆T),0≤k≤N-1 untuk fungsi yang sama, f didefinisikansebagai on[0,1], dimana ∆T=1/N. Persamaan umumthresholding dapat dimodelkan sebagai berikut :X k = X k,0,if |X k | ≥ cMif |X k | < cM2N(4)Dimana X merupakan vektor dari sinyal x yangdilakukan proses pemodelan menggunakan DiscreteCosine Transform.C. Sparse SamplingProses pencuplikan konvensional yangdikemukakan oleh Shannon-Whittaker menyatakanbahwa tidak akan ada informasi dalam sinyal suarayang hilang, apabila jumlah minimum sampel yangdicuplik untuk proses rekonstruksi sinyal adalah 2 kalifrekuensi samplingnya. Namun, sparse samplingmemiliki cara lain dalam melakukan prosespencuplikan yang lebih mudah dan efisiendibandingkan dengan pencuplikan konvensional.Prinsip kerja sparse sampling adalah melakukanpencuplikan dengan jumlah minimum yang jauh lebihsedikit dibandingkan pencuplikan konvensional tanpamenimbulkan cacat aliasing.Apabila terdapat sebuah sinyal yang merupakansebuah vektor dalam dimensi ruang dari R N, sinyalx=[x[1],...,x[N]], merupakan matriks jarang (sparse)yang nilainya sebanding dengan nol apabila memenuhipersamaan (x)={1≤i≤N|x[i] ≠0} dengan nilai k≪N .Sinyal K-sparse merupakan sebuah sinyal yangmempunyai jumlah k sampel yang memiliki nilainonzero.Suatu sinyal K-sparse sepanjang N-cuplikan dapatdirekonstruksi secara eksak dari M-buah cuplikan acak,dengan M.c.K. log(N), dimana c suatu konstantabernilai kecil dan K

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8StartPre-processing sinyal :Transformasi DCT(Mendapatkan nilai panjang sinyal N)Thresholding sinyalMenentukan jumlah cuplikan sinyal :Variasi nilai K (1000,2000,5000)Melakukan pengukuran terhadap :Nilai K dengan panjang sinyal NK

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sinyal yang ditransmisikan dengan sinyal aslinya,digunakan perhitungan MSE.Tabel 1. Perbandingan Variasi Nilai K Terhadap HasilRekonstruksi SinyalJenis PenyakitTenggorokLength ofSignal(N)Laring 10000Vocal Nodul 10000Granuloma 10000Paresis 10000Variasi NilaiKMSE1000 0,07752000 0,07855000 0,10181000 0,07492000 0,01195000 0,01431000 0,99882000 0,00285000 0.00281000 0.00122000 0,99305000 0,99304Tabel 1 diatas, variabel N merupakan panjangsinyal suara penyakit tenggorok. Penentuan nilaivariabel N didasarkan pada batas maksimumkemampuan peralatan komputasi yang digunakan padapenelitian. Selain itu, Tabel 1 juga menunjukkan bahwadengan melakukan variasi nilai K, maka sinyal yangdihasilkan pada proses rekonstruksi akan semakinmendekati sinyal aslinya. Keadaan ini ditunjukkankecilnya nilai MSE pada variasi nilai K yang besar. Halini dikarenakan, semakin besar variasi nilai K yangdiberikan, maka nilainya akan mendekati jumlahfrekuensi samplingnya. Namun, belum adanyaketeraturan hasil perhitungan MSE pada beberapapenyakit tenggorok, ada kemungkinan disebabkan olehperalatan komputasi yang masih belum memadai.KESIMPULANMetode sparse sampling merupakan suatumetode analisa sinyal yang mampu melakukan prosespencuplikan dengan jumlah sampling dibawah KaidahNyquist. Dengan menggunakan metode ini, prosestransmisi sinyal suara penyakit tenggorok melaluijaringan nirkabel dapat dilakukan lebih cepat, murah,dan tidak membutuhkan ruang penyimpanan yangbesar. Sedangkan pada proses rekonstruksi sinyal,didapatkan sinyal suara penyakit tenggorok yangmemiliki kemiripan dengan sinyal aslinya dan tanpaada cacat aliasing. Hal ini ditunjukkan dengansemakin kecilnya nilai MSE pada penyakit granulomasebesar 0.0028 pada variasi nilai K sebesar 5000.DAFTAR PUSTAKADonoho D.L (1995), Denoising by Soft Thresholding,IEEE Transactions on Information Theory, Vol41, hal 613-627Donoho D.L (2004), For Most LargeUnderdetermined Systems of Linear Equationsthe Minimal l1-norm Solution is alaso theSparsest Solution, CiteeSeerX Journal, Vol 59,hal 797-829Donoho D. L (2006), Compressed Sensing, IEEETransactions on Information Theory, Vol 52,hal 1289-1306Hertiana, B. D. K (2010), Analisa Sinyal SuaraMelalui Jaringan Nirkabel dengan MetodeWavelet Transform Untuk Deteksi GejalaKelainan Pita Suara, IEEE Transactions onInformation Theory, Tesis, ITS, SurabayaMoran, R.J. Reilly, R.B. Chanzal P, dan Lacy P.D(2006), Telephony – Based Voice PathologyAssessment Using Automated Speech Analysis,IEEE Transaction on Biomedical Engineering,Vol. 53, hal. 468 - 477Nicol´as S´aenz-Lech´on, V´ıctor Osma-Ruiz, dkk(2008), Effects of Audio Compression inAutomatic Detection of Voice Pathologies,IEEE Transactions On Biomedical Engineering,Vol. 55, No. 12, hal. 2381-2385Soedjak S. (1994), Analisa Suara Penyakit Pada PitaSuara, Disertasi, Fakultas Kedokteran,Universitas AirlanggaSuksmono, A.D (2010), Pengolahan Sinyal Kompleksdan Penginderaan Kompresif, Balai PertemuanIlmiah ITBwww.voicemedicine.comA 81

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8METODE REKONSTRUKSI SUMMATION CONVOLUTION FILTERED BACKPROJECTION (SCFBP) DAN ALGEBRAIC RECONSTRUCTION TECHNIQUE(ART) DALAM SISTEM TOMOGRAFI ULTRASOUND RING ARRAY BERBASISTIME OF FLIGHTNuril Ukhrowiyah 1 , Khusnul Ain 2 , Retna Apsari 31,2,3 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : nurilukhrowiyah@yahoo.co.idAbstrakPenelitian ini bertujuan untuk mengkaji kemungkinan diterapkannya metode rekonstruksi SCFBP dan ART padadata sistem tomografi ultrasound ring array berbasis time of flight. Penelitian ini dilakukan pada objek numerikmaupun eksperimen dengan menggunakan 16 titik posisi ultrasound, untuk menghasilkan citra rekonstruksidengan resolusi 31x31 piksel. Penelitian ini dilakukan dengan menata ulang dan interpolasi data time of flightdari ring array menjadi parallel beam ultrasound tomography, yang kemudian direkonstruksi dengan metoderekonstruksi SCFBP dan ART. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa interpolasi data dapatmemungkinkan digunakannya metode rekonstruksi SCFBP, meningkatkan kecepatan iterasi dan kualitas citrarekonstruksi pada metode rekonstruksi ART.Kata kunci : ring array, tomografi, ultrasound, time of flight, SCFBP, ART.PENDAHULUANBeberapa peralatan pencitraan yang telah umumdigunakan dalam mendiagnosis beberapa penyakitadalah Tomografi Komputer Spiral (CT) sinar-X,Positron Emission Tomography (PET), AngiografiDigital dan Magnetic Resonance Imaging (MRI)(Decramer and Roussos, 2002). Beberapa instrumenyang telah digunakan tersebut bukan tidak punyaketerbatasan. Tomografi Komputer spiral (CT) sinar-X dan PET memiliki keterbatasan akumulasi radiasipengion yang dapat membahayakan tubuh manusia(Su, et. al., 2005), MRI dalam bekerjanyamenggunakan prinsip resonansi magnetik danmembutuhkan medan magnet yang cukup kuat,sehingga seluruh peralatan dan instrumen yangdigunakan dalam area tersebut harus kompatibeldengan resonansi magnetik (Blanco, et. al., 2005).Dengan demikian hingga saat ini alternatif teknologipencitraan medis yang akurat, aman dan sederhanamasih menjadi masalah yang perlu ditemukansolusinya.Salah satu alternatif sumber luminisens yangdapat digunakan untuk pencitraan medis yang akurat,aman dan sederhana adalah ultrasound. Ultrasoundadalah salah satu gelombang mekanik yang dalampenjalarannya membutuhkan media. Denganmemanfaatkan aktivitas interaksinya dengan mediayang dilewatinya, sifat karakteristik objek media yangdilewati dapat dianalisis. Salah satu karakteristik fisisyang dimiliki objek adalah kecepatan penjalarangelombang ultrasound jika melalui objek. Tomografiultrasound telah dilakukan untuk deteksi kankerpayudara dengan metode pantulan yang berdasarkanpada distribusi kecepatan suara dan koefisien atenuasidengan menggunakan detektor linier dengan hasilyang cukup baik (Krueger, 1998; Li and Huang,2005).A 82Untuk itu pada penelitian ini akan dikembangkanteknik tomografi ultrasound dengan metode transmisi.Dengan metode ini informasi sinyal yang akandiperoleh adalah informasi waktu sinyal dari pertamakali memasuki objek sampai ke luar objek, sehinggadiperoleh informasi bagian dalam objek yang lengkapdan dimungkinkan untuk memetakan bagian dalamobyek dengan baik.DASAR TEORISinyal akustik ketika mengenai bahan, akanmengalami berbagai interaksi yang menyebabkanperistiwa transmisi, refleksi, dan refraksi, sehinggasinyal akustik yang diterima sensor sangat kompleks.Namun, dapat dipastikan bahwa sinyal pertama yangditerima oleh reseiver adalah sinyal transmisi yangmelewati lintasan terpendek dan merupakan lintasanyang paling lurus, sebagaimana ditunjukkan padagambar 1. Dengan demikian, waktu tempuh sinyaltransmisi pertama yang diterima oleh reseiver adalahkasus linier seperti lintasan sinar-X atau sinar-γ.(a)(b)Gambar 1 (a) beberapa kemungkinan lintasan sinyal akustik (b)data TOF yang akan diterima oleh sensor akibat lintasan sinyalakustikWaktu tempuh sinyal akustik dikenal dengan timeof flight (TOF). Dengan demikian time of flight (TOF)transmisi dari berkas yang lurus dapat dengan mudahdiperoleh, yaitu sama dengan waktu sinyal akustikpertama yang diterima oleh sensor (Rahiman, et.al.,2006). Secara analitis, data TOF adalah integral dari

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8waktu tempuh gelombang akustik sepanjang lintasangelombang ultrasound pada objek, yang dapatdituliskan dalam bentuk persamaan (1),τ TOF = ∫ τ dx (1)Dengan x adalah panjang lintasan dan τ adalah waktutransmisi masing-masing objek yang merupakanketerbalikan dari kecepatan akustik pada objektersebut. Secara numerik persamaan (1) dapat ditulismenjadi,τ TOF = τ i w ij (2)Dengan w ij adalah luasan sel citra ke-i yang terlewatiberkas sinyal akustik ke-j, dengan 0 ≤ w ij ≤ 1.Tomografi akustik dapat dibangun dengan caramemperoleh data TOF lengkap dari berbagai arah.Sekumpulan data TOF tersebut kemudiandirekonstruksi sehingga diperoleh distribusi nilaikecepatan akustik pada masing-masing organ.Beberapa organ rongga dada manusia memiliki nilaifisis kecepatan akustik yang ditampilkan pada Table I.Tabel I. Nilai kecepatan akustik dan waktu tempuh gelombangakustik pada beberapa organ tubuh dalam rongga dadaNo Organ KecepatanSuara(m/s)WaktuTransmisi(µs/cm)1 Paru-paru 650 15,3852 Kulit 1642 6,0903 Jantung 1585 6,3094 Lemak 1450 6,8975 Tulang 4080 2,451Dalam sistem tomografi ring array akan didapatdata sebanyak 1 N(N − 1) data, dengan N adalah2posisi titik sensor seperti ditunjukkan pada Gambar 2.Jika seluruh data lengkap dihimpun, maka posisi datadatatersebut dapat ditampilkan pada Gambar 3.Berkas lintasan pada Gambar 2 tersusun daribeberapa berkas lintasan parallel yang memiliki jarakterhadap pusat (0,0) tidak seragam, seperti nampakpada gambar 4. Jika data dari ring array dikumpulkanberdasarkan data parallelnya, maka akan diperolehposisi data sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 5.Dengan demikian data ring array dapat dikonversimenjadi data parallel beam (pola square) dengan caramenata ulang dan melakukan interpolasi data untukmendapatkan pola dan jumlah data sebagaimana yangdisyaratkan pada Tomografi parallel beam.Gambar 2. Tomografi ultrasound ring arrayGambar 3. Posisi penempatan data pada tomografi ring arrayGambar 4. Dua posisi sudut yang berulang 7 dan 8 dataGambar 5. Penataan data ke pola squareDengan menggunakan 16 posisi lokasipengambilan data pada permukaan lingkaran objek,maka posisi Xro adalah posisi x r = 0, sedang x r -1, x r -2, x r -3, x r -4, x r -5, x r -6, x r -7 dan x r 1, x r 2, x r 3, x r 4, x r 5,x r 6, x r 7 berturut-turut adalah posisi x r = R cos θdengan − π 16< θ ≤ + π 16. Jika diinginkan citrarekonstruksi dengan ukuran resolusi 31x31, makadiameter objek adalah 31 satuan sel, yang berarti jarijariobjek adalah 15 piksel. Demikian juga untukposisi data y r , yang mensyaratkan bahwa ∆x r = ∆y r ,atau ∆θ = π/50. Sedangkan pada tomografi ring arraypengambilan data ∆θ yang memungkinkan adalahsebesar π/16. Oleh karena itu, untuk mendapatkandata posisi diskrit mulai dari -15 hingga +15, dan ∆θ= π/50 diperlukan proses interpolasi.Data yang sudah dikonversi menjadi data parallelbeam tersebut kemudian direkonstruksi untukmendapatkan citra. Salah satu metode rekonstruksiyang populer, cepat dan sederhana yang digunakanpada sistem tomografi parallel beam adalah metodesummation convolved back-projection (SCBP).Proses SCBP secara analitik dapat dituliskan sebagai,A 83

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8πτ(x, y) = ∫ p′(x r , φ)dφ0dengan(3)∞p ′ (x r , φ) = p(x r , φ)h(x r − x ′ ′r )dx r−∞= p(x r , φ) ∗ h(x r − x ′ r ) (4)dengan p ′ (x r , φ) adalah proyeksi terkonvolusi danh(x r ) adalah fungsi konvolusi.Metode rekonstruksi lain yang bekerja secaraiterasi yang pertama kali diusulkan oleh Kaczmarz.Pada tahun 1973 Herman, Lent dan Rowlandmenurunkan persamaan tersebut yang dikenal sebagaimetode Algebraic Reconstruction Technique (ART),dengan persamaan sebagai berikut,τ k+1 i = τ k i + ∆τ i (5)∆τ i = w ij∑w2 p j − q j ij(6)p j = τ j (7)kq j = ∑w ij τ i (8)dengan :k+1τ i = nilai objek ke-i setelah iterasi ke- k+1kτ i =nilai objek ke-i sebelumnya (iterasi ke- k)w ij = bobot yang menunjukkan luasan sel citrake-i yang terlewati berkas sinyal akustikke-j, dengan 0 ≤ w ij ≤ 1p j = ray-sum TOF terukur yang diperolehdari simulasi atau eksperimen= ray-sum TOF perhitunganq jProses iterasi akan dihentikan jika nilai error ∆τtelah mencapai batas limit yang diinginkan. Semakinkecil nilainya, hasil yang diperoleh akan semakinvalid, namun akan menambah waktu komputasi. Olehsebab itu, biasanya dipilih pada nilai tertentu yangsudah menghasilkan nilai yang cukup valid denganwaktu komputasi yang optimal.Konvergensi iterasi ditandai oleh nilaidiscrepancy. Discrepancy menunjukkan besarnyabeda bilangan antara raysum terukur dan raysumterhitung (Raparia et. al, 1998). Persamaan tersebutdapat ditulis sebagai berikut,D = 1 M p Mj − q j 2j=1(9)METODE PENELITIANDua aktivitas yang dilakukan dalam penelitianini, yaitu pemodelan dan eksperimen. Pemodelandilakukan untuk menyelesaikan forward problem datatime of flight (TOF) gelombang ultrasonik secarasimulasi. Sedang eksperimen dilakukan untukmenguji perangkat lunak rekonstruksi dengan dataeksperimen.Langkah awal pemodelan adalah memilih danmenentukan persamaan-persamaan matematis yangterkait dan sesuai dengan kondisi fisis sebenarnya.Persamaan utama yang akan digunakan adalahpersamaan (2). Persamaan tersebut digunakan untukmenyelesaikan forward problem sehingga diperolehdata sintetik TOF secara simulasi. Untuk mengujipenyelesaian forward problem diperlukan datasintetik berupa data numerik yang disusunmenyerupai citra objek. Data numerik tersebutdibangun dengan mengacu pada data waktu tempuhgelombang akustik pada table 1.Model sistem yang digunakan adalah tomografiring array. Untuk itu, posisi data TOF dari forwardproblem ditata ulang dan diinterpolasi menuju posisidata tomografi translasi rotasi (pararel beam)sebagaimana disyaratkan pada penyelesaian metoderekonstruksi SCFBP yang terdapat pada persamaan(3) dan (4). Data dari sistem tomografi ring arrayyang telah ditata dan diinterpolasi tersebut kemudiandirekonstruksi. Hasil rekonstruksi berupa nilainumerik TOF dari objek yang dapat ditampilkansebagai citra.Analisis pemodelan dilakukan dengan caramembandingkan antara data numerik dengan citrarekonstruksi, baik secara visual maupun numerik.Analisis visual dilakukan dengan cara melihat profilgaris horizontal antara data numerik dengan citra hasilrekonstruksi. Hasilnya akan semakin baik jika citrarekonstruksi semakin mirip dengan data numerik.Analisis numerik dilakukan dengan menghitung rootmean square difference (rmsd) yang mengukurkesamaan distribusi TOF antar citra. Perumusan rmsdsecara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut(Suparta, 1999),1rmsd =τ(i)−τ ref(i) 2max (τ ref ) i (10)NLangkah awal eksperimen adalah menyiapkanperalatan dan bahan yang dibutuhkan. Peralatantersebut meliputi sensor ultrasound 1 MHz, pulsagenerator, osiloskop digital, dan Komputer. Seluruhperalatan dan bahan tersebut dirangkai seperti padaGambar 6.Gambar 6. Set up eksperimen tomografi ultrasonikBahan yang dibutuhkan adalah phantom rongga dadasebagai objek tiruan dan meja objek. Phantom ronggadada mengandung objek yang memiliki nilai fisiskecepatan akustik menyerupai organ tulang, paru-paruA 84

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8jantung, lemak dan kanker paru-paru. Sedang mejaobjek adalah wadah dimana phantom ditempatkan,wadah diisi dengan larutan air sebagai larutankopling. Di dalam meja objek transmitter danreceiver dirangkai dalam kerangka sehinggamemungkinkan bergerak rotasi pada saat pengambilandata TOF. Meja objek dan phantom rongga dadaditunjukkan pada Gambar 7.Data TOF kemudian direkonstruksi denganmetode SCFBP, yang tentunya sebelum dilakukanrekonstruksi dilakukan penataan posisi dan interpolasidata terlebih dahulu. Analisis eksperimen dilakukandengan cara membandingkan secara visual citrarekonstruksi terhadap objek phantom.Selain menggunakan metode rekonstruksiSCFBP, pada penelitian ini juga digunakan metoderekonstruksi ART. Citra rekonstruksi dari metodeSCFBP dan ART tersebut saling dibandingkan.Perbandingan dilakukan secara visual dan numerik.Secara visual, perbandingan dilakukan dengan caramengamati secara langsung citra-citra rekonstruksidan profil garis citra-citra rekonstruksi yangdihasilkan dari kedua metode tersebut.Kualitas citra rekonstruksi akibat pengaruh noisdapat dilihat dari nilai SNR (signal-to-noise ratio).Nilai SNR merupakan perbandingan antara sinyal danvariannya, lebih jelasnya ditampilkan pada gambar 8dan persamaan (12) (Hammersberg, P., and M.Mangard, 1999).SNR = ∆Sσ ∆S= |m S2−m S1 |σ 1 2 −σ 22(11)Semakin besar nilai SNR, maka semakin baik kualitascitra rekonstruksi yang dihasilkan, yang berartisemakin kecil nois dari citra tersebut.HASIL DAN PEMBAHASANObyek sintetik dibuat secara numerik denganmenggunakan data pada tabel 1, dengan ukuran 31x31piksel sehingga membentuk objek berbentuk ronggadada separti pada Gambar 9 (a). Dengan sistemtomografi paralel beam, diperoleh data time of flightdengan pola parallel beam. Data tersebutdirekonstruksi dengan metode rekonstruksi SCFBPdan ART, sehingga dihasilkan citra rekonstruksi padaGambar 9 (b) dan (c).(a) (b) (c)Gambar 9. (a) objek numerik (b) citra rekonstruksi metode SCFBPdari data pola square (c) citra rekonstruksi metode ART dari datapola squareDengan sistem tomografi ring array, datanumerik pada gambar 9 (a) disimulasikan sehinggadiperoleh data time of flight pola ring array. Sebelumdirekonstruksi data pola ring array tersebut ditataulang dan diinterpolasi cubik-spline, sehinggamembentuk data pola parallel beam. Data polaparallel beam tersebut direkonstruksi dengan metodeSCFBP dan ART, sehingga diperoleh gambar 10 (a)dan (b). Sebagai pembanding juga dilakukanrekonstruksi dengan metode ART secara langsungdari data pola ring array, sehingga dihasilkan citrarekonstruksi pada gambar 10 (c).(a) (b) (c)Gambar 7. meja objek dan phantom ronggaGambar 10. Citra rekonstruksi dari (a) metode SCFBP dari dataring array yang telah diinterpolasi (b) metode ART dari data ringarray yang telah diinterpolasi (c) metode ART secara langsung daridata pola ring arraySecara visual nampak bahwa citra rekonstruksiyang dihasilkan dari data tomografi ring array baikyang diinterpolasi terlebih dahulu maupun langsungpada gambar 10 (a), (b) dan (c), telah menghasilkancitra rekonstruksi menyerupai dengan objek uji. Darigambar 10 (a) dan 10 (b), nampak bahwa konversidata dari ring array menjadi parallel beammenghasilkan citra rekonstruksi yang lebih baik. Halini ditunjukkan juga oleh profil garis horizontal antaraobyek sintetik dan citra-citra hasil rekonstruksi padaGambar 11.Gambar 8. Metode menghitung nilai SNR (P. Hammersberg and M.Mangard, 1999)A 85

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 11.Profil garis dari objek numerik dan beberapa citrarekonstruksiPada gambar 10a nampak bahwa di tengahtengahparu-paru terdapat warna yang jauh lebihmerah, jika dibandingkan pada gambar 10b yang lebihrata warna merahnya. Pada Gambar 11 juga dapatdilihat bahwa profil garis horizontal yang dihasilkanoleh gambar 10 (b) lebih banyak mengandung ripledibandingkan profil garis horizontal yang dihasilkanoleh gambar 10 (a). Banyaknya riple dari profil garishorizontal berkaitan dengan SNR. Semakin besar noisberati profilnya semakin banyak mengandung riple.Berdasarkan kedua hal tersebut dapat diakatakanbahwa citra hasil rekonstruksi dengan metode SCFBPpada data ring array yang dikonversi dan diinterpolasimenghasilkan citra yang kabur dan kecenderungansalah pada pusat objek, sedangkan dengan metodeART memberikan hasil lebih baik daripada SCFBP,namun metode ART menghasilkan nois yang lebihtinggi.Secara numerik juga nampak bahwa citrarekonstruksi dengan metode ART data ring arrayyang telah dikonversi menjadi data parallel beamlebih memiliki SNR lebih besar jika dibandingkandengan tanpa diinterpolasi, yang ditunjukkan padatabel 2. Hal ini menunjukkan bahwa interpolasi datadapat menurunkan nois citra rekonstruksi.Interpolasi data juga dapat meningkatkankecepatan proses iterasi dan nilai konvergenitas. Halini terlihat pada Gambar 12. Pada gambar tersebutterlihat bahwa nilai fungsi objektif sebagai kriteriapemberhenti cepat mengecil pada data yang sudahdiinterpolasi, sedang data yang tidak diinterpolasikonvergensi susah untuk diperoleh.Table II. Nilai numerik dari beberapa metode rekonstruksiSCFBPSquareARTSquareSCFBPSquareCircularARTSquareCircularARTCircularrmsd 12,268 13,636 20,114 24,898 20,771SNR 15,2 3.8 - 3.8 1,9Gambar 12. Proses iterasi metode rekonstruksi ART pada objeknumerikPenelitian ini juga dilakukan secara eksperimen,dengan menggunakan tranduser ultrasoundberfrekuensi 1 MHz pada objek eksperimen yang didalamnya terdapat objek tulang, jantung dan paruparukambing seperti nampak pada gambar 13 (a).Dengan sistem tomografi ring array diperoleh dataeksperimen ring array. Data ring array dikonversimenjadi paralel beam dan direkonstruksi denganmeode SCFBP, diperoleh citra rekonstruksi padagambar 13 (b).(a)(b)Gambar 13. (a) objek eksperimen (b) citra rekonstruksi metodeSCFBP dari data ring array yang telah diinterpolasiData ring array yang sudah dikonversi menjadidata parallel beam dan data ring array direkonstruksidengan metode rekonstruksi ART sehingga dihasilkancitra rekonstruksi yang nampak pada gambar 14 (a)dan (b). Dari gambar tersebut nampak sekali lagibahwa konversi data ring array menjadi parallel beammelalui interpolasi data dapat menghasilkan citrarekonstruksi yang lebih baik jika dibandingkandengan data ring array tanpa diinterpolasi.(a)(b)Gambar 14. Citra rekonstruksi metode ART dari data (a) hasilinterpolasi (b) ring array langsungA 86

Prosiding Seminar Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Dari gambar 15 nampak bahwa interpolasi datadapat mempercepat konvergensi dan meningkatkannilai konverginitas yang dihasilkan selam prosesiterasi.Gambar 15. Proses iterasi metode rekonstruksi ART pada objekeksperimenKESIMPULANMelalui penataan ulang dan interpolasi datasistem tomografi ring array, akan diperoleh datasistem tomografi parallel. Interpolasi datameningkatkan kecepatan proses iterasi pada metoderekonstruksi ART dan kualitas citra rekonstruksi padasistem tomografi ring array.Citra rekonstruksi dengan metode SCFBP padadata ring array yang dikonversi dan diinterpolasimenghasilkan citra yang kabur dan kecenderungansalah pada pusat objek, sedangkan dengan metodeART memberikan hasil lebih baik daripada SCFBP,namun metode ART menghasilkan nois yang lebihtinggi.DAFTAR PUSTAKABlanco, R.T., Ojala, R., Kariniemi, J., Perala, J.,Ninimaki, J., and Tervonen, O., 2005,Interventional and Intraoperative MRI at lowfield scanner- a review, European Journal ofRadiology ,Vol 56, 130-142,.Decramer, M., and Roussos, D., 2002, Imaging andLung Dieses, European Respiratory Journal.Hammersberg, P., and M. Mangard, 1999, optimalcomputerized tomography performance,proceeding of computerized tomography forindustrial application and imaginf processingin radiology, 31-43Krueger, M., Burow, V., Hiltawsky, V., and Ermert,H., 1998, Limited Angle UltrasonicTransmission Tomography of The CompressedFemale Breast, ultrasonics symposiumproceedings, 1345-1348.Li, P.C., and Huang, S.W., 2005, UltrasoundTomography of The Breast Using LinierArrays, IEEE.Mohd Hafiz Fazalul Rahiman, Ruzairi Abdul Rahim,Mohd Hezri Fazalul Rahiman, and MazidahTajjudin, 2006, IEEE SENSORS JOURNAL,VOL. 6, NO. 6Rahiman, M.H.F., Rahim, R.A., and Tajjudin, M.,2006, Ultrasonic Transmission-ModeTomography Imaging for Liquid / Gas Two-Phase Flow, IEEE Sensors Journal, Vol.6,No.6.Raparia D., J. Alessi and A. Kponou, 1998, AlgebraicReconstruction Technique, IEEE.Su, Y., Zhang, F., Xu, K., Yao, J., and Wang, R.K.,2005, A Photoacoustic Tomography System forImaging of Biological Tissues, J. Phys. D:Appl. Phys., 38, 2640–2644.Suparta, G.B., 1999, Focusing ComputedTomography Scanner, Thesis Ph.D., MonashUniversity, Victoria, Australia.A 87

FISIKA MATERIALBIOMATERIALSEMINAR NASIONAL FISIKA TERAPAN III (2012)

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8STUDI INFILTRASI TUBULUS DENTIN BERBASIS HIDROKSIAPATIT YANGBERPOTENSI UNTUK TERAPI DENTIN HIPERSENSITIFAditya Iman Rizqy 1 , Aminatun 2 , Prihartini Widiyanti 31,2,3 Program Studi Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : adityaimanrizqy@yahoo.comAbstrakHipersensitivitas dentin adalah rasa sakit yang berlangsung singkat dan tajam akibat rangsangan terhadapdentin yang terbuka karena gusi yang menurun. Ketika dentin yang terbuka terpapar rangsangan dari luar,cairan dalam tubulus dentin mengalami pergerakan mekanis ke dalam dan ke luar yang memicu timbulnya rasanyeri. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan infiltrasi tubulus dentin sehingga tubulus dentin yang terbukadapat tertutup kembali. Hidroksiapatit (HA) dipilih menjadi bahan dasar infiltrasi karena merupakan komponenterbesar (70%) penyusun dentin gigi serta sifatnya yang biokompatibel. Metode presipitasi kalsium fosfatdigunakan dalam penelitian ini. Dilakukan variasi konsentrasi HA (0,133 M ; 0,113 M ; 0,093 M ; 0,073 M ;0,053 M) untuk diamati perbedaan struktur mikro dan biokompatibilitas tumpatan yang terbentuk. Hasil UjiSEM menunjukkan bahwa seiring penambahan konsentrasi HA, presipitat yang dihasilkan semakin padat dantebal, dimana konsentrasi 0,133 M menghasilkan tumpatan terbaik. Hasil MTT Assay menunjukkan bahwaseiring penambahan konsentrasi HA, jumlah sel yang hidup semakin meningkat, namun masih dibawah batasambang toksisitas.. Berdasarkan hasil SEM, hidroksiapatit berpotensi sebagai bahan terapi dentin hipersensitif,namun perlu dilakukan optimasi konsentrasi larutan untuk memperoleh larutan yang biokompatibel.Kata kunci : hidroksiapatit, hipersensitivitas dentin, infiltrasi tubulus dentin, presipitasi, kalsium fosfat.PENDAHULUANSalah satu masalah gigi sehubungan dengan rasasakit yang banyak terjadi dan sulit diatasi oleh doktergigi adalah dentin hipersensitif (Orchardson et al.,2006) atau yang lebih dikenal oleh masyarakat luasdengan istilah gigi sensitif saja. Pada tahun 2007,sekitar 30 % penduduk dunia mengalamihipersensitivitas dentin (Carini dkk., 2007) dengantidak menutup kemungkinan terjadinya peningkatanprevalensi hingga saat ini.Hipersensitivitas dentin didefinisikan sebagairasa sakit yang berlangsung singkat dan tajam akibatadanya rangsangan terhadap dentin yang terbuka(terpapar lingkungan oral) (Kielbassa et al., 2002).Walaupun rasa sakit yang timbul hanya berlangsungsingkat, namun hal ini dapat mengakibatkan prosesmakan menjadi sulit (Aldo et al., 2002). Rasa sakittersebut akan mempengaruhi kenyamanan dankesehatan rongga mulut dan bila tidak diatasi akanmenimbulkan defisiensi nutrisi pada penderitanya(Camila dkk., 2006).Salah satu cara perawatan dentinhipersensitif adalah dengan menutup tubulus dentin(saluran penghubung permukaan dentin dengan sarafpada pangkal dentin) untuk mencegah rangsangandari luar memicu rasa nyeri (Chu et al., 2010).Calcium oxalate, contohnya, telah direkomendasikansebagai perawatan efektif untuk dentin hipersensitifberdasarkan presipitasi (penggumpalan) calciumoxalate dalam tubulus dentin. Perawatan ini secaraefektif menghilangkan hipersensitivitas pada tahapawal, namun ternyata hanya bertahan sebentar sajadikarenakan larut/terkikisnya calcium oxalate itusendiri (Kerns et al., 1991).Fazrina (2011) telah melakukan penelitianinfiltrasi tubulus dentin dengan pasta desensitasi pro-Argin yang mengandung arginin, asam amino, dankalsium karbonat sebagai sumber kalsium dalam pastaini, dan diperoleh kedalaman tumpatan sedalam 2 µmsaja. Tumpatan yang hanya 2 µm ini rentan terkikisoleh berbagai gerakan mekanis cairan dalam mulutseperti halnya kocokan air ketika berkumur, sehinggabanyak dokter gigi menghimbau pada pasien untuktidak berkumur terlalu lama setelah penyikatan gigidengan pasta desensitasi.Penelitian oleh Bedi (2011) juga mendukungfenomena ini, dimana percobaannya yangmenggunakan bahan potassium nitrate jugamenunjukkan pengikisan total pada tumpatan setelahpembilasan langsung dengan aquades. Saat ini, telahada pasta desensitasi komersial yang mengandungkristal hidroksiapatit, namun bagaimanapunpenggunaan tumpatan dari pasta desensitasi masihmemberikan kekhawatiran akan hilangnya tumpatansetelah berkumur sehingga tumpatan dari pastadesensitasi tidak bisa bertahan terlalu lama dalamdentin.Ishikawa et al. (1995) melakukan antisipasiterhadap kasus serupa sebelumnya denganmenginfiltrasi (menutup) tubulus dentin denganmetode presipitasi (penggumpalan) kalsium fosfatdalam tubulus dentin yang menghasilkan tumpatan(presipitat) sedalam ± 10-15 µm sehingga semuakekhawatiran di atas dikatakan dapat teratasi.Berdasarkan konsep di atas, perlu dilakukanupaya infiltrasi tubulus dentin dengan kalsium fosfatB 1

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8seperti yang dilakukan Ishikawa et al. (1995).Kalsium fosfat berjenis hidroksiapatit (HA) dipilihkarena hidroksiapatit merupakan komponen terbesardari dentin (70 %) (Ismiawati, 2009) dan memilikisifat biokompatibel, yakni tidak menimbulkan reaksiinflamasi atau efek kerusakan hingga kematian seljaringan sekitar (Dainti, 2010). Presipitat HA yangdihasilkan akan dibandingkan dengan tumpatan yangdihasilkan dari pasta desensitasi HA komersialterhadap pengaruh pengocokan dengan aquades(simulasi proses kumur) untuk melihat perbedaanstruktur mikro yang terjadi.Upaya infiltrasi tubulus dentin berbasishidroksiapatit dalam penelitian ini diprediksikan akanmenghasilkan tumpatan yang cukup dalam (lebih darikedalaman yang dihasilkan dari pasta desensitasikomersial) dan bisa menjawab kebutuhan akantumpatan yang lebih tahan pengaruh kumur yangberakibat pada kembalinya rasa nyeri tajam karenahilangnya tumpatan.BAHAN DAN METODE1. BahanBahan yang digunakan dalam penelitian iniantara lain bubuk hidroksiapatit (Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ),aquades, H 3 PO 4 2 M, NaOH 1 M ; 1,5 M ; 2 M ; 2,5M dan 3 M, HCl 0,6 M, serta 7 buah gigi molarmanusia berusia 16-35 tahun (kondisi sehat/normal)yang diperoleh dari Unit Bedah Mulut FKGUniversitas Airlangga.2. MetodeMetode dalam penelitian ini adalah presipitasikalsium fosfat yang digunakan Ishikawa et al. (1994)untuk menginfiltrasi tubulus dentin dengan bahankalsium fosfat. Ada 2 macam larutan yang digunakandalam metode ini, yakni larutan HA dan NaOHsebagai netralisator. Larutan HA disiapkan denganmelarutkan bubuk hidroksiapatit dalam larutan H 3 PO 42 M. Setelah larutan HA diaplikasikan pada sampel,larutan NaOH diaplikasikan pada sampel yang sama.Larutan HA yang bersifat asam akan mengalamikenaikan nilai pH setelah bercampur dengan larutanNaOH yang bersifat basa. Campuran kedua larutanakan menghasilkan larutan dengan suasana netralsehingga hidroksiapatit yang sebelumnya terlarutdalam H 3 PO 4 akan terpresipitasi kembali membentukgumpalan yang dapat menyumbat saluran tubulusdentin pada sampel.Perolehan nilai konsentrasi larutan HA jenuhyang dijadikan angka patokan variasi dilakukandengan menghitung jumlah bubuk HA maksimal yangdapat larut dalam H 3 PO 4 2 M. Eksperimen dilakukandengan membuat larutan HA keruh terlebih dahulu.Untuk memperoleh HA yang tak larut, digunakan alatcentrifuge (Beckman tipe TJ-R Refrigeration Unit)dengan memisahkan bubuk HA tak larut (endapan)dari larutan jenuhnya (supernatan). Pemusingandengan centrifuge dilakukan terhadap larutan HAawal yang masih keruh selama 15 menit dengankecepatan 2200 rpm sampai diperoleh endapan padadasar tabung centrifuge. Endapan yang diperolehdicuci berulang kali dengan aquades hingga kondisinetral kemudian dipisahkan dari aquades yang tersisa.Endapan lembab dikeringkan menggunakan ovenpada suhu 100° C selama 1 jam untuk menguapkansemua aquades yang masih tercampur. Jumlahendapan HA ini digunakan untuk menentukan jumlahHA maksimal yang larut.Tabung Durham sebanyak 5 buah disiapkanmensimulasikan presipitasi yang terjadi pada 5 variasilarutan HA yang ditentukan. Larutan HA diteteskanpada kelima tabung masing-masing 1 tetes sesuaiurutan variasinya. Kemudian NaOH 1 M diteteskanmasing-masing juga 1 tetes pada kelima tabung yangsebelumnya sudah berisi larutan HA untukmenetralisasi larutan. Kondisi presipitat yangterbentuk diamati satu per satu selama minimal 6 jam.3. KarakterisasiBeberapa uji dilakukan, antara lain ujikarakterisasi SEM dan uji sitotoksisitas MTT Assay.Hasil dari masing-masing uji kemudian dianalisis.HASIL DAN PEMBAHASAN1. Penentuan variasi konsentrasi HAHasil eksperimen menunjukkan bahwa nilaikonsentrasi larutan HA jenuh yakni sebesar 0,133 M.Eksperimen ini dilakukan hanya dengan sekalipercobaan, sehingga peneliti menyatakan bahwakonsentrasi larutan HA sebesar 0,133 M inimenggambarkan kondisi larutan yang mendekati tepatjenuh. Angka 0,133 M inilah yang kemudian menjadipatokan dalam penentuan angka konsentrasi yanglain, sehingga diperoleh deretan variasi konsentrasi0,133 M ; 0,113 M ; 0,093 M ; 0,073 M dan 0,053 Muntuk 5 larutan HA yang digunakan dalam penelitianini.2. Simulasi presipitasi dengan tabung DurhamSimulasi ini dilakukan untuk sedikit memberikangambaran proses presipitasi yang terjadi di dalamtubulus dentin secara kasat mata sebelumdiaplikasikan langsung pada sampel dentin sertauntuk memastikan keberhasilan proses karakterisasiSEM. Hasil simulasi ini ditunjukkan oleh Tabel 1.Tabel. 1. Kondisi presipitat dalam tabung DurhamBerdasarkan Tabel 1, NaOH 3 M pada akhirnyadipilih untuk digunakan sebagai netralisator dalamB 2

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8penelitian ini karena menghasilkan presipitat yangmampu bertahan (kuat) dan tidak rontok kembali kedasar tabung hingga jam ke-6 bahkan pada seluruhvariasi larutan HA.3. Hasil SEMKarakterisasi SEM terhadap tumpatan jugadilakukan untuk menunjukkan bahwa HA dapatdigunakan untuk menginfiltrasi tubulus dentin, sertamemberikan gambaran pengaruh penambahankonsentrasi HA dalam metode presipitasi kalsiumfosfat terhadap mikrostruktur tumpatan yangdihasilkan. Struktur mikro dari presipitat (tumpatan)sebelum dan sesudah pengocokan dengan aquadesdapat dilihat pada Gambar 1 dan 2.ACBDABEFCDGambar 2. Tumpatan HA setelah pengocokan dengan aquades :pasta HA komersial (A) ; 0,133M (B) ; 0,113M (C) ; 0,093M (D) ;0,073M (E) dan 0,053M (F) (Magnifikasi 2500X)EGFGambar 2 menunjukkan bahwa bahkan setelahpengocokan dengan aquades, tumpatan dengankonsentrasi HA 0,133 M (B) masih meninggalkantumpatan hingga ke dalam tubulus dentin, tidak hanyadi permukaan saja seperti yang dihasilkan dari larutanHA konsentrasi 0,073 M (E) yang berupa lapisanpresipitat tipis sehingga banyak bagian yang retakakibat pengocokan. Pada bagian bawah lapisan yanghilang pun (tanda panah), tidak terlihat presipitat yangmasih mengisi bagian dalam tubulus dentin.Sedangkan tumpatan yang dihasilkan pasta HAkomersial menunjukkan tubulus dentin yang makinterbuka lebar setelah pengocokan dengan aquades(A). Hal ini relevan dengan pernyataan Strassler(2008) bahwa efektivitas penggunaan pastadesensitasi memang baru bisa ditunjukkan setelahpenggunaan rutin selama ± 2 minggu.3. Hasil Uji MTT AssayGambar 1. Dentin sebelum perlakuan (A) ; tumpatan pasta HAPkomersial (B) ; dan tumpatan HAP 0,133 M (C) ; 0,113 M (D) ;0,093 M (E) ; 0,073 M (F) dan 0,053 M (G) (Magnifikasi 2500Xuntuk semua sampel)Gambar 1 menunjukkan bahwa larutan HAdengan konsentrasi 0,133 M (C) menghasilkantumpatan yang paling padat (kompak) dan menutupseluruh permukaan dentin secara merata dibandingkandengan keempat konsentrasi lainnya (D-G). Pasta HAkomersial (B) pun terlihat tidak menutup permukaandentin secara merata dan masih menyisakan tubulusdentin yang terbuka.Gambar 3. Grafik hubungan antara konsentrasi HA terhadap selhidupB 3

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 3 menunjukkan bahwa larutan HA 0,093M ; 0,113 M dan 0,133 M secara berurutanmenyisakan sel hidup sebanyak 34,49 % ; 34,75 %dan 36,48 %. Hal ini relevan dengan hasil penelitianDainti (2010) yang menyatakan bahwa seiring denganpenambahan konsentrasi HA, maka semakin banyakpula jumlah sel yang hidup.Berdasarkan prosentase sel yang hidup, baiklarutan HA 0,093 M ; 0,113 M maupun 0,133 M,semuanya masih bersifat toksik dikarenakanmenyisakan sel hidup kurang dari 60 %. Hal inididuga karena sifat asam larutan HA 0,093 M ; 0,113M dan 0,133 M yang masih terlalu kuat dengan nilaipH masing-masing 1,40 ; 1,43 dan 1,49 (hasilpengukuran dengan pH meter).KESIMPULAN1. Karakterisasi SEM (Scanning ElectronMicroscopy) menunjukkan bahwa HA dapatdigunakan untuk infiltrasi tubulus dentin.2. Penambahan konsentrasi HA pada larutan,menghasilkan presipitat yang lebih padat dantebal, dimana konsentrasi 0,133 M menghasilkantumpatan terbaik.3. Peningkatan konsentrasi HA pada larutan,menunjukkan jumlah sel hidup yang lebih besar,namun masih dibawah batas ambang toksisitas.UCAPAN TERIMA KASIHTerima kasih disampaikan kepada Ibu Ami, IbuYanti, Retno drg., Donny Hernawan, ShindyPurnamasari, Istifarah, dan semua pihak yang telahmembantu terselesaikannya fullpaper ini.DAFTAR PUSTAKAAddy, M., 2002. Dentine hypersensitivity: newperspectives on an old problem. Int Dent JAldo, B., 2002. Jr. Laser therapy in the treatment ofDental hypersensitivity. http://www.walt.nuBedi, G., 2011. Clinical and Scanning ElectronMicroscopic Evaluation of VariousConcentrations of Potassium Nitrate as aDesensitizing Agent. Volume 6, Smile DentalJournalCamila, 2006. Efficacy of Gluma Desensitizer® ondentin hypersensitivity in periodontally treatedpatients. Braz Oral Res 2006Carini, F., 2007. Effects of a ferric oxalate dentindesensitizier: SEM analysis. Research Journalof Biological SciencesChu, C., 2010. Management of dentinehypersensitivity. Dental Bulletin MaretDainti, E.A., 2010. Pengaruh PenambahanHydroxyapatite Terhadap KarakteristikAmalgam High Copper Tipe Blended Alloy.Skripsi Program Sarjana. Surabaya : UNAIR.Fazrina, N., 2011. Perawatan Non-InvasifHipersensitivitas Dentin dengan Pro-Argin.Skripsi Program Sarjana. Medan : USU.Imai, Y., 1990. A New Method of Treatment forDentin Hypersensitivity by Precipitation ofCalcium Phosphate in situ. Japan : TokyoMedical and Dental University.Ishikawa, K., 1994. Occlusion of Dentinal Tubuleswith Calcium Phosphate Solution Followed byNeutralization. Japan : Tokushima University.Ismiawati, I.D., 2009. Analisis Sifat Mekanik danStruktur Kristal Hidroksiapatit pada EnamelGigi Akibat Paparan Laser Nd-YAG. SkripsiProgram Sarjana. Surabaya : UNAIR.Kerns, D.G., 1991. Dentinal Tubule Occlusion andRoot Hypersensitivity. Journal Periodontal.Kielbassa, A.M., 2002. Dentine hypersensitivity:Simple steps for everyday diagnosis andmanagement. International Dental JournalMuchtaridi, 2006. Kimia 2. Indonesia : Yudhistira.Orchardson, R., 2006. Managing dentinhypersensitivity. J Am Dent AssocStrassler, H. dan Serio, F., 2008. DentinalHypersensitivity : Etiology, Diagnosis, andManagement. USA : The Academy of DentalTherapeutics and Stomatology.B 4

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGARUH VARIASI TEMPERATUR TERHADAP SUSEPTIBILITAS BARIUMM-HEKSAFERIT TERSUBSTITUSI ION ZN (BAFE 11,4 ZN 0,6 O 19 )Aghesti W Sudati, M Zainuri, Ariza N KosasihProgram Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamInstitut Teknologi Sepuluh NopemberEmail : aghesti_07@physics.its.ac.idAbstrakBarium M-heksaferrit tersubstitusi, BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19 telah berhasil disintesis dengan metode kopresipitasi.Barium M-heksaferrit tersubstitusi dikarakterisasi dengan cara analisis termal, DSC-TGA, XRD dansuseptibilitas magnetik. Variasi temperatur adalah 90 ° C, 180 ° C, 270 ° C, dan 300 ° C. Berdasarkan polaXRD, untuk suhu sintering yang berbeda menghasilkan komposisi fasa yang berbeda. Variasi tersebut jugamenyebabkan suseptibilitas berbagai nilai. Fasa barium M-heksaferrit yang maksimum sebanyak 41,4% dicapaipada suhu 180 ° C, yang menunjukkan nilai suseptibilitas magnetiknya 7,3 x 10 13 . Hasil ini konsisten denganDSC-TGA data yang menunjukkan proses endoterm pada sekitar 180 º C.Kata kunci : suseptibilitas, ion dopan, barium m- heksaferitPENDAHULUANBarium M-heksaferit oksida adalah senyawakeramik dengan rumus kimia BaFe12O19. Barium M-heksaferit memiliki stabilitas kimia yang baik dansuseptibilitas tinggi. Nilai anisotropi magnetokristallindan magnetisasi saturasi yang tinggi mengindikasikanmemiliki aplikasi yang luas ini sehingga BaFe12O19yang disebut fase ferrit M ini sebagai magnetpermanen (Dwipangga, 2011). Barium M-Heksaferrit(BaFe12O19) dikenal sebagai magnet permanendengan struktur heksagonal yang sesuai dengan spacegroup P 63/mmc (Smith,1959). Struktur BaFe12O19memanjang ke arah sumbu z karena berisi 64 atomdengan a=b=5,89 dan c=23,2. Ion-ion Ba+2 danO-2 memiliki ukuran atom yang hampir sama yaituBa+2 = 0,135 dan O-2 = 0,138, keduanya bersifat nonmagnetik. Sedangkan ion Fe+3 bersifat magnetdengan jari-jari ionik 0,064 dan ion Fe+2 memilikijari-jari ionik 0,074 yang menempati posisi intertisi(Lawrence. 2004). Jadi bahan ini berguna dalamteknologi peralatan pada kisaran yang cukup lebar.Namun, gaya koersivitas Hc terlalu tinggi untukbeberapa aplikasi baru. Untuk mengatasi masalah ini,ion besi dalam fase- M dapat digantikan oleh kationlain non logam magnetik hampir ukuran yang sama(misalnya Zn2+, Al3+, Co2+, Ti4+).Berbagai upaya telah dilakukan untukpengembangan prosedur sintesis yang mengarah kekontrol yang lebih baik dari partikel, morfologi(hexagonal plates) dan homogenitas, karena metodekonvensional keramik keramik tidak lagi maksimal.Akhir – akhir ini, BaFe 12 O 19 dihasilkan melaluiproses kristalisasi dengan menggunakan metodematrik kaca, metode hidrotermal, metode salt melting, metode sol - gel, dan kopresipitasi. Metodekopresipitasi pada penelitian ini adalah metode yangmudah untuk menghasilkan prekursor heksaferit. Padatulisan ini kami menyajikan hasil sintesiskonvensional heksaferit tersubstitusi dan sehinggadiperoleh sifat magnet yang diharapkan (Dian,2011).METODELOGI PENELITIANSerbuk BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19 dihasilkan denganmetode kopresipitasi. Material yang akan digunakandalam penelitian ini adalah Barium Carbonat(BaCO 3 ), Iron (III) Cloride Hexahidrate (FeCl 3 .6H 2 O) sebagai material dasar, Serbuk Znproanalisi(PA) sebagai material dopan, larutan HCl37% 12,063 M, NH 4 OH 25% 6,5 M, dan Aquades.Proses sintesis BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19 dengan konsentrasix= 0. 6 yaitu dengan melarutkan BaCO 3 , Zn danFeCl 3 . 6H 2 O dalam HCl. Larutan di aduk denganmagnetic stirrer hingga homogen dan berwarnaorange merah bata kemudian larutan diendapkandengan NH 4 OH hingga berbentuk seperti pasta.Larutan dibiarkan mengendap dan disaring hinggapH=7. Proses sintesis Barium M-Heksaferrit dopingZn dengan metode kopresipitasi yang ditunjukkanpada gambar 1.Gambar 1. Proses sintesis prekursor serbuk Barium M-Heksaferrit(a) larutan HCl; (b) serbuk Zn dan BaCO 3 dalam larutan HCl; (c)serbuk Zn dan BaCO 3 yang tercampur homogen; (d) serbuk Zn,BaCO 3 dan larutan FeCl 3 .H 2 O dalam larutan HCl; (e) pembilasandengan aquades; (f) penyaringan dengan kertas saring; (g) serbukprekursor Barium M-Heksaferrit.B 5

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Material hasil pengendapan tersebut didryingpada temperatur 80 o C selama 4 jam dan didapatkanserbuk barium M-heksaferrit doping Zn. Sampel yangdidapat dikarakterisasi dengan DSC-TGA untukmengetahui temperatur terjadinya perubahan fasakemudian sampel dikalsinasi pada temperatur 180 o C,270 o C, dan 300 o C selama 4 jam. Selanjutnya untukmengidentifikasi fasa yang terbentuk pada sampeldilakukan uji XRD (X-Ray Diffractomter) danMagnetic Susceptibility Balance Sherwood Scientific.HASIL DAN PEMBAHASANA. Karakterisasi Transformasi FasaBerdasarkan pengujian DSC/TGA diperolehgrafik seperti pada Gambar 2. Dari grafik DSC –TGA dapat dilihat pengurangan massa seiringperubahan temperatur. Pada temperatur antara 0°C –70°C, tidak terjadi perbedaan temperatur antarasampel referensi dan sampel itu sendiri. Hal inimengindikasikan bahwa pada range ini terjadipenguapan dari air, ion klorida, dll, tetapi padatemperature 80°C terdapat gejala endotermik. Hal inimenunjukkan pada temperature ini terjadipembentukan fasa baru. Pembentukan fasa baru inidapat diketahui melalui pengujian lebih lanjutmenggunakan XRD.Gambar 2. Kurva DSC/TGA prekursor Barium M-HeksaferritB. Identifikasi Fasa BaFe 11,6 Zn 0,6 O 19Metode yang digunakan untuk mengkarakterisasibahan uji hasil percobaan menggunakan difraksisinar-x dengan Tipe Philips X’Pert MPD (MultiPurpose Diffractometer) system terdapat diLaboratorium Difraksi Sinar-X RC (Research Center)LPPM ITS Surabaya, dengan menggunakan panjanggelombang CuK_ 1,54 Ao, 40 kV, 30 mA.Berdasarkan data DSA/TGA diatas tejadi gejalaendotermik pada suhu-suhu tertentu yangmemungkinkan adanya reaksi kimia yang terjadi padarentang suhu tersebut maka dilakukan pemanasanpada suhu 100 o C, 180 o C, 270 o C, dan 300 o C untukmengetahui pada temperatur terbentuknya fasa bariumM-hexaferrit yang didopan Zn. Sampel hasilpemanasan dikarakterisasi dengan menggunakandifraksi sinar x dengan pola difraksi (sudut 2θ) danmengikuti persamaan Bragg 2dhklsinqB=nl.Identifikasi fasa hasil XRD dianalisis menggunakanmetode Rietveld dengan software High Score Plus.0000Gambar 3 Pola Difraksi BaFe 11,6 Zn 0,6 O 19Pola difraksi sinar-x dengan variasi temperaturditunjukkan pada gambar 3. Tampak bahwa padapemanasan suhu 90 o C, 180 o C, 270 o C dan 300 0 Cterdapat kesamaan pola difraksi. Pada suhupemanasan 90 0 C diskitar sudut 29 terdapat puncaktetapi semakin tinggi temperatur maka puncaktersebut hilang. Hasil Refinement denganmenggunakan software X'Pert HighScore Plusditunjukkan pada tabel 1.Tabel 1. Hasil Komposisi Fasa BaFe 11,6 Zn 0,6 O 19No Temperatur PhasaKalsinasi ( 0 C) I (%) II (%)1 90 0 C 18,93 81,072 180 0 C 41,36 39,683 270 0 C 28,49 71,514 300 0 C 56,43 43,57Keterangan: Phase I: barium M-hekaferrit dopan ZnPhase II: hematit (α-Fe2O3)C. Analisis MikrostrukturAnalisa mikrostruktur serbuk Barium M-Heksaferrit menggunakan pengujian SEM (ScanningElectron Microscopy) adalah suatu alat yangdigunakan untuk mengetahui morfologi atau strukturmikro permukaan dari zat padat. Alat ini dilengkapidengan detektor dispersi energi (EDX) sehingga dapatdigunakan untuk mengetahui komposisi elemenelemenpada sampel yang dianalisis. Adapun tujuanSEM-EDX dalam penelitian ini adalah untukmengetahui kegradulaan struktur mikro dankomposisi unsur dalam serbuk Barium M-Heksaferritdoping ionHasil SEM pada gambar di atas terlihat bahwaukuran partikel dalam serbuk Barium M-Heksaferritberukuran mikrometer, yaitu sebesar 0,5 μm.B 6

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tabel 2. Hasil Suseptibilitas Fasa BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19Gambar 4. Morfologi serbuk Barium M-Heksaferrit padapemanasan 150 o CD. Analisis Sifat KemagnetanPengujian sifat kemagnetan dengan menentukansuseptibilitas barium M-heksaferit dilakukan dilaboratorium fisika zat padat Fisika ITS. Alat yangdigunakan adalah Magnetic Susceptibility BalanceSherwood Scientific. Hasil pengujian suseptibilitasterlihat pada tabel 2. Pada temperatur 90 0 C dan 270 0 Cnilai suseptibilitasnya berkisar 5 x 101 3 . Sedangaknpada temperatur 180 0 C dan 300 0 C suseptibilitasnyaberkisar 7 x 10 13 . Hal ini dikarenakan phase – phaseyang terbentuk disetiap temperatur menghasilkanjumlah phase yang berbeda – beda sesuai dengantabel 1. Barium M-heksaferit memiliki sifatkemagnetan yang lebih tinggi dibandingkan denganhematite sehingga semakin banyak phase barium M-heksaferit yang terbentuk makan akan semakin tinggipula sifat kemagnetannya. Kehadiran Ion Zn 2+ inisebagai pengganggu dalam kemagnetan feritoksida.Dalam struktur barium M-heksaferrit terdapation Fe 3+ dengan jari-jari ioniknya 0.065 nm, sehinggadimungkinnya kehadiran Ion Zn 2+ akan menggantikanFe 3+ , hal ini dikarenakan kemiripan dimensi ionikantara ion Fe 3+ dengan Zn 2+, namun penambahan ZnPada Barium M-Heksaferrit juga berpengaruh padaparameter kisi dan temperatur curie dari materialtersebut. Menyusupnya ion Zn 2+ pada struktur M-heksagonal menggantikan ion Fe 3+ , namun tidakmerubah stuktur Kristal yang sudah ada, kehadiranZn 2+ ini untuk menurunkan sifat kemagnetan bariumM-hexaferrit sehingga sifatnya menjadi lebih lunak.Penambahan Zn 2+ dengan momen magnet yang lebihrendah akan mereduksi sifat magnetik ferrit (Rosler,2003). Ketika dilakukan substitusi ion Zn pada ion Fe,maka konsentrasi ion doping sangat menentukanmomen magnet total material yang terbentuk. Zn 2+dengan konfigurasi elektron [Ar]3d10 yang memilikimomen magnet 0μB. Ini berarti bahwa adanya dopingZn pada ion Fe 3+ (momen magnet totalnya 5μB)berpotensi menurunkan magnetisasai saturasi yangberakibat pada menurunnya medan koercivitasmagnetokristalinnya (Ozgur, 2009).KesimpulanBerdasarkan hasil penelitian dan pembahasan diatas, dapat diambil kesimpulan sebagi berikut:1. Variasi temperatur sangat berpengaruhterhadap pembentukan strukturBaFe 11,4 Zn 0,6 O 192. Tersubstitusinya fasa BaFe 12 O 19 dengan iondopan Zn tidak merubah struktur dasar daribarium hexaferrit yaitu hexagonal.3. Variasi temperatur sangat berpengaruhterhadap suseptibilitas BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19UCAPAN TERIMA KASIHPenulis mengucapkan terima kasih kepadaJurusan Fisika Institut Teknologi Sepuluh Nopember(ITS) untuk dukungan dana yang telah diberikan.DAFTAR PUSTAKAAghesti. 2011. Sintesis dan karakterisasi KompositIsotropik resin Epoksi-Polianilin /Barium M-Heksaferrit BaFe 12-2x Co x Zn x O 19 sebagaiMaterial Antiradar. Institut Teknologi SepuluhNopember : SurabayaDian Yuliana. 2011. Pengaruh Variasi TemperaturTerhadap Pembentukan Struktur KristalBarium M-Heksaferrit Tersubstitusi Ion DopanZn. Institut Teknologi Sepuluh Nopember :SurabayaDwi Pangga. 2011. Pengaruh substitusi Ion DopanCo/Zn Terhadap Struktur Kristal Barium M-Heksaferrit (BaFe 12 O 19 ). Institut TeknologiSepuluh Nopember : SurabayaEfendi, dkk. 2003. Struktur Mikro dan Sifat MagnetikBarium Heksaferit Hasil Pemanduan MekanikOksida CRM. Jurnal Elektronika danTelekomunikasi. ISSN 1411-8289.El Indahnia. 2011. Sintesis Serbuk Barium HeksaferritDengan Metode Kopresipitasi PadaTemperatur Rendah. Institut TeknologiSepuluh Nopember : Surabaya.Geiler, dkk. 2007. BaFe 12 O 19 Thin Films Grown atthe Atomic Scale from BaFe 2 O 4 and α-Fe 2 O 3Target. Applied Physics Letter 91, 162510.Lawrence. 2004. Elemen-elemen Ilmu dan RekayasaMaterial. Erlangga : Jakarta.Linda. 2011. Pengaruh Ion Doping Co/Zn TerhadapSifat Kemagnetan Barium M-HeksaferritBaFe 12-2x Co x Zn x O 19 . Institut TeknologiSepuluh Nopember : Surabaya.B 7

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Mallick, dkk. 2007. Magnetic Properties CobaltSubstituted M-type Barium HexaferrittePreparedby Co-Precipitation. Journal ofMagnetism Material 312 (2007) 418-429.Ozgur et al. 2009. Microwave Ferrites, Part 1 :Fundamental Properties. Journal of MaterialScience : Material in Electronics.Rosler, dkk. 2003. Synthesis and Characterization ofHexagonal ferrites BaFe 12-2x Zn x Ti x O 19 (0≤ x≤2) by Thermal Decomposition of Freeze-driedPrecursors. Crystal research and Technology.Vol. 38, No. 11, hal. 927 – 934.Smith & Wijn. 1959. Physical Properties ofFerrimagnetic Oxides in Relation to TheirTechnical Application. Netherland : PhillipsResearc.Snoek, J.L. 1947. New Development inFerromagnetics Material. New YorkTang, Xin. 2005. Influence of synthesis Variables onThe Phase Component and MagneticPropertiesof M-Ba-ferrite Powders PreparedVia Sugar-Nitrates Process. Journal ofMaterial Science. ISSN 0022-2461.Wang, F. Y, (1976), Franklin.Treatise on MaterialsScience and Technology Ceramic FabricationProcesses, Academic Press, INC. New York.B 8

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGARUH PENAMBAHAN HIDROKSIAPATIT TERHADAPKARAKTERISTIK AMALGAM HIGH COPPER TIPE BLENDED ALLOYAminatun, Siswanto, Ertika Auliana DaintiProgram Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : ami_sofijan@yahoo.co.idAbstrakPenelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh penambahan hidroksiapatit (HA) terhadap karakteristikamalgam high cooper tipe blended alloy. Karakteristik yang dimaksud meliputi sifat mikro (uji XRD), sifatmekanik (kekerasan dan kuat tekan) dan sifat fisis (densitas). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahuipersentase HA pada amalgam high cooper tipe blended alloy yang berpotensi untuk diaplikasikan sebagaibahan restorasi gigi. Sampel penelitian berupa paduan dari serbuk amalgam dan merkuri dengan perbandingan1:1 dan dilakukan penambahan HA berturut-turut 2.5%, 5%, 7.5% dan 10%. Serbuk ini dicampur menggunakanamalgamator selama 20 detik, kemudian dicetak dan didinginkan pada suhu kamar selama 24 jam. Berdasarkanhasil uji XRD diperoleh senyawa penyusun amalgam terdiri dari Ag 2 Hg 3 , Cu 6 Sn 5 , Ag 3 Sn, Cu 5 Zn 8 danCa 10 (PO4) 6 (OH) 2 /HA. Kekerasan, densitas dan kuat tekan amalgam meningkat seiring dengan penambahanpersentase HA. Amalgam ditambah HA sebesar 10% memiliki karakteristik yang lebih baik untuk diaplikasikansebagai bahan restorasi gigi.Kata kunci : amalgam high cooper type blended alloy, hidroksiapatit, sifat mikro, sifat mekanik dan sifat fisisPENDAHULUANGigi adalah bagian keras yang terdapat di dalammulut dari sebagian besar vertebrata. Fungsi umumgigi adalah sebagai penghancur makanan secaramekanis. Gigi pada manusia juga berfungsi untukmembantu seseorang agar dapat berbicara denganjelas (fungsi fonetik). Seiring bertambahnya usia,semakin besar kerentanan gigi seseorang untuk rusak.Hal ini berdampak pada meningkatnya kebutuhanakan restorasi gigi. Oleh karena itu, penelitian tentangbahan untuk restorasi gigi merupakan kajian yangmenarik.Salah satu bahan yang digunakan untuk restorasigigi adalah amalgam. Amalgam jenis high coppertipe blended alloy merupakan salah satu dari berbagaijenis amalgam yang mempunyai kandungan tembagatinggi (12 % atau lebih) dengan Zn 1% (Pittford,1993). Penulisan amalgam high copper tipe blendedalloy selanjutnya disebut amalgam HCB.Amalgam HCB yang digunakan saat ini masihmempunyai kelemahan yaitu tidak mempunyai sifatadhesi terhadap lapisan gigi sehingga berpotensimemunculkan celah antara tambalan dengan gigi.Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan danteknologi, maka perlu dilakukan penelitian untukmemperbaiki kelemahan amalgam tersebut. Salah satuupaya untuk memperbaikinya adalah denganmenambahkan Hidroksiapatit.Keramik hidroksiapatit merupakan salah satubahan yang paling efektif sebagai bahan bio keramikyang digunakan dalam bidang ortopedi atau dentalsebagai bahan implantasi untuk memperbaiki bagianyang rusak akibat dari kecelakaan atau karenapenyakit. Bahan ini mempunyai kelebihan terutamakarena tahan korosi dan bersifat bioaktif yang dapatmembentuk pertautan pada antar bahan tersebutdengan jaringan tubuh. Disamping itu, hidroksiapatitjuga merupakan material yang biokompatibel, tidakbereaksi dengan bagian-bagian tubuh yang lain sertadapat menyatu dengan tulang. Oleh sebab itu materialini banyak ditemukan dalam struktur tulang atau gigi,baik manusia maupun hewan (Park, 2003)Hidroksiapatit akhir-akhir ini juga digunakansebagai bahan tambahan pada amalgam.Hidroksiapatit merupakan salah satu materialbiokompatibel yang memiliki kemiripan dengankomponen gigi sehingga dapat digunakan sebagaipengisi (filler) yang dapat memperbaiki sifat daripaduan amalgam. (Park, 2007).Berdasarkan potensi yang dimilikiHidroksiapatit, maka perlu dilakukan penelitianuntuk mengetahui pengaruh Hidroksiapatit terhadapkarakteristik amalgam HCB.BAHAN DAN METODEBahan yang digunakan dalam penelitian iniadalah amalgam high copper tanpa seng (Ag 55%, Sn28.7% dan Cu 16.3%), bubuk Zn, bubuk HA, Hg,kertas tebal, kertas gosok paling halus, lilin malamdan alkoholAlat-alat yang digunakan untuk membuat sampelantara lain amalgamator, matriks band, gunting,neraca, petridisk, gelas beker dan pipet plastik. Alatyang digunakan untuk karakterisasi sampel antara lainalat uji XRD (untuk mengetahui sifat mikro), alatVickers Hardness Test untuk uji kekerasan dan ujikekuatan tekan dengan AutographB 9Pembuatan sampelDua gram bubuk amalgam dari pabrik ditambah1% Zn dan HA masing-masing 2.5%, 5%, 7.5% dan10% berat bubuk amalgam. Bubuk tersebut dicampurmerkuri dengan perbandingan 1:1. Campuran antara

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8amalgam dan merkuri tersebut selanjutnyadimasukkan ke dalam kapsul amalgam. Kemudiankapsul amalgam diletakkan pada amalgamator dandijalankan selama 20 detik dengan kecepatanamalgamator saat mengaduk adalah sebesar 4400rpm.Kelima sampel hasil proses diatas dimasukkan kedalam matriks band dan dicetak bentuk silinderdengan tebal 0,4cm dan diameter 1cm. Sampelamalgam yang sudah berupa silinder dibiarkanmengeras pada suhu kamar (27 0 C) selama 24 jam.Sampel siap untuk dikarakterisasi.Karakterisasi meliputi uji sifat mikro denganXRD, uji kekerasan, kekuatan tekan dan densitas.Untuk mendapatkan informasi senyawa penyusunamalgam dan fase impuritas pada sampel digunakanalat x- Ray Diffractometer (XRD). Fraksi volumeyang terbentuk dihitung menurut persamaan berikut.I(fn)Fv(fn) x100%I(1)totaldimana, I(f n ) adalah intensitas fase-n yang ditinjaudan I total adalah intensitas keseluruhan dari data XRDyang dihasilkan.Pengamatan struktur mikro dilakukan untukmelihat morfologi permukaan sampel. Alat yangdigunakan adalah mikroskop metalurgi denganpembesaran 100x. Permukaan sebelum direkam harusdalam keadaaan bersih dan halus. Pengamatan yangdilakukan meliputi pengamatan keadaan pori-pori,distribusi butir dan keteraturannya. Pengambilan fotodilakukan dengan meletakkan sampel di bawah lensaobjektif mikroskop kamera. Fokus diatur dengan caramenaik-turunkan lensa dan mengamati mikrostruktursampel pada layar komputer yang dilengkapi denganprogram Scope Image Advanced User Manual.Setelah menemukan posisi fokus sampel dilakukanpengambilan gambar.Densitas sampel dihitung menggunakan persamaan:m V(2)Pengukuran tingkat kekerasan dilakukan denganmenggunakan alat uji MicroVickers Hardness Testdengan prosedur sebagai berikut. Sampel amalgamberbentuk silinder dengan ukuran tebal 0,4 cm dandiameter 1cm ditekan dengan menggunakan intanberbentuk piramid dengan sudut kemiringan 136 0 .Akibat penetrasi pada permukaan sampel tersebutakan diperoleh berkas-berkas diagonal yang dapatdiamati pada alat sebagai nilai d 1 (panjang diagonalpiramid 1), d 2 (panjang diagonal piramid 2) dan P(Beban). VHN (Vickers Hardness Number/ tingkatkekerasan Vickers ) dapat dihitung denganmenggunakan persamaan :PVHN 1 .8542d(3)Pengukuran kuat tekan dilakukan denganlangkah-langkah sebagai berikut. Mula-mulapermukaan bagian atas dan bawah dari sampel yangberbentuk silinder dihaluskan dengan amplas.Kemudian sisi sampel yang meliputi tebal (t) dandiameter (d) di ukur dengan menggunakan jangkasorong. Sampel ditempatkan pada bagian penekanmesin uji tekan, kemudian mesin dinyalakan sehinggabagian penekan akan menekan permukaan sampelsampai hancur. Besarnya beban (P) yang digunakanuntuk menekan sampel sampai hancur dapat dilihatpada alat. Dari data yang telah diperoleh kemudiandihitung kuat tekan dengan menggunakan persamaan: FAHASIL DAN DISKUSISifat Mikro (uji XRD) Amalgam HCB(4)Dari hasil search match yang telah diperolehdapat diketahui bahwa senyawa penyusun amalgamditambah HA adalah Ag 2 Hg 3 , Cu 6 Sn 5 , Ag 3 Sn,Cu 5 Zn 8 dan Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2. Hasil Search Matchmenunjukkan bahwa dengan penambahan HA tidakmenghasilkan senyawa baru selain senyawa padareaksi amalgamasi. Hasil search match sampeldengan HA yang bervariasi secara berturut-turut 0%,2,5%, 5%, 7,5% dan 10% ditunjukkan pada Gambar1.Perhitungan Fraksi volumeGambar 2. Fraksi volume senyawa penyusun amalgam HCBDari grafik perhitungan fraksi volume di atasmenunjukkan bahwa seiring dengan penambahankonsentrasi HA maka fraksi volume senyawa HAsemakin meningkat. Hal ini diduga karena HA denganukuran parikel yang sangat kecil (20nm) menyusup disela-sela Ag, Sn, Cu dan Zn dengan ukuran partikel15-35µm, sehingga semakin banyak HA yangditambahkan maka semakin banyak pula ruangkosong yang dapat diisi oleh HA. Menyusupnya HAini didukung oleh Zn dimana saat Zn memecahlapisan oksida yang melingkupi AgSn, maka HA akanmengisi sela-sela antar butir.B 10

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Morfologi Permukaan Amalgam HCBHasil pengamatan morfologi permukaan pada HA0%(A) dan 10%(B) ditunjukkan pada Gambar 2.ABGambar 2. Morfologi permukaan amalgam HCBBerdasarkan pengamatan morfologi permukaandi atas diperoleh bahwa semakin meningkatkonsentrasi HA maka semakin sedikit jumlah poriporiyang muncul.Pada sampel dengan konsentrasi HA 10%menghasilkan pori yang paling sedikit. Sedangkanpada amalgam dengan HA 0% diperoleh profilpermukaan sampel yang memiliki jumlah pori yangbanyak. Hasil pengamatan morfologi ini seiirngdengan hasil pengukuran densitas yaitu semakintinggi HA semakin besar densitasnya.Densitas amalgam HCBDensitas (g/cm3)11.311.1Grafik Hubungan Antara Densitas Terhadap KonsentrasiHAP10.910.710.510.3-2.5 0 2.5 5 7.5 10Konsentrasi HAP (%)Gambar 3. Grafik densitas amalgam HCB dengan variasi HAGrafik hasil pengukuran densitas (Gambar 3)menunjukkan bahwa nilai densitas semakin besarseiring dengan penambahan HA. Hasil pengukurandensitas ini sejalan dengan hasil dari mikroskopmetalurgi dan porositas. Jumlah pori yang semakinkecil sejalan dengan nilai densitas yang semakinbesar. Hal ini dapat terjadi dikarenakan HA mengisisela-sela kosong sehingga pori yang tersisa jugasemakin sedikit.Semakin besar nilai densitas amalgam makasemakin rapat ikatan antar senyawa dalam amalgam.Besarnya nilai densitas ini juga dipengaruhi olehproses kompaksi (pencetakan) karena besarnyatekanan saat kompaksi sangat mempengaruhidistribusi butir penyusun amalgam.Gambar 1 : Hasil uji XRDB 11

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tingkat Kekerasan Amalgam HCBGrafik Hubungan Antara Kekerasan Terhadap KonsentrasiHAPKekerasan(VHN)215200185170155140-2.5 0 2.5 5 7.5 10Konsentrasi HAP (%)Gambar 4. Tingkat Kekerasan amalgam HCB dengan variasi HAGambar 4 menunjukkan bahwa semakin besarkonsentrasi HA maka semakin besar pula nilaikekerasannya. HA memiliki tingkat kekerasan yangsangat tinggi, sehingga semakin besar kandungan HApada amalgam maka semakin meningkatkan nilaikekerasan amalgam.Dari hasil penelitian ini menunjukkan bahwaamalgam HCB ditambah HA berpotensi untukrestorasi gigi dengan nilai kekerasan antara 155,2sampai 209,6 kgf/mm 2 , sedangkan nilai kekerasanamalgam secara umum adalah sebesar 71-360kgf/mm 2 .Kuat tekan Amalgam HCBKuat Tekan(MPa)300275250225Grafik Hubungan Antara Kuat Tekan TerhadapKonsentrasi HAP200-2.5 0 2.5 5 7.5 10Konsentrasi HAP (%)Gambar 5. Nilai Kuat Tekan Amalgam HCB dengan Variasi HAGambar 5 menunjukkan bahwa terjadipeningkatan kuat tekan seiring dengan penambahankonsentrasi HA. Hasil dari kuat tekan ini sangatdipengaruhi oleh besarnya kekuatan ikat antarsenyawa dalam paduan dan kekuatan dari keseluruhanbahan dalam paduan yang saling mengikat danmenata diri. Nilai kuat tekan ini mewakili kekuatanseluruh bagian dari sampel. Dari hasil kekuatan tekanpada penelitian ini, semua sampel telah memenuhisyarat untuk digunakan sebagai bahan implan padatulang gigi (90-300)MPa. Kekuatan bahan yang tinggiterhadap tekanan sangat diperlukan dalam aplikasiimplan gigi. Kekuatan implan yang tinggi dapatmenguragi resiko patah pada saat terjadi benturan,karena jika terjadi perpatahan di dalam jaringantentunya akan menimbulkan masalah.Berdasarkan hasil uji sifat mekanik berupakekerasan dan kuat tekan maka dapat dinyatakanbahwa HA mempengaruhi kedua sifat tersebut padaamalgam khususnya amalgam high cooper tipeblended alloy. Semakin tinggi konsentrasi HA padaamalgam semakin tinggi pula sifat mekanik yangdihasilkan. Dengan demikian kehadiran HA padaamalgam dapat meningkatkan kualitas amalgamsebagai material restorasi gigi. Di sisi lain HAmempunyai kelebihan terutama karena tahan korosidan bersifat bioaktif yang dapat membentuk pertautanantar bahan tersebut dengan jaringan tubuh. HA jugamerupakan material yang biokompatibel, tidakbereaksi dengan bagian-bagian tubuh yang lain.Dengan demikian penambahan HA pada amalgamhigh cooper tipe blended alloy sangat berpotensiuntuk dimanfaatkan sebagai restorasi gigi.KESIMPULANBerdasarkan penelitian yang telah dilakukanmaka dapat ditarik kesimpulan penelitian sebagaiberikut.1. Semakin besar konsentrasi Hidroksiapatit /HAmaka semakin meningkatkan sifat mekanik(kekerasan dan kuat tekan) dan densitas amalgamHCB.2. Persentase Hidroksiapatit (HA) sebesar 10%memberikan sifat amalgam terbaik.3. Amalgam HCB pada penelitian ini memilikipotensi untuk digunakan sebagai bahan restorasigigi.DAFTAR PUSTAKACombe E. C., 1992, Notes and Dental Materials, 6 thedition Churchill Livingstone, Edinburgh,London.Craig R. G. & Peyton, F. A., 1994, Restorative DentalMaterial, 6 th edition, The C. V. MosboyCompany, St. Louis.Craig R. G., O’Breig, W. J. & Power, J. M., 1994,Material Properties and Manipulation, 4 thedition, The C. V. Mosboy Company, St.Louis, Toronto, London.Park, John and Lakes, R.S., 2007. Biomaterials inIntroduction. Third editions. Spinger. Scienceand Busines Media LLC.Park, Joon B. Bronzino, Joseph D. 2003. BiomaterialPrinsiples and Applications.Vol 1.USA :CRCPressPittford, T. R., 1993, Restorasi Gigi, Edisi Kedua,EGC,Jakarta.Ratner D.Buddy, Allan S. Hoffman. 1996.Biomaterial science : An introduction tomaterials in medicine. Academic Press : USA.Smallman.R.J, Bishop.R.J.2000. Metalurgi FisikModern dan Rekayasa material. Edisikeenam.Penerbit Erlangga, JakartaB 12

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Respon tubuh setelah mengalami luka adalahterjadi proses inflamasi atau peradangan. Saatperadangan terjadi rangkaian reaksi yangmemusnahkan agen yang membahayakan jaringandan mencegah agen menyebar lebih luas. Agen yangmembahayakan ini misalnya kuman, bakteri, mikroba,dan lain-lain yang dapat menghambat prosespenyembuhan luka. Optimalisasi proses penyembuhanluka dapat dibantu dengan penambahan agen terapi.Agen terapi ini berupa zat atau bahan yang berfungsimenghambat pertumbuhan kuman, mikroba, jamur,bakteri, dan lain-lain. Salah satu agen terapi yangdapat digunakan adalah kurkumin. Kurkuminmerupakan salah satu senyawa yang terkandungdalam temulawak atau kunyit. Kurkumin bersifat antiimflamatori, anti imunodefisiensi, anti virus, antibakteri, anti jamur, anti oksidan, anti karsinogenikdan anti infeksi (Kristina, 2009).Struktur kitosan maupun alginat memilikikecenderungan untuk membentuk muatan ionik.Alginat yang bersifat polianion (bermuatan negatif)dan kitosan yang bersifat polikation (bermuatanpositif) akan membentuk polielektrolit komplekketika dicampur. Polielektrolit komplek ini dapatmempercepat penyerapan cairan karena sisi ionik darialginat maupun kitosan memiliki potensi besar untukmenarik molekul air dengan pembentukan ikatanhidrogen (Meng et.al., 2010).Hasil penelitian Dai, et al. (2009) yang membuatsponge alginat-kitosan berkurkumin didapatkan hasilapabila komposisi alginat lebih besar daripada kitosanmenghasilkan sponge yang kurang bagus dayaabsorbsinya dibandingkan dengan yang komposisikitosannya lebih banyak. Pada penelitian tersebut Daimenggunakan dua jenis polimer untuk membentukikatan kimia yang komplek. Pada penelitian ini akandibuat lebih banyak variasi komposisi antara alginatkitosanserta dibuat yang hanya berkomposisi alginatdan kitosan saja. Hal ini dimaksudkan untukmengetahui variasi penyerapan yang terjadi sertamemilih sponge mana yang bagus antara campuranatau tidak berupa campuran alginat-kitosan.METODEBahan dan AlatBahan yang digunakan dalam penelitian iniadalah natrium alginat dari LIPI, kurkumin PureBulk,kitosan yang di beli dari IPB (Institut PertanianBogor), sel fibroblas BHK-21 untuk uji MTT,Phospate buffer saline (PBS) untuk uji kemampuanabsorb, aquades untuk melarutkan natrium alginat,asam asetat untuk melarutkan kitosan, etanol untukmelarutkan kurkumin.Alat-alat yang digunakan yaitu Lyophilizer,freezer, loyang, magnetic stirrer, sentrifuse, neracadigital, beker glass, spatula, aluminium foil, pisau,penggaris / pengukur.Pembuatan SpongeSponge dibuat dari percampuran bubuk natriumalginat, kitosan, dan kurkumin yang telah dilarutkanB 14dengan pelarut masing-masing yaitu natrium alginatdilarutkan dalam aquades, kitosan dilarutkan denganasam asetat, dan kurkumin dilarutkan dengan etanol.Masing-masing larutan dicampur dan di aduk denganmagnetic stirrer agar homogen kemudian disentrifusuntuk memisahkan residu dan supernatan. Residunyadiambil untuk dijadikan sponge. Residu ini kemudiandituang ke dalam loyang persegi panjang dengantinggi sekitar 0,5 cm. Loyang di simpan dalam freezerdengan kisaran suhu -80 0 C sampai -100 0 C selama ±24 jam dan setelah 24 jam dalam freezer, sampeldikeluarkan dan langsung di lyophilizer selama 24jam dengan suhu sekitar -105 0 C dan tekanan dalammiliTorr (Dai, et. al, 2009).Komposisi percampuran alginat-kitosankurkumindapat dilihat pada Tabel I.Tabel I. Variasi SpongeSponge Alginat: Kitosan KurkuminA0C4 0 : 4 TetapA1C2 1 : 2 TetapA1C3 1 : 3 TetapA1C4 1 : 4 TetapA2C2 2 : 2 TetapA4C1 4 : 1 TetapA3C1 3 : 1 TetapA2C1 2 : 1 TetapA4C0 4 : 0 TetapPenelitian Scharstuhl et.al., 2009 menunjukkanbahwa pada konsentrasi kurkumin 5µM fibroblastbanyak yang hidup sehingga pada penelitian ini jugamenggunakan konsentrasi kurkumin sebesar 5µM.Konsentrasi tersebut dibuat dengan cara melarutkan1,84 mg kurkumin dalam 1 liter etanol. Kemudiandalam masing – masing sampel digunakan 1 mlkurkumin yang mempunyai konsentrasi 5µM.KarakterisasiUji FTIR dengan FT-IR Jasco 4200 type A, ujikemampuan absorb sponge dengan larutan phosphatebuffer saline (PBS) pH 7,4, uji kadar air denganelectronic moisture balance Shimadzu Libror EB-280MOC, pengamatan preparat uji histopatologi anatomidengan mikroskop Olympus Optical Japan,pembacaan uji sitotoksisitas MTT assay dengan ElisaReader.HASIL DAN PEMBAHASANHasil pembuatan absorbent dressing spongetampak pada gambar 1. Bubuk natrium alginat,kitosan, dan kurkumin yang menjadi bahan utamapembuatan absorbent dressing sponge sebelumnya diuji FT-IR pada daerah serapan 4000-400. Hasilnyaditunjukkan pada Gambar 2, Gambar 3, dan Gambar 4

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 1. Absorbent Dressing SpongePada Sponge A1C2 dengan perbandinganalginat:kitosan 1:2 gugus C=C aromatik yangmerupakan bagian dari kurkumin muncul pada pitadaerah serapan 1548,56 cm -1 . Pita serapan guguskarbonil yang merupakan gugus dari alginat dankurkumin terlihat pada bilangan gelombang 1644,02cm -1 . Gugus hidroksi (O-H) terdapat dalam ketigabahan yaitu alginat, kitosan, dan kurkumin. Pitaserapan gugus tersebut ditemukan pada nilai bilangangelombang 3442,31 cm -1 . Pita serapan gugus C-O danO-Na berada pada bilangan gelombang 1035,59 cm -1dan 1421,28 cm -1 . Sedangkan gugus amida primer(NH 2 ) tertutupi oleh pita gugus hidroksi yang melebarkarena adanya ikatan hidrogen antar molekul.Data spektra FTIR sponge A0C4, pita serapangugus karbonil nampak pada bilangan gelombang1650,77 cm -1 . Gugus karbonil merupakan gugus darikurkumin. Pita serapan gugus C-C alifatik nampakpada bilangan gelombang 2919,17 cm -1 . Gugushidroksi (O-H) yang merupakan gugus dari kitosanmuncul pada nilai bilangan gelombang 3427,85cm -1 .Sedangkan pita serapan gugus NH 2 tertutupi oleh pitaserapan gugus hidroksi yang melebar karena adanyaikatan hidrogen antar molekul.Data spektra FTIR sponge A1C4, pita serapangugus karbonil yang merupakan gugus dari kurkumindan alginat muncul pada daerah serapan 1627,63 cm -1 .Pita serapan gugus C-O dan O-Na nampak padabilangan gelombang 1028,84 cm -1 dan 1404,89 cm -1 .Gugus hidroksi (O-H) muncul pada pita daerahserapan 3442,31 cm -1 . Gugus hidroksi merupakangugus yang terdapat dalam alginat, kitosan, dankurkumin. Sedangkan pita serapan gugus NH 2tertutupi oleh pita serapan gugus hidroksi yangmelebar karena adanya ikatan hidrogen antar molekul.Berdasarkan hasil uji FT-IR menunjukkan bahwaketiga bahan (alginat, kitosan, kurkumin) sudahtercampur dalam sponge. Hal ini dapat dilihat darimunculnya gugus fungsi alginat, kitosan, dankurkumin dalam sponge. Gugus fungsi alginat yaitukarbonil muncul pada rentang bilangan gelombang1765-1645 cm -1 , O-H pada rentang 3650-3200 cm -1 ,C-O pada rentang 1260-970 cm -1 , dan O-Na padasekitar 1431 cm -1 . Sedangkan gugus serapan khas darikitosan adalah hidroksi (O-H) dan amina primer(NH 2 ). O-H muncul pada rentang bilangan gelombang3650-3200 cm -1 , pita serapan gugus NH 2 tertutupoleh pita serapan gugus hidroksi yang melebar karenakarena adanya ikatan hidrogen antar molekul.Kurkumin memiliki gugus khas yang tidak terdapatdalam alginat dan kitosan yaitu C-H aromatik danC=C aromatik. Namun kedua gugus ini kadangmuncul dan kadang tidak. Hal ini karena kadarkurkumin yang diberikan terlalu kecil yaitu sebesar5µM.Kemampuan AbsorbKemampuan absorb sponge menunjukkanbanyaknya cairan yang dapat terserap didalam spongedihitung dengan rumusE =x 100% , We menunjukkan beratsponge yang telah menyerap PBS dan Wo adalahberat mula-mula. Dilakukan pengulangan sebanyak3X dan rata-ratanya yang digunakan. Hasilnya dapatdilihat berupa grafik pada Gambar 5 dan teksturnyaterlihat pada Gambar 6.Gambar 5. Grafik Kemampuan Absorb SpongeSponge yang baik adalah yang dapat berubahmenjadi gel dan tidak hancur ketika menyerap cairanPBS pH 7,4.B 15

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 2. Spektrum FTIR sponge A1C2 (Perbandingan alginat:kitosan 1:2)Gambar 3. Spektrum FTIR sponge A0C4 (Perbandingan alginat:kitosan 0:4)Gambar 4. Spektrum FTIR sponge A1C4 (Perbandingan alginat:kitosan 1:4)B 16

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 6. Tekstur sponge setelah diuji dengan larutan PBS pH 7,4Gambar 7. Re-epitelisasi kulit mencit hari ke 3. Garis putus-putus menunjukkan daerah luka. Kontrol (Alkohol), spongeA1C2(alginat:kitosan 1:2), A0C4(alginat:kitosan 0:4), dan A1C4 (alginat:kitosan 1:4)Gambar 8. Kepadatan kolagen (tanda panah) kulit mencit hari ke 3 pada perbesaran 400X. Kontrol (Alkohol), sponge A1C2(alginat:kitosanGambar 9. Kepadatan kolagen (tanda panah) kulit mencit hari ke 3 pada perbesaran 1000X. Kontrol (Alkohol), sponge A1C2(alginat:kitosan1:2), A0C4(alginat:kitosan 0:4), dan A1C4 (alginat:kitosan 1:4)Hasil uji kemampuan absorb diperoleh 3 spongeyang memiliki kemampuan absorb dan tekstur yangbagus setelah di uji dengan larutan PBS pH 7,4. Ketigasponge tersebut yaitu A1C2, A0C4, dan A1C4 denganperbandingan alginate:kitosan 1:2; 0:4; 1:4 yangmasing-masing nilai persentase absorb sebesar 2546%,2066%, dan 1749%. Ketiga sampel tersebut memilikiperbandingan komposisi kitosan yang lebih besarB 17

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8daripada alginat. Sponge A2C2 yang memilikiperbandingan alginat kitosan seimbang menghasilkansponge yang hancur. Sedangkan sponge A3C1, A4C0,dan A4C1 yang memiliki perbandingan komposisialginat lebih besar daripada kitosan menghasilkansponge yang lembek dan tidak berubah menjadi gelsetelah dimasukkan dalam PBS pH 7,4.Cepatnya proses absorb sponge (30 detik) ketikamenyerap cairan PBS (phosphate buffer saline)disebabkan karena sponge membentuk polielektrolitkomplek karena alginat yang bersifat polianion(bermuatan negatif) dan kitosan yang bersifatpolikation (bermuatan positif) mempercepatpenyerapan cairan karena sisi ionik dari alginatmaupun kitosan memiliki potensi besar untuk menarikmolekul air dengan pembentukan ikatan hidrogen(Meng, et.al., 2010). Namun, rapuhnya sponge yangmemiliki komposisi alginat lebih besar daripadakitosan disebabkan karena berdasarkan foto SEM(Scanning Electron Microscopy) pori-pori alginat lebihbesar dari pada kitosan dan ketika dicampur akantimbul serabut-serabut (Dai, et al., 2009). Pori-porialginat yang besar menyebab dinding-dindingpembatas pada alginat lebih sedikit sehingga ketikaterbentuk sponge, serabut-serabut pada sponge yangkomposisi alginatnya lebih besar tidak dapat menahancairan dengan baik karena sedikitnya dindingpembatas yang dapat menopang serabut untukmenyimpan cairan. Hal tersebut menyebabkan spongeyang memiliki komposisi alginat lebih besarmenghasilkan struktur yang lembek dan hancur.Kadar AirUntuk mengetahui berapa persentase kandunganair yang terdapat dalam sponge maka dilakukan ujikadar air. Untuk menghitung persentase kadar airdigunakan rumus :% kadar air = x 100%Wo menunjukkan berat awal sponge dan Wmenunjukkan berat akhir setelah pemanasan.Persentase kadar air dapat dilihat pada Tabel IITabel II. Persentase Kadar Air.Jenis Sponge% Kadar AirSponge A0C4 42,9Sponge A1C2 20,4Sponge A1C4 32,7Sponge A0C4 yang memiliki perbandinganalginat:kitosan 0:4 memiliki kadar air paling tinggidengan persentase 42,9%. Tingginya kadar air padasponge yang memiliki perbandingan kitosan lebihbesar daripada alginat disebabkan karena adanyaikatan hidrogen yang terjadi antara kitosan dengan airyang digunakan sebagai media untuk pengenceranasam asetat. Kitosan memiliki sifat mampu mengikatair, hal ini didukung oleh adanya gugus polar (C-O)dan non polar (C-H dan C-C) pada kitosan. Sesuaidengan rumus kimianya, kitosan lebih banyakmemiliki gugus O-H daripada alginat sehinggakemampuan membentuk ikatan hidrogen denganmolekul air lebih besar. Ikatan hidrogen inimenyebabkan kandungan air dalam sponge masihtinggi walaupun sudah di uapkan dengan proseslyophilizer.Histopatologi Anatomi (HPA)Uji histopatologi anatomi dilakukan dengansebelumnya melakukan perlakuan pada mencit. Mencitdiberi perlakuan dengan luka insisi selama 3 hari.Setelah 3 hari kulit mencit disayat dan dibuat preparatagar dapat dilihat strukturnya di mikroskop.Parameter yang diamati adalah % re-epitelisasidan kepadatan kolagen. Kedua parameter inimemegang peran penting dalam penyembuhan luka.Re-epitelisasi merupakan proses perbaikan sel-selepitel kulit sehingga luka akan tertutup. Semakin cepatterjadi re-epitelisasi akan membuat sktruktur epidermisdan kulit mencapai keadaan normal. Sedangkankolagen merupakan protein utama yang menyusunkomponen matriks ekstra seluler dan merupakanprotein terbanyak yang ditemukan dalam tubuhmanusia. Persentase re-epitelisasi dapat dihitungdengan menggunakan rumus:Re-epitel= X 100%Tabel III. Persentase Re-epitelisasi.SpongePanjang Luka (mm)Total TertutupEpitelReepitelisasiKontrol 1,38 0,67 49%A1C2 0,82 0,72 88%A0C4 0,82 0,82 100%A1C4 0,51 0,51 100%Dapat dilihat pada Tabel 3 bahwa persentase reepitelisasipada kulit mencit yang diberi sponge lebihbesar daripada yang hanya diberi alkohol. Tingginyapersentase re-epitelisasi pada luka yang ditutupisponge dibandingkan dengan kontrol diduga karenaadanya kandungan kurkumin pada sponge. Kurkuminmerupakan senyawa metabolit sekunder golonganfenolik yang berfungsi sebagai antibakteri sehinggamempercepat penutupan luka.Kepadatan kolagen dihitung denganmenggunakan parameter skoring. Parameter skoringhistopatologi untuk kepadatan kolagen (berdasarkanperhitungan 1 lapang pandang, pada objek perbesaran1000x) (Novriansyah, 2008)+0 = Tidak ditemukan adanya serabut kolagen padadaerah luka.+1 = Kepadatan serabut kolagen pada daerah lukarendah.+2 = Kepadatan serabut kolagen pada daerah lukasedang.+3 = Kepadatan serabut kolagen pada daerah lukarapat.+4 = Kepadatan serabut kolagen pada daerah lukasangat rapat.B 18

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Hasil skoring kepadatan kolagen antara kontroldan sponge dapat dilihat pada Tabel IV.Tabel IV. Skor Penilaian Kepadatan KolagenSampel Skor Kepadatan KolagenKontrol +1A1C2 +2A0C4 +4A1C4 +3Kepadatan kolagen yang berbeda antara luka yangditutupi sponge dengan kontrol diduga karena adanyakurkumin dalam sponge. Interaksi antara kurkumindan kolagen akan membentuk ikatan hidrogen yangdapat meningkatkan kerapatan kolagen (Fathima,2009). Sintesis kolagen umumnya dimulai pada hari ke3 setelah luka dan berlangsung cepat sekitar mingguke 2-4. Pada penelitian ini perlakuan hanya sampai 3hari dan kolagen yang terbentuk sudah baikSitotoksisitas (MTT Assay)Uji sitotoksisitas dilakukan pada sponge A1C2,A0C4, dan A1C4 dengan menggunakan sel fibroblasBHK-21. Untuk menghitung persentase sel hidupdapat digunakan rumus :sel hidup= X 100%Jika persentase sel hidup lebih kecil dari 100% makamaterial dikatakan bersifat toksik (Harsas, 2008). Datapersentase sel hidup disajikan dalam Tabel V.Tabel V. Persentase Sel HidupPengulangan Sel Hidup (%)Sponge A1C2 104Sponge A0C4 103Sponge A1C4 106Berdasarkan Tabel 5 dapat dilihat bahwapersentase sel hidup dari ketiga sponge besarnya diatas100%. Hal ini menunjukkan bahwa alginat, kitosan,dan kurkumin yang digunakan sebagai bahan bakupembuatan absorbent dressing sponge amandigunakan pada kulit karena biokompatibel dengan selfibroblas.Berdasarkan dari lima uji dapat dinyatakan bahwadi antara tiga sponge yang memiliki daya absorb baik(sponge A1C2, sponge A0C4, sponge A1C4) spongeA0C4 dengan perbandingan alginat:kitosan 0:4memiliki persentase re-epitelisasi dan kepadatankolagen yang besar. Sebagai absorbent dressing selaindari sisi daya serap juga harus memperhatikan prosespenyembuhan karena tujuan sebagai wound dressingadalah untuk mempercepat penyembuhan luka. SpongeA0C4 juga menunjukkan sifat tidak toksik dan kadarairnya tinggi. Hal ini menciptakan lingkungan lukalembab (moist wound healing) sehingga prosesoksigenasi berjalain baik. Permeabilitas gas dalambalutan merupakan faktor yang penting dalampenutupan luka dimana pertukaran oksigen dankarbondioksida mempunyai efek terhadap konsentrasioksigen di jaringan luka yang akhirnya mempengaruhiproses penyembuhan luka secara seluler.KESIMPULAN DAN SARANKesimpulanBerdasarkan data hasil pengamatan maka dapatdiambil kesimpulan sebagai berikut :1. Absorbent Dressing Sponge berhasil dibuat danyang memiliki persentase daya absorb baik adalahsponge dengan perbandingan alginat:kitosan 1:2,0:4, 1:4 dengan nilai absorb 2546%, 2066%, dan1749%.2. Hasil FTIR menunjukkan bahan baku sudah sesuaidengan gugus fungsinya dan ketiga bahan sudahtercampur dalam sponge dengan munculnya pitaserapan karbonil, C-O dan O-Na yang merupakanpita serapan dari alginat. Gugus hidroksil (O-H)dan amina primer (NH 2 ) dari kitosan. Gugus C-Haromatik dan C=C aromatik dari kurkumin. Hasiluji sitotoksisitas MTT assay menunjukkan spongebersifat tidak toksik dengan persentase sel hidupsebesar 104%, 103%, dan 106%. Hasil uji kadar airmenunjukkan besarnya persentase kadar air untuksponge dengan perbandingan alginat:kitosan 0:4,1:4, dan 1:2 adalah 42,9%, 32,7%, dan 20,4% danpersentase re-epitelisasinya adalah 100%, 100%,dan 88% dengan nilai kepadatan kolagen untuktiap-tiap sponge tersebut adalah sangat rapat, rapat,dan kepadatan sedang.3. Hasil pembacaan preparat histologi dari kulitmencit yang diberi perlukaan selama 3 harimenunjukkan proses re-epitelisasi dan kepadatankolagen pada mencit yang diberi absorbentdressing sponge lebih baik dari pada mencitkontrol yang hanya diberi alkohol.SaranSebagai saran untuk menyempurnakan hasil daripenelitian ini, maka :1. Perlu dilakukan penelitian apabila alginatnyamenggunakan alginat komersial. Dalam penelitianini menggunakan alginat dari LIPI (Lembaga IlmuPengetahuan Indonesia).2. Perlu penelitian lebih lanjut tentang variasi dosiskurkumin yang tepat untuk penyembuhan luka danproses drug loadingnya.DAFTAR PUSTAKAA World Union of Wound Healing Societies. 2007.Wound Exudate and The Role of Dressings.London: Medical Education Partnership Ltd.Anggrianti, Padmi. 2008. Uji Sitotoksik Ekstrak Etanol70% Buah Kemukus (Piper cubeba L.)Terhadap Sel HeLa. Skripsi. Fakultas FarmasiUniversitas Muhammadiyah. Surakarta.Anonim. Universitas Sumatra Utara.http://repository.usu.ac.id/. Diakses tanggal 17Desember 2011B 19

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Anonim. Bab 6 Ikatan Atom dan susunan Atom.http://www.biomed.ee.itb.ac.id/. Diaksestanggal 28 Desember 2011Brooker, Chris. 2008. Ensiklopedia Keperawatan.Alih bahasa : andry hartono, Brahmn U. Pendit,Dwi Widiarti. Jakarta : EGC.Cahyono, JB Suharjo B. 2007. Manajemen Ulkus KakiDiabetik. Dalam Dexa Media JurnalKedokteran dan Farmasi No. 3 Vol. 20, Juli-September. http://www.dexa-medica.com/.Diakses tanggal 26 Desember 2011.Dai, Mei, Xiu Ling Zheng, Xu Xu, XiangYe Kong,XingYi LI, Gang Guo, Feng Luo, Xia Zhao, YuQuan Wei, and Zhiyong Qian. 2009. ResearchArticle : Chitosan-Alginate Sponge :Preparation and Application in CurcuminDelivery for Dermal Wound healing in Rat.Journal of Biomedicine and BiotechnologyVolume 2009, Article ID 595126, 8 pages.Donati, I, Sergio Paoletti. 2009. Material Properties ofAlginates. Department of Life Sciences,University of Trieste. Italy.Febram, Bayu P., Ietje Wientarsih, dan BambangPontjo P. 2010. Aktivitas Sediaan SalepEkstrak Batang Pohon Pisang Ambon (Musaparadisiaca var sapientum) Dalam ProsesPersembuhan Luka Pada Mencit (Musmusculus albinus). Majalah Obat TradisionalEdisi 15 Hal. 121-137.Ferrell, Betty R., Nessa Coyle. 2010. Oxford Textbookof Palliative Nursing. New York:OxfordUniversity Press. Inc.GEMA. 2011. Industri Hilir Rumput laut. EdisiXXXII-Maret. http://www.kemenperin.go.id/.Diakses tanggal 27 Desember 2011Gibson, John. 2002. Fisiologi dan Anatomi ModernUntuk Perawat Edisi 2. alih bahasa : BerthaSugiarto. Jakarta : ECG.Gruendemann, Barbara J., Fernsebner, Billie. 2005.Buku Ajar Keperawatan Perioperatif, Vol. 1.Alih bahasa : Brahm U. Pendit ..[et al.]. Jakarta :EGC.Hargono, Abdullah, Sumantri, Indro. 2008.Pembuatan Kitosan Dari Limbah CangkangUdang Serta aplikasinya Dalam MereduksiKolesterol Lemak kambing. Reaktor, Vol. 12No. 1, Juni, Hal. 53-57.http://jreaktor.undip.ac.id/. Diakses tanggal 17Desember 2011.Harsas, Nadhia Anindhita, 2008, EfekPemberian Graft TulangBerbentukPasta dengan Berbagai Komposisi danKonsentrasi terhadap ViabilitasSel Osteoblas, In Vitro, Jakarta : FakultasKedokteran Gigi Universitas Indonesia.Indraswary, Recita. 2011. Efek Konsentrasi EkstrakBuah Adas (Foeniculum vulgare Mill.) TopikalPada Epitelisasi Penyembuhan Luka GingivaLabial Tikus Sprague Dawley In Vivo. JurnalMajalah Ilmiah Sultan Agung Vol. XLIX, Juli20011 (Edisi Khusus FKG).Johnson, Ruth, and Wendy Taylor. 2004. Buku AjarPraktik Kebidanan. Alih bahasa : SariKurnianingsih, Monica Ester. Jakarta : ECG.Juniantito, Vetnizah, Prasetyo, Bayu F. 2006. AktivitasSediaan Gel Dari Ekstrak Lidah Buaya (Aloebarbadensis Mill.) Pada Proses PersembuhanLuka Mencit (Mus musculus albinus). J.IIPert.Indon. Vol. 11(1).http://repository.ipb.ac.id/. Diakses tanggal 21Desember 2011Junianto. Rendemen dan Kualitas Algin HasilEkstraksi Alga (Sargassum sp.) dari PantaiSelatan Daerah Cidaun Barat. FakultasPerikanan dan Ilmu Kelautan UniversitasPadjajaran. Bandung. http://isjd.pdii.lipi.go.id/.Diakses tanggal 26 Desember 2011.Knoor, D. 1984. Use of Chitinous Polymer In Food –A Challenge For Food Research &Development. Food Tech, 38 : 85-97.Kozier, B., Erb, Glenora, Berman, A., Snyder, S. 2009.Buku Ajar Praktik Keperawatan Klinis Edisi 5.Alih bahasa : Eny Meiliya, esti Wahyuningsih,Devi Yulianti. Jakarta : EGC.Kristina, Natalini Nova, Noveriza R., Syahid, S.F.,Rizal, M. 2009. Peluang Peningkatan kadarKurkumin Pada Tanaman Kunyit danTemulawak. Balai Penelitian Tanaman ObatdanAromatik.http://balittro.litbang.deptan.go.id/. Diaksestanggal 25 desember 2011Lai, Hui L., Asad Abu’Khalil, Duncan Q.M. Craig.2002. The Preparation and Characterisation ofDrug-Loaded Alginate and Chitosan Sponges.International Journal of Pharmaceutics.www.sciencedirect.com.Lee, Kuen Yong, David J. Mooney. 2011. Alginate:Properties and biomedical applications.Elsevier. www.elsevier.com/locate/ppolysciMatsjeh, 2004. Sintesis Flavonoid: Potensi MetabolitSekunder Aromatik Dari Sumber Daya Alamnabati Indonesia. Pidato Pengukuhan Jabatanguru Besar dalam Ilmu Kimia. UniversitasGajah Mada.Medika Jurnal Kedokteran Indonesia. 2010.Penatalaksanaan Berbagai Jenis Lukamenggunakan Dressing. Edisi No. 09 Vol.XXXVI. http://www.jurnalmedika.com/.Diakses tanggal 26 Desember 2011Medika Jurnal Kedokteran Indonesia. 2010. PemilihanDressing yang Tepat Selamatkan Kaki Diabetes.Edisi No 12 Vol XXXVI.http://www.jurnalmedika.com/. Diakses tanggal30 Desember 2011.Meizarini, Asti. 2005. Sitotoksisitas bahan RestorasiCyanoacrylate Pada Variasi PerbandinganPowder dan Liquid Menggunakan MTT Assay.Majalah Kedokteran Gigi (Dental Journal). Vol.38. No. 1 Januari 2005:20-24B 20

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Meng, X., Feng Tian, Jian Yang, Chun-Nian He, NanXing, Fang Li. 2010. Chitosan and AlginatePolyelectrolyte Complex Membranes and TheirProperties for Wound Dressing Application.Springer Science+Business Media.Merck. Curcumin untuk sintesis | Merck ChemicalsIndonesia. http://www.merck-chemicals.com/ .Diakses tanggal 17 Desember 2011.Morison, Moya J., 2003. Manajemen Luka. Alihbahasa : Tyasmono A.F. Jakarta : EGC.Mutia, Theresia. 2009. Peranan Serat Alam UntukBahan Baku Tekstil Medis Pembalut Luka(Wound Dressing). Bandung : Balai BesarTekstil.Novriansyah, Robin. 2008. Perbedaan KepadatanKolagen Di Sekitar Luka Insisi Tikus WistarYang Dibalut Kasa Konvensional dan PenutupOklusif Hidrokoloid Selama 2 dan 14 Hari.Tesis. Program Pasca Sarjana Magister IlmuBiomedik dan Program Pendidikan DokterSpesialis I Ilmu Bedah Universitas DiponegoroSemarang.http://eprints.undip.ac.id/28847/1/Robin_Novriansyah_Tesis.pdf. Diakses tanggal 3 Juli 2012.Nunamaker, Elizabeth A., Erin K. Purcell, Daryl R.Kipke. 2006. In Vivo Stability andBiocompatibility of Implanted CalciumAlginate Disks. Wiley InterScience.www.interscience.wiley.com.Nurdayani, titik. 2011. Makalah Revisi TeknologiKosmetik. Departemen Farmasi ProgramEkstensi FMIPA Universitas Indonesia. Depok.http://www.scribd.com/. Diakses tanggal 26Desember 2011Ovington, Liza G. 2002. Hanging Wet-to-DryDressings Out to Dry Advances in Skin &Wound Care : The Journal for Prevention andHealing.Pangayoman, Roys A. 2009. Perawatan Luka. RS.Immanuel; RS Santosa International. Bandung.http://www.docstoc.com. Diakses tanggal 30Desember 2011.Parirokh, M., Sara Askarifard, Shahla Mansouri, Ali A.Haghdoost, Maryam Raoof, MahmoudTorabinejad. 2009. Effect of Phosphate BufferSaline On Coronal Leakage of MineralTrioxide Aggregate. Journal of Oral Science.Protocols Online. 2010. Phosphate Buffered Saline.http://protocolsonline.com. Diakses tanggal 19Januari 2012.Putri, Kartika Hastarina. 2011. Pemanfaatan RumputLaut Coklat (Sargassum sp.) Sebagai SerbukMinuman Pelangsing Tubuh. Skripsi.Departemen Teknologi Hasil Perairan, FakultasPerikanan dan Ilmu Kelautan Institut PertanianBogor. Bogor.Rachadini, Novianita. 2007. Uji sitotoksisitas EkstrakSerbuk Kayu Siwak (Salvadora persica) PadaKultur Sel Dengan Menggunakan Esei MTT.Proposal. Fakultas Kedokteran Gigi UniversitasAirlangga. Surabaya.Romanelli, M., K. Vowden, D. Weir. 2010. ExudateManagement Made Easy.www.woundsinternational.com.Scharstuhl, A., H.A.M. Mutsaers, S.W.C Pennings,W.A. Szarek, F.G.M Russel, F.A.D.T.GWagener. 2009. Curcumin-Induced FibroblastApoptosis and In Vitro Wound Contraction AreRegulated By Antioxidants and HemeOxygenase : Implications for Scar Formation.Journal Cellular and Molecular Medicine Vol.13, No.4. Blackwell Publishing.Sembiring, Bagem Br., Ma’mun, Ginting, Edi Imanuel.Pengaruh Kehalusan Bahan dan LamaEkstraksi Terhadap Mutu Ekstrak Temulawak(Curcuma xanthorriza Robx). Balai Penelitiantanaman Obat dan Aromatik.http://balittro.litbang.deptan.go.id/. Diaksestanggal 25 Desember 2011.Sembiring, F. 2011. Gliserolisis Antara MinyakKelapa. Universitas Sumatra Utara.repository.usu.ac.id/. diakses tanggal 30Desember 2011.Sharma, Chandra P., Paul, Willi. 2004. Chitosan andAlginate Wound Dressings : A Short Review.Division of Biosurface Technology, BiomedicalTechnology Wing Institute for Medical Sciences& Technology. Poojappura,Thiruvananthapuram. http://medind.nic.in/.Diakses tanggal 26 Desember 2011.Situngkir, Janner. 2008. Pembuatan dan KarakterisasiFisikokimia Bahan Cetak Gigi Palsu KalsiumAlginat. Tesis. Program Studi Kimia SekolahPascasarjana Universitas Sumatera Utara.http://repository.usu.ac.id/. Diakses tanggal 27Desember 2011.Stevens, P.J.M., Bordui, F., Van der Weyde, J.A.G.1999. Ilmu Keperawatan. Jilid 2. Jakarta : EGC.Staff UB Modul Praktikum Lab. Pemuliaan TanamanUniversitas Brawijaya. 2012. Modul 5 Uji MutuFisik dan Kadar Air.http://labpemuliaantanaman.staff.ub.ac.id/files/2012/03/modul-5.-uji-mutu-fisik-dan-kadarair.pdf.Diakses tanggal 16 Juli 2012.Sunaryo. 2004. Psikologi Untuk Keperawatan. Jakarta :EGC.Sussman, Geoff. 2009.Wound Care Module. WoundResearch Wound Foundation of Australia.Takeuchi, Yoshito. 2009. Metoda Spektroskopik.http://www.chem-is-try.org/. Diakses tanggal17 Desember 2011.Tarigan, Rosina, Pemila, Uke. 2007. Perawatan LukaMoist Wound Healing. Program Magister Ilmukeperawatan FMIPA Universitas Indonesia.Depok.Tranggono, Retno Iswari, Latifah, Fatma. 2007. BukuPegangan Ilmu Pengetahuan Kosmetik. Jakarta :Gramedia Pustaka Utama.B 21

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Triyono, Bambang. 2005. Perbedaan TampilanKolagen Di Sekitar Luka insisi Pada TikusWistar Yang Diberi Infiltrasi Penghilang NyeriLevobupivakain dan Yang Tidak DiberiLevobupivakain. Tesis. Program MagisterBiomedik dan PPDS I Universitas DiponegoroSemarang.University of Leeds. 2010. The Histology Guide.Faculty of Biological Sciences.http://histology.leeds.ac.uk. Diakses tanggal 25November 2011.White R., Keith F. Cutting. 2006. Modern ExudateManagement : A Review of Wounds Treatments.World Wide Wounds.www.worldwidewounds.comWound Essentials. 2008. Wound Exudate : What It IsAnd How To Manage It. www.wounds-uk.com.Diakses tanggal 17 Januari 2012.Yulianto, Kresno. 2007. Pengaruh KonsentrasiNatrium Hidroksida Terhadap ViskositasNatrium Alginat Yang Diekstrak dariSargassum duplicatum J.G. Agardh(Phaeophyta). UPT Loka PengembanganKompetensi SDM Oseanografi Pulau Pari. LIPI.http://elib.pdii.lipi.go.id/. Diakses tanggal 27Desember 2011Yuliati, Anita. 2005. Viabilitas Sel Fibroblas BHK-21Pada Permukaan Resin Akrilik Rapid HeatCured. Majalah Kedokteran Gigi (DentalJournal). Vol. 38. No. 2 April-Juni 2005:68-72Zulfikar. 2010. Ikatan Hidrogen. http://www.chem-istry.org/.Diakses tanggal 28 Desember 2011B 22

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGARUH VARIASI WAKTU MILLING TERHADAP SIFAT FISIS SENGFOSFAT DAN NANO ZINC OXIDEDessy MayasariDepartemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas AirlanggaABSTRACTHas done research on the variation of milling time for dental zinc phosphate cement and ZnO nanoparticles, thevariation of milling time of 0, 5, 10, 15 and 25 minutes. All samples tested using XRD (X-ray Diffraction),hardness (Vickers) and compressive strength (Autograph). XRD test results indicate the volume fraction hopiete(Zn3 (PO4) 2 + 4 H 2 O) increases with increasing milling time with the highest value of 56,45% on a 25-minutemilling time and the volume fraction of ZnO decreases with increasing milling time with the lowest score of43,54% of the milling time of 25 minutes. This happens because the nano ZnO reacts with zinc phosphate cementto form hopiete. Hardness test results obtained the highest value of 148,0 MPa and the highest test of 401.8 MPacompressive strength increases with increasing milling time of 25 minutes. This shows the value added contenthopiete increase hardness and compressive strength. This value is quite good as fillings, because the value ofcompressive strength of dental enamel around 250-550 MPa.Key words: time of milling, zinc phosphate cement, zinc oxide nanoparticles.PENDAHULUANSemen gigi merupakan bahan penambal gigi padamahkota gigi yang hilang. Bahan tersebut berisipartikel dari keramik berbahan dasar seng oksida danmagnesium oksida. Bubuk semen gigi dicampurdengan cairan yang berisi asam fosfat dan air. Semengigi yang digunakan sebagai bahan tambalmempunyai kekuatan yang rendah dibandingkan resinkomposit dan amalgam, tetapi dapat digunakan untukdaerah yang mendapat sedikit tekanan. Terlepas darikekuatannya yang rendah, semen ini memiliki sifatkhusus yang diinginkan yaitu sebagai alas penahanpanas dibawah tambalan logam serta pelindung sarafdan pembuluh darah pada ruang pulpa sehinggadigunakan pada hampir 60% restorasi. (Anusavice,2003).Semen gigi yang digunakan pada penelitian iniadalah semen seng fosfat (zinc phosphate cement)yang merupakan bahan semen tertua sehinggamempunyai catatan terpanjang dan tolok ukur bagisistem-sistem yang baru (Anusavice, 2003). Sengfosfat memiliki sifat daya larut yang relatif rendah didalam air dan keasamanan semen yang cukup tinggi,sehingga diperlukan tambahan partikel yang dalampenelitian ini berupa nanopartikel ZnO. Penambahannanopartikel ZnO memungkinkan terbentuknyahopeite Zn 3 (PO 4 ) 2 +4H 2 O yang lebih banyak sehinggasifat mekaniknya meningkat dan menambah kekuatansemen sesuai dengan teori Holepack, sehinggadiharapkan dapat meningkatkan kekuatan tekan yanglebih baik. Nilai kekuatan tekan yang diperoleh daripenelitian tersebut 9,917 MPa, ini jauh dari penelitianyang telah ada (Erick, 2011). Oleh karena itudiperlukan proses pencampuran dengan menggunakanHEM, sehingga diharapkan memiliki nilai yang sama.HEM membantu homogenisasi karena ukuran partikelyang semakin kecil dengan waktu pencampuran danperubahan suhu yang diakibatkan tumbukan antarpartikel.Ukuran partikel dari semen seng fosfat maupunZnO yang dibuat berukuran kecil (nano) akanmempermudah proses pencampuran. Kedua partikeltersebut jika dicampurkan akan menghasilkancampuran yang lebih keras dan memiliki daya tekanyang lebih besar. Semakin kecil ukuran suatu partikelmaka semakin cepat proses pencampuran. Hasilsintesis dikarakterisasi dengan melakukan uji XRD(X-Ray Diffraction) untuk mengetahui fasa yangterbentuk, uji kekerasan dan uji kekuatan tekan.METODE PENELITIANAlatPeralatan yang digunakan dalam penelitian iniadalah pipette, cetakan sampel dari teflon, kaca,stainless steel spatula, neraca analitik, VickersHardness, Compressive Strength, High EnergyMilling dan X-ray Diffraction.BahanBahan-bahan yang digunakan dalam penelitianini adalah Semen seng fosfat dalam bentuk serbuk,Nanopartikel Zinc Oxide serbuk (ZnO powder) danCairan semen seng fosfat.Cara KerjaPersiapan bahan yang harus dilakukan sebelummelakukan penelitian adalah menyediakan serbuksemen seng fosfat murni dan cairan semen seng fosfatserta zinc oxide serbuk yang berukuran nano.Komposisi bahan yang dipilih berupa semen sengfosfat dan nano ZnO dalam bentuk serbuk denganperbandingan kadar semen seng fosfat (8,5) dan nanoZnO (1,5) serta cairan semen seng fosfat (Erick,2011). Sebelum di beri cairan seng fosfat, terlebihdahulu semen seng fosfat di campur dengan ZnO yangB 23

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8berukuran nano dengan berat total kedua sampel 15gram. Perbandingan kedua sampel tersebut sebesar85% semen seng fosfat dan 15% ZnO yang akanmenghasilkan nilai massa masing-masing sampelsebesar 12,75 gram semen seng fosfat dan 2,25 gramZnO. Selanjutnya dilakukan pencampuran denganmenggunakan HEM dengan variasi waktu milling 0,5, 10, 15 dan 25 menit.Hasil dari pencampuran semen seng fosfat dannano ZnO, akan dicampur dengan cairan semen sengfosfat beberapa mililiter dan diaduk secara meratadengan menggunakan spatula semen yang diletakkandi atas kaca slab. Setelah adonan tercampur secaramerata (homogen) lalu diletakkan ke dalam cetakandan di cetak sehingga terbentuk pellet denganspesifikasi cetakan terbuat dari bahan teflon yangmemiliki panjang 6 cm, lebar 4 cm, tebal 5 mm dandiameter 0,8 cm. Sampel yang telah di buat kemudiandilakukan uji kekerasan dan kekuatan tekan sertakarakterisasi XRD.HASIL DAN PEMBAHASANHasil Uji XRDGrafik pola hasil XRD ditentukan fasa-fasanyadengan melakukan search matchGambar 1 (c) Grafik hasil search match XRD sampel dengan waktumilling 10 menitGambar 1 (d) Grafik hasil search match XRD sampel dengan waktumilling 15 menitGambar 1 (a) Grafik hasil search match XRD sampel dengan waktumilling 0 menitGambar 1 (b) Grafik hasil search match XRD sampel dengan waktumilling 5 menitGambar 1 (e) Grafik hasil search match XRD sampel dengan waktumilling 25 menitHasil search match dapat di identifikasi fasapuncak XRD yang digunakan untuk menghitung nilaifraksi volume sehingga dapat diketahui presentasefasa dari masing-masing fasa yang ada. Hasilperhitungan ditampilkan pada Tabel 1 dandigambarkan dengan grafik yang ditunjukkan padaGambar 2 dan Gambar 3.SampelWaktuMilling(Menit)Tabel 1. Fraksi VolumeFraksi VolumeHopiete(Zn 3 (PO 4 ) 2 4H2O)ZnOA 0 28,78 % 67,83 %B 5 44,72 % 55,27 %C 10 47,14 % 51,96 %D 15 53,64 % 46,35 %E 25 56,45 % 43,54 %B 24

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 2. Kurva Nilai Fraksi Volume HopieteGambar 3. Kurva Nilai Fraksi Volume ZnOGambar 2 dan Gambar 3 menunjukkan nilaifraksi volume antara ZnO dan Zn 3 (PO 4 ) 2 4H 2 O(hopiete). Nilai fraksi volume yang dihasilkan untukZn 3 (PO 4 ) 2 4H 2 O (hopiete) terjadi peningkatan seiringdengan lamanya waktu milling, sedangkan pada ZnOsemakin lama waktu milling nilai fraksi volume yangdihasilkan semakin menurun.Hasil Uji KekerasanNilai kekerasan masing-masing sampel diperolehdari rata-rata nilai HVN tersebut. Hasilnyaditunjukkan pada Tabel 2 dan di grafikkan padaGambar 4.No Sampel WaktuMilling(Menit)Tabel 2. Hasil Uji KekerasanTestLoad(kgf)DwellTime(detik)D1(mikro)D2(mikro)HVN(MPa)1. A 0 204 10 92,00 89,98 44,762. B 5 201 10 56,70 59,31 108,53. C 10 202 10 63,52 54,91 104,64. D 15 203 10 59,27 55,32 112,35. E 25 200 10 46,34 52,75 148,0Gambar 4. Kurva Hasil Uji KekerasanTampak hasil uji kekerasan diperoleh nilai yangditunjukkan pada Gambar 4, yang nilai dari hasil ujikekerasan yang dinyatakan dalam satuan MPa(Megapascal). Sampel A merupakan sampel semengigi seng fosfat tanpa proses milling, nilai kekerasansebesar 44,76 MPa. Sampel B sampai dengan SampelE merupakan sampel semen gigi seng fosfat denganproses milling masing-masing 5 menit, 10 menit, 15menit dan 25 menit. Besarnya kekerasan sampel B, C,D dan E masing-masing adalah sebesar 108,54 MPa,104,67 MPa, 112,35 MPa dan 148,03 MPa.Berdasarkan nilai kekerasan dari masing-masingsampel menunjukkan peningkatan nilai kekerasanseiring dengan lamanya waktu milling yangdilakukan, sedangkan pada sampel C nilai kekerasanyang dihasilkan mengalami penurunan, hal ini terjadikarena ukuran pellet yang dihasilkan berubah padasaat pengambilan dari cetakan, sehinggamempengaruhi kekerasan bahan semen gigi.Hasil Uji Kekuatan TekanPengukuran kekuatan tekan pada sampel, yangdibuat dengan massa 0,6 gram dan 8 tetes cairan sengfosfat. Proses pengujian dilakukan dengan menekansampel hingga patah dengan beban yang diberikansebesar 100 kN.Hasil dari pengujian kekuatan tekan dapat dilihatpada Tabel 3 dan kemudian hasilnya akan digrafikkan pada Gambar 5. antara nilai kekuatantekan bahan terhadap variasi waktu milling.Tabel 3. Hasil Uji Kekuatan TekanNo. Sampel WaktuMilling(Menit)F(N)LuasPermukaan(m 2 )1. A 0 5390 42,98 x 10 -2. B 5 16856 47,75 x 10 -3. C 10 10976 45,34 x 10 -4. D 15 17836 48,99 x 10 -5. E 25 20188 50,24 x 10 -66666KuatTekan(MPa)125,407353,005242,082364,074401,831B 25

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 5. Kurva Hasil Uji Kekuatan TekanGambar 5. menunjukkan nilai hasil uji kekuatantekan yang dinyatakan dalam satuan MPa(Megapascal). Sampel A merupakan sampel semengigi seng fosfat tanpa proses milling, nilai kekuatantekan sebesar 125,407 MPa. Sampel B sampai denganSampel E merupakan sampel semen gigi seng fosfatdengan proses milling masing-masing 5 menit, 10menit, 15 menit dan 25 menit. Besarnya kekuatantekan Sampel B, C, D dan E masing-masing adalahsebesar 353,005 MPa, 242,082 MPa, 364,074 MPadan 401,831 MPa. Berdasarkan nilai kekuatan tekandari masing-masing sampel menunjukkan peningkatankekuatan tekan seiring dengan lama waktu millingyang dilakukan, sedangkan pada sampel C nilaikekuatan tekan yang dihasilkan mengalamipenurunan, hal ini terjadi karena ukuran pellet yangdihasilkan berubah pada saat pengambilan daricetakan, sehingga mempengaruhi kekuatan tekanbahan semen gigi.Nilai hasil kekuatan tekan yang diperoleh denganproses milling menunjukkan bahwa lama waktumilling mempengaruhi kekuatan tekan bahan semengigi, sehingga membantu proses homogenisasi daricampuran semen seng fosfat dan nano ZnO.Selain sampel dengan massa 0,6 gram dan 8 tetescairan seng fosfat, dilakukan pula pengujian sampeldengan massa dan jumlah tetes yang berbeda. Tabel 4.menunjukkan nilai hasil uji kekuatan tekan tanpaproses milling dengan variasi massa semen sengfosfat dengan nano ZnO dan cairan semen seng fosfat.Nilai kekuatan tekan semakin meningkat seiringdengan penambahan massa semen seng fosfat dengannano ZnO dari 0,5 gram menjadi 0,6 gram danpenambahan jumlah cairan seng fosfat yang diberikansama banyaknya, Penambahan massa meningkatkannilai kekuatan tekan dari 66,322 MPa dan 107,285MPa. Sedangkan untuk massa 0,5 gram dan 0,7 gramdengan penambahan jumlah cairan seng fosfat yangdiberikan dari 8 tetes menjadi 12 tetes meningkatkannilai kekuatan tekan dari 66,322 MPa menjadi403,782 MPa.Nilai hasil kekuatan tekan yang diperoleh tanpaproses milling dengan variasi massa dan cairan semenseng fosfat menunjukkan bahwa selain massa, cairansemen seng fosfat mempengaruhi kekuatan tekanbahan semen gigi, semakin banyak cairan seng fosfatsemakin besar nilai kekuatan tekan yang dihasilkan,sehingga membantu proses homogenisasi daricampuran semen seng fosfat dan nano ZnO.No.Tabel 4. Hasil Uji Kekuatan Tekan Sampel Tanpa MillingSampelF (N)LuasPermukaan(m 2 )KuatTekan(MPa)JumlahGramJumlahTetes1. 0,5 8 3332 50,24 x 10 -6 66,3222. 0,6 8 5390 50,24 x 10 -6 107,2853. 0,7 12 20286 50,24 x 10 -6 403,782PEMBAHASANPada penelitian ini sampel yang digunakan adalahcampuran semen seng fosfat, nano ZnO dan cairanseng fosfat dengan perbandingan 85% semen sengfosfat dan 15% nano ZnO dari massa total 15 gram,sehingga didapatkan nilai massa masing-masingbahan sebesar 12,75 gram semen seng fosfat dan 2,25gram nano ZnO. Sebelum dicampur dan dicetak,dilakukan proses milling pada semen seng fosfat dannano ZnO dengan variasi waktu 0, 5, 10, 15 dan 25menit. Kemudian kedua bahan campuran tersebutmasing-masing diambil 0,6 gram dengan penambahan8 tetes cairan seng fosfat, setelah itu bahan dicampurdengan menggunakan pengaduk hingga bahantercampur rata, pada saat proses pencampuranmenggunakan pengaduk, waktu yang diperlukanmasing-masing sampel berbeda, semakin lama waktumilling yang diberikan, maka semakin cepat keduacampuran mengeras. Hal ini dikarenakan prosesmilling mempengaruhi sifat homogen campuranbahan tersebut. Setelah bahan tercampur rata,kemudian bahan dicetak dan dibentuk sehinggamembentuk pellet dengan diameter 8 mm denganspesimen waktu 12 menit setiap sampel.Pellet yang sudah jadi, kemudian dilakukanbeberapa pengujian untuk mengetahui nilai fraksivolume hopiete pada uji XRD, kekerasan dankekuatan tekan. Hasil Uji XRD yang dilakukan,digunakan untuk mengidentifikasi fasa-fasa yangterkandung dalam campuran, dari uji tersebutditemukan nilai kandungan hopiete dan ZnO,kemudian dilakukan perhitungan fraksi volume untukmendapatkan persentase nilai kedua campurantersebut. Dari perhitungan fraksi volume didapatkanpersentase nilai tertinggi untuk hopiete sebesar56,45% pada variasi waktu milling 25 menit danpersentase nilai terendah sebesar 28,78% pada variasiwaktu milling 0 menit (tanpa proses milling),sedangkan pada nano ZnO persentase nilai tertinggisebesar 67,83% pada variasi waktu milling 0 menit(tanpa proses milling) dan persentase nilai terendahsebesar 43,54% pada variasi waktu milling 25 menit.Hasil uji kekerasan menunjukkan nilai kekerasanyang cenderung meningkat dengan bertambahnyawaktu milling. Nilai tertinggi yang didapatkan padauji kekerasan sebesar 148,03 MPa dengan waktumilling 25 menit, sedangkan nilai terendah yangdidapatkan sebesar 44,76 MPa dengan waktu milling0 menit (tanpa proses milling). Hal ini dikarenakanB 26

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8proses milling mempengaruhi sifat homogencampuran bahan.Hasil uji kekuatan tekan menunjukkan nilaikekuatan tekan yang cenderung meningkat denganbertambahnya waktu milling. Nilai tertinggi yangdidapatkan pada uji kekuatan tekan sebesar 401,831MPa dengan waktu milling 25 menit, sedangkan nilaiterendah yang didapatkan sebesar 125,407 MPadengan waktu milling 0 menit (tanpa proses milling),sedangkan nilai lapisan email (enamel) sekitar 250-550 MPa. Hal ini dikarenakan proses millingmempengaruhi sifat homogen campuran bahan.Hasil dari beberapa pengujian tersebut dapatdilihat bahwa proses milling mempengaruhi nilaikekerasan, kekuatan tekan dan fraksi volume pada ujiXRD. Nilai yang diperoleh menyatakan bahwasemakin lama waktu milling, maka nilai yangdihasilkan semakin besar. Hal ini dikarenakan padasaat proses milling, kedua campuran bahan tersebuttercampur secara merata (homogen).KESIMPULANDari serangkaian penelitian dan analisis tentangpemberian nanopartikel ZnO ke dalam semen gigiseng fosfat (zinc phosphate cement) tanpa dan denganvariasi waktu milling diperoleh kesimpulan sebagaiberikut :Hasil Uji XRD (X-Ray Diffraction) menunjukkanfraksi volume hopiete meningkat seiring denganbertambahnya waktu milling, dengan nilai tertinggidicapai pada waktu milling yaitu sebesar 25 menitdengan nilai yang dihasilkan sebesar 56,45 %, diikutidengan menurunnya nilai fraksi volume nano ZnOdengan nilai terendah dicapai pada waktu milling 25menit sebesar 43,54 %. Hal ini terjadi karena nanoZnO bereaksi dengan semen seng fosfat membentukhopiete.Nilai kekerasan dan kekuatan tekan dari semengigi seng fosfat (zinc phosphate cement) meningkatseiring dengan lamanya waktu milling 25 menitdengan nilai uji kekerasan tertinggi sebesar 148,03MPa dan nilai uji kekuatan tekan tertinggi sebesar401,831 MPa. Hal ini menunjukkan pertambahankandungan hopiete meningkatkan nilai kekerasan dankekuatan tekan.DAFTAR PUSTAKAAfif,K.M., 2011, Pengaruh Penambahan NanopartikelSeng Oksida Terhadap Struktur Kristal SemenSeng Fosfat, Skripsi Fsaintek UNAIR,SurabayaAnusavice,J.K., 2003, Philips : Buku Ajar Ilmu BahanKedokteran Gigi, alih bahasa : Johan ArifBudiman dan Susi Purwoko, E.GC, JakartaCombe,E.C,, 1992, Sari Dental Material, alih bahasa :drg. Slamet Terigan, MS, PhD, Balai Pustaka,JakartaGreenwood, Norman N. And A. Earnshaw., 1997,Chemistry of the Elements 2 nd Edition. Oxford: Butterworth - HeinemannHera, 2009, Konsep Laju ReaksiNoort,R.V., 1994, Introduction to Dental Material,Mosley, LondonNikisami, 2011, Sintesis Nanopartikel dengan HighEnergy MillingPark C.K., Silsbee M.R., Roy D.M., 1998, SettingReaction and Resultant Structure of ZincPhosphate Cement in VariousOrthophosphoric Acid Cement-FormingLiquids. Cement and Concrete Research 28(1): 141-150. doi: 10.1016/S0008-8846(97)00223-8Rohman.N.T., 2009, HKI Media/Vol.IV/No.3.Tangerang : PUSPIPTEK, Serpong, TangerangServais.G.E. And L.Cartz., 1971, Structure of ZincPhosphate Dental Cement. Wisconsin :College of Engineering, Marquette University,Milwaukee, Wisconsin, USAVan Vlack.L.H., 1985, Ilmu dan Teknologi Bahan (Ilmu Logam dan Bukan Logam ) Edisi Kelima.Jakarta : ErlanggaWidodo,R.W.E., 2011, Pengaruh PemberianNanopartikel ZnO Terhadap MikrostrukturSemen Gigi Seng Fosfat, Skripsi FsaintekUNAIR, SurabayaB 27

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8ANALISIS STRUKTUR DAN SIFAT MAGNETIK PADUAN MAGNETNANOKRISTALIN BARIUM HEKSAFERIT BAFE 12 O 19 DENGAN METODEMECHANICAL MILLINGEva Hasanah 1*) , Agus Setyo Budi 1*) , Wisnu Ari Adi 2*) dan Iwan Suguhartono 1*)1 Universitas Negeri Jakarta, Jln.Pemuda No.10 Rawamangun, Jakarta Timur 132202 Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir-BATAN, Kawasan Puspiptek, Serpong, Tanggerang Selatan15314Email: evahasanah68@yahoo.comAbstrakPenelitian ini bertujuan untuk mensintesis paduan magnet nanokristalin BaFe 12 O 19 dan menganalisis strukturkristal, mikro srtuktur dan sifat magnetiknya. Pencampuran bahan baku dilakukan dengan metode MechanicalMilling menggunakan High Energy Milling (HEM), kemudian dicetak tekan berbentuk pelet dan disinteringpada suhu 1200 o C. Proses milling dilakukan dengan variasi waktu 10, 20, dan 30 jam. Hasil pengukurandifraksi menunjukkan pola difraksi yang menurun dan melebar dengan meningkatnya waktu milling, namuntidak terbentuk fasa amorf. Selanjutnya sampel dianalisis sifat kemagnetan dengan alat VSM. Hasil pengukuranVSM, menunjukkan sifat magnetik yang lebih optimum setelah milling 30-jam dengan nilai remanensi dankoersifitas berturut-turut sebesar 33.2 emu/gram dan 163 mT. Kenaikan sifat magnet BaFe 12 O 19 tersebutterkait dengan ukuran butir yang semakin kecil (skala nano) setelah proses milling 30-jam, yaitu 37.72 nm.Pemanfaatan magnet permanen nanokristalin BaFe 12 O 19 dilakukan dengan mengaplikasikannya kedalamsistem generator listrik sederhana.Keywords: Sifat magnetik, BaFe 12 O 19 , nanokristalin, Mechanical Milling MethodPENDAHULUANEnergi alternatif telah banyak dikembangkanguna mengatasi kelangkaan akan bahan bakar fosilserta untuk mengurangi efek pencemaran. Salah satudari energi alternatif yang dapat dimanfaatkan secaragratis tanpa efek pencemaran, yaitu pemanfaatantenaga magnet permenen. Tenaga magnet permanenmampu bertahan 400 tahun hingga sifatkemagnetannya hilang. Magnet permanen yang dalamhal ini digunakan sebagai aplikasi pengubah energi,dari energi gerak (kinetik) ke energi listrik adalahgenerator listrik.Ferit adalah salah satu jenis magnet permanenyang penggunaannya masih menduduki 50% pangsapasar dunia. Barium heksaferit atau BaFe 12 O 19merupakan golongan magnet ferit keras denganstruktur kristal heksagonal yang proses sintesisnyasangat ekonomis karena bahan bakunya yang mudahdidapat dan memiliki sifat fisis menguntungkan,seperti kestabilan kimia yang baik, tahan terhadapkorosi, temperatur curie cukup tinggi 450 o C (Irasari,P et al, 2007). Namun, BaFe 12 O 19 yang ada saat inibelum memiliki sifat magnetik (Hc,Ms dan Mr)optimal dibandingkan dengan bahan magnet berbasislogam tanah jarang. Berikut ini adalah gambarperkembangan magnet dengan nilai energi produkmasing masing bahan.Gambar 1. Perkembangan Magnet Keras (Constantinides, S 1995)Sesuai dengan kajian pustaka mengenai teorimagnetik bahwa :(1)M merupakan nilai magnetisasi sebanding denganjumlah momen magnetik total m per satuan volum,dengan d terkait dengan diameter kristal suatu bahanmagnet (Qiang,Li, et al ,2008). Kemudian, penelitianoleh A.Attie dan A.Mali tahun 2008 menyatakanbahwa, sifat kemagnetan bahan (Hc,Ms,Mr danBH max ) dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu jenisbahan, ukuran kristalit, dan orientasi magnetiknya.Metode mechanical milling adalah salah satuteknik modifikasi partikel paling sederhana, lowcost,dan menghasilkan produk lebih banyak dibandingkandengan metode kimia (kopresipitasi, sol-sel,dll).Metode mechanical milling merupakan teknikpencampuran bahan yang berfungsi untukB 28

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8memperkecil ukuran partikel/kristalit baik logam,nonlogam maupun mineral. Pada saat proses millingberlangsung, partikel terjebak dan salingbertumbukan dengan bola-bola milling sehinggamengakibatkan patahan, retakkan dan menghancurkanpartikel serta mampu mengubah bentuk, ukuran,kerapatan serbuk, dan tingkat kemurnian dari materialserbuk.Gambar 2. Tumbukkan bola-material-bola selamaMechanical Milling (C.Suryanarayana, 2001)prosesPada penelitian ini akan dilakukan kajian sintesisnanokristalin BaFe 12 O 19 dengan reaksi zat padat(solid state reaction) kemudian dilakukanpenggilingan menggunakan High Energy Milling(HEM) dengan variasi waktu milling 10,20 dan 30-jam.Tujuan penelitian adalah untuk menganalisis danmemahami bagaimana pengaruh variasi waktu millingterhadap struktur kristal, mikro struktur, dan sifatmagnetik dari BaFe 12 O 19 .METODE PENELITIANBahan yang digunakan dalam penelitian iniadalah BaCO 3 (kemurnian 99.9%) dan Fe 2 O 3(kemurnian 99.9%). Kemudian masing-masing bahandihitung massanya sehingga didapatkan perbandinganstoikoimetri Sr : Fe = 1 : 12 yang ditunjukkan dalampersamaan reaksi sebagai berikut:BaCO 3(s) + 6Fe 2 O 3(s) BaFe 12 O 19(s) + CO 2(g)(2)Kedua bahan dasar BaCO 3 dan Fe 2 O 3 dicampurmenggunakan metode wet mixing. Tujuan milling iniagar diperoleh campuran sempurna dan menghasilkanpertikel yang relatif kecil sehingga pada saat sinteringakan memudahkan proses difusi. Setelah itu, sampeldicetak dalam bentuk pelet menggunakan alat cetakdengan dies berdiameter 2 cm dan tebal 2 mm.Sampel yang telah berbentuk pelet, kemudiandisintering pada suhu 1200 o C selama 4jam yangmerujuk pada diagram fasa seperti yang ditunjukkanpada gambar 3. Maksud dari proses perlakuan panasadalah agar material yang telah dicampurkan dapatbereaksi membentuk fasa BaFe 12 O 19 .Gambar 3. Diagram Fasa sistem Fe 2 O3 – BaO(Nowosielski, et al ,2007)Selanjutnya masing-masing sampel dihaluskankembali dengan menggunakan High Energy Millingdengan variasi waktu 10 jam, 20 jam, dan 30 jam.Dimensi vial HEM, panjang 7,6 cm dan diameter 5,1cm sedangkan diameter ball mill yang digunakan 10mm, terbuat dari bahan stainless steel. Penelitian inimenggunakan rasio 2, dilihat dari perbandinganmassa kedua sampel sebesar 20 : 40 dari massa ballmill. (1 ball mill = 4 gram). Proses penghalusanbertujuan untuk menghasilkan butiran yang relatifkecil dalam hal ini diharapkan terbentuk sistemmagnet nanokristalin. Kemudian, sampel dikeringkanmenggunakan oven pada temperatur 85 0 C selama 6jam. Tujuannya adalah untuk menguapkan ethanolyang digunakan dalam proses milling.Analisis kualitas dan kuantitas fasa-fasa yangadadidalam sampel diukur menggunakan X-RayDiffractometer (XRD). Pola difraksi sinar-Xdianalisis mengunakan perangkat lunak RIETAN(Rietveld Analysis) 1994 dan GSAS. Analisis ukurankristalit dihitung menggunakan persamaanWilliamson-Hull Method. Struktur mikro dan analisiselementer pada masing-masing sampel dapatdiketahui dengan menggunakan alat SEM-EDS. Sifatkemagnetan bahan diuji menggunakan alat VSM.HASIL DAN PEMBAHASANKarakterisasi XRD menunjukkan telah terbentuksingle phase BaFe 12 O 19 . Hal ini sesuai dengan hasilpencocokkan data pengukuran yang telah bersesuaiandengan data referensi JCPDS Nomer 07-0267, bidanghkl yang muncul adalah (110),(114),(2011),(205),(203),dan lainnya. Kemudian, Prosesrefinement menggunakan GSAS-EXPGUImenunjukkan bahwa sampel memiliki selisih antaraobservasi dan kalkulasi sangat kecil, yaitu faktor χ 2(chi-squared) = 1.237 wRp = 0.358, dan Rp = 0.274(syarat < 1.3,wRp

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8diseluruh permukaan sampel, berbentuk poligonalyang merupakan ciri-ciri bentuk partikel dariBaFe 12 O 19 dengan ukuran partikel 100 – 1000 nm.Bertambahnya waktu milling membuat partikelsemakin halus dan cenderung teraglomerasi. Hal inidisebabkan sampel mempunyai sifat magnet yangkuat dan didukung oleh sifat ingin menstabilkan diridengan cara bergabung dengan partikel yangukuranya lebih kecil.a.Gambar 4. Identifikasi Fasa Pola XRD BaFe 12 O 19Hasil pengukuran pola XRD gabungan sampelBaFe 12 O 19 sebelum dan sesudah milling 10, 20 dan30-jam ditunjukkan pada gambar 5b..Gambar 5. Pola Difraksi Sinar-x BaFe 12 O 19 sebelum dan sesudahmilling 10-20 dan 30-jamPada gambar terlihat intensitas puncak difraksisemakin menurun dan melebar dengan meningkatnyawaktu milling, namun tidak terbentuk fasa amorf. Halini mengindikasikan terjadinya kerusakan strukturyang diakibatkan oleh tumbukkan bola-bola milling.Hasil konfirmasi analisis elementer jugamenunjukkan bahwa tidak ada unsur lain kecualiunsur utama penyusun senyawa BaFe 12 O 19 . Unsur Audan Cu adalah unsur yang digunakan saat preparasiEDS. Berikut adalah tabel untuk presentase massadan atomik sebelum dan sesudah milling 30-jamc.d.TABEL I .Hasil Analisis Kuantitatif Unsur BaFe 12 O 19 Sebelumdan sesudah millingSebelum MillingUnsur Massa Atomik% %Milling 30-jamMassa Atomik% %O 10.56 38.50 14.71 45.96Fe 42.2 44.09 44.20 39.57Cu 2.85 2.62 4.64 3.65Ba 4.41 2.94 4.94 2.82Au 39.98 11.85 31.43 7.98Berdasarkan hasil pengamatan morfologi sampelmenggunakan SEM (perbesaran 20000x) tampakbahwa partikel BaFe 12 O 19 terdistribusi merataB 30Gambar 6.Foto SEM BaFe 12 O 19 : a) original, b)10-jammilling,c)20-jam milling, dan d)30-jam millingKarakterisasi VSM dilakukan untuk mengetahuisifat kemagnetan dari nanokristalin BaFe 12 O 19sebelum dan sesudah milling 10,20 dan 30-jam. Datahasil karakterisasi VSM berupa kurva histerisismagnetisasi (M) dengan medan magnet (H). Sifatkemagnetan dari hasil sintesis diketahui berbeda-bedauntuk setiap variasi waktu milling, seperti yangditunjukkan pada gambar 7. Nilai magnetisasi

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8remanensi (Mr), Magnetisasi Saturasi (Ms) danMedan koersifitas (Hc) pada masing-masing variasiditunjukkan pada tabel 2.6040OriginalMilling 10-jamMilling 20-jamMilling 30-jamUkuran kristalit (nm)908070605082.9355.9545.02Momen (emu/gram)200-20403037.720 5 10 15 20 25 30waktu milling (jam)-40-60-0.5 0.0 0.5Field (Tesla)Gambar 7. Kurva Histerisis BaFe 12 O 19 sebelum dan sesudahmilling 10,20, dan 30-jamTABEL IINilai Mr, Ms dan Hc BaFe 12 O 19 Sebelum dan sesudah millingSampelRemanen(Mr)emu/gramSifat Kemagnetan BaFe 12 O 19Saturasi(Ms)emu/gramKoersivitas(Hc)mTOriginal 9.5 24.7 40.310-jam 19.6 31.3 47.320-jam 20.2 34.4 79.030-jam 33.2 49.9 163.0Sifat kemagnetan partikel terkait erat denganukuran partikel. Keterkaitan dalam hal ini dipengaruhioleh domain magnetik yang dimiliki oleh tiap-tiapsampel, apakan domain tunggal atau jamak (CullityB.D, 1972). Dalam tabel diatas terlihat sifat magnetiksemakin meningkat dengan meningkatnya waktumilling. Semakin kecil ukuran kristalit suatu bahan,maka semakin menuju kekeadaan domain tunggalsehingga nilai medan koersivitasnya akan semakinmeningkat, konsekuensinya semakin besar pulamagnetisasi remanensi yang dihasilkan. Dalampenelitian ini digunakan persamaan williamson Hullmethoduntuk menghitung besarnya ukuran kristalitbahan.Perhitungan ukuran kristalit diambil pada tigabidang kristal yang terlihat jelas pelebaranpuncaknya, antara lain bidang kristal (110), (205),dan (220). Berikut adalah grafik penurunan ukurankristalit akibat peningkatan waktu milling.Gambar 8. Grafik hubungan waktu milling terhadap ukuran kristalitBaFe 12 O 19KESIMPULANDari beberapa hasil analisis data disimpulkanbahwa telah terjadi kerusakan struktur kristal akibatproses milling, hal ini dapat dilihat dari semakinmenurun dan melebarnya intensitas difraksi namun,tidat terbentuk fasa amorf, karena masih munculnyabidang kristal BaFe 12 O 19 . Analisis ukuran kristalitbahan magnet permanen BaFe 12 O 19 hasil millingselama 30-jam dengan persamaan Williamson hullmethod adalah 37.72 nm dan karakterisasi SEMmenunjukkan partikel mengalami aglomerasi denganukuran partikel terkecil sebesar 100 nm. Hasilkarakterisasi VSM paduan magnet permanennanokristalin BaFe 12 O 19 memberikan nilaimagnetisasi remanen (Ms) sebesar 33.2, medansaturasi (Ms) sebesar setelah 49.9 emu/gram danmedan koersivitas (Hc) sebesar 163 mT. Sifatmagnetik paduan magnet permanen BaFe 12 O 19optimal setelah proses milling 30-jam.DAFTAR PUSTAKAIrasari, P, Idayanti, Novrita (2007), Aplikasi MagnetPermanen BaFe 12 O 19 dan NdFeB padaGenerator Magnet Permanen KecepatanRendah Skala Kecil, Jurnal Sains MaterialIndonesia, Vol. 11 no.1Constantinides, S (1995), Novel Permanent Magnetsand Their Uses, San Francisco. USAQiang,Li., Jian, Li., Chen, Xianmin (2008), Study ofcoercive force for yZnFe 2 O 4 -(1-y)Co Fe 2 O 4magnetik nanoparticles system, journal ofexperimental Nanoscience, vol.3, 245-257C.Suryanarayana (2001), Progress in MaterialsScience, Pergamon Elsevier hal. 32Nowosielski, R., Babilas, R., Wrona.J (2007),Structure and Properties of Barium ferritepowders prepared by milling and annealing,Journal of Achivements in Material andManufacturing Engineering, vol.28 issues 12,735-742Cullity B.D (1972), Intoduction to Magnetic Material,USA. Addison WesleyB 31

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGARUH VARIASI PH PELARUT HCL PADA SINTESIS BARIUM M-HEKSAFERRIT DENGAN DOPING ZN (BAFE 11,4 ZN 0,6 O 19 ) MENGGUNAKANMETODE KOPRESIPITASIIrwan Ramli, Inayati N. Saidah, Findah R. S dan M. ZainuriJurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamInstitut Teknologi Sepuluh NopemberJl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111Email : irwan11@mhs.physics.its.ac.idAbstrakTelah dilakukan penelitian mengenai pengaruh variasi pH pelarut HCl pada sintesis barium M-heksaferritdengan doping Zn (BaFe11,4Zn0,6O19) menggunakan metode kopresipitasi. Metode kopresipitasi sederhanadilakukan untuk mensintesis serbuk barium M-heksaferrit BaFe11,4Zn0,6O19. Eksperimen dilakukan denganmengontrol pH HCl dengan variasi nilai pH= 1; 2; 3; 4 dan dilakukan drying dengan T=80⁰C dan dikalsinasipada T=150⁰C. Proses heat treatmant tersebut di holding time selama 4 jam. Serbuk barium M-heksaferritBaFe11,4Zn0,6O19 dikarakterisasi dengan DSC/TGA, XRD, SEM, dan VSM. Fasa barium M-hexaferriteBaFe11,4Zn0,6O19 terbesar terdapat pada nilai pH=1 pada temperatur kalsinasi 150 ⁰C selama 4 jam sebesar83,98% mempunyai nilai koersivitas (Hc) sebesar 0,0178T, magnetisasi remanensi sebesar 3,113 emu/gram danmagnetisasi saturasi (Ms) maksimum sebesar 25,50 emu/gram. Gambaran foto SEM –EDX dari prekursorBaFe11,4Zn0,6O19 pada temperatur kalsinasi 1500C memperlihatkan bahwa elemen dari barium M-heksaferritadalah Ba, Fe, Zn, O dan ukuran partikelnya adalah 1 µm serta ukuran kristal adalah 38,202nm.Kata kunci : Barium MHeksaferrite, kopresipitasi, pHPENDAHULUANBarium heksaferrit dengan stuktur heksagonal(BaFe12O19) telah dikenal sebagai material magnetikpermanen yang memiliki high - performance, secarateoritis mempunyai anisotropi kristalin magnet yangcukup besar, koersivitas tinggi (6700 Oe), temperaturCurie (450 ⁰ C), magnetisasi saturasi yang relatifbesar (78 emu/g), kestabilan kimiawi yg baik, dantahan korosi (X. Tang et.al., 2006). Barium hexaferritmemiliki saturasi magnetisasi (tingkat kejenuhan sifatmagnetik) dan koersivitas intrinsiknya (kekuatanmedan magnetik) juga sangat tinggi, menyebabkansifat anisotropik material semakin meningkatmenyebabkan sifat absorbsinya menjadi semakinlemah sehingga sulit digunakan sebagai mediaperekam magnetik. Untuk mengatasi masalahtersebut, ion besi dalam fasa-M bisa disubstitusidengan kation logam lain yang ukurannya hampirsama (Al3+, Ga3+, Co2+, Ti4+, Zn2+) (S. Rosleret.al, 2003).Penambahan ion dopan Zn diharapkan dapatmereduksi sifat anisotropik magnetik dari barium M-hexaferrit BaFe12-xZnxO19, sebagai akibat daridikacaukannya arah momen magnet oleh munculnyaion substitusional hingga domainnya menjadi random.Selain itu, tingginya nilai medan koersivitas bisaditurunkan dengan membuat ukuran serbuk (butir)mencapai orde nano. Interaksi antar butir efektifuntuk ukuran butir < 380 nm memberikan implikasiterhadap ketiga sifat kemagnetan dasar yaitumagnetisasi remanen, medan koersivitas, dan produkenergi maksimum.. Berdasarkan uraian di atas,maka pada penelitian ini material barium heksaferritdisintesis dengan metode kopresipitasi untukmembentuk struktur barium M-heksaferrit dengancara mensubstitusi ion dopan Zn2+ sehinggadiperoleh komposisi struktur kristalnya. Zn2+merupakan ion diamagnetik yang akan disubstitusikandalam struktur M- heksaferrit untuk menggantikanion Fe3+. Substitusi ini memungkinkan karenadimensi ion Zn 2+ (jari-jari ionik = 0,074 nm) miripdengan dimensi Fe 3+ (jari-jari ionik = 0,065 nm).Dengan demikian pensubstitusian ion doping Zn 2+terhadap Fe 3+ diharapkan tidak merubah strukturkristalnya dan untuk menurunkan sifatkemagnetannya.Mengacu dari hasil penelitian sebelumnyakomposisi fasa terbaik BaFe 12-x Zn x O 19 diperolehpada substitusi ion dopan Zn dengan konsentrasi(x=0,6) pada pemanasan T=100 o C dengan persentaseterbentuknya barium M-haxaferrit sebesar 91,99%(D. Yuliana, 2011), sehingga pada penelitian inimenggunakan konsentrasi ion dopan (x=0,6) yangselanjutnya disebut (BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19 ). Homogenitasion dari Ba 2+ dan Fe 3+ dalam suatu campuran adalahfaktor kunci adanya transformasi fasa dari bariumhexaferrite yang mana bentuk komplek dari ion metaldengan pelarut asam. Konsentrasi relatif dari Ba 2+ danFe 3+ pada proses kelarutan tergantung dari rata-ratavariasi pH yang digunakan (L. Junliang et.al., 2009).Seperti kita ketahui, banyak faktor yangmempengaruhi karakteristik dari BAM, sepertimetode sintesis, perbandingan dari ion Fe 3+ dan Ba 2+ ,perbandingan molar dari larutan asam terhadap ionlogam, pH pada awal pelarutan, temperatur anneal,B 32

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dan lain-lain (W. Zhengming et.al, 2008). Oleh karenaitu, sintesis dilakukan dengan memvariasikan pHpelarutnya yaitu asam klorida. Sampel yang sudahdisintesis tersebut akan dikarakterisasi sehinggadiketahui perubahan fasa, identifikasi fasa,mikrostruktur, dan sifat magnetiknya.METODOLOGI PERCOBAANBahanBahan utama yang digunakan dalam sintesisbarium M-heksaferrit BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19 adalahbarium karbonat (BaCO 3 ), Iron (III) ClorideHexahidrate (FeCl3 .6H 2 O), Zn, larutan HCl,NH 4 OH dipakai dalam sintesis dengan metodekopresipitasi, dan aquades digunakan sebagai bahanpencuci dalam proses kopresipitasi.Sintesis BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19Sintesis BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19 dibuat dengan metodekopresipitasi. Zn (powder) dilarutkan dalam HCldisirring dalam magnetic stirrer. Untuk pH 1,2,3, dan4 dilakukan proses pengenceran HCl dengan merubahmolaritasnya sesuai dengan pH yang akandivariasikan. Setelah larutan homogen ditambahkanbarium karbonat (BaCO 3 ) sampai terlarut sempurna.Kemudian ditambahkan Iron (III) ClorideHexahidrate (FeCl 3 .6H 2 O) dan distirring hinggaterlarut sempurna. Kemudian ditambahkan larutanpengendap NH 4 OH dengan burret sehingga endapandiperoleh dengan homogenitas yang tinggi. Kemudiansampel didinginkan dan dicuci dengan aquadeshingga pH 7 dan larutan disaring untuk memisahkansebuk prekursor. Prekursor ini dikeringkan pada suhu80 0 C.Serbuk prekursor ini disintering pada suhu 150°C selama 4 jam untuk mendapatkan serbukkristalin BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19KarakterisasiKarakterisasi awal dilakukan Thermal Analysis(TA) untuk mengetahui adanya perubahan fasa padasampel. X-Ray Diffractometer (XRD) untukmengetahui perubahan fasanya kristal/fasa, ScanningElectron Microscope (SEM) untuk mengetahuimikrostuktur, dan Vibrating Sample Magnetometer(VSM) untuk mengetahui sifat kemagnetannya.ANALISA DATA DAN PEMBAHASANAnalisa Transformasi Fasa pada kurva DSC/TGApH 1Pada grafik DSC/TGA Penurunan massa ini bisajuga menunjukkan adanya reaksi kimia yaituhilangnya senyawa-senyawa oksalat yang terlarutpada saat proses kopresipitasi untuk membentuk fasayang lebih stabil. Selain itu terjadi proses kristalisasiyang menyebabkan sejumlah ikatan terlepas danhilang sehingga terjadi reduksi massa. Pada rentang460 0 C T 660 0 C terjadi penurunan massakembali pada kurva TGA sebesar 2,359% yang diikutidengan gejala endotermis pada kurva DSC. Fenomenapenurunan massa yang pertama disertai denganproses endotermik yang disebabkan oleh hilangnyasemua kandungan gas pada material sertaterserapnya energi untuk memutuskan ikatan padaBaFe 11,4 Zn 0,6O 19(BaO.6Fe 2O 3) menjadi BaO dan6Fe 2O 3. Sedangkan fasa BaO tidak terdeteksi olehXRD, karena persentasenya jauh lebih rendahdibandingkan dengan Fe 2O 3.80 275Gambar 1. Grafik DSC/TGA BaFe 11,4Zn 0,6O 19pada pH =1 denganT=80 0 C selama 4 jam.Pada T 660 0 C sudah tidak terjadi penurunanmassa atau kenaikan massa pada kurva TGA. Hal inidikarenakan tidak ada perbedaan panas yang mengalirke sampel dan referen (pembanding). Artinya padasuhu ini sudah tercapai fasa yang stabil, sehinggapada kondisi ini tidak terjadi reduksi massa ataukenaikan massa. Berdasarkan analisa di atas,pemilihan suhu drying adalah 80 0 C karena pada suhuini terjadi penurunan massa yang sangat tajam padakurva TGA dan gejala endotermik pada DSC. Suhukalsinasi sampel berada pada range 120 0 C – 660 0 Ctujuannya untuk menghilangkan senyawa-senyawayang tidak dikehendaki seperti kandungan air, garam,atau oksida (BaCl 2 dan BaO) pada proseskopresipitasi dan ukuran partikel yang homogen.Sehingga yang terbentuk fasa BaM(BaFe 11.4 Zn 0.6 O 19 ) terbanyakAnalisis Mikrostruktur Fasa Barium M-Heksaferit(BaFe11,4Zn0,6O19) dengan SEMTabel 1. Hasil Elemen- Elemen EDX dari BaMUntuk mengetahui secara kualitatif dankuantitatif elemen-elemen sebaran yang terkandungpada material Barium M-HeksaferitB 33

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19 ) dapat dilakukan dengan analisaSEM-EDX. Tabel 1 menunjukkan kandungan darielemen- elemen penyusun utama BAM mengandungelemen utama Fe, Ba, dan O. Berdasarkanpengamatan backscatter (warna) oranye (O), merah(Ba), biru (Fe), dan hijau (Zn) dimana materialtersebut menyebar merata, yang merupakan elemenutama pembentuk BAM.Gambar 2 Hasil backscatter dari BAMkarena ketika dimensi material menuju nilai beberapananometer, banyak sifat fisis maupun kimiawi yangbergantung pada ukuran.Tabel 2. Hasil Perhitungan Ukuran Kristal PrekursorBaFe 11,4 Zn 0,6 O 19 (BaM) pada pH =1-4 dengan Suhu Kalsinasi T=150 0 C.pHD ( nm)Fe 2 O 3 (Hematit) BaM1 27,493 38,2022 24,771229 32,655253 16,69068 42,690684 10,07425 43,05006Dari data FWHM dapat diperoleh informasibahwa ukuran kristal BaM (BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19 )mengalami peningkatan ukuran kristal seiring denganbertambahnya temperatur. Peningkatan dimensipartikel tersebut disebabkan oleh terbentuknya liquidbridge antar partikel sebagai akibat darimeningkatnya difusi atomik antar permukaan partikelkarena pertambahan daya dorong (driving force)sehingga partikel akan menjadi lebih besar.Identifikasi Kuantitatif dan Kualitatif FasaBarium M-Hexaferrit (BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19 )Gambar 3. Foto SEM barium M-heksaferrit dengan pH=1 padasuhu 150 ⁰C yang diambil dari 1 partikelGamba r 4. Foto SEM barium M-heksaferit dengan pH=1 pada suhu150 ⁰C yang diambil dari partikel yang bergerombolBerdasarkan Gambar (2) dan (3) terlihat bahwadengan perbesaran yang sama (10.000 kali) ukuranserbuk dari hasil foto SEM masih sulit ditentukankarena dimensi partikel serbuk barium M-hexaferritdalam penelitian ini telah mencapai orde nano.Gambaran foto SEM prekursor BaFe 11,4 Zn 0,6 O 19menunjukkan distribusi ukuran partikel yang serupadengan ukuran kristal hasil XRD dengan ukuran yangmencapai orde nm. Dari distribusi ukuran partikelpada Gambar 3 dan 4 terlihat bahwa material initermasuk nanomaterial. Hal ini sangat menarikGambar 5 Pola difraksi XRD pada T=150o C untuk variasi pH=1; 2;3; dan 4 selama 4 jam.Dari penggabungan pola difraksi yang terbentukdi T=80 0 dan T=150 0 C bentuk pola difraksinya masihkasar dengan bentuk puncak yang cenderung melebarmengidentifikasikan ukuran butir sudah dalam ordenano yang ditunjukkan pada Gambar (5) pada polaXRD diatas pada T=150 0 mengalami pergeseranpuncak yang semakin ke kanan meskipun selisihnyasangat kecil. Hal tersebut disebabkan substitusi iondoping Zn sangat kecil, sehingga keberadaanya tidakterdeteksi oleh XRD. Selain itu, kehadiran ion dopanZn tidak akan menyebabkan munculnya fasa barukarena ion Zn menggantikan posisi Fe. Jadipergeseran puncak yang ke kanan tersebutmenunjukkan bahwa terjadi subtitusi ionmenggantikan posisi Fe.B 34

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Prekursor BaM yang di drying pada temperatur80 0 C masih terdapat fasa garam dan fasa oksidaseperti BaO dan BaCl. Pada pH yang semakinasam, terbentuk banyak BaM sebesar 83,98%. Hal inibisa disebabkan fasa garam (BaO) bertransformasimenjadi fasa BaM. Selain itu juga pada pH yangsemakin asam kepolaran pelarut HCl juga semakinkuat karena kandungan ion Hidrogen (H + ) semakinbanyak. Ion H + akan berikatan dengan CO 2- 3 dan ionCl - dari zat terlarut yang bermuatan ion positif.Sedangkan ion Cl - akan berikatan dengan ion Ba 2+ ,Zn 2+ , Fe 3+ . Dari reaksi antar ion tersebut fasa BaMsudah bisa dihasilkan. Karena ion H + pada pH=1 jauhlebih banyak bila dibandingkan dengan ion padapH=4. Karena molaritas pada pH=1 jauh lebih besarbila dibandingkan pada pH=4. Sehingga pada pH=1bisa menghasilkan fasa BaM jauh lebih banyak biladibandingkan dengan pH=1.Prosentase fasa barium M-heksaferrit yangdipanaskan pada suhu 80 0 C pada pH 1; 2; 3 dan 4secara berturut turut adalah 48,15%; 50,76%; 63,18%;dan 78,76%. Prosentase fasa barium M-heksaferrityang dipanaskan pada suhu 150 0 C pada pH 1; 2; 3 dan4 secara berturut turut adalah 83,98%; 79,89%;53,52%, dan 26,59%. Prosentase tersebut dapat dilihatpada (Tabel 2).Tabel 2 . Hasil Prosentase Barium M-Hexaferrite pada Konsentrasi0,6 pada Variasi pH 1, 2, 3, dan 4 dengan X’pert High Score Pluspada T=150 o C Selama 4 JampHT=150 o C% BaM % Fe 2 O 31 83.98 16.012 79.89 20.103 53.52 46.474 26.59 73.41Pemilihan suhu 150 0 C didasarkan pada hasil ujiDSC/TGA. Pemanasan pada suhu T=150 0 C inibertujuan agar senyawa-senyawa yang tidakdikehendaki/ pengotor seperti kandungan air, garam,atau oksida (BaCl 2 dan BaO) pada proseskopresipitasi hilang dan mendapatkan ukuran partikelyang homogen. Selain itu, peningkatan temperaturpemansan menyebabkan terputusnya ikatan padaheksaferrit (BaFe 12 O 19 atau BaO.6Fe 2 O 3 ) menjadiBaO dan Fe 2 O 3 .Identifikasi Kurva Histeresis dengan VSMUntuk mengetahui sifat kemagnetan barium M-heksaferrit, maka akan dilakukan pengukuran kurvahisteresis dengan peralatan Vibrating SampleMagnetometer (VSM). Besarnya sifat magnet suatubahandapat diketahui melalui kurva histeresis di bawah ini,dari kurva tersebut dapat diketahui besarnyamagnetisasi remanen (Mr), dan koersivitas (Hc).Gambar 6 kurva histeresis untuk sampel uji dengan pH=1 padasuhu T=150 ⁰C.Berdasarkan Gambar 6 diatas dapat dilihat bahwakurva histeresis sampel tersebut memiliki lebar kurvayang sempit. Adanya penyempitan lebar kurvadisebabkan pada sampel tersebut struktur kristalnyatidak hanya BaM saja tetapi terdapat Fe 2 O 3 . BerdasarGambar 1 tampak bahwa kurva yang dibentuk adalahsoft magnetic dengan nilai -Hc yang diperoleh yaitusekitar 0,0178 T. Sedangkan nilai remanensi yangdiperoleh yaitu 2,182 emu/gram. Begitu juga untukpengujian sifat magnet untuk pH 2,3 dan 4.Remanensi magnetik terbesar dari keempat variasipH, terdapat pada pH 1, dimana pada pH 1 cenderungmempunyai sifat kemagnetan paling besar karenamempunyai nilai magnetisasi remanensi sebesar 3,113emu/g sehingga ketika medan luar dihilangkan, masihterdapat magnetisasi remanensi yang cukup besar,sedangkan untuk medan koersivitas terbesar terdapatpada pH=4 yaitu 0,0018 T.Faktor struktur kristal memberikan pengaruhyang sangat signifikan terhadap sifat-sifat magnetpermanen. Nilai Hc juga dipengaruhi oleh kemurnianbahan baku, dan ukuran kristal yang berperan dalammenghambat pergerakan dinding domain. Semakinkecil ukuran kristal berarti semakin banyak batasantar kristal dan semakin banyak penghalangpergerakan dinding domain sehingga ketahananterhadap medan demagnetisasi semakin besar yangberarti harga Hc semakin tinggi. Sebaliknya semakinbesar ukuran kristal, dinding domain makin mudahbergerak sehingga ketahanan terhadap medan magnetdemagnetisasi semakin kecil yang berarti harga Hcsemakin kecil.Tabel 3 Hasil Pengujian Sifat Magnet pada Suhu 150⁰CNilai koersivitas yang dihasilkan dari keempatsampel tersebut masih kecil. Hal ini dikarenakanpembuatan sampel tersebut dilakukan dengan caraisotrop dimana pada proses pembentukan arah domainmagnet partikel-partikelnya masih acak.B 35

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8KESIMPULANTelah berhasil disintesis serbuk Barium M-heksaferrit dengan doping Zn (BaFe11,4Zn0,6O19)menggunakan metode kopresipitasi dengan pH pelarutyang berbeda-beda. Persentasi Serbuk barium M-heksaferrit BaFe11,4Zn0,6O19 terbesar terdapat padanilai pH=1, temperatur kalsinasi 150 °C selama 4 jamyaitu 83,98% dengan nilai koersivitas (Hc) sebesar0,0178T, magnetisasi remanensi sebesar 3,113emu/gram dan magnetisasi saturasi (Ms) maksimumsebesar 25,50 emu/gram.DAFTAR PUSTAKADian Yuliana, (2011), Sintesis dan KarakterisasiStruktur Barium M-Heksaferrit Yang DidopingZn (BFZO) Dengan Variasi Temperatur DanKonsentrasi Ion Dopan (0,2 ≤ x ≤ 1), TugasAkhir Program Magister Jurusan Fisika ITSSurabayaLiu Junliang, Zhang Wei, Guo Cuijing, Zeng Yanwei,(2009), Synthesis and magnetic properties ofquasi-single domain M-type barium hexaferritepowders via sol–gel auto-combustion: Effectsof pH and the ratio of citric acid to metal ions(CA/M), Journal of Alloys and Compounds479 (2009) 863–869S. Rosler, P. Wartewig, dan H. Langbein, (2003),Synthesis and Characterization of HexagonalFerrites BaFe12-2xZnxTixO19 (0 ≤ x ≤ 2) byThermal Decomposition of Freeze-driedPrecursors, Cryst. Res. Technol, Vol.38, No.11, hal.927-934.Xin Tang, Bin Yuan Zhao dan Ke Ao Hu, (2006),Preparation of M-Ba-Ferrite Fine Powder bySugar-Nitrates Process, Journal of MaterialScience, Vol. 41, hal 3867-3871.Wang Zhengming, Zhang Zhenhui, Qin Shiming,Wang Lihui, Wang Xiaoxiao, (2008),Theoretical Study on Wave-absorptionProperties of a Structure With Left and Right-Handed Materials, Materials and Design, Vol.29, hal.1777–1779.B 36

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SINTESIS DAN KARAKTERISASI KOMPOSIT HIDROKSIAPATIT DARI TULANGSOTONG (SEPIA SP.)-KITOSAN UNTUK KANDIDAT APLIKASI BONE FILLERIstifarah, Aminatun, Prihartini Widiyanti.Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : istifarah.unair@gmail.comAbstrakPenelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik hidroksiapatit (HA) yang disintesis dari tulang sotong(Sepia sp.) dan komposit HA-kitosan untuk aplikasi bone filler. HA diperoleh dengan reaksi hidrotermal antara1M aragonit (CaCO 3 ) dari lamellae tulang sotong dan 0,6M NH 4 H 2 PO 4 dengan suhu 200 o C dan variasi durasi12, 24 dan 36 jam. Kemudian dilakukan sintering dengan suhu 1000°C selama 1 jam. Sampel dengankandungan HA tertinggi dijadikan matriks untuk mensintesis komposit, dengan kitosan sebagai serat/filler.Sintesis komposit HA-kitosan dilakukan dengan metode pencampuran sederhana dengan variasi kitosan dari 20hingga 35%. Uji XRD, kekuatan tekan, dan MTT assay dilakukan untuk menentukan sampel terbaik. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa diperoleh 100% CaCO 3 dari tulang sotong dan berhasil diproses menjadi 100%HA amorf. Proses sintering mengakibatkan perubahan prosentase HA dengan derajat kristalinitas yang jauhlebih baik. Kandungan HA tertinggi diperoleh pada durasi hidrotermal 36 jam setelah disintering, yaitu 94%.Sampel terbaik diperoleh pada komposit dengan kitosan 20% yang mengindikasikan terjadinya penyatuansecara sempurna antara HA dan kitosan, dengan kekuatan tekan sebesar (5,241 ± 0,063) MPa. Penambahankitosan meningkatkan viabilitas sel dari 87,00% menjadi 97,11%. Komposit HA dari tulang sotong-kitosanberpotensi untuk aplikasi bone filler pada tulang cancellous.Kata kunci : Hidroksiapatit, Tulang sotong, Sepia sp., Hidrotermal, Komposit HA-kitosan, XRD, Kekuatantekan, MTT assay, Bone filler.PENDAHULUANBerdasarkan data di Asia, Indonesia adalahnegara dengan jumlah penderita patah tulangtertinggi. Diantaranya, ada sebanyak 300-400 kasusoperasi bedah tulang per bulan di RS. Dr. SoetomoSurabaya (Gunawarman dkk, 2010). Setiap tahunkebutuhan substitusi tulang terus bertambah. Haltersebut disebabkan meningkatnya kecelakaan yangmengakibatkan patah tulang, penyakit bawaan dannon-bawaan (Ficai et al., 2011).Klasifikasi material substitusi tulang meliputiautograft, allograft, dan xenograft. Setiap materialtersebut memiliki kekurangan dan kelebihan sebagaimaterial untuk memperbaiki tulang. Kelemahanautograft adalah sering menyebabkan komplikasidalam penyembuhan luka, operasi tambahan, nyeripada donor dan pasokan tulang tidak memadai untukmengisi gap. Sedangkan allograft dan xenograftterkait dengan reaksi infeksi, inflamasi, danpenolakan. Teknik allograft yang menggunakantulang mayat, memiliki masalah dalam reaksiimunogenik dan resiko penyakit menular (AIDS danhepatitis). Xenograft juga membawa resiko penyakitmenular antar spesies (Wahl dan Czernuszka, 2006dan Venkatesan et al., 2010). Keterbatasan tersebutmemicu perkembangan riset di bidang biomaterial,yaitu dengan melakukan berbagai modifikasipembuatan biomaterial sintetik. Dengan biomaterialsintetik diharapkan karakter bahan diketahui secarapasti dan terkontrol.Hidroksiapatit (HA) telah dipelajari selamabertahun-tahun dan digunakan secara luas untukB 37pembuatan implan karena kesamaannya dengan fasemineral tulang dan terbukti biokompatibel dengantulang dan gigi manusia (Ivankovic, 2010 dan Earl,2006). HA dengan rumus kimia Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2adalah komponen anorganik utama dari jaringan kerastulang dan menyumbang 60-70% dari fase mineraldalam tulang manusia. HA mampu menjalani ikatanosteogenesis dan relatif tidak larut in vivo. Banyakpenelitian telah menunjukkan bahwa HA tidakmenunjukkan toksisitas, respon peradangan, responpirogenetik (menimbulkan demam). Selain itu,pembentukan jaringan fibrosa antara implan dantulang sangat baik, dan memiliki kemampuanmenjalin ikatan langsung dengan tulang host. HAmenunjukkan sifat bioaktif dan osteokonduktif (Hui,2010) yang sangat bermanfaat dalam prosesmineralisasi tulang (Dewi, 2009).HA yang disintesis dari bahan alam memilikiosteokonduktivitas yang lebih baik dibandingkandengan dari bahan sintetik (Saraswathy, dalam Dewi,2008). Bahan alam yang dapat digunakan untuksintesis HA adalah tulang sotong. Tulang sotong(Sepia sp.) merupakan residu budidaya perikananyang biasanya dimanfaatkan sebagai pakan burungdan kura-kura sebagai asupan kalsium. Denganharganya yang terjangkau, 85% kalsium karbonat(CaCO 3 ) yang terkandung dalam tulang sotong dapatdimanfaatkan sebagai sumber kalsium dalam sintesisHA yang ekonomis dan dapat dijangkau olehmasyarakat luas.Scaffolds HA dari tulang sotong pertama kalidisintesis pada tahun 2005 oleh Rocha et al. denganmetode hidrotermal pada suhu 200ºC. Hasil uji

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8scaffolds tersebut menunjukkan stabilitas termal yangtinggi. Selain itu, hasil uji in vitro bioaktivitas padaSBF dan biokompatibilitas dengan osteoblas,menunjukkan scaffolds HA dari tulang sotong cocokuntuk aplikasi implan atau rekayasa jaringan.Dalam pengaplikasiannya, biokeramik seperti HAdan trikalsium fosfat (TKF) bersifat rapuh. Untukmenyempurnakan sifat mekanik HA dapat dilakukanmodifikasi dengan menambahkan polimer sebagaiserat/filler.Kitosan adalah salah satu polimer alami yangberpotensi untuk digunakan sebagai serat/filler dalampembuatan komposit. Kitosan memiliki karakterbioresorbabel, biokompatibel, non-toksik, nonantigenik,biofungsional dan osteokonduktif. Karakterosteokonduktif yang dimiliki kitosan dapatmempercepat pertumbuhan osteoblas pada kompositHA-kitosan sehingga dapat mempercepatpembentukan mineral tulang.Pramanik et al. (2009) mensintesis nanokompositHA-kitosan dengan cara pelarutansederhana berdasarkan metode kimia. Variasi HAyang dilakukan dari 10% hingga 60%. Hasilpenelitian menunjukkan nano-komposit yangdihasilkan dapat digunakan untuk aplikasi bone tissueengineering. Namun, sekitar 70% penyusun tulangmanusia merupakan senyawa kalsium fosfat, sehinggapada penelitian ini akan dilakukan sintesis kompositHA dari tulang sotong (Sepia sp.)-kitosan denganvariasi HA : kitosan = (80 : 20), (75 : 25), (70 : 30),(65 : 35). Komposit diharapkan memiliki sifatmekanik yang baik untuk tujuan aplikasi bone filler.Selain itu, diharapkan penambahan kitosan dapatmeningkatkan osteokonduktifitas HA, sehingga dapatmempercepat pembentukan mineral tulang.METODEEkstraksi CaCO 3 dari Tulang Sotong (Sepia sp.)Untuk mendapatkan CaCO 3 , bagian lamellaetulang sotong (Sepia sp.) dijadikan bubuk denganHEM-E3D, kemudian dipanaskan pada suhu 350°Cselama 3 jam untuk menghilangkan komponenorganik. Kemudian dilakukan karakterisasi XRDuntuk memastikan kandungan CaCO 3 .Persiapan BahanCaCO 3 (Mr = 100) 1M diperoleh denganmenambahkan 100 gram CaCO 3 ke dalam 1 literaquades. Sedangkan larutan NH 4 H 2 PO 4 (Mr = 115)0,6 M dibuat dengan melarutkan 69 gram ke dalam 1liter aquades.Sintesis Hidroksiapatit dengan MetodeHidrotermalBerikut langkah-langkah sintesis HA.1. CaCO 3 1M dan larutan NH 4 H 2 PO 4 0,6Mdicampur dengan magnetic stirrer selama 30menit.2. Campuran larutan dipindahkan ke reaktor.3. Reaktor dimasukkan ke dalam oven elektrik untukdipanaskan hingga suhu 200 o C dengan variasidurasi, yaitu 12 jam, 24 jam, dan 36 jam, dengannama sampel berurutan yaitu sampel A, B, dan C.4. Hasil yang diperoleh, didinginkan pada suhukamar.5. Sampel dicuci dengan aquades menggunakanmagnetic stirrer. Pencucian dilakukan berulangkali hingga hasil reaksi terpisah dengan aquades,ditunjukkan oleh pH yang kembali menjadi 7. Haltersebut dilakukan untuk menghilangkan hasilsampingan yang bersifat asam.6. Pencucian yang terakhir dilakukan denganmetanol untuk membatasi aglomerasi partikel HAselama pengeringan.7. Sampel dikeringkan dalam oven elektrik padasuhu 50 o C selama 4 jam.8. Sampel A, B, dan C dikarakterisasi XRD untukmemastikan terbentuknya HA pada masingsampel.masingSinteringSintering sampel dengan suhu 1000 °C selama 1jam untuk menghilangkan pengotor danmeningkatkan kristalinitas sampel. Nama sampel A,B, dan C yang telah disintering berurutan adalah D, E,dan F yang kemudian dikarakterisasi XRD untukmengetahui kandungan masing-masing sampel.Sintesis Komposit HA-KitosanHasil uji XRD menunjukkan sampel Fmerupakan sampel terbaik dari tahap sebelumnya.Sehingga, sampel F yang digunakan untukmensintesis komposit HA-kitosan.Terlebih dahulu dilakukan preparasi terhadapkitosan dengan langkah sebagai berikut.1. Dicampurkan 2 gram kitosan dengan 100 ml asamasetat 3% dan 6 gram asam fosfat 85%, kemudiandipanaskan dengan suhu 70°C selama 1 jamdengan pengadukan konstan.2. Larutan didinginkan, kemudian diendapkan dalammetanol berlebih untuk menghilangkan asamasetat dan asam fosfat yang tidak bereaksi. Gelyang diperoleh, dilarutkan dalam aquades,kemudian dalam metanol berlebih.3. Gel yang terbentuk dikumpulkan dan dikeringkandengan suhu 70 o C.Sintesis komposit HA-kitosan dilakukan denganmetode pencampuran sederhana. Kitosan dilarutkandalam 10 ml aquades bersuhu 70 o C, kemudianditambahkan bubuk HA secara perlahan. Massakitosan dan HA disesuaikan dengan komposisi padaTabel I. Campuran tersebut diaduk dengan magneticstirrer selama 1 jam. Setelah semua bahan tercampursempurna, bubur didiamkan selama semalam untukgelembung udara. Bubur yang dihasilkan dari prosestersebut kemudian dikeringkan dengan suhu 70 o Cselama lebih dari semalam. Komposit yang dihasilkankemudian dihaluskan dengan cara digerus denganmortar.B 38

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SampelUji XRDTabel I. Variasi Komposisi Komposit6. Pelarut DMSO ditambahkan ke setiap wellsebanyak 50 µL lalu disentrifuse 30 rpm selama 5menit.HA Kitosan 7. Nilai densitas optik (OD) formazan dihitung% Massa (g) % Massa (g) dengan Elisa reader pada panjang gelombang 630nm. Penghitungan persentase viabilitas sel dapatdihitung dengan membandingkan OD perlakuandengan OD kontrol sel.F 100 2,5 0 0F1 80 2 20 0,5F2 75 1,875 25 0,625F3 70 1,75 30 0,75F4 65 1,625 35 0,825Difraktometer sinar-X PANalytical X'Pert PROdigunakan untuk uji XRD. Hasil tersaji dalam bentukgrafik spektrum dan tabel. Analisis kualitatifdilakukan dengan mencocokkan dengan ICDD(International Centre for Diffraction Data). Analisiskualitatif dilakukan dengan metode rietvield.Uji Kekuatan TekanSampel dicetak menjadi menjadi pellet dengancara dikompaksi dengan beban 2 ton. Cetakan yangdigunakan berdiameter 13 mm. Pengukuran dilakukandengan cara diametral compression test menggunakanAutograph.Uji MTT Assay1. Kultur sel fibroblas BHK-21 dalam bentukmonolayer dengan media Eagle’s dan FBS 5%ditanam dalam botol kultur roux kemudiandiinkubasi pada suhu 37° C selama 48 jam.2. Kultur sel dicuci dengan PBS 5 kali yang untukmembuang sisa serum yang tersisa. Kemudianditambahkan tripsin versene untuk melepaskan seldari dinding botol dan memisahkan ikatan antarsel agar tidak menggerombol.3. Sel dengan kepadatan 2 x 10 5 dimasukkan dalam100 µL media (media eagle’s 86%, penicillinstreptomycin 1%, fungizone 100 unit/mL),kemudian dipindahkan ke dalam 96-microwellplate sesuai dengan jumlah sampel dan control.4. Sampel yang telah disterilisasi sebanyak 0,05gram dilarutkan dalam 1 ml etanol. Larutansampel kemudian dalam 96-microwell platesebanyak 50 µL. Lalu diinkubasi 24 jam padasuhu 37°C.5. Pereaksi MTT 5 mg/mL yang telah dilarutkandalam PBS ditambahkan ke media sebanyak 10µL untuk setiap well kemudian diinkubasi selama4 jam dalam suhu 37° C.HASIL DAN PEMBAHASANUji XRDHasil uji XRD terhadap bubuk lamellae tulangsotong yang telah diberi perlakuan panas 350°Cselama 3 jam menunjukkan kandungan 100% kalsiumkarbonat (aragonit, CaCO 3 ) (Gambar 1). SpektrumXRD sampel menunjukkan kesesuaian dengan ICDD01-71-4891. Hal tersebut seiring dengan hasilpenelitian Paljar et al. (2009) yang menunjukkanbahwa perlakuan panas pada bagian lamellae tulangsotong tidak mengubah kandungan aragonit menjadikalsit, tidak seperti bagian dorsal. Aragonit lebihmudah bertransformasi menjadi HA dibandingkankalsit, sehingga pada penelitian ini digunakan aragonitdari bagian lamellae tulang sotong untuk mensintesisHA.Gambar 1 Spektrum XRD bubuk lamellae tulang sotongHasil uji XRD terhadap Sampel A, B, dan Cdengan durasi hidrotermal berturut-turut 12, 24, dan36 jam menunjukkan bahwa kandungan dari ketigasampel tersebut adalah 100% hidroksiapatit [HA,Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ]. Seluruh spektrum XRD yangterbentuk pada ketiga sampel tersebut bersesuaiandengan ICDD 01-72-1243. Intensitas puncak tertinggiSampel A sebesar 110 (Gambar 2(a)), Sampel Bsebesar 104 (Gambar 2(b)), dan Sampel C sebesar 115(Gambar 2(c)).B 39

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(a)(b)(c)Gambar 2 Spektrum XRD (a) Sampel A, (b) Sampel B, (c) Sampel CRendahnya intensitas difraksi puncak tertinggipada Sampel A, B dan C menunjukkan bahwaderajat kristalinitas HA yang dihasilkan masihrendah (amorf). Selain itu, dimungkinkan Sampel A,B dan C masih mengandung pengotor. Hal tersebutdidukung oleh warna bubuk dari ketiga sampel yangkecoklatan (Gambar 3). Diperkirakan pengotormerupakan ion karbonat (CO 3 2- ). Ion karbonat dapathilang pada pemanasan dengan suhu di atas 600°C(Septiarini, 2009). Dengan demikian, perluditambahkan proses sintering untuk menghilangkanpengotor dan meningkatkan derajat kristalinitas HAyang telah diperoleh dari proses hidrotermal.mengandung hidroksiapatit [HA, Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ]dan trikalsium fosfat [TKF, Ca 3 (PO 4 ) 2 ] sesuaidengan ICDD berturut-turut 01-72-1243 dan 01-073-4869. Selain itu, terdapat pula puncak yang tidakteridentifikasi pada sampel D dan E.Hasil uji XRD menunjukkan peningkatanintensitas yang sangat drastis dibandingkan sampelsebelum disintering yang berkisar dari 104 – 115saja. Intensitas puncak tertinggi Sampel D sebesar1658,43 (Gambar 4(a)), Sampel E sebesar 1472,35(Gambar 4(b)), dan Sampel F sebesar 1938,59(Gambar 4(c)).Sintering juga menyebabkan perubahan warnadari yang semula kecoklatan menjadi putih (Gambar5). Hal tersebut menunjukkan bahwa pengotor dalamsampel telah hilang.Berdasarkan analisis kuantitatif dengan metoderietveld terhadap hasil uji XRD, diperolehkandungan masing-masing sampel.Tabel II. Kandungan Sampel Setelah DisinteringGambar 3 Hidroksiapatit sebelum sinteringSampel A, B, dan C yang telah disinteringdengan suhu 1000°C selama 1 jam berturut-turutdisebut sebagai Sampel D, E, dan F. Hasil uji XRDmenunjukkan bahwa ketiga sampel tersebutNama Sampel HA (%) TKF (%)D 94 6E 89 11F 94 6B 40

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(a)(b)Gambar 4. Spektrum XRD (a) Sampel D, (b) Sampel E, (c) Sampel F(c)Gambar 5 Sampel setelah disinteringTerbentuknya senyawa TKF pada sampeldiakibatkan hilangnya OH akibat perlakuantemperatur tinggi. Namun, kehadiran TKF dalamsampel sebenarnya bukanlah hal yang fatal. Haltersebut dikarenakan TKF juga digunakan sebagaimaterial implan tulang. TKF memiliki sifatbiodegradabel, bioaktif dan memiliki kelarutan yangtinggi (Dewi, 2009).Berdasarkan Tabel II diketahui bahwa sampel Ddan F yang kandungan HA tertinggi dengan jumahyang sama, yaitu 94%. Namun, denganmempertimbangkan adanya 2 puncak yang tidakterindentifikasi sebagai HA atau TKF pada spektrumXRD Sampel D, yaitu pada posisi 2Ɵ 38,4365 dan44,6553, maka sampel F yang digunakan sebagaimatriks dalam sintesis komposit dengan kitosan.Telah dilakukan sintesis komposit antara sampelF dengan kandungan HA 94% sebagai matriks danB 41kitosan sebagai serat/filler. Berdasarkan hasil ujikekuatan tekan yang akan dibahas pada sub babselanjutnya, dipilih Sampel F1 sebagai sampelkomposit yang terbaik.Hasil uji XRD terhadap Sampel F1 ditunjukkanoleh Gambar 6. Apabila dibandingkan dengan hasiluji XRD Sampel F, dapat diketahui bahwa terjadipenurunan intensitas dan pergeseran posisi puncakpada komposit. Di antaranya pada puncak difraksibidang (002), (211), dan (300). Pada bidang (002)terjadi penurunan intensitas dari 737,25 menjadi702,44 dan pergeseran posisi puncak dari 25,8674menjadi 25,8648. Pada bidang (211) terjadipenurunan intensitas dari 1938,59 menjadi 1830,03dan pergeseran posisi puncak dari 31,7576 menjadi31,7554. Pada bidang (300) terjadi penurunanintensitas dari 1248,14 menjadi 1082,17 danpergeseran posisi puncak dari 32,8924 menjadi32,8873. Penurunan intensitas dan pergeseranpuncak mengindikasikan terjadinya ikatan antaramatriks dan filler, yaitu HA dan kitosan dari prosespembentukan komposit.Analisis kuantitafif terhadap hasil uji XRDmenunjukkan bahwa Sampel F1 mengandung 95%HA dan 5% brushite [CaHPO 4 (H 2 O) 2 ]. Hal tersebutseiring dengan penelitian Sari (2012) yangmenyatakan terbentuknya CaHPO 4 pada kompositkemungkinan diakibatkan ketidakstabilanstoikiometri pada HA sehingga rasio molar Ca/P >1,67 yang membentuk CaO. Dimana, kandunganCaO diatas 55 % akan membetuk CaHPO 4 .Ketidakstabilan stoikiometri tersebut juga

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dimungkinkan karena Sampel F yang digunakanuntuk mensintesis komposit F1 mengandung TKFsebesar 6%. Selain itu, afinitas yang tinggi akibatpenambahan asam fosfat pada kitosan juga dapatmenyebabkan ketidakstabilan stoikiometri, karenaion fosfat pada kitosan dapat bertukar dengan ionfosfat pada HA (Pramanik et al., 2009).Gambar 6 Spektrum XRD komposit (Sampel F1)Uji Kekuatan TekanHasil uji kekuatan tekan menunjukkanpenambahan kitosan sebagai filler dalam kompositHA-kitosan meningkatkan kekuatan tekan HA. Haltersebut menegaskan bahwa elastisitas kitosanmampu memperbaiki sifat HA yang rapuh (brittle).Kekuatan tekan tertinggi diperoleh pada sampel F1,dengan perbandingan HA : kitosan sebesar 80 : 20,yaitu (5,241 ± 0,063) MPa.Gambar 7 Grafik kekuatan tekan sampelHasil uji kuat tekan menunjukkan pertambahanjumlah kitosan justru mengakibatkan penurunankekuatan tekan pada sampel F 2 , F 3 , dan F 4 . Haltersebut bisa saja terjadi karena sifat mekanikdipengaruhi banyak faktor. Di antaranya adalahbentuk partikel, ukuran partikel, serta distribusiukuran partikel (Cai et al., 2009). Mengingat sampelkomposit F1-F4 digerus secara manual sebelumdicetak, sehingga besar kemungkinan bentuk danukuran partikel tidak sama antara sampel yang satudengan yang lainnya. Distribusi ukuran partikelkomposit pun kemungkinan besar tidak homogen.Kekuatan tekan juga dipengaruhi oleh interaksiantarmuka antara matriks dan filler, yaitu HA dankitosan (Cai et al., 2009). Penurunan kekuatan tekanakibat peningkatan jumlah kitosan, kemungkinandiakibatkan adanya kitosan yang tidak berinteraksidengan HA. Hal tersebut seiring dengan penelitianDewi (2009) dimana komposit kalsium fosfatkitosanterbaik diperoleh pada komposisi 80 : 20,dan komposisi 70 : 30 mengindikasikan adanyakitosan yang tidak berinteraksi dengan kristal apatit.Berdasarkan analisis hasil uji kekuatan, SampelF1 dengan perbandingan HA : kitosan sebesar 80 :20 dipilih sebagai sampel terbaik. Kekuatan tekanSampel F1 sebesar (5,241 ± 0,063) MPa termasukdalam range nilai kekuatan tekan tulang cancellousdari literatur, yaitu 2-12 MPa (Ficai et al., 2011).Sehingga, Sampel F1 berpotensi sebagai implanpada tulang cancellous.Uji MTT AssayHasil uji MTT assay menunjukkan bahwaSampel F, yaitu HA yang disintesis dari tulangsotong (Sepia sp.) tidak bersifat toksik. Hal tersebutdikarenakan nilai viabilitas sel yang diperolehsebesar 87,00%. Material tidak bersifat toksik padasel fibroblast (cell lines) apabila prosentase viabilitassel masih di atas 60%, yaitu OD dari perlakuanmasih mendekati OD dari kontrol (Wijayanti, 2010).Hasil uji MTT assay pada Sampel F1, yaitukomposit dengan HA : kitosan sebesar 80 : 20menunjukkan jumlah viabilitas sel sebesar 97,11%.Hal tersebut menunjukkan bahwa penambahankitosan mampu meningkatkan viabilitas seldibandingkan dengan Sampel F.SIMPULAN1. Uji X-Ray Diffraction (XRD) menunjukkan darireaksi hidrotermal antara CaCO 3 dari tulangsotong (Sepia sp.) dan NH 4 H 2 PO 4 denganvariasi waktu 12, 24, dan 36 jam menghasilkan100% HA pada ketiga sampel dengan derajatkristalinitas yang rendah (amorf). Prosessintering mengakibatkan perubahan prosentaseHA dengan derajat kristalinitas yang jauh lebihbaik. Komposit HA-kitosan disintesis denganmemanfaatkan sampel dengan kandungan HAtertinggi, yaitu sampel dengan durasi hidrotermal36 jam setelah disintering. Hasil uji XRDkomposit dengan HA : kitosan sebesar 80 : 20menunjukkan adanya penurunan intensitas danpergeseran posisi puncak difraksi karenapengaruh kitosan yang bersifat amorf.2. Komposit dengan kitosan 20% dengan kekuatantekan sebesar (5,241 ± 0,063) MPa berpotensiuntuk aplikasi bone filler pada tulang cancellous.3. Penambahan kitosan 20% pada komposit,meningkatkan viabilitas sel sebesar 97,11%dibandingkan dengan viabilitas sel pada HAsebesar 87,00%.B 42

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DAFTAR PUSTAKADewi, Setia Utami, 2009, Pembuatan KompositKalsium Fosfat – Kitosan dengan MetodeSonikasi, Tesis Sekolah Pascasarjana InstitutPertanian Bogor.Cai, X., Tong, H., Shen, X., Chen, W., Yan, J., Hu,J., 2009, Preparation and Characterization ofHomogeneous Chitosan–PolylacticAcid/Hydroxyapatite Nanocomposite forBone Tissue Engineering and Evaluation ofIts Mechanical Properties, ActaBiomaterialia 5 (2009) 2693-2703, China.Earl, JS., Wood, DJ., Milne, SJ., 2006,Hydrothermal Synthesis of Hydroxyapatite,Journal of Physics: Conference Series 26(2006) 268–271.Ficai, A., Andronescu, E., Voicu, G., Ficai, D., 2011,Advances in Collagen/HidroxyapatiteComposite Materials. Politehnica Universityof Bucharest, Faculty of AppliedChemistry and Materials Science, Romania.Gunawarman, M.A., Mulyadi S., Riana, H.A., 2010,Karakteristik Fisik dan Mekanik Tulang SapiVariasi Berat Hidup sebagai Referensi DesainMaterial Implan. Seminar Nasional TahunanTeknik Mesin (SNMTTM) ke-9.Hui, P., Meena, S.L., Singh, G., Agarawal, R.D.,Prakash, S., 2010, Synthesis ofHydroxyapatite Bio-Ceramic Powder byHydrothermal Method, Journal ofMinerals & Materials Characterization &Engineering, Vol. 9, No.8, pp.683-692, India.Ivankovic, H., Orlic, S., Kranzelic, D., Tkalcec, E.,2010, Highly Porous HydroxyapatiteCeramics for Engineering Applications,Advances in Science and Technology Vol.63 (2010) pp 408-413, Switzerland.Paljar, K., Orlic, S., Tkalcec, E., Ivankovic, H., 2009,Preparation of Silicon Doped Hydroxyapatite.Croatia : Faculty of Chemical Engineeringand Technology, University of Zagreb.Pramanik, N., Mishra, D., Banerjee, I., Maiti, T.K.,Bhargava, P., Pramanik, P., 2009, ChemicalSynthesis, Characterization, andBiocompatibility Study ofHydroxyapatite/Chitosan PhosphateNanocomposite for Bone Tissue EngineeringApplications, International Journal ofBiomaterials, doi : 10.1155/2009/512417,India.Rocha, J.H.G., Lemos, A.F., Agathopoulos, S.,Valério, P., Kannan, S., Oktar, F.N., Ferreira,J.M.F., 2005, Scaffolds for Bone Restorationfrom Cuttlefish, Elsevier : Bone 37 (2005)850–857.Sari, RA Irindah F, 2012, Sintesis dan KarakterisasiMikroskopikNano-KompositHidroksiapatit/Kitosan (n-HA/Cs) untukAplikasi Jaringan Tulang, SkripsiFsaintek Unair Surabaya.Septiarini, Savitri, 2009, Pelapisan Apatit pada BajaTahan Karat Lokal dan Ternitridasi denganMetode Sol-Gel, Skripsi FMIPA InstitutPertanian Bogor.Venkatesan, J., Kim, S., 2010, Chitosan Compositesfor Bone Tissue Engineering—An Overview,Mar. Drugs 2010, 8, 2252-2266, Korea.Wahl, D.A. dan Czernuszka, J.T., 2006, Collagen-Hydroxyapatite Composites for Hard TissueRepair, European Cells and Materials Vol. 11.(pages 43-56), University of Oxford, UK.Wijayanti, Fitria, 2010, Variasi Komposisi Cobalt -Chromium Pada Komposit Co-Cr-HAPSebagai Bahan Implan, Skripsi FSAINTEKUnair.B 43

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SINTESIS MAKROPORUS KOMPOSIT KOLAGEN HIDROKSIAPATITSEBAGAI KANDIDAT BONE GRAFTMiranda Zawazi Ichsan 1 , Siswanto 2 , Dyah Hikmawati 31 Program Studi Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga2,3 Staf Pengajar Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : semnasfisika@unair.ac.idAbstrakTelah dilakukan sintesis makroporus komposit kolagen-hidroksiapatit sebagai kandidat bone graft. Kolagendisintesis dari cakar ayam. Metode yang dilakukan adalah dengan teknik freeze dry dengan variasi lamapembekuan 2, 4, dan 6 jam pada suhu -80°C. Proses selanjutnya dengan pengeringan dalam liyophilizer.Hasilnya dikarakterisasi dengan menggunakan FTIR, SEM, dan diuji kekuatan tekan dengan Autograf serta ujisitotoksisitas dengan MTT assay. Hasil FTIR membuktikan serapan kolagen dan hidroksiapatit tergabungsecara kimia ditunjukkan dengan serapan gugus fungsi yang tidak berhimpit antara gugus fungsi kolagen danhidroksiapatit dengan komposit. Ukuran pori terbesar diperoleh pada waktu pembekuan selama 2 jam yaitusebesar 774 µm dan yang terkecil pada pembekuan selama 6 jam yaitu sebesar 640 µm Hasil uji kekuatan tekankomposit untuk pembekuan selama 2, 4, dan 6 jam masing-masing 737 KPa, 842 KPa dan 707.7 KPa. Hasil ujisitotoksisitas dengan MTT assay menunjukkan komposit tidak toksik dengan persentase sel hidup di atas 100%.Kata kunci : Komposit Kolagen-Hidroksiapatit, Makroporus, Bone GraftPENDAHULUANSetiap tahun kebutuhan bone graft terusbertambah. Hal ini disebabkan oleh meningkatnyajumlah kecelakaan yang mengakibatkan patah tulang,penyakit bawaan, dan non bawaan. Berdasarkan datadi Asia Indonesia adalah Negara dengan jumlahpenderita patah tulang tertinggi. Diantaranya, adasebanyak 300-400 kasus operasi bedah tulang perbulan di RS. Dr. Soetomo Surabaya (Gunawarmandkk, 2010).Bagian tubuh yang paling sering terjadi patahtulang adalah bagian panggul, pergelangan kaki, tibia,dan fibula (Ficai et al., 2011). Bone graft yangbiasanya digunakan adalah autograft dan allograft.Namun, autograft dan allograft tidak dapat memenuhikeseluruhan kebutuhan bone graft yang terusmeningkat. Upaya untuk mengatasi masalah iniadalah penggunaan bone graft sintetis.Syarat yang harus dipenuhi oleh bone graftsintetis adalah dapat diterima tubuh ataubiokompatibel dan menguntungkan bagi prosesosteokonduksi, osteoinduksi, dan osteogenesis tulang.Osteokonduktif dan osteoinduktif adalah halterpenting untuk biomaterial resorbable gunamengarahkan dan mendorong formasi pertumbuhanjaringan (Wahl dan Czernuszka, 2006).Osteokonduktif dan osteointegrasi dari bone graftberhubungan dengan tingkat porositas dan ukuranpori (Develioglu et al. 2005).Berdasarkan penelitian sebelumnya, persyaratanminimum untuk ukuran pori dianggap ~100µm karenaukuran sel, persyaratan migrasi dan transport sel.Namun, dianjurkan ukuran pori >300 µm karenameningkatkan pembentukan tulang baru danpembentukan kapiler (Karageorgiou, 2005).Makroporositas yang tinggi dapat meningkatkanpembentukan tulang, akan tetapi nilai yang lebihtinggi dari 50% dapat mengakibatkan hilangnya sifatmekanik biomaterial (Lu JX et al., 1999).Bone graft sintetis yang baik adalah bone graftyang secara struktur dan komposisi mirip dengantulang alami. Komposit kolagen-hidroksiapatit adalahbone graft sintetis yang sangat mirip dengan tulangdari banyak sudut pandang. Tulang terdiri darikolagen dan hidroksiapatit sebagai komponen utamadan beberapa persen dari komponen lainnya (Vaccaro,2002). Komposit kolagen-hidroksiapatit saatditanamkan dalam tubuh manusia menunjukkan sifatosteokonduktif yang lebih baik dibandingkan denganhidroksiapatit monolitik dan menghasilkan kalsifikasimatriks tulang yang persis sama (Serre et al., 1993;Wang et al., 1995). Selain itu, komposit kolagenhidroksiapatitterbukti biokompatibel baik padamanusia maupun hewan (Serre et al., 1993; Scabbiadan Trombelli., 2004).Upaya untuk mendapatkan komposit denganstruktur dan komposisi yang sama dengan tulangalami adalah mengolaborasikan beberapa metodesintesis. Kunci dalam sintesis makroporus salahsatunya adalah dengan variasi laju pembekuan (Wahldan Czernuszka, 2006). Metode sintesis yang palingberguna untuk fabrikasi material porous adalahmetode freeze-drying. Pada metode freeze-drying,pengendalian pertumbuhan kristal es sangat pentinguntuk mendapatkan diameter dan bentuk pori yangsesuai, karena struktur pori adalah replikasi darijeratan dendrite kristal es. Pada prinsipnya metodefreeze-drying terdiri atas dua urutan proses, yaitupembekuan yang dilanjutkan dengan pengeringan.Diameter pori dapat dikontrol pada tahap pembekuan.Pada penelitian ini, kontrol ukuran makroporusB 44

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8komposit dilakukan dengan beberapa variasi waktupembekuan.METODEBahan dan AlatBahan yang digunakan untuk membuat kompositkolagen-hidroksiapatit berporus dengan teknik freezedryingadalah hidroksiapatit bubuk dengan ukuranbutir 150-355 µm, HCL, NaOH, Na 2 HPO 4 ,CH 3 COOH, NH 3 , asam fosfat dan aquades.Hidroksiapatit yang digunakan berasal dari tulangsapi dan kolagen diekstraksi dari cakar ayam.Alat-alat yang digunakan yaitu alat sintesa danalat mekanik. Alat sintesa yang digunakan adalah :freezer, lyophilizer, gelas beaker, spatula, kacatimbangan, gelas ukur, cetakan, aluminium foil,plastik pembungkus, kertas saring kertas lakmus dankain saring. Alat mekanik yaitu neraca digital, danmagnetic stirrer.Ekstraksi Kolagen dari Cakar AyamKolagen diekstraksi dari cakar ayam broiler.Ekstraksi kolagen dari cakar ayam digunakan metodePrayitno (2007) dimodifikasi. Cakar ayam yangdigunakan berasal dari penjual daging ayam di pasarManukan Kulon Surabaya.Cakar ayam yang telah terkumpul dicuci bersihdan disimpan dalam freezer. Penyimpanan dalamfreezer dimaksudkan supaya cakar ayam tidakmembusuk. Cakar ayam dikeluarkan dari freezerkemudian dipisahkan dari tulangnya dengan dipotongpotongmenggunakan pisau untuk memudahkanproses penghancuran. Potongan cakar selanjutnyadihancurkan dengan blender. Reduksi ukuran iniuntuk mempermudah proses peregangan kolagen olehlarutan asam. Cakar yang telah hancur ditimbangsebanyak 100 gram kemudian direndam selama 24jam dengan larutan HCL 5% dengan volume 8 kaliberat sampel. Selama perendaman, sampel disimpandalam kulkas.Setelah mencapai waktu perendaman, cairandipisahkan melalui penyaringan dengan kain mori.Filtrat (cairan hasil penyaringan) ditambah larutanNaOH 1 N sampai mencapai pH netral dan didiamkansampai kolagen menggumpal. Saat mendekati pHnetral, terlihat gumpalan sedikit demi sedikit mulaiteramati. Begitu mencapai pH netral, serabut-serabutkolagen mulai terbentuk dan menyatu sehinggaterlihat gumpalan yang nyata. Gumpalan kolagenterbentuk sempurna pada pH netral (pH 7).Selanjutnya gumpalan kolagen disaring dengan kertassaring. Kolagen yang dihasilkan dikeringkan denganmetode freeze- dry.Sintesis Komposit Kolagen-HidroksiapatitSintesis komposit kolagen-hidroksiapatit denganmetode freeze-drying dimulai dengan pencampurankolagen dan hidroksiapatit dengan rasio 20:80.Sebelum dua bahan dicampur, kolagen danhidroksiapatit dilarutkan terlebih dahulu untukmendapatkan campuran yang homogen.Kolagen dilarutkan dengan asam asetat denganperbandingan 1:1. Selanjutnya ditambahkan denganNa 2 HPO 4 . H 2 O dengan rasio 1:1. Campurandinetralkan dengan NaOH 1M. Adapun hidroksiapatitdilarutkan dengan asam fosfat. Perbandinganhidroksiapatit asam fosfat yaitu 1:4. Larutanhidroksiapatit selanjutnya dinetralkan dengan NH 3tetes demi tetes dengan pipet gelas. pH netral diukurdengan menggunakan kertas lakmus asam basa.Larutan hidroksiapatit dan larutan kolagen yang telahnetral dicampur sambil diaduk perlahan-lahan.Campuran kolagen hidroksiapatit dimasukkan kedalam wadah tabung silinder setinggi 2 cm dandilabeli. Selanjutnya dibekukan dengan suhu -80 °Cdengan waktu pembekuan 2 jam, 4 jam, dan 6 jam.Komposit kolagen-hidroksiapatit yang telah keringdikeluarkan dari cetakan untuk dikarakterisasi.KarakterisasiUji FTIR dengan Tensor TM FT-IR Spectrometer(Perkin Elmer Frontier), Uji tekan dengan AutographAG-10TE Shimadzu, Uji topografi dengan SEM(Inspect S50, FEI Corp., Jepang).HASIL DAN PEMBAHASANHasil sintesis kolagen berbentuk serbuk berwarnaputih kekuningan yang tampak pada Gambar 1.Kolagen hasil sintesis diuji dengan FTIR diperolehgrafik transmisi (%) terhadap bilangan gelombang(cm -1 ) pada Gambar 2.Gambar 1 Kolagen hasil sintesisB 45

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Grafik hasil uji FTIR pada Gambar 2 dianalisisdengan membandingkan pita absorbs yang terbentukpada spektrum inframerah menggunakan tabelkorelasi dan menggunakan spektrum senyawapembanding yang sudah diketahui.. Hasilperbandingan spektrum inframerah kolagen dengantabel korelasi disajikan pada Tabel 1.Tabel 1 Karakteristik absorbsi kolagen hasil ekstraksi dari cakarayamNoRentang frekuensi Peak (cm - Ikatan(cm -1 ))1 3500-3300 3409 N-H2 3000-2500 2927 O-H3 3000-2500 2857 O-H4 1760-1670 1746 C=O5 1640-1660 1651 N-H6 1500-1600 1546 N-H7 1470-1350 1458 C-H8 1340-1020 1160 C-N9 1340-1020 1100 C-N10 1000-675 917 C-H11 870-675 723 C-H12 870-675 686 C-H13 700-610 647 C-HSpektrum utama dari kolagen adalah adanyaamida I banding yang muncul dari stretchingvibration C=O (karbonil) grup amida dari protein.Amida I ditemukan pada 1651 cm -1 , amida IIditemukan pada 1546 cm -1 dan amina C-Nditemukan pada 1100cm -1 dan 1159 cm -1 . Amina N-H ditemukan pada 3409 cm -1 . Hasil perbandingangrafik FTIR kolagen dari cakar ayam dengankolagen murni pada Kirubanandan, 2010menunjukkan pita serapan yang mirip dan gugusyang sama. Hasil perbandingan pita absorbs dengantabel korelasi ataupun dengan senyawa pembandingyang telah diketahui menunjukkan bahwa kolagencocok sebagai bahan untuk sintesis komposit.Gambar 2 Hasil Uji FTIR Serbuk Kolagen Cakar ayamB 46Komposit kolagen-hidroksiapatit hasil sintesismenggunakan metode freeze-dry dengan variasipembekuan 2, 4 dan 6 jam tampak pada Gambar.3.Komposit dengan 2 jam pembekuan diuji denganFTIR. diperoleh grafik pada Gambar 4.Grafik hasil uji FTIR dianalisis denganmembandingkan pita absorbs yang terbentuk padaspektrum inframerah menggunakan tabel korelasi.Hasil perbandingan pita absorbs disajikan padaTabel 2.Tabel 2 Karakteristik absorbsi komposit kolagen-hidroksiapatitNoRentangfrekuensi (cm -1 )Peak(cm -1 )Ikatan1 3640-3160 3232 O-H2 3000-2500 3081 O-H3 2960-2850 2873 C-H4 2260-2100 2202 C≡C5 1760-1670 1716 C=O6 1600-1700 1672 N-H7 1500-1600 1519 N-H8 1470-1350 1460 C-H9 1470-1350 1405 C-H10 1340-1020 1200 C-N11 1340-1020 1074 C-N12 900-1200 10183-PO 413 900-1200 9663-PO 414 500-600 553 C-XPuncak karakteristik HA adalah pada panjanggelombang 500 cm -1 -600 cm -1 . Pada hasil FTIRkomposit kolagen-hidroksiapatit, ditemukan padapanjang gelombang 553 cm -1 . Puncak karakteristikkolagen ditemukan pada 2873 untuk CH stretching,1716 cm -1 untuk C=O grup, dan di atas 3000 cm -1untuk N-H. Amida I banding antara panjanggelombang 1600 cm -1 -1700 cm -1 dan PO 4 3- bandingantara 900 cm -1 -1200 cm -1 .Data serapan gugus fungsi pada spektrum FTIRdigunakan untuk mengetahui jenis reaksi yang

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8terjadi. Jika data berimpit dengan data spektrumFTIR bahan yang digunakan, maka proses yangterjadi merupakan proses fisika. Sedangkan jika datatidak berimpit maka proses yang terjadi adalahrekasi kimia. Berdasarkan perbandingan hasil FTIRkolagen, hidroksiapatit, dan komposit diperolehreaksi yang terjadi pada proses sintesis kompositkolagen-hidroksiapatati adalah reaksi kimia.(a) (b) (c)Gambar 3 Komposit Kolagen-Hidroksiapatit dengan:2 jam pembekuan, (b) 4 jam pembekuan dan (c) 6 jam pembekuanBentuk MakroporusMakroporus yang terbentuk dengan metodefreeze-drying pada penelitian ini menghasilkanukuran pori yang tidak merata. Pada metode freezedrying,pengendalian pertumbuhan kristal es sangatpenting untuk mendapatkan diameter dan bentukpori yang sesuai. Diameter pori dikontrol pada tahappembekuan. Pembekuan dilakukan pada temperatur-80°C dengan tiga variasi waktu pembekuan yaitu2,4, dan 6 jam. Hasil citra SEM dengan perbesaran1000x menunjukkan perbedaan yang signifikan.Perbedaan yang dapat diamati adalah bentukmakroporus, kekasaran permukaan, dan polapenggabungan kolagen dengan hidroksiapatit padakomposit.Pada Gambar 5 terlihat bentuk makroporuskomposit tidak merata. Pembekuan pada suhu -80°Cselama dua jam membentuk dendrite kristal es yangtidak teratur sehingga ukuran makroporus tidakseragam dan tidak ada cross link. Kolagen tampakGambar 4 Hasil FTIR komposit kolagen-hidroksiapatitB 47berbentuk jarum panjang yang menjulang. Serabutkolagen bergabung dalam ikatan lapisanhidroksiapatit yang tipis. Serabut kolagen berperansebagai serat komposit dan hidroksiapatit berperansebagai matriks komposit. Secara makro, permukaankomposit terlihat kasar.Komposit yang dibekukan selama empat jampada gambar 6 tampak lebih padat dibandingkankomposit yang dibekukan selama dua jam. Serabutkolagen tidak dapat dibedakan dengan jelas sepertipada Gambar 4.5. Gabungan kolagen danhidroksiapatit pada komposit menyatu dengan baiksehingga tidak terlihat batas antara keduanya.Secara makro, komposit terlihat lebih halusdibandingkan dengan komposit yang dibekukanselama dua jam.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 5. Permukaan mikroskopis komposit dengan 2 jampembekuankomposit dengan pembekuan selam empat jam.Secara makro, permukaan komposit terlihat kasar.Serabut kolagen tampak lebih pendek jikadibandingkan dengan kolagen pada komposit yangdibekukan selama dua jam. Kolagen bergabungdengan hidroksiapatit dan masih terlihat batas antarakolagen dengan hidroksiapatit.Komposit yang diberi waktu pembekuanberbeda menghasilkan kekasaran yang berbeda danpola gabungan yang berbeda. Ditinjau dari batasantara kolagen dengan hidroksiapatit dalamkomposit, komposit yang dibekukan selama dua jambergabung dengan baik sehingga membentukkerapatan yang besar. Kontrol lama waktupembekuan dengan variasi waktu pembekuan padasuhu -80°C dapat membentuk makroporus dengantopografi permukaan yang berbeda-beda. Namun,metode ini tidak dapat membentuk makroporusdengan bentuk dan ukuran yang seragam dan teratursehingga tidak ada cross link antar pori. Hal initerjadi karena struktur pori adalah replikasi darijeratan dendrit kristal es. Kristal es yang terbentukselain bergantung pada suhu pembekuan dan lamapembekuan, juga bergantung pada konsentrasi zatterlarut dalam komposit.Ukuran MakroporusHasil analisis topografi komposit menunjukkanperbedaan dalam bentuk dan pola persenyawaankolagen dengan hidroksiapatit. Selain bentuk danmodel persenyawaan, ukuran makroporus yangdihasilkan juga berbeda-beda dan tidak merata.Gambar 8 menunjukkan rata-rata ukuran pori yangterbentuk pada komposit kolagen-hidroksiapatitdengan beberapa variasi pembekuan.Gambar 6. Permukaan mikroskopis komposit dengan 4 jampembekuanGambar 4.7 Permukaan mikroskopis komposit dengan 6 jampembekuanKomposit kolagen-hidroksiapatit denganpembekuan selama enam jam tidak sepadatGambar 8 Rata-rata Ukuran makroporus yang terukurRata-rata ukuran pori terbesar yang terbentukpada komposit kolagen-hidroksiapatit adalah padapembekuan selama dua jam yaitu sebesar 774 µm.Sedangkan rata-rata ukuran pori yang terkecil yaitu640 terbentuk pada waktu pembekuan selama enamjam. Berdasarkan penelitian sebelumnya,persyaratan minimum untuk ukuran pori dianggap~100µm karena ukuran sel, persyaratan migrasi dantransport sel. Namun, dianjurkan ukuran pori lebihbesar dari 300 µm karena meningkatkanpembentukan tulang baru dan pembentukan kapiler(Karageorgiou, 2005). Komposit kolagenhidroksiapatityang disintesis dengan ketiga variasiwaktu pembekuan dapat memenuhi standar ukuranpori yang dianjurkan.B 48

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8O’Brien et al. tahun 2004 telah melakukansintesis scaffold kolagen-GAG dengan variasi lajupembekuan 0.6°C , 0.7°C, 0,9°C, dan 4.1°C permenit. Hasilnya menunjukkan bahwa ukuran poriscaffold kolagen-GAG terbesar yaitu ± 130 µmdidapatkan pada laju pembekuan 0.6°C per menit.Hal ini membuktikan bahwa laju pembekuan yangsemakin rendah menghasilkan ukuran pori yangsemakin besar. Dalam penelitian ini, diperoleh hasilbahwa dengan waktu pembekuan yang paling cepatyaitu 2 jam menghasilkan ukuran pori yang palingbesar.Yunoki et al. tahun 2006 yang telah melakukansintesis komposit kolagen-hidroksiapatit dengansuhu pembekuan -20°C dengan metode freezedrying,menghasilkan komposit dengan ukuran porisebesar 200-500 µm. Jika dibandingkan dengan hasilpenelitian ini, maka pembekuan dengan suhu -80°Cdapat menghasilkan ukuran pori yang lebih besar.Hal ini terjadi karena semakin rendah suhupembekuan, semakin cepat komposit membeku,sehingga semakin cepat pula terbentuknya dendritekristal es.Hasil Uji Kekuatan TekanPengujian sifat mekanik kekuatan tekan padaGambar 9 menunjukkan bahwa komposit yangdibekukan selama 2 jam dengan porositas sebesar52% memiliki kekuatan tekan yang lebih rendahdibandingkan komposit yang dibekukan selama 4jam. Komposit dengan 4 jam pembekuan memilikidensitas yang paling tinggi sehingga mempengaruhisifat biomekanik.Gambar 9Diagram pengaruh waktu pembekuan terhadap kekuatantekanKomposit yang dibekukan selama 4 jammemiliki kekuatan tekan yang paling tinggi yaitusebesar 842 KPa dibandingkan dengan sampel yanglain. Sedangkan yang paling rendah adalah yangdibekukan selama 6 jam yaitu 708 KPa.Dibandingkan dengan sifat biomekanik tulang sehat,nilai kekuatan tekan komposit yang dihasilkan masihbelum memenuhi standar yaitu 2-12 MPa,Hasil Uji SitotoksisitasSelain bentuk pori yang terbentuk dan strukturjalinan kolagen dengan hidroksiapatit,biokompatibilitas adalah salah satu hal terpentingdalam aplikasi. Sitotoksisitas suatu material adalahtahap awal dalam penentuan biokompatibilitasmaterial implant. Uji MTT adalah salah satu metodeyang digunakan dalam uji sitotoksik. HasilPengamatan sel hidup dengan mikroskopditunjukkan pada Gambar 10.Sel hidupGambar 10 Sel Hidup Hasil Uji MTTGambar 11. Hasil Uji Sitotoksisitas dengan Metode MTTPersentase sel hidup yang di dapatkan dari ujiMTT pada Gambar 11 membuktikan ketoksikansenyawa bahan dan komposit. Grafik hasil uji MTTmenunjukkan kolagen dan hidroksiapatit tidak toksikkarena persentase sel hidup di atas 100%. Kompositkolagen–hidroksiapatit meningkatkan persentase selhidup. Hal ini membuktikan bahwa penggunaankolagen dan hidroksiapatit secara bersama-samamenguntungkan dalam hal pertumbuhan sel.Kolagen dan hidroksiapatit dibuktikan dapatmeningkatkan diferensiasi osteoblas (Xie et al.,2004), tapi dikombinasikan bersama-sama terbuktimempercepat osteogenesis. Komposit kolagenhidroksiapatitsaat ditanamkan dalam tubuh manusiamenunjukkan sifat osteokonduktif yang lebih baikdibandingkan dengan hidroksiapatit monolitik danmenghasilkan kalsifikasi matriks tulang yang persissama (Serre et al., 1993; Wang et al., 1995).Potensi sebagai Kandidat Bone GraftBentuk pori yang terbentuk dan struktur jalinankolagen dengan hidroksiapatit dalam kompositadalah dua hal penting yang berpengaruh padaproses regenerasi tulang. Persenyawaan antarakolagen dan kristal hidroksiapatit bertanggung jawabB 49

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8atas daya tekan dan daya regang tulang yang besar.Cara penyusunan tulang serupa dengan pembuatanpalang beton. Serat-serat kolagen seperti batangbatangbaja pada beton dan hidroksiapatit sertagaram-garam tulang yang lain sama seperti semen,pasir dan batu pada beton tersebut. Analisistopografi komposit dengan SEM menunjukkan polagabungan kolagen dengan hidroksiapatit yang sesuaidengan analogi beton di atas.Selain bentuk pori yang terbentuk dan strukturjalinan kolagen dengan hidroksiapatit,biokompatibilitas adalah salah satu hal terpentingdalam aplikasi. Syarat yang harus dipenuhi olehbone graft sintetis adalah dapat diterima tubuh ataubiokompatibel dan menguntungkan bagi prosesosteokonduksi, osteoinduksi, dan osteogenesistulang. Berdasarkan tinjauan sitotoksik, kompositkolagen-hidroksiapatit terbukti tidak toksik bahkanmeningkatkan persentase sel hidup dibandingkandengan kolagen atau hidroksiapatit monolitik.Secara fisik, bentuk permukaan komposit cocoksebagai media perlekatan sel. Ukuran makroporuskomposit yang besar dengan rata-rata berukuranantara 640-774 µm mendorong prosesosteokonduksi tulang. Ditinjau dari polapersenyawaan kolagen dengan hidroksiapatit,kerapatan, ukuran makroporus, dan kekuatan tekan,komposit yang dibekukan selama 4 jam lebih cocoksebagai kandidat bone graft dibandingkan dengankomposit 2 dan 6 jam pembekuan.KESIMPULAN DAN SARANKesimpulanHasil uji dan analisis membuktikan beberapapoint kesimpulan sebagai berikut:1. Kontrol waktu pembekuan mempengaruhiukuran makroporus dan sifat mekaniknya.Komposit dengan ukuran pori terbesardiperoleh dengan 2 jam pembekuan yaitu 774µm dan yang terkecil pada pembekuan selama 6jam yaitu 640 µm. Komposit denganpembekuan 4 jam memiliki rata-rata ukuranmakroporus 675 µm dengan kekuatan tekanpaling besar yaitu 842 KPa.2. Komposit kolagen-hidroksiapatit terbukti nontoksikdengan persentase sel hidup di atas 100%.SaranDiharapkan hasil penelitian ini dikembangkandengan beberapa saran sebagai berikut:1. Variasi lama waktu pembekuan diharapkanlebih bervariasi dan berjarak lebih pendek.2. Variasi konsentrasi diperlukan untuk analisisyang lebih mendalam.3. Uji MTT sebaiknya dilakukan terhadap variasibeberapa konsentrasi. Selanjutnya ujibiokompatibilitas didukung dengan uji in vitrodan in vivo.Ucapan TerimakasihTerimakasih kepada Dr. Prihartini Widiyanti,drg., M.Kes dan Dr. Ferdiansyah, dr., SPOT atassaran dan kritik dalam penelitian ini.DAFTAR PUSTAKAAnselme, K. 2000. Osteoblast adhesion onbiomaterials. Biomaterials 21, 667.Attaf, Brahim .2011..Advances in CompositeMaterials for Medicine andNanotechnology. Tech Janeza Trdine 9,51000 Rijeka, CroatiaChang, M. C. and Tanaka, J. 2002. FT-IR study forhydroxyapatite/collagen nanocompositecross-linked by glutaraldehyde. Biomaterials23:4811–818.Develioglu, H., Koptagel, E., Gedik, R. andDupoirieux, L. 2005. The effect of a biphasicceramic on calvarial bone regeneration in rats.Journal of Oral Implantology 31(6):309-312.Ficai, A., Andronescu, E., Voicu, G., Ficai, D. 2011.Advances in Collagen/HidroxyapatiteComposite Material. InTechGunawarman, Malik, A., Mulyadi S., Riana, Hayani,A. 2010. Karakteristik Fisik dan MekanikTulang Sapi Variasi Berat Hidup sebagaiReferensi Desain Material Implan. SeminarNasional Tahunan Teknik Mesin (SNMTTM)ke-9Karageorgiou V, Kaplan D .2005. Porosity of 3Dbiornaterial scaffolds and osteogenesis.Biomaterials 26:5474-5491.Kirubanandan, S dan Sehgal, P.K, 2010.Regeneration of Soft Tissue Using PorousBovine Collagen Scaffold. Journal ofOptoelectronics and Biomedical Materials.Vol. 2.Laurencin C, Khan Y, El-Amin SF (2006) Bonegraft substitutes. Expert Rev Med Dev 3: 49-57.Lu JX, Flautre B et al. 1999. Role ofinterconnections in porous bioceramics onbone recolonization in vitro and vivo. J MaterSci Mater Med 10:111–120.Meiyanto, E., Sugiyanto, Murwanti, R., 2003, EfekAntikarsinogenesis Ekstrak Etanolik DaunGynura procumbens (Lourr) Merr padaKanker Payudara Tikus yang Diinduksidengan DMBA, Laporan Penelitian HibahBersaing XI/1 Perguruan Tinggi, FakultasFarmasi Universitas Gadjah Mada,Yogyakarta.Melannisa, R., 2004, Pengaruh PGV-1 Pada SelKanker Payudara T47D Yang Diinduksi 17βestradiol:Kajian Antiproliferasi, PemacuanApoptosis, dan Antiangiogenesis, Tesis,Sekolah Pascasarjana, Universitas GadjahMada.Moran, Michael J. dan Shapiro, Howard N. 2004.Termodinamika Teknik. Jakarta: Erlangga.B 50

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8O’Brien FJ, Harley BA, Yannas IV, Gibson L. 2004.Influence of freezing rate on pore structure infreeze-dried collagen-GAG scaffolds.Biomaterials 25: 1077-1086.Prayitno, 2007. Ekastraksi Kolagen Cakar Ayamdengan Berbagai Jenis Larutan Asam danLama Perendamannya. Jurnal AnimalProduction Vol. 9. No. 2.Ratner, Buddy D., dkk. 1996. Biomaterial Science,An Introduction to Materials in Medicine.Academic Press.:1-8.Scabbia A, Trombelli L (2004) A comparative studyon the use of a HA/collagen/chondroitinsulphate biomaterial (Biostite&reg;) and abovine-derived HA xenograft (Bio-Oss&reg;)in the treatment of deep intra-osseous defects.J Clin Periodontol 31: 348-355.Schoof H, Bruns L, Fischer A, Heschel I, Rau G.2000. Dendritic ice morphology inunidirectionally solidified collagensuspensions. J Crystal Growth 209: 122-129.Serre CM, Papillard M, Chavassieux P, Boivin G.1993. In vitro induction of a calcifyingmatrix by biomaterials constituted of collagenand/or hydroxyapatite: an ultrastructuralcomparison of three types of biomaterials.Biomaterials 14: 97-106.Sloane, Ethel. 1995. Anatomi dan Fisiologi untukPemula. EGC: Jakarta.Vaccaro, Alexander R. 2002. The Role of theOsteoconductive Scaffold in Synthetic BoneGraft. Orthobluejournal vol 22 no 5/SupplementWahl, DA dan Czernuszka .2006. Collagen-Hydroxiapatite Composites for Hard TissueRepair. Eropean Cells and Material Vol.11pages 43-56Wang RZ, Cui FZ, Lu HB, Wen HB, Ma CL, Li HD.1995. Synthesis of NanophaseHydroxyapatite Collagen Composite. J MaterSci Lett 14: 490-492.Wang, X., Nyman, J.S., Dong X., Leng,H., andReyes, M. 2010. Fundamental Biomechanicsin Bone Tissue Engineering. Morgan andClaypool.Yunoki, Shunji et al. 2006. Fabrication andMechanical and Tissue Ingrowth Propertiesof Unidirectionally PorousHydroxyapatite/Collagen Composite. Journalof Biomedical Materials Part B:166-173B 51

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGARUH MOLARITAS NAOH PADA SINTESIS NANOSILIKABERBABIS PASIR BANCAR TUBAN DENGAN METODE KOPRESIPITASIMunasir 1 , Surahmat Hadi 2 , Triwikantoro 3 , Moch.Zainuri 4 , Darminto 51,2,3,4,5 Program Studi Fisika ITS Surabaya, Indonesia1 Program Studi Fisika UNESA Surabaya, IndonesiaEmail: munasir09@mhs.physics.its.ac.idAbstrakPada penelitian ini dilakukan ekstrak pasir kuarsa alam yang diambil di daerah Bancar Tuban (utara PulauJawa), secara fisik pasir Bancar Tuban mempunyai ukuran butiran agak kasar dan berwarna kuning gading.Hasil uji XRF menunjukan unsur atom pengotor dominan adalah Ca (7,5%wt) dan K (4,8%wt). Hasil XRDmenunjukan intesistas dominan terjadi pada sudut (2) ~26 o , dan dominan struktur kristal yang terdapat padasampel adalah quartz (SiO 2 ). Sebelum proses sintesis lebih lanjut, pasir di milling hingga ukurannya homogen,kemudian dilakukan uji SEM . Hasil uji SEM serbuk pasir menunjukan bahwa ukuran butiran serbuk sekitar 5-50 µm, selanjutnya serbuk pasir diproses dengan metode copresipitasi dengan menggunakan senyawa alkali(NaOH) dengan molaritas bervariasi (5-7M). Diperoleh kristalit sodium silikat yang kemudian dilarutkandengan aquades dan disaring. Larutan sodium silikat (Na 2 O.xSiO 2 ) kemudian dititrasi dengan HCl 2 M denganpH akhir bervariasi (4-5 dan 7-8). Produk akhir berbentuk buburan silika, selanjutnya dikeringkan dengantemperatur sekitar 80 selama 24 jam, hingga diperoleh serbuk silika. Pada sampel dengan molaritas NaOH 7M mulai terbentuk struktur amorf dan kristal (quartz); kandungan unsur Si rata-rata 95,7% diperoleh serbukSiO 2 dari bahan pasir seberat 4 gram. Hasil SEM diperoleh informasi bahwa terjadi pembentukan aglomerasipartikel, partikel kecil yang tidak beraglomerasi teramati berukuran < 100 nm.Kata kunci: Molaritas NaOH, silika kristal, silika amorf, pasir alamPENDAHULUANIndonesia merupakan negara dengan potensisumber daya alam yang melimpah. Potensi tersebutmeliputi minyak, gas, dan bahan-bahan mineral.Diantara bahan-bahan mineral, terdapat bahan yangtergolong bahan oksida yang mempunyai potensiuntuk pemanfaatan aplikasi teknologi tinggi seperti:ZnO, SiO 2 , MgO, Al 2 O 3 , TiO 2 . Akan tetapi, untukdapat memaksimalkan penggunaan bahan tersebut,membutuhkan dukungan teknologi baru yakninanoteknologi.Bahan oksida khususnya silika (SiO 2 ) telahdimanfaatkan dalam berbagai aplikasi. Pemanfaatansilika yang paling familiar dan komersial adalahselain sebagai bahan utama industri gelas, dan kacajuga untuk bahan baku pembuatan sel surya. Barubaruini, pemanfaatan silika dan kalsium yang dibuatnanokomposit menjadi kandidat bahan bioaktif yangmenjanjikan untuk aplikasi perbaikan jaringan tulang(Zhongkui,at al.,2009). Pemanfaatan lain silika ordenano untuk aplikasi di industri yang berkaitan denganproduksi pigmen, pharmaceutical, keramik, dankatalis (Nozawa,at al., 2005).Bahan silika yang berasal dari alam telah berhasildimurnikan dan kemudian disintesis hingga menjadinanosilika. Baru-baru ini telah berhasil diperolehsilika dengan kadar kemurnian tinggi (> 99 %) dariabu/limbah sampingan industri gula (Samsudin,2009). Dan telah berhasil disintesis nanosilika daribahan abu sekam padi dengan kemurnian 98 %dengan menggunakan metode kopresipitasi (Nittaya,atal.,2008) dan dari lumpur sidoarjo (lusi) denganB 52metode kopresipitasi, kemurnian 95,7% (Munasir,dkk.,2010). Trabelsi berhasil mensintesis silika amorfdari pasir deuriet dengan mereaksikan dengan sodiumkarbonat (Na 2 CO 3 ) dengan temperatur pembakaran1030 o C (Trabelsi,et al.,2009). Dan Hidetsugu Morimenawarkan metode sintesis dengan menggunakanprinsip kerja membongkar ikatan kimia dalam bahandengan menggunakan senyawa alkali seperti KOHdan NaOH dan kemudian mengikat silikon dioksida(SiO 2 ) dari waste colore glasses (Mori, 2003)diperoleh serbuk SiO2 dengan kemurnian tinggi99,9%, metode ini dinamakan metode alkalifusion.Pada penelitian ini, akan dilakukan sintesisdengan menggunakan metode kopresipitasi, secaraprinsip proses ektraksi silika dari bahan dasar pasirkuarsa ada tiga tahapan. Pertama, preparasi sodiumsilikat (Na 2 SiO 3 ) dari pasir kuarsa denganmenggunakan NaOH. Kedua, preparasi silicic acid,Si(OH) 4 , pada tahapan ini, larutan sodium silikat direaksikan dengan asam kuat (HCl) hingga terbentukendapan (silika gel) yang masih tercampur denganNaCl. Karena Si(OH) 4 tidak bisa larut dalam asamkuat seperti HCl, HNO 3 , dan H 2 SO 4 . Maka endapanSi(OH) 4 dapat dipisahkan dari larutannya (NaCl) .Ketiga, adalah preparasi SiO 2 dengan prosespengeringan gel silika Si(OH) 4 . Metode kopresipitasiditengarahi mempunyai kelebihan dibanding metodelain dalm mengekstraksi SiO 2 orde nano dari bahananorgonaik, karena pemakaian energi yang cukuprendah (

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8BAHAN DAN METODEBahanBahan utama yang digunakan dalam penelitianini adalah pasir kuarsa yang diambil di daerah Bancar-Tuban Jawa Timur. Dengan kandungan 76,80 wt%SiO 2 (hasil awal uji XRF), larutan HCl 37 %, NaOH99%, dan Aquades. Peralatan yang digunakan dalampenelitian ini antara lain adalah gelas beker ukuran100, 250, 400, dan 800 ml; gelas ukur, pipet, spatulalogam dan kaca, corong kaca, cawan keramik, mortar,aluminium foil, thermometer, kertas saring, lampuuntuk pengeringan, timbangan analitik, furnace danmagnetik stirrerMetodePasir Tuban di haluskan dan disaring (ukuranhomogen) dengan ukuran sekitar 250 mikron,kemudian dicampur dengan larutan NaOH (5-7 M)dan distirer selama 2 jam, sehingga terbentuk larutansodium silikat. Larutan sodium silikat tersebut laludidiamkan sekitar 24 jam, kemudian diputar distirersambil dititrasi dengan HCl (2M) sehingga PH larutanmendekati netral (PH 6-7) , sehingga terbentuklarutan menjadi keruh dan terbentuk gel berwarnaputih, endapan gel disaring dengan kertas saring dandilakukan pencucian dengan air yang terionisasi (DIwater) beberapa kali untuk membersihkan sisa-sisaNaCl yang mungkin masih ada di gel. EndapanSi(OH) 2 (silica gel) didiamkan kemudian di keringkandengan menggunakan cahaya lampu 100 W selama 2hari. Silika gel (SiO 2 ) selanjutnya diuji XRD danXRF .HASIL DAN DISKUSIHasilAnalisis XRFHasil uji XRF yang dilakukan pada sampel pasirsilika yang diambil di lokasi penambangan pasirBancar Tuban Jawa Timur Indonesia, diperoleh hasilseperti pada tabel 1, unsur atom dan senyawa oksidadalam persentase massa (%).Tabel 1. Hasil analisis Data XRF Sampel Pasir dannanosilika NS-1, NS-2, dan NS-3 hasil sintesis denganNaOHbervariasi berturut-turut: 5M, 6M dan 7MSampelUnsur atom (%wt)Si Ca K lainyaPasir-BT 69,30 7,50 4,80

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pada tabel 2 tampak massa serbuk nanosilika yangdihasilkan dengan metode kopresipitasi denganvariasi molaritas NaOH (5-7M) saat proses ekstraksiSiO 2 melalui pembentukan senyawa Na 2 SiO 3 fasepadat dan larutannya . Pada NaOH 5-7M dengan pHtitrasi 7-8 diperoleh prosentasi nanosillika masingmasing15,336%; 17,870% dan 41,355% dari sekitar4 gram serbuk pasir; sedangkan untuk pH 4-5,dihasilkan serbuk nanosilika dengan persentase dariserbuk pasir, 45,969%; 65,441% dan 90,6972%.Tabel 2. Produksi Serbuk NanosilikaMolaritas Pasir-BT Massa NS PersentPhNaOH(gr) (gr) ase (%)5M 7-8 4,0062 0,6144 15,3362(NS-1) ~4-5 4,0122 1,8444 45,96976M 7-8 4,0223 0,7188 17,8703(NS-2) ~4-5 4,0175 2,6291 65,44117M 7-8 4,0532 1,6762 41,3549(NS-3) ~4-5 4,0203 3,6463 90,6972Analisis SEMHasil analisis SEM untuk Nanosilika hasilsintesis ditunjukan pada gambar 3. Berdasar hasilpengamatan SEM dapat dilihat partikel SiO 2 ukuran~ 100 nm dapat teramati walaupun sebagian besartampak kumpulan partikel-partikel kecil yangmenyatu membentuk partikel besar (beraglomerasi).Hal ini sebenarnya sudah dapat diprediksikansebelumnya dengan melihat hasil XRD dimanasampel tersebut adalah salah satu sampel yangterbentuk kristal quartz dari hasil XRD serta searchmatch yang dilakukan. Sampel ini mempunyaipuncak-puncak yang intensitasnya tidak terlalu tinggitetapi melebar, dimana hal itu merupakan salah satukarakteristik dari material yang berukuran nano.Gambar 3. Profil struktur mikro (SEM) serbuk nanosilika yangdipreparasi dengan NaOH 7MDiskusiPencampuran serbuk pasir kuarsa dengan larutanNaOH yang diaduk sambil dipanaskan dengantemperatur 80 o C, senyawa NaOH terdisosiasisempurna membentuk ion Na + dan ion hidroksida OH -. Sedangkan SiO 2 dalam serbuk pasir akan mengalamipembentukan ion intermediet (SiO 2 OH) - yang tidakstabil. Dalam SiO 2 elektronegatifitas O lebih tinggisehingga menyebab-kan Si lebih elektropositif.Selanjutnya akan terjadi proses hidrogenasi dan ionhidroksil yang berikatan dengan hidrogen membentukmolekul air dan dua ion Na + yang akan menetralkanmuatan negatif yang terbentuk, berinteraksi denganion SiO 2- 3 hingga terbentuk sodium silikat (Na 2 SiO 3 ).Pada proses ini sodium silikat yang diperolehberbentuk padat, selanjutnya dengan penambahanaquades (H 2 O) akan diperoleh larutan sodium silikat,yang selanjutnya berfungsi sebagai precursor padapembentukan silika gel (SiO 2 ). Larutan sodium silikatdiputar dengan hotplate stirer dengan temperatur 70 o Csambil diteteskan 2M HCl hingga pH 7. Pada prosesini terjadi peristiwa pembentukan gugus siloksi (Si-O -) dan gugus silanol (Si-OH), selanjutnya gugus silanolberinteraksi dengan gugus siloksi hingga terbentukgugus siloksan (Si-O-Si) proses ini terjadi sangatcepat hingga terbentuk silika gel dengan produksampingan NaCl. Selanjutnya proses anging danproses penetralan atau membuang NaCl denganaquades (H 2 O).Penggunaan variasi molaritas dan pH akhir saattitrasi ternyata menghasilkan sampel yang berbeda.Sampel yang dihasilkan ternyata sebagian kecil mulaiterbentuk kristal dimana fase yang teridentifikasiyaitu quartz. Molaritas NaOH dan pH pada penelitianini berfungsi sebagai driving force dalampembentukan kristal. Pembentukan fasa biasanyamenggunakan perlakuan suhu tinggi, sehingga cukupbanyak membutuhkan konsumsi energi srtamembutuhkan waktu yang lama. Melalui metodekopresipitasi hanya membutuhkan waktu sampaiterbentuknya sampel kurang dari 4 jam. Dengandemikian jika dibandingkan dengan metode lain yangbiasa digunakan untuk mengekstrak pasir atau limbahgelas menjadi nanosilika, metode ini jauh lebih hemat,demikian halnya dengan mulai terbentuknya fasekristal (fase quartz) ini tidak dijumpai dalam metodealkali fusion (Mori, 2003) Jika dilihat dari morfologiSEM teramati ukuran partikel dalam skala kurang dari100 nm untuk sampel dengan pH 7-8 denganmolaritas 7 M, sehingga dapat disimpulkan bahwasampel ini merupakan SiO 2 kristal dalam lautanamorf.KESIMPULAN DAN SARANKesimpulanKesimpulan dari hasil penelitian ini adalah:1. Variasi molaritas NaOH pada proses ekstraksiSiO 2 berpengaruh terhadap pembentukan faseyang terbentuk, nanosilika amorf dan nanosilikakristal (fase quartz) yang terbentuk, hal ini tampakpada pola difraksi sinar-X pada sampel yangdipreparasi dengan 7M NaOH .2. Variasi molaritas NaOH pada proses ekstraksi danpH henti saat titrasi berpengaruh terhadapproduksi dan struktur mikro (particles size)nanosilika yang dihasilkan.B 54

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Ucapan Terima KasihDisampaikan terimakasih kepada KementrianPendidikan Nasional melalui Dikti, yang telahmemberikan suport finansial bagi penulis melaluiProgram Beasiswa Pascasarjana (BPPS)DAFTAR PUSTAKAW. Trabelsi, M. Benzina , S. Bouaziz, 2009. Physicochemicalcharacterisation of the Douiret sand(Southern Tunisia): Valorisation for theproduction of Silica Gel, Physics ysicsProcedia 2 (2008) 1461-1467.Sang-Wook Ui, Seung-Jae Lim, Sang-Hoon Lee andSung-Churl Choi ,2009. Control of the size andmorphology of nano-size silica particles usinga sodium silicate solution. Journal of CeramicProcessing Research. Vol. 10, No. 4, pp.553~558 .Jerzy Chruściel, L. Ś. (2003). "Synthesis OfNanosilica By The Sol-Gel Method And ItsActivity Toward Polymers." Materials Science21 (4)(Nano Silica): 7.Nuntiya, N. T. A. A. (2008). "Preparation OfNanosilica Powder From Rice Husk Ash ByPrecipitation Method." Chiang Mai J. Sci.2008; 35(1) : 206-211 35 (1)(Nano Silica): 6..Morri, Heditsugu. Extraction of Silicon Dioxide fromWaste Colored Glasses by Alkali Fusion UsingSodium Hydroxide. Journal of The CeramicSociety of Japan.111 (6).(2003): 376-381.Morri, Heditsugu. Extraction of Silicon Dioxide fromWaste Colored Glasses by Alkali Fusion UsingPotasium Hydroxide. Journal of The CeramicSociety of Japan.38 2003): 3461-3468.M. Waseem, S. Mustafa, A. Naeem, K. H. Shah, IrfanShah And Ihsan-Ul-Haque: Synthesis AndCharacterization Of Silica By Sol-Gel Method.J Pak Mater Soc 2009 3 (1)Munasir, Ahmad Mirwan Abdullah, Triwikantoro,2010. Sintesis Silika Amorf Dari Bahan AlamLumpur Sidoarjo dengan Metode Kopresipitasi,Prosiding Seminar Nasional UNNESSemarang.P.K. Jal , M. Sudarshan, A. Saha, Sabita Patel, B.K.Mishra ,. (2004). "Synthesis andcharacterization of nanosilica prepared byprecipitation method." Colloids and Surfaces A:Physicochem. Eng. Aspects 240: 6.Samsudin Affandi, Heru Setyawan , Sugeng Winardi,Agus Purwanto , Ratna Balgis . A FacileMethod For Production Of High-Purity SilicaXerogels From Bagasse Ash. AdvancedPowder Technology 20 (2009) 468–472Van, Hoek., Winter, R., 2002. “Amorphous silica andthe intergranular structure of nanocrystallinesilica ”. Phys Chem Glass 43C 80.Yasuhiko Arai, Hiroyo Segawa ,Kazuaki Yoshida.Synthesis Of Nano Silica Particles ForPolishing Prepared By Sol–Gel Method.Journal Of Sol-Gel Science And Technology32, (2004) 79–83.B 55

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SINTESIS DAN KARAKTERISASI NANO-KOMPOSITHIDROKSIAPATIT/KITOSAN FOSFAT UNTUK APLIKASI JARINGAN TULANGNanang Nurul Hidayat 1 , Ra Irindah F.S 2 , Siswanto 2 , Dyah H 21MA NU TBS Kudus2Program Studi S-1 Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : nanangnurulhidayat@physicist.netAbstrakTelah dilakukan sintesis Nano-komposit hidroksiapatit/kitosan fosfat (nHA/CSP) dengan menggunakan metodekimia. Hal ini menandakan bahwasanya fase inorganik dalam komposit merupakan biokeramik nHA denganukuran kristal kecil dan dilakukan variasi prosentasi antara 10 sampai 60% (w/w). Interaksi ikatan antar mukaantara nanopartikel hidroksiapatit (nHA) dan kitosan (CSP) telah diteliti melalui absorpsi spektrumtransformasi Fourier (FTIR) dan difraksi sinar-x (XRD). Permukaan morfologi dari nanokomposit dan dispersinanopartikel hidroksiapatit (nHA) homogen dalam matriks polimer kitosan fosfat (CSP) telah diselidiki melaluipemindaian mikroskop elektron (SEM), dan juga dilakukan karakterisasi densitas, porositas, kekuatan tekanserta juga kekerasannya untuk mengetahui sifat makroskopik sampel. Hasil XRD menunjukkan fasa CaHPO4hadir pada sampel nanokomposit. Pada FTIR, gugus fosfat (PO4), hidroksil (OH) dan karbonat (CO3) yangmerupakan milik hidroksiapatit muncul bersama dengan gugus fungsi milik kitosan yaitu N-H, C-H dan amida.Pada karakterisasi SEM, terbentuknya nanokomposit hidroksiapatit/kitosan (nHA/CSP) ditandai denganmorfologi sampel yang berbentuk bongkahan yang menunjukkan bahwa kitosan telah berikatan dengannanopartikel hidroksiapatit (nHA). Karakteristik densitas dan kekerasan menunjukkan semakin meningkatseiring meningkatnya konsentrasi nanopartikel nHA. Kekuatan tekan dan porositasnya menurun seiringmeningkatnya konsentrasi nanopartikel nHA.Kata kunci : nano-material, Hidroksiapatit,KitosanPEDAHULUANManusia dalam aktivitasnya banyak menghadapipermasalahan serius yang disebabkan oleh kecelakaandan penyakit. Tercatat kecelakaan lalu lintas(lakalantas) di Indonesia mengalami peningkatansepanjang tahun. Kasus kecelakaan kerapmengakibatkan korbannya menderita luka berat, yaitucacat tubuh seperti patah tulang. Sejumlah 3.232korban kecelakaan mengalami luka berat (patahtulang) pada 2010 (Republika, 2010). Kerusakantulang selain fraktur yang disebabkan oleh penyakitialah ostereoporosis. Studi di dunia menyatakanbahwa satu diantara tiga wanita dan satu diantara limapria di atas usia 50 tahun menderita ostereoporosis(Harapan. S, 2006).Teknologi implantasi untuk mengatasipermasalahan tulang berkembang cukup pesat. Hal inimembuat dokter mempunyai banyak pilihan dalammenggunakan biomaterial sebagai bahan untukmemperbaiki atau menganti jaringan tulang yangmengalami kerusakan. Terdapat empat macambiomaterial sebagai bahan rehabilitasi jaringan tulang.Empat biomaterial tersebut adalah biomaterial logam,keramik, polimer dan komposit.Biomaterial implan masing-masing memilikikelebihan dan kekurangan. Polimer mempunyaikekuatan mekanik yang sangat rendah dibandingkantulang. Logam mempunyai keunggulan pada sifatmekanik yaitu ketahanan dan kekuatan, tetapi merekasangat korosif. Keramik mudah rapuh danketangguhan rendah. Ketika semua biomaterial daripolimer, keramik dan logam dianggap kurang mampumengatasi permasalahan, memproduksi material daribahan komposit untuk aplikasi implan tulang adalahpendekatan yang baik (Yildirim, 2004).Biomaterial komposit memberikan kemudahandalam hal mengatur sifat dan karakteristik.Pengembangan biomaterial komposit yang banyakdigunakan dalam bidang rehabilitasi jaringan adalahbiokeramik berbasis hidroksiapatit [HA,Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ]. Hidroksiapatit merupakan jenisbiomaterial keramik yang mampu menggantikanmineral jaringan tulang. Hal ini karena hidroksiapatitmemiliki komposisi yang hampir mirip dengan tulangmanusia yaitu tersusun dari mineral kalsium (Ca) danfosfat (P). Sebagai bahan rehabilitasi jaringan tulanghidroksiapatit dapat meningkatkan pertumbuhan selselyang akan memperbaiki fungsi daur kehidupanjaringan yang digantikan (Noshi et al, 2000).Biokeramik berbasis hidroksiapatit tidak hanyabersifat biokompatibel atau bekerja sesuai denganrespon jaringan tubuh manusia tetapi juga bersifatresorbable atau terserap tulang (Is Sopyan, 2003).Penelitian sebelumnya tentang biomaterialkomposit berbasis hidroksiapatit pernah dilakukanoleh Smallman pada tahun 2000. Pada penelitianSmallman terdapat adanya keterbatasan hidroksiapatitmurni sebagai material implan, yakni memilikikerapuhan (bersifat getas dan mudah patah).Permasalahan ini dapat diatasi dengan penggabunganhidroksiapatit ke dalam matriks polimer dari tulang.B 56

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Kitosan merupakan polimer alam yang ditemukandalam jumlah besar, mempunyai sifat yang sangatbaik seperti biokompatibilitas, bioresorbability dantidak beracun. Sebagai komposit polimer dalamtulang, kitosan yang umumnya diperoleh dari prosesdeasetilasi kitin telah banyak digunakan dalambiomedis implantasi untuk memperbaiki jaringankolagen tulang (Park et al, 2000; Suh & Matius,2000). Dengan demikian kitosan merupakan polimerkolagen organik yang memenuhi persyaratan dalamsintesis nanokomposit hidroksiapatit/kitosan fosfat(nHA/CSP).Sintesis nanokomposit hidroksiapatit/kitosanfosfat (nHA/CSP) merupakan penelitian yangmenarik. Tujuan dilakukan sintesis adalahmeningkatkan osteoconductivity dan biodegradabiltydengan peningkatan kekuatan mekanis dan karakterbioaktif dari implan dalam nano-komposit. Kitosandipilih sebagai matriks polimer karena struktur yangsangat berpori dari kitosan bertindak sebagaipenyerap kation yang baik dan memiliki afinitas yanglebih tinggi terhadap partikel nHA (Pramanik, dkk.2008). Kitosan mampu memberikan lebih banyakruang pada sel untuk berkembang sehingga memilikisifat biologis yang lebih baik (Lazzeri et al, 2006).Nanokomposit hidroksiapatit/kitosan fosfat(nHA/CSP) dibuat dengan mengontrol ikatan antarmuka antara hidroksiapatit dengan kitosan fosfatuntuk memperkuat interfacial ikatan antara pengisi(filler) dan matriks polimer. Hasil sintesis nanokomposithidroksiapatit/kitosan fosfat (nHA/CS)P inidiketahui dalam berbagai karakterisasi. Penentuanaspek mikroskopik material diperlukan gunamemprediksi kinerja material tersebut ke depannyasetelah mengalami proses tertentu (Guy, 1980).Informasi penting atas penentuan aspek karakterisasiyang meliputi sifat mikroskopik dan makroskopikpada sampel dianalisa yang kemudian diaplikasikandalam pencocokan data pada karakterisasi selanjutnyaMETODOLOGI PENELITIAN1. Bahan-Bahan yang digunakan yaitu serbuknano-hidroksiapatit yang diperoleh dariLaboratorium Fisika Material FST Unair, serbukkitosan dapat diperoleh dari toko online Sigma-Aldrich Chemical, Asam ortofosforik diperolehdari Merck Chemical, asam asetat 2 %, etanolabsolut dan metanol diperoleh dari tokoRachmadjaya Surabaya.2. Sintesis Kitosan Fosfat yaitu dengan melarutkan2 gram serbuk kitosan (Chitosan from ShrimpShells) dalam 100 ml asam asetat 2% dan 6 gramasam ortofosforik 85%. Campuran yangdiperoleh dipanaskan dengan proses refluxmenggunakan botol tiga leher pada suhu 80 o Cselama 2 jam dan dibawah pengadukan konstan.Proses reflux merupakan gabungan antara prosespemanasan cairan dan pendinginan uap, tetapikondensat yang terbentuk dikembalikan kedalam labu didih. Hasil dari sintesis kemudiandidinginkan dan diendapkan dalam larutanmethanol berlebih. Proses pengendapan dalammethanol merupakan proses pengendapanberulang untuk menghapus semua H 3 PO 4 danasam asetat yang tidak bereaksi (pada prosespengendapan kedua endapan gel dilarutkandalam aquades kemudian dalam larutanmethanol berlebih). Gel yang terbentukdikumpulkan dan dikeringkan dalam vakumoven pada suhu 80 0 C selama semalam.3. Proses Sintesis Nano-KompositHidroksiapatit/Kitosan Fosfat (nHA/CSP) yaitudilakukan dengan metode pencampuransederhana (berat perberat). Pertama, kitosandilarutkan dalam 100 ml air panas 80 o C dankemudian secara perlahan-lahan serbuknanopartikel hidroksiapatit (nHA) ditambahkan.Enam sampel uji nanokomposithidroksiapatit/kitosan fosfat (nHA/CSP) dibuatdengan menambahkan serbuk nHA masingmasing(wt)% yaitu 10%, 20%, 30%, 40%, 50%dan 60% pada enam sampel uji larutan kitosan.Campuran tersebut diaduk dengan bantuanmechanical stirrer dengan kecepatan 3000 rpmselama 1 jam. Setelah semua serbuk nanopartikelhidroksiapatit ditambahkan ke dalam larutanpolimer (kitosan), solusi yang dihasilkandisimpan dalam vaccum desiccator untukmenghilangkan gelembung-gelembung udara.Bubur yang dihasilkan dari proses tersebutkemudian dituangkan ke dalam cawan petri dandikeringkan dalam vaccum oven pada suhu 90 o Cselama lebih dari semalam. Hasil akhir darisintesis ini berupa komposit yang masingmasingsebagian sampel diuji karakterisktikmikroskopiknya dan sebagian yang laindilakukan pencetakan tablet serta selanjutnyadilakukan uji sifat makroskopiknya.4. Karakterisasi Mikroskopik meliputi uji X-RayDiffraction (XRD) untuk menganalisa fase darisampel , Uji FTIR untuk mengetahui gugusfungsi yang terbentuk pada sampel dan Uji SEMuntuk mengetahui permukaan sampel.5. Karakterisasi Sifat Makroskopik meliputi ujidensitas, porositas, uji tekan dan uji kekerasan.Uji densitas dilakukan dengan membandingkanmassa sampel dengan volume sampel. Ujiporositas dilakukan metode Liquid Displacement(Zhang & Zhang, 2001). Uji tekan menggunakanalat autograph Dan uji kekerasan menggunakanalat Vickers Hardnes.HASIL DAN PEMBAHASANKarakterisasi mikroskopik yang pertamadilakukan adalah analisis FTIR. Analisis serapanFTIR dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi yangterkandung dalam tiga sampel kontrol dan enamsampel uji nanokomposit hidroksiapatit/kitosan(nHA/CSP). Spektrum transmitansi IR sampeldiperlihatkan pada Gambar 1- 7dibawah ini.B 57

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 1. Pola FTIR Sampel Uji B 1 nHA (10%) + CSP (90%)Gambar 5 Pola FTIR Sampel Uji B 5 nHA (50%) + CS (50%)Gambar 2 Pola FTIR Sampel Uji B 2 nHA (20%) + CS(80%)Gambar 6 Pola FTIR Sampel Uji B 5 nHA (60%) + CS (40%)Gambar 7. Pola FTIR dari (a) nHA, (b) Chitosan from ShrimpShells, (c) CSP, (d) nHA/CSP(paling bawahGambar 3 Pola FTIR Sampel Uji B 3 nHA (30%) + CS (70%)Gambar 4 Pola FTIR Sampel Uji B 4 nHA (40%) + CS (60%)B 58Peta absorbsi dari keseluruhan sampel uji B 1sampai B 6 menunjukkan adanya tumpang tindih(overlapping) dibeberapa bilangan gelombang.Spektrum IR pada keenam sampel uji tersebutmenunjukkan adanya pita absorbsi fosfat, pitaabsorbsi karbonat v 2 dan v 3 , serta pita absorbsihidroksil dari nanopartikel hidroksiapatit (nHA)bertumpuk dengan gugus N-H, C-H, amida I danamida II milik kitosan. Tumpang tindih (overlapping)pada beberapa bilangan gelombang ini mengakibatkanspektra FTIR terlihat lebih lebar pada daerah bilangangelombang 3472 cm -1 (Gambar 7).Analisis hasil FTIR pada sampel uji B 1 sampaiB 3 memperlihatkan teridentifikasinya gugus fungsiN-H, amida I dan amida II yang merupakankarakteristik dari kitosan mampu bertumpukandengan gugus fungsi OH milik nanopartikelhidroksiapatit (nHA) tetapi tidak terlihat perubahanyang lebih lebar pada spektra FTIR. Sampel uji B 1terindentifikasi memiliki gugus fungsi N-H yangbertumpukkan dengan gugus fungsi OH miliknanopartikel hidroksiapatit (nHA) pada bilangangelombang 3435 cm -1 tetapi spektra FTIR masihidentik dengan spekta FTIR pada sampel kontrol A 3

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(kitosan fosfat/CSP). Sampel uji B 2 memilki gugusfungsi OH pada bilangan gelombang 3444 cm -1 yangbertumpukan dengan gugus fungsi N-H milik kitosan.Spektra FTIR sampel uji B 2 tidak terlihat lebih lebar,gugus PO4 stretching pada bilangan gelombang 1063dan PO 4 bending pada 563 cm -1 , gugus C-Hcm -1muncul pada bilangan gelombang 2923 cm -1 dangugus fungsi C=C yang bertumpukkan dengan gugusfungsi amida II milik kitosan pada bilangangelombang 1544 cm -1 . Selain itu teridentifikasi gugusfungsi OH dari nanopartikel hidroksiapatit (nHA)yang bertumpukkan dengan gugus fungsi amida Imilik kitosan pada bilangan gelombang 1651 cm -1 .Sampel uji B 3 memilki gugus fungsi OH padabilangan gelombang 3462 cm -1 yang bertumpukandengan gugus fungsi N-H milik kitosan dan padabilangan gelombang 1638 cm-1 yang bertumpukkandengan gugus fungsi amida I milik kitosan. GugusPO 4 stretching pada bilangan gelombang 1031 cm -1dan PO 4 bending pada 602-563 cm -1 . Gugus C=Cpada bilangan gelombang 1638 cm-1 bertumpukkandengan gugus fungsi amida I dan amida II milikkitosan.Gugus fungsi yang teridentifikasi pada sampel ujiB 4 sampai B 6 memperlihatkan tumpang tindih(overlapping) dibeberapa panjang gelombang sepertigugus fungsi N-H milik kitosan yang tumpang tindihdengan gugus fungsi OH milik nHA. Spektra FTIRpada sampel uji B 4 sampai B 6 berbeda dengan spektraFTIR pada sampel uji B 1 sampai B 3. Spektra FTIRpada sampel uji B 4 sampai B 6 terlihat lebih lebar.Terjadinya overlapping yang menyebabkan pelebaranspektra FTIR pada beberapa bilangan panjanggelombang disertai teridentifikasinya gugus fungsidari kitosan dan nHA menunjukkan nanokomposithidroksiapatit/kitosan (nHA/CSP) telah berhasilterbentuk.Karakterisasi mikroskopik yang kedua adalahAnalisa XRD yaitu mengacu pada hasil danpembahasan analisis FTIR, hasil pengujian instrumenX-Ray Diffraction (XRD) memberikan informasispesifik eksitensi mengenai fasa apa saja yangterkandung di dalam sampel. Pola XRD digambarkandalam bentuk profil difragtogram (kurva denganpuncak-puncak), sebagai absis adalah sudut difraksi2θ dan ordinat adalah kalkulasi intensitas difraksi“count” yang dilengkapi dengan data jarak antarbidang atom (d=jarak kisi kristal) (Winarti, 2008).Analisa XRD dilakukan dengan mencocokan dataICSD (Inorganic Crystal Structure Database). Datatersebut kemudian dianalisis sehingga diperolehparameter kisi kristal, ukuran kristal sampel danderajat kristalinitas sampel nanokomposithidroksiapatit/kitosan (nHA/CS). Berikut adalah polahasil analisa XRD masing-masing sampel :Gambar 8 Kurva Search Match Terhadap Puncak-puncak SampelUji B 1 - B 6Identifikasi Gambar 8 sampel uji B 1memperlihatkan pola XRD nanokomposithidroksiapatit/kitosan (nHA/CS) dimana puncaktertinggi dimiliki oleh CaHPO 4 (Kalsium Hidrofosfat)yakni pada sudut 2θ = 30.120 . Mayoritaspuncak yang teridentifikasi dari sampel uji B 1 adalahmilik CaHPO 4 , meskipun mineral apatit (nanopartikelhidroksiapatit) masih muncul pada puncak-puncaktertentu. Calculated pattern pada sampel uji B 1 ,CaHPO 4 sebesar 69,6% dan hydroxyapatite sebesar30,4%. Kemungkinan terbentuknya senyawa CaHPO 4disebabkan ketidaksetabilan stoikiometri dalamsenyawa nanopartikel hidroksiapatit [nHA,Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ] menyebabkan rasio molarCa/P>1,67 yang membentuk CaO. Kandungan CaOdiatas 55% akan membentuk kalsium hidro-fosfat(CaHPO 4 ).Identifikasi Sampel B 2 puncak tertinggi padasudut 2θ = 31.840, B 3 pada sudut 2θ = 31.760 , B 4pada sudut 2θ = 31.820, B 5 pada sudut 2θ = 31.800dan sampel uji B 6 puncak tertinggi pada sudut 2θ =31.760 (. Puncak-puncak tertinggi yang diperlihatkanpola XRD pada sampel uji B 2 sampai B 5nanokomposit hidroksiapatit/kitosan fosfat(nHA/CSP) dimiliki oleh nanopartikel hidroksiapatit(nHA). Pola XRD sampel uji B 2 sampai B 5memperlihatkan masih muncul puncak milik CaHPO 4di beberapa sudut, namun intensitasnya lebih rendahdibandingkan puncak yang dimiliki nHA dan terjadipenurunan nilai calculated pattern CaHPO 4 padasetiap kenaikan variasi komposit. Pada sampel uji B 6fasa CaHPO 4 tidak teridentifikasi, puncak-puncakhanya dimiliki oleh nHA. Munculnya fasa CaHPO 4diprediksi menyebabkan ketidaksetabilan [nHA,Ca10(PO 4 ) 6 (OH) 2 ]. Ketidaksetabilan inikemungkinan berpengaruh pada nilai parameter kisi,B 59

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8ukuran kristal dan derajat kristalinitas. Hasilperhitungan data XRD yang menunjukkan nilaiparameter kisi dan ukuran kristal nanopartikelhidroksiapatit (nHA) dalam nanokomposithidroksiapatit/kitosan fosfat (nHA/CSP).Analisa mikroskopik yang ketiga yaitu SEM dimanagambar nya diberikan olehSelanjutnya dilakukan uji sifat makroskopiksampel yang nilainya ditunjukkan oleh tabel dibawahiniTabel 1 Data Hasil Karakterisasi Makroskopik nHA/CSPGambar 9 Struktur Morfologi SEM Sampel Uji B 2 ; (a) Perbesaran5.000x; (b) 10.000x dan (c) 30.000x.Tabel 1 Data literatur sifat makroskopik tulang (Michael et.al, 2002)Gambar 10 Struktur Morfologi SEM Sampel Uji B 6 ; (a)Perbesaran 5.000x; (b) 10.000x dan (c) 30.000x.Analisis morfologi perrmukaan SEM padasampel B 2 dan B 6 memperlihatkan nanopartikelhidroksiapatit (nHA) menyebar seragam dalamnanokomposit hidroksiapatit/kitosan fosfat(nHA/CSP). Penyebaran seragam dapat terlihatmelalui matriks kitosan yang telah salingberhubungan antar sel. Permukaan halus pada kitosanberangsur-angsur mulai terganggu denganbergabungnya nanopartikel hidroksiapatit (nHA)sehingga menghasilkan permukaan yang lebih kasardari sebelumnya. Analisis morfologi ini memberikangambaran bahwa nanopartikel hidroksiapatit (nHA)telah tumbuh dengan baik dalam matriks kitosan(Yildirim, 2004). Morfologi dalam sampelnanopartikel hidroksiapatit (nHA) komposit terlihatmembentuk bongkahan atau granula- granula,permukaan terlihat kasar dan diameter bongkahanyang terbentuk berukuran 3 µm.Observasi SEM dilakukan bersamaan denganpengukuran EDAX. Rasio molaritas Ca/P dapatdilihat pada Tabel 4.5. Rasio Ca/P pada nHA murniadalah 1.67. Rasio pada sampel uji relatif lebih kecildaripada rasio nHA murni. Hal ini dikarenakankemungkinan hadirnya fasa CaHPO 4 padakarakterisasi XRD . Fasa CaHPO4 kemungkinan hadirdan menyebabkan perubahan rasio Ca/P dari [nHA,Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ]. Fasa CaHPO 4 terbentuk daristarting material CaO>55%. Selain itu hasil darianalisis FTIR, memperlihatkan munculnya gugusgugusfungsi yang mengalami tumpang tindih(overlapping) juga dimungkinkan mempengaruhi nilairasio Ca/P.Hasil karakterisasi makroskopik yang telahdilakukan memperlihatkan nilai densitas semakinbesar seiring dengan pertambahan konsentrasihidroksiapatit (nHA). Hal ini dapat terjadi dikarenakan hidroksiapatit (nHA) mengisi sela-selakosong pada kitosan dan mengakibatkan poros yangada di dalamnya semakin mengecil. Kekuatan tekanmengalami penurunan seiring dengan adanyapenambahan konsentrasi nHA dan berbanding tebalikdengan sifat kekerasannya.Hasil penelitian ini menunjukkan bahwasanyasampel yang mampu potensial sebagai implan tulangyaitu nHA/CSP dengan konsentrasi 20%-30% (1.877– 2.131 gram/cm 3 ) berdasarkan sifat densitasnya, dan50%-60% (55.26 – 79.71 VHN) berdasarkan sifatkekerasannya. Hasil ini mendekati dengan literaturimplan tulang gigi yang menunjukkan densitasnyasebesar 1.9 gram/cm 3 dan kekerasannya sebesar 71VHN (Michael et.al, 2002)).KESIMPULAN DAN SARANKarakterisasi yang potensial dalam penelitian iniyaitu di sekitar konsentrasi nHA 20% - 30% dimanamampu digunakan sebagai implan tulang gigiberdasarkan sifat densitasnya dan konsentrasi nHA50%-60% berdasarkan sifat kekerasannya. Danpenelitian ini diharapkan bisa dikaji dan dilakukanobservasi secara lanjut agar bisa didapatkan hasilyang lebih optimal untuk aplikasi jaringan tulang.B 60

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DAFTAR PUSTAKABhat SV. 2002. Biomaterials. Alpha ScienceInternational Ltd : Pangboune EnglandGuy, A G., (1980), Elements of Material Science,John Wiley, New York.Harapan S. Sampai dengan Tahun 2010 DekadePenyakit Tulang, [terhubung berkala]; 2006.http://www.sinar harapan.co.id [16 Mei 2006].Lazzeri, L., Cascone, M. G., Serena, D., Serino, L. P.,Moscato, S., & Bernardini, N. G. (2006).Gelatine/PLLAsponge-likescaffold:Morphologi caland biologicalcharacterization. Journal of MaterialsScience : Materialsin Medicine, 17, 1211–1217.Michael, Debra. Kai-Uwe. Hasirci, Vasif. DavidE.Altobelli.Donald, 2002, Materials inOrthopedic. New York : Marcell Dekker.INC..Nabakumar Pramanik, Mishra, Indranil, Tapas Kumar,Parag Bhargava. 2009. Chemical Synthesis,Characterization, and BiocompatibilityStudy of Hydroxyapatite/ChitosanPhosphate Nanocomposite for Bone TissueEngineering Applications, InternationalJournal of Biomaterials, Volume Article ID512417, 8 pagesdoi:10.1155/2009/512417.Noshi, T., Yoshikawa, T., Ikeuchi, M., Dohi, Y.,Ohgushi, H., & Horiuchi, K., etal. (2000).Enhancementoftheinvivoosteogenicpotential of marrow/hydroxyapatite composites by bovine bonemorphogenetic protein. Journal ofBiomedicalMaterialsResearch,52,621–630.Park, Y. J., Lee, Y. M., Park, S. N., Sheen, S.Y.,Chung, C.D., &Lee, S. J. (2000). Plateletderived growth factor releasing chitosansponge for periodontal bone regeneration.Biomaterials,21,153–159.Smallman. & A.H.W.Ngan, 2007. PhysicalMetallurgy and Advanced Materials,Seventh Edition. Elsivier Science and SabreFoundation Book.Suh, J. K., & Matthew, H. W. (2000). Application ofchitosan based polysaccharide Biomaterialsincartilage tissue engineering : A review.Biomaterials, 21, 2589–2598.Republika Harian Berita, (akhir 2010). Indonesia.Winarti, Ike Yuniarsari Putri, 2008. Komparasikorosi antara material amorf gelas metalikZr 67,6 Cu 11,8 Ni 10,8 Al 7,8 Si 2. Skripsi S1, FakultasMatematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.Universitas Airlangga.Yildirim, Oktay. 2004. Preparation andCharacterization of Chitosan/CalsiumPhosphate Based Composite Biomaterials.[disertasi]. Turki : Departement MaterialsScience and Engineering, Mayor MaterialsScience and Engineering. Izmir Institute ofTechnology.Zhang, Y., & Zhang, M, 2001. Synthesis andcharacterization of macroporouschitosan/calcium phosphate compositescaffolds for tissue engineering. Journal ofBiomedical Materials Research.B 61

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PEMBUATAN HIDROGEL KITOSAN – GLUTARALDEJID UNTUK APLIKASIPENUTUP LUKA SECARA IN VIVONurul Istiqomah, Drs. Djony Izak R., M.Si.Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : nurulistiqomahwaluyo@yahoo.co.idAbstrakPembuatan kitosan – glutaraldehid telah diteliti untuk aplikasi penutup luka secara in vivo. Pembuatan hidrogeldilakukan dengan cara mencampurkan kitosan yang dilarutkan dalam 1% asam asetat dengan 1% larutanglutaraldehid. Penambahan glutaraldehid berfungsi untuk memperbaiki sifat mekanik dari kitosan. Hidrogelkitosan – glutaraldehid dikarakterisasi menggunakan uji FTIR, uji kemampuan absorbsi, dan uji in vivo. Hasiluji FTIR menunjukkan terbentuknya ikatan silang antara kitosan dan glutaraldehid, yang dapat ditunjukkanpada bilangan gelombang 1638,23 cm -1 dan 1550,49 cm -1 , hasil uji kemampuan absorbsi menunjukkan bahwaswelling ratio menurun dengan meningkatnya derajat ikat silang, hasil uji in vivo menunjukkan bahwa semakinbesar volume glutaraldehid semakin lama proses penyembuhan. Hidrogel terbaik ditunjukkan denganpenambahan glutaraldehid 3 ml yang memiliki nilai kemampuan absorbsi rata-rata 560,7 % dan uji in vivoyang mana hewan coba sembuh pada hari ke 5. Pada penelitian ini tidak dapat dilakukan uji sifat mekanikdikarenakan hidrogel terlalu rapuh sehingga mudah robek.Kata kunci : Hidrogel, kitosan, glutaraldehid, penutup luka, in vivo, kemampuan absorbsi, FTIR.PENDAHULUANKulit adalah salah satu organ terbesar dalamtubuh. Kulit mempunyai beberapa fungsi utama yangpenting untuk tubuh, yaitu : sebagai pelindung,sensasi, komunikasi, termoregulasi, sintesis metabolikdan kosmetik (Carville, 2007). Kulit memainkanperan penting dalam homeostasis dan pencegahaninvasi dari mikroorganisme oleh sebab itu kulit padaumumnya perlu ditutup segera setelah terjadikerusakan (jayakumar et al., 2011).Penutup luka yang ideal harus dapat memeliharalingkungan yang lembab di permukaan luka,memungkinkan pertukaran gas, bertindak sebagaipenghalang bagi mikroorganisme dan menghilangkankelebihan eksudat.Saat ini, penelitian difokuskan pada percepatanperbaikan luka dengan perancangan secara sistematispada bahan penutup. Misalnya penggunaan bahanyang berasal dari bahan biologis seperti kitin danturunannya, yang mampu mempercepat prosespenyembuhan pada tingkat molekul, seluler, dantingkat sistemik.Kitin dan turunannya kitosan, mempunyai sifatyang biokompatibel, biodegradabel, tidak beracun,antimikroba dan hydrating agent. Penelitian yangtelah dilakukan oleh David R. Rohindra dkk padatahun 2004 menunjukkan bahwa pencampuran kitosandengan glutaraldehid dapat diaplikasikan sebagaihidrogel. Jumlah air bebas dalam hidrogel menurundengan meningkatnya ikatan silang dalam hidrogel.Peenelitian ini bertujuan untuk mengetahuikemampuan hidrogel kitosan – glutaraldehid untukpenyembuhan luka dan mengetahui karakteristikhidrogel yang terbaik.DASAR TEORIKulit mempunyai beberapa fungsi utama yangpenting untuk tubuh, yaitu : sebagai pelindung,sensasi, komunikasi, termoregulasi, sintesis metabolikdan kosmetik (Carville, 2007). Kulit memainkanperan penting dalam homeostasis dan pencegahaninvasi dari mikroorganisme oleh sebab itu kulit padaumumnya perlu ditutup segera setelah terjadikerusakan (jayakumar et al., 2011).Penutup luka yang baik memiliki beberapakarakteristik seperti biokompatibilitas yang baik,rendah toksisitas, aktivitas antibakteri dan kestabilankimia sehingga akan mempercepat penyembuhan,tidak menyebabkan alergi, mudah dihilangkan tanpatrauma, dan harus terbuat dari bahan biomaterial yangsudah tersedia sehingga memerlukan pengolahan yangminimal, memiliki sifat antimikroba dan dapatmenyembuhkan luka (Jayakumar et al., 2011).Dalam beberapa tahun terakhir, sejumlah besarkelompok penelitian yang bertujuan untukmenghasilkan, baik yang baru maupun memperbaikisifat-sifat penutup luka (Shitaba et al., 1997; Draye etal., 1998; Ulubayram et al., 2001). Saat ini, penelitiandifokuskan pada percepatan perbaikan luka denganperancangan secara sistematis pada bahan penutup.Misalnya penggunaan bahan yang berasal dari bahanbiologis seperti kitin dan turunannya, yang mampumempercepat proses penyembuhan pada tingkatmolekul, seluler, dan tingkat sistemik. Kitin telahtersedia dan dapat diperoleh dari bahan biologis yangmurah dari kerangka invertebrate serta dinding seljamur. Kitin adalah ikatan polimer linier 1,4 yangterdiri dari residu N-acetyl-D-Glucosamine. Kitin danturunannya kitosan, mempunyai sifat yangbiokompatibel, biodegradabel, tidak beracun,B 62

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8antimikroba dan hydrating agent. Karena sifat ini,baik kitin maupun kitosan menunjukkanbiokompatibilitas yang baik dan efek positif padapenyembuhan luka. Penelitian sebelumnyamenunjukkan bahwa kitin yang digunakan berbasispenutup dapat mempercepat perbaikan kontraksijaringan luka dan mengatur sekresi dari mediatorinflamasi seperti interleukin 8, prostaglandin E,interleukin 1, dan lain-lainya (Bottomley et al,1999.; Willoughby dan Tomlinson, 1999). Kitosanmerupakan hemostat, yang membantu dalampembekuan darah secara alami. Kitosan secarabertahap terdepolimerisasi untuk melepaskan N-acetyl--D-glukosamin, yang memulai poliferasifibroblast, membantu dalam memberikan perintahdeposisi kolagen dan merangsang peningkatan sintesistingkat asam hyaluronic alami pada lokasi luka. Inimembantu percepatan penyembuhan luka danpencegahan bekas luka (Paul dan Sharma, 2004).Kitin dan kitosan tampaknya akan menjadi bahanpenutup luka yang dapat diunggulkan. Hasilpenelitian yang telah dilakukan oleh Jayakumar dkkpada tahun 2011, menunjukkan bahwa bahan berseratyang berasal dari kitin dan turunannya memiliki sifatsifatketahanan yang tinggi, biokompatibilitas yangbaik, rendah toksisitas, dapat menyerap cairan danaktivitas antibakteri sehingga akan mempercepatpenyembuhan. Untuk meningkatkan sifatpenyembuhan luka, kitin dan kitosan berbasismembran telah dikembangkan dengan mencampurkanke dalam beberapa polimer.Penelitian yang telah dilakukan oleh David R.Rohindra dkk pada tahun 2004 menunjukkan bahwapencampuran kitosan dengan glutaraldehid dapatdiaplikasikan sebagai hidrogel. Jumlah air bebasdalam hidrogel menurun dengan meningkatnya ikatansilang dalam hidrogel. Hidrogel berbasis kitosanmenunjukkan biokompatibel yang baik, degradasirendah dan cara pengolahannya mudah. Kemampuandari hidrogel untuk mengembang dan dehidrasitergantung pada komposisi dan lingkungan yang telahdimanfaatkan untuk memfasilitasi berbagai aplikasiseperti pelepasan obat, biodergradibilitas dankemampuan untuk membentuk hidrogel (Li Q et al.1997). Pencampuran kitosan dengan polimer lain(Park dan Nho, 2001; Shin et al. 2002; Zhu etal.2002) dan ikatan silang mereka berdua adalahmetode yang tepat dan efektif untuk memperbaikisifat fisik dan mekanik kitosan untuk aplikasi praktis.Studi dilakukan pada tikus menggunakan ikatansilang antara kitosan dan glutaraldehid (Jameela et al.1994) menunjukkan toleransi yang menjanjikan padajaringan hidup dari otot tikus.METODE PENELITIANPenelitian ini menggunakan uji FTIR,kemampuan absorbsi, dan uji in vivo untukmendapatkan karakteristik hidrogel yang terbaik.Diagram penelitian ini ditunjukkan pada gambarberikut.Gambar 1 Diagram Alir Pelaksanaan PenelitianPada uji in vivo merupakan penelitianeksperimen murni (True Experimental). Kriteriapenelitian true experimental terdiri dari adanyaperlakuan, kontrol, replikasi, dan juga terdapatrandomisasi. Desain penelitian ini menggunakandesain penelitian Post-Test Control Group Design.Skema desain penelitian yang dipakai sebagai berikut:Gambar 2 Desain Penelitian Karakterisasi In Vivo KompositKitosan - Glutaraldehid Sebagai Wound Dressing.Populasi penelitian pada uji in vivo ini adalahmencit (Mus musculus) jantan dari koloni yang sama,umur 2-3 bulan, berat 20-30 gram. Pembagiankelompok dilakukan dengan cara sampling. Tekniksampling merupakan cara-cara yang ditempuh dalampengambilan sampel, agar memperoleh sampel yangbenar-benar sesuai dengan keseluruhan obyekpenelitian. Pemilihan sampel pada penelitian inimenggunakan cara simple random sampling. Simplerandom sampling merupakan pemilihan sampeldengan cara menyeleksi setiap elemen secara acak(Nursalam, 2008). Penjabaran rumus besar sampel(Soedigdo dan Sofyan, 1995):p (n-1) 155 (n-1) 155n – 5 15B 63

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-85n 20N 4Untuk mengetahui apakah kitosan dangluteraldehid telah bercampur (dengan harapan keduabahan telah berikatan silang) dilakukan pengujiandengan FT-IR untuk mengetahui ada tidaknya gugusfungsi senyawa gluteraldehid dan kitosan. Sebelumdilakukan uji, terlebih dahulu sampel dibentuk peletdengan ketebalan 1 cm. Setelah itu sampeldimasukkan tabung dalam perangkat FT-IR dandisinari.Kemampuan absorbsi dari hidrogel ditentukandengan menginkubasi hidrogel pada pH 7,4 diphosphate buffer saline (PBS) pada suhu ruang. Beratbasah hidrogel dihitung selama beberapa kali denganmemberi sponge filter paper untuk menghilangankanair yang diserap pada permukaan kemudian segeraditimbang dengan timbangan digital.Banyaknya air yang terserap pada hidrogel dapatdihitung menggunakan persamaanE = X 100 %Dimana E adalah persentase absorb air padahidrogel. We menunjukkan berat hidrogel yang telahmenyerap PBS dan Wo adalah berat mula-mula.Dilakukan pengulangan sebanyak 3 kali dan rataratanyayang digunakan.HASIL DAN PEMBAHASANHasil uji kimia fisik menggunakanspektrofotometer FT-IR diketahui bahwa untukbahan kitosan dan glutaraldehid 2ml, sudah terjadireaksi ikatan silang. Ikatan silang ditunjukkan padabilangan gelombang 1638,23 dan 1550,49 cm -1 yangmana merupakan gugus C=O dan NH 2 .Dari hasil uji kemampuan absorbsi semakinbanyak jumlah glutaraldehid yang ditambahkan,semakin menurun kemampuan absorbsinya. Haltersebut dikarenakan, rantai yang digunakan kitosanuntuk mengikat H 2 O telah habis dipakai untukmengikat glutaraldehid.Dari hasil uji in vivo hewan coba yang diberikasa hidrogel kitosan sembuh pada hari ke 3, hewancoba yang diberi kasa hidrogel kitosan 2 ml sembuhpada hari ke-4, hewan coba yang diberi kasa hidrogelkitosan 3 ml sembuh pada hari ke-5, hewan coba yangdiberi kasa hidrogel kitosan 4 ml sembuh pada harike-5.Hasil yang diinginkan dalam penelitian ini adalahmencari komposisi kitosan dan glutaraldehid yangmemenuhi uji kemampuan absorbsi tetapi jugamemiliki sifat mekanik yang baik. Maka dari itu,perbandingan kitosan 50 ml dan glutaraldehid 3 mlyang diperoleh hidrogel dengan karakteristik yangterbaik. Selain itu pada uji in vivo, kasa hidrogelpaduan kitosan + glutaraldehid 3 ml, hewan cobasembuh pada hari ke 5. Menurut referensi, hewancoba yang hanya diberi obat komersial sembuh padahari ke-6. Jadi dapat disimpulkan bahwa kitosan +glutaraldehid 3 ml merupakan hidrogel dengankarakteristik yang terbaik, dibuktikan dengan ujikemampuan absorbsi yang mempunyai nilai E ratarata560,7 % dan uji invivo yang mana hewan cobasembuh pada hari ke-5.KESIMPULANBerdasarkan hasil yang diperoleh pada penelitianini, dapat disimpulkan bahwa Kasa hidrogel paduankitosan dan glutaraldehid dapat diaplikasikan sebagaipenutup luka, dimana sesuai dengan hasil uji invivoyang menunjukkan bahwa pada hewan coba yangdiberi kasa hidrogel campuran kitosan danglutaraldehid sembuh pada hari ke-4 (kitosan danglutaraldehid 2 ml), ke-5 (kitosan dan glutaraldehid 3ml) dan ke-6 (kitosan dan gltaraldehid 4 ml).Karakteristik kasa hidrogel campuran kitosan danglutaraldehid yang terbaik yaitu pada penambahanglutaraldehid sebanyak 3 ml, dimana rata-rata nilaikemampuan absorbsinya adalah 560,77 % dan padauji invivo, hewan coba sembuh pada hari ke-5.DAFTAR PUSTAKADjamaludin, Andre Mahesa. 2009. PemanfaatanKhitosan dari Limbah Krustacea UntukPenyembuhan Luka Pada Mencit. FakultasIlmu Pengetahuan dan Matematika InstitutPertanian Bogor, Bogor.Jayakumar, R., Prabaharan, M., Sudheesh Kumar,P.T., Nair, S.V., Tamura, H. 2011.Biomaterials based on chitin and chitosan inwound dressing applications. Doi:10.1016/j.biotechadv.2011.01.005Rohindra, D.R., Ashveen V. Nand., Jagjit R. Khurma.2004. Swelling Properties of ChitosanHydrogel. The South Pacific Journal of NaturalScience 22(1) 32.35Wakidah, Nur. 2009. Pengaruh Ekstrak Cacing Tanah(Lumbricus Rubellus)Terhadap ProsesPenyembuhan Luka Terinfeksi BakteriStaphylococcus Aureus Pada Hewan CobaTikus Putih (Rattus Norvegicus). FakultasIlmu Keperawatan Universitas AirlanggaSurabaya..B 64

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PADUAN GEL GETAH BATANG PISANG DENGAN PVA (POLY VINYLALCOHOL) SEBAGAI BAHAN BAKU BENANG JAHIT OPERASI YANGABSORBABLESatrio A. 1), Perwitasari F.L.R. 1), Agung B.A. 2), D. Resti N. 3), Ayu W.4), Ir. Aminatun. 5)1) Program Studi Teknobiomedik, Universitas Airlangga2) Program Studi Kedokteran Hewan, Universitas Airlangga3) Program Studi Kimia, Universitas Airlangga4) Program Studi Farmasi, Universitas Airlangga5) Dosen, Fisika Material, Universitas AirlanggaEmail : presarioque@gmail.comAbstrakPada saat teknologi belum berkembang dan masih minimnya obat-obat pabrik yang beredar, zaman dulu orangmemilih menggunakan benda atau bahan disekitarnya untuk menolong hidupnya, tak terkecuali pada pohonpisang. Konon para orang tua menggunakan getah pohon pisang untuk menyembuhkan luka. Ada anggapangetah pohon pisang terasa dingin dan dengan cepat dapat menghilangkan rasa nyeri akibat luka, bahkan lukapun juga bisa tertutup. Pada saat ini, penjahitan luka adalah cara yang umum dilakukan untuk menutup luka.Penelitian ini dilakukan dalam rangka mencoba mengembangkan pembuatan benang jahit operasi yang dapatdiserap tubuh (absorbable). Beberapa bahan antara lain gel getah batang pisang didapatkan dengan caramemeras batang pisang dicampurkan dengan glycolic acid, polyvinyl alcohol, dan ZnO nano secara homogendan dicetak pada silicon rubber hingga menyerupai benang. Beberapa uji dilakukan, antara lain uji FT-IR, ujikualitatif, uji tarik, uji kelarutan, dan uji alergen. Hasil perhitungan dari uji tarik menunjukkan nilai ModulusYoung sebesar 2,386 GPa. Uji kelarutan pada larutan PBS membuktikan bahwa sampel yang terbentuk dapatlarut secara perlahan sampai larut sempurna dalam waktu 10 hari. Uji alergen menunjukkan hasil negatif yangberarti sampel tidak menimbulkan alergi dan aman digunakan. Hasil dari penelitian ini memungkinkan nantinyadapat dilanjutkan untuk mengoptimalkan sifat mekanik dan sifat fisis bahan sehingga dapat dihasilkan benangjahit operasi yang absorbable dengan karakteristik yang lebih baik dan memenuhi persyaratan.Kata kunci : benang jahit operasi, absorbable, getah batang pisang, glycolic acid, ZnO nanoPENDAHULUANLatar BelakangPenjahitan luka adalah cara yang umumdilakukan untuk menutup luka. Benang jahitkonvensional yang biasa digunakan merupakanbenang jahit operasi yang tidak dapat diserap (nonabsorbable) oleh tubuh manusia. Padahal, benangjahit operasi tersebut sejatinya adalah benda asingyang ditanamkan ke dalam jaringan tubuh manusiayang tidak dapat ditanam secara permanen dan harusdiangkat setelah beberapa minggu atau beberapabulan operasi. Para ilmuwan mencobamengembangkan pembuatan benang jahit operasiyang dapat diserap tubuh (absorbable). Namunsayang, bahan yang mahal, pemrosesan yang rumit,serta masih sedikitnya pihak yang memproduksibenang jahit operasi yang absorbable ini membuatIndonesia masih harus mengimport benang jahittersebut dari luar negeri.Pada saat teknologi belum berkembang danmasih minimnya obat-obat pabrik yang beredar,zaman dulu orang memilih menggunakan benda ataubahan disekitarnya untuk menolong hidupnya, takterkecuali pada pohon pisang. Konon para orang tuamenggunakan getah pohon pisang untukB 65menyembuhkan luka. Ada anggapan getah pohonpisang terasa dingin dan dengan cepat dapatmenghilangkan rasa nyeri akibat luka, bahkan lukapun juga bisa tertutup. Untuk membuat suatu benangjahit, tentu dibutuhkan bahan polimer sebagai bahanpenyusunnya. Asam poliglikolik disebut jugapolyglycolide adalah serat berbasis polimer sederhananamun tahan lama. Poly glycolic acid merupakanpolimer yang dapat terserap atau absobable polymer.Salah satu karakteristik yang dibutuhkan dalampembuatan benang jahit operasi adalah antimikroba,diantara material di alam yang memiliki sifat tersebutsalah satunya adalah seng oksida. Partikel ZnOberukuran nano memiliki aktivitas antimikroba lebihbaik dari partikel besar, karena ukuran kecil (kurangdari 100 nm) dan luas permukaan nanopartikelmemungkinkan interaksi yang lebih baik denganbakteri. Studi terbaru menunjukkan bahwa ZnOnanopartikel memiliki toksisitas pada bakteri, dapatmengobati luka ringan, pengurangan inflamasi, dananti mikroba (Walton dan Torabinejad, 1998).Pada proses penelitian terdapat kendala danketerbatasan waktu dalam pengadaan bahan polyglycolic acid, maka sebagai alternatif penggantidigunakan poly vinyl alcohol karena sifatnya yangmenyamai poly glycolic acid, antara lain larut dalam

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8air, memiliki kemampuan membentuk serat yangbaik, biokompatibel, memiliki ketahanan kimia, danbiodegradable. Dengan tidak mengurangi tujuan daripenelitian ini, maka glycolic acid tetap digunakankarena memiliki sifat regenerasi sel kulit mati danmembantu percepatan penyembuhan luka.Bermula dari permasalahan dan data yangdiperoleh di atas, maka dari itu penulis inginmenggabungkan sifat dari getah batang pisang yangmemiliki khasiat penyembuhan luka dengan sifatkekuatan dari glycolic acid dan poly vinyl alcoholsebagai bahan penyusun benang jahit operasi yangabsorbable.TujuanMemberikan pemaparan tentang potensi gel getahbatang pisang yang dicampur dengan glycolic aciddan poly vinyl alcohol sebagai bahan baku benangjahit operasi yang absorbable.METODEA. Jenis PenelitianObservasional deskriptif (non-eksperimental)B.. Analisis DataSampel dibagi menjadi 4, kemudian diuji. Ujitarik digunakan untuk mendapatkan Modulus Youngdari sampel, uji kelarutan untuk mengetahui dapattidaknya bahan terdegradasi, dan uji FT-IR digunakanuntuk mengetahui gugus fungsi yang terbentuk daripencampuran bahan.PELAKSANAANPelaksanaanBatang (pelepah) pisang dipotong dandibersihkan lalu dimasukkan pada alat pemeras agargetah batangnya terperas keluar. Bahan-bahan antaralain: getah batang pisang, glycolic acid, poly vinylalcohol, ZnO nano, asam sitrat, dan aquadestdisiapkan dan ditimbang sesuai resep. Poly vinylalcohol 4 gram dilarutkan dalam aquadest 25 ml. ZnOnano dilarutkan dalam larutan asam sitrat sehinggaterbentuk larutan ZnO nano 0,25%. Larutan glycolicacid 70 % diencerkan hingga 6%. Semua bahandilarutkan, kemudian dicampurkan dalam gelasbeaker dan diaduk secara homogen diatas magnetticstirrer. Larutan yang telah homogen dicetak padasilicon rubber dan didiamkan hingga kering padaruangan yang bersih dan steril. Beberapa ujidilakukan, antara lain uji FT-IR, uji kualitatif, ujitarik, uji kelarutan, dan uji alergen. Hasil darimasing-masing uji kemudian dianalisa.Instrumen1. Bahan yang digunakan di penelitian ini adalah :getah batang pisang, aquadest, glycolic acid, polyvinyl alcohol, ZnO nano, asam sitrat, dan larutanPBS.2. Alat yang digunakan untuk pembuatan sampeladalah : pisau, alat pemeras, pipet, gelas beaker,oven, plastik kedap udara, gloves, pinset,magnetic stirrer, timbangan milligram, danlempeng kaca. Sedangkan untuk memperolehdata, digunakan autograph dan spektrofotometerinfra merah.HASIL DAN PEMBAHASANHasilHasil pengujian sampel menunjukkan bahwasampel yang didapat dari komposit (penggabungan)beberapa bahan antara lain: getah batang pisang,glycolic acid, poly vinyl alcohol, dan ZnO nanomenunjukkan sifat mekanik yang cukup bagus, dapatdilihat dari uji tarik yang dilakukan pada sampeldidapatkan nilai Modulus Young sebesar 2,386 GPa.Gambar 1. Grafik (a) Hubungan Stress – Strain (b) Regresiuntuk Mendapatkan Modulus YoungJika dilihat dari hasil uji FT-IR, maka nampakbeberapa gugus fungsi dari pencampuran bahan padabilangan gelombang tertentu. Gugus karbonil (C=O)terbentuk pada rentang bilangan gelombang 1700-1730 cm-1 dan gugus hidroksil (O-H) terbentuk padarentang bilangan gelombang 3200-3600 cm- 1 .Gambar 2. Hasil Uji FT-IRHasil FT-IR yang didapat, dilengkapi dengan ujikualitatif untuk memastikan senyawa aktif dari getahbatang pisang yang didapat, masih terdapat dalampaduan. Hasil dari uji kelarutan menunjukkan sampelyang terbentuk mampu larut sempurna pada larutanPBS dalam waktu 10 hari. Uji alergen menunjukkanhasil negatif, yang berarti sampel aman digunakandan tidak membuat alergi.B 66

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PembahasanBahan baku benang operasi yang absorbabledidapat dalam empat bulan penelitian yang telah kamilakukan, dengan komposisi dan proses pembuatanyang telah disebutkan di atas. Beberapa macampengujian dilakukan untuk mengetahui sifat mekanikdari sampel yang kami hasilkan serta dibandingkandengan referensi yang ada.Benang jahit operasi yang ideal memilikikarakteristik antara lain: steril, meminimalisir reaksinegatif dari jaringan (non capillary, non allergenic,dan non carcinogenic), terbukti aman, dan memilikikekuatan tarik sesuai kebutuhan. Uji tarik dilakukanmenggunakan autograph untuk memenuhipersyaratan benang jahit yang wajib memilikikekuatan tarik tinggi. Sampel yang digunakan dalamuji ini adalah lapisan tipis hasil penelitian kami yangberukuran 3x7 cm. Sampel yang semula berukuran3x7 cm ditarik semaksimal mungkin sehingga sampeltersebut tidak dapat mulur lagi (melewati bataselastis), sampai akhirnya sampel terputus. Data yangdiperoleh dari uji tarik tersebut berupa nilai gaya yangdiberikan (force) dan pemuluran (ΔL). Perhitungandilakukan untuk mendapatkan nilai Modulus Young,dan didapatkan nilai sebesar 2,386 GPa, nilai tersebuttelah menyamai Modulus Young dari bahan benangyang ada pada penelitian terdahulu sebesar 2,3 GPa(Schelekers, 1991).Getah batang pisang mengandung asam askorbatyang berperan sebagai ko-faktor dan antioksidansehingga dapat mempercepat epitelisasi. Pemberiangetah pisang secara topikal menyebabkan asamaskorbat berdifusi melalui lapisan keratin danmenstimulasi proliferasi fibroblas pada jaringan dibawahnya (Phillips dkk., sit. Lima dkk., 2009). Untukmembuktikan adanya asam askorbat dalam campuranmaka digunakan uji FT-IR dan uji kualitatif.Uji FT-IR bertujuan juga untuk mengetahuikandungan senyawa dan tingkat intensitas ikatan darisampel yang terbentuk, karena ikatan yang terbentuknantinya juga akan mempengaruhi sifat mekanikbahan. Hasil dari uji FT-IR (Gambar 2) menunjukkanbahwa komposit telah terbentuk dan bahan yangdigunakan murni terlihat dari puncak serapan yangrelatif tajam dan mudah diamati.Flavonoid seperti kaemferol, quercetin,isoquercetin, dan rutin memiliki afinitas yang tinggiterhadap sel mast dan basofil sehingga menjagastabilitas membran sel, sekaligus mampumenghancurkan radikal bebas oksigen dan melindungimolekul-molekul dalam gugus amin, asam amino, dannukleotida dari oksidasi untuk melepaskan mediatorradang (Andajani dan Mahardika, 2003). Adanyakandungan saponin dalam getah pisang mampumenaikkan sintesis TGF-β, sehingga menstimulasiterbentuknya biosintesis kolagen (Kanzaki dkk.,1998).Adanya kandungan flavonoid dan saponin dalampaduan telah dapat kami buktikan pada penelitian inimelalui uji kualitatif.Benang jahit operasi yang absorbablememberikan kontribusi sementara sampai luka dapatsembuh dengan cukup baik dan mampu untukmenahan tegangan normal. Penyerapan terjadi melaluidegradasi enzimatik bahan alami dan oleh hidrolisisdalam bahan sintetis. Hidrolisis menyebabkan reaksijaringan kurang dari degradasi enzimatik. Ujikelarutan dilakukan dengan tujuan mengetahui waktuyang dibutuhkan sampel untuk larut sempurna padalarutan PBS. Penggunaan larutan PBS sebagai pelarutdidasari oleh alasan komposisi dari larutan PBS yangmirip dengan komposisi cairan tubuh.Menurut pedoman, pada wajah, jahitan harusdiremove setelah 5-7 hari; pada leher setelah 7 hari;pada kulit kepala setelah 10 hari, pada tubuh danektremitas atas setelah 10-14 hari; dan pada luka yanglebih besar membutuhkan waktu remove yang lebihpanjang. Jahitan yang dilakukan dengan benangabsorbable tidak diremove oleh karena larut dalamjaringan. Hasil dari uji kelarutan menunjukkan waktuyang diperlukan sampel untuk larut dalam larutanPBS diasumsikan sama dengan waktu yangdibutuhkan benang jahit operasi yang absorbableuntuk larut dalam jaringan tubuh kita. Berdasarkan ujikelarutan yang kami lakukan, dapat terlihat bahwasampel larut sempurna dalam waktu 10 hari. Prosespelarutan sampel tidak terjadi seketika, akan tetapilarut secara perlahan.KESIMPULAN DAN SARANKesimpulanPaduan gel getah batang pisang dengan glycolicacid dan poly vinyl alcohol dapat digunakan sebagaibahan baku benang jahit operasi yang absorbable,berdasarkan nilai Modulus Young sebesar 2,386 GPadan mampu larut sempurna pada larutan PBS dalamwaktu 10 hari serta tidak menimbulkan alergi.SaranPerlu adanya optimalisasi dan diferensiasi karenakebutuhan benang jahit dari satu daerah ke daerah lainpada tubuh memiliki karakterisasi yang berbeda.Peran pemerintah sebagai pembuat regulasi dalamnegeri untuk memaksimalkan potensi alam dalamnegeri dan diarahkan pada hal yang tepat serta mampumeminimalisir kegiatan import. Hubungan antarapemerintah, peneliti, dan pengusaha juga perludisinkronkan agar dapat bekerjasama secara efektifmemproduksi dalam hal ini adalah benang jahitoperasi yang absorbable yang berbahan baku darigetah batang pisang alam Indonesia sendiri mengingatkebutuhan medis yang kian meningkat sedangkan disisi lain tingginya harga pembelian dikarenakan beacukai yang tinggi pada barang import.DAFTAR PUSTAKAAndajani TW, Mahardika, D. 2003. PerbandinganEfek Aplikasi Adas Manis Segar TumbukdannAdas Manis Segar Destilasi Pada MukosaMulut Tikus Wistar Strain LMR yangB 67

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Mengalami Peradangan (PenelitianLaboratorik). JKGUI. 10(Edisi Khusus):478-480.Cutright, Duane E. dan Beasley, Joe D.1971. Histologic Comparison of Polylactic andPolyglycolic Acid Sutures. Science Direct :Volume 32, Issue 1, July 1971, Pages 165-173.Gore, Maduri. 2003. Evaluation of banana leafdressing for partial thickness burn wounds.International Society for Burn Injuries (2003)Volume: 29, Issue: 5, Pages: 487-492Hananta, Dharma. 2006. Efek Getah Pelepah Pisang(Musa Spp) Terhadap PertumbuhanPseudomonas Aeruginosa Secara In Vitro.John B. Herrmann, MD; Richard J. Kelly, MD;George A. Higgins, MD. Polyglycolic AcidSutures. AMA Arch Surg. 1970;100(4):486-490.Kanzaki T, Morisaki N, Shiina R, Saito Y. 1998. Roleof Transforming Growth Factor-β Pathway inthe Mechanism of Wound Healing by Saponinfrom Gingseng Radix rubra. British Journal ofPharmacology. 125:255-262.Lima CC, Pereira APC, Silva JRF, Oliveira LS, ResckMCC, Grechi CO, Bernardes MTCP, OlímpioFMP, Santos AMM, Incerpi EK, Garcia JAD.2009. Ascorbic acid for the healing of skinwounds in rats. Braz. J. Biol.; 69(4): 1195-1201.Online, Surya. 2009. Khasiat Bonggol Pisang.http://www.surya.co.id/2009/06/22/khasiatbonggol-pisang.Diakses pada tanggal 22 April2012 pukul 20.15 WIB.Somantri, 2007, Perawatan Luka,http://irmanthea.blogspot.com/2007/07/definisi-luka.html. Diakses pada tanggal 10 Mei 2012pukul 12.05 WIB.Surahman, Agus. 2009. Pemanfaatan Getah BonggolPisang Sebagai Obat Oles AlternatifPenyembuh Luka Lecet.http://www.scribd.com/doc/40555476/Mulai-Dari-Bab-1-Sampai-Kesimpulan. Diaksespada tanggal 25 Mei 2012 pukul 13.45 WIB.Walton, R.E. dan Torabinejad M. 1998. Prinsip danPraktik Ilmu Endodonsi Ed:2. Alih Bahasa :Narlan Sumawinata dkk. “Principle andPractice of Endodontics”. Jakarata : EGC.B 68

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SINTESIS DAN KARAKTERISASISEMEN GIGI KOMPOSIT KALSIUM FOSFAT-KITOSANSiswanto 1 , Jan Ady 2 , Pipit Dewi Nugrahini 31,2,3 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : phi_2thz@yahoo.co.idAbstrakSemen gigi kalsium fosfat-kitosan telah disintesis dengan variasi persentase berat (w/w) larutan kitosan yangberbeda-beda, yaitu 0,5%, 1%, 1,5%, 2% dan 2,5%. Semen gigi kalsium fosfat memiliki kekuatan mekanik yangrelatif rendah atau bersifat rapuh, sehingga perlu diberi penambahan larutan kitosan yang berfungsi sebagaireinforce. Berdasarkan hasil uji mekanik (kekuatan tekan dan kekerasan) serta uji fisis (kerapatan), diperolehnilai kekuatan tekan dan kerapatan yang semakin meningkat walaupun nilai kekerasannya menurun seiringdengan bertambahnya presentase berat (w/w) dari larutan kitosan. Kekuatan tekan yang meningkat menandakanbahwasannya kitosan berfungsi sebagai reinforce, yaitu memperbaiki sifat rapuh dari komposit biokeramiksemen gigi kalsium fosfat. Uji mekanik dan fisis didukung dengan karakterisasi mikroskopik menggunakan XRD(X-Ray Diffraction) yang menunjukkan penurunan fraksi volume dari senyawa yang terbentuk hasil sintesissemen gigi kalsium fosfat-kitosan.Kata kunci : Semen gigi kalsium fosfat, kitosan, uji mekanik, uji fisis, XRD.PENDAHULUANKurangnya pemeliharan kesehatan gigi dan mulutsejak usia dini mengakibatkan timbulnyapermasalahan gigi. Salah satu permasalahan gigi yangbanyak dijumpai di masyarakat adalah gigi berlubangatau karies gigi. Menurut Laporan Riset KesehatanDasar 2007, ditemukan bahwa gigi berlubang dideritaoleh kurang lebih 72,1 persen penduduk Indonesia(Republika, 2010). Hal ini berdampak padameningkatnya kebutuhan teknologi dan biomaterial dibidang kedokteran gigi. Oleh karena itu, penelitiantentang teknologi dan bahan biomaterial khususnyadalam hal restorasi gigi merupakan kajian yangmenarik.Dari waktu ke waktu inovasi semen gigi semakinberkembang. Saat ini banyak penelitian yangdifokuskan pada semen Kalsium fosfat (CPCs) karenamemiliki keunggulan pada proses pembuatan danpembentukan karena tidak membutuhkan metodekhusus, namun semen ini juga memiliki beberapakelemahan, diantaranya adalah kekuatan mekanikyang relatif rendah karena bersifat rapuh. Kelemahanini diharapkan dapat dikurangi dengan menambahkanreinforce ke dalam campuran komposisi bubuksehingga memenuhi persyaratan untuk aplikasi gigi.Salah satu biomaterial yang banyak digunakansebagai reinforce adalah polimer.Penambahan polimer sebagai matriks reinforcepada biomaterial memiliki prospek yang menjanjikan,namun keterbatasan kesediaan di alam sertakandungan sifat toksik yang dimiliki oleh beberapajenis polimer menyebabkan aplikasinya terbatas dibidang medis sehingga perlu dicari alternatif untukmengatasi masalah tersebut. Dalam penelitian ini,kitosan dipilih sebagai bahan reinforce karenamerupakan polimer alam yang ditemukan dalamjumlah besar dan mempunyai sifat non-toxic. Selainitu, kitosan memiliki sifat elastisitas yang tinggisehingga diharapkan mampu menutupi sifat rapuhdari semen Kalsium fosfat.METODOLOGI PENELITIANMetode penelitian mencakup tahap persiapan alatdan bahan, proses sintesis semen kalsium fosfat(CPCs), proses sintesis larutan kitosan, prosespembuatan sampel dan proses karakterisasi sampel.Proses sintesis semen kalsium fosfat terdiri daripencampuran Monokalsium phosphate monohydrate(MCPM) dan Kalsium oksida (CaO) dengan Ca : P1,67. Kemudian hasil tersebut dicampur denganHidroksiapatit dengan perbandingan 60 % : 40 %.Sedangkan proses sintesis larutan kitosan dilakukandengan mencampurkan kitosan dalam bentuk powderdengan asam asetat 2 % dengan persentase berat(w/w) 0,5 % hingga 2,5 % dalam rentang 0,5 %.Sampel diperoleh dengan mencampurkan powdersemen Kalsium fosfat dan larutan polimer denganperbandingan 2 : 1 kemudian dikeringkan pada suhuruang selama 72 jam. Alur kegiatan penelitian inidisajikan pada bagan alir Gambar 1.B 69

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Dari data yang diperoleh pada Tabel 1. dapatdisajikan grafik hubungan antara persentase berat(w/w) larutan kitosan terhadap karakterisasi sifatmakroskopik sampel yang meliputi kekuatan tekan,kekerasan, dan kerapatan.Pada hasil uji kuat tekan, nilai kuat tekantertinggi terjadi pada sampel dengan presentaseberat larutan kitosan 2,5% dengan nilai (35,270 ±0,067) MPa, sedangkan nilai kuat tekan terendahterjadi pada sampel dengan persentase berat larutankitosan 0,5% dengan nilai (14,540 ± 0,032) Mpa.Nilai kuat tekan semakin meningkat seiring denganbertambahnya persentase berat (w/w) larutan kitosan.Hal ini terjadi dikarenakan kitosan memiliki sifatelastisitas yang tinggi sehingga mampu menutupi sifatrapuh yang dimiliki oleh semen gigi kalsium fosfat.Semakin besar presentase berat (w/w) larutan kitosanyang ditambahkan pada semen gigi kalsium fosfat,maka akan semakin berkurang sifat kerapuhannya,berarti sifat elastisitasnya semakin bertambah, hal initerbukti pada nilai kuat tekan yang semakinmeningkat seiring dengan bertambahnya presentaseberat (w/w) larutan kitosan.Gambar 1. Bagan alir rangkaian kegiatan pembuatan semenKalsium fosfat-KitosanHASIL DAN PEMBAHASANHasil penelitian terhadap karakteristik sifatmakroskopik yang meliputi kuat tekan, kekerasan,dan kerapatan disajikan pada tabel 1.Tabel 1. Data hasil uji makroskopik semen Kalsium fosfat-KitosanGambar 3. Grafik hubungan antara kekerasan semen Kalsium fosat-Kitosan terhadap persentase berat (w/w) larutan kitosan.Pada hasil uji kekerasan, nilai kekerasan tertinggiterjadi pada sampel dengan presentase berat larutankitosan 1% dengan nilai (13,875 ± 0,142) VHN,sedangkan nilai kekerasan terendah terjadi padasampel dengan presentase berat larutan kitosan 2,5%dengan nilai (6,775 ± 0,080) VHN. Dari grafiktersebut menunjukkan bahwa semakin besarpersentase berat (w/w) larutan kitosan yangditambahkan pada semen gigi kalsium fosfat, makakekerasannya semakin menurun. Hal ini dikerenakansemakin besar persentase berat (w/w/) larutan kitosanyang ditambahkan pada semen kalsium fosfatmenyebabkan sifat elastisitasnya semakin bertambah,sehingga menurunkan kekerasannya. Hasil kekerasanini terkait dengan hasil kuat tekan yang menunjukkanbahwa semakin besar kuat tekan dari suatu materialmaka kekerasannya akan semakin menurun.Gambar 2. Grafik hubungan antara kuat tekan semen Kalsiumfosat-Kitosan terhadap persentase berat (w/w) larutan kitosan.B 70

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 4. Grafik hubungan antara Kerapatan semen Kalsiumfosat-Kitosan terhadap persentase berat (w/w) larutan kitosan.Hasil uji densitas pada penelitian inimenunjukkan bahwa nilai densitas akan semakinbesar seiring dengan bertambahnya persentase berat(w/w) larutan kitosan yaitu dari 0,5% hingga 1,5%,kemudian mengalami penurunan setelah penambahanlarutan kitosan melebihi 1,5%. Nilai densitas tertinggiterjadi pada penambahan persentase berat (w/w)larutan kitosan sebesar 1,5 %. Meningkatnya densitassampel pada batas tertentu dapat dipahami karenasemakin besar persentase berat (w/w) larutan kitosan,maka rantai polimer akan semakin memanjangdengan rongga yang semakin menyempit sehinggaakan memperpendek jarak antar butir pada semen gigikalsium fosfat yang menyebabkan densitasnyasemakin meningkat.Uji makroskopik di dukung dengan ujimikroskopik menggunakan XRD. Hasil karakterisasiXRD ditunjukkan berupa spektrum kontinu yangmeliputi sudut-sudut difraksi pada atom bahan (2θ)dan besar intensitas senyawa yang terkandung dalambahan. Grafik spektrum hasil karakterisasi sampeldisajikan pada gambar 5 hingga gambar 10.Gambar 6. Pola spectrum XRD (Semen Kalsium fosfat + 1 %larutan kitosan)Gambar 7. Pola spectrum XRD (Semen Kalsium fosfat + 1,5 %larutan kitosan)Gambar 5. Pola spectrum XRD (Semen Kalsium fosfat + 0,5 %larutan kitosan)Gambar 8. Pola spectrum XRD (Semen Kalsium fosfat + 2 %larutan kitosan)B 71

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8ini memberikan kontribusi yang besar terhadap sifatmakroskopis sampel. Hal ini dapat dijelaskan melaluigrafik hubungan antara kuantitas menyeluruhsenyawa keramik yang dihasilkan dari sintesis semengigi kalsium fosfat-kitosan dengan persentase berat(w/w) larutan kitosan. Grafik tersebut disajikan padagambar 9.Gambar 8. Pola spectrum XRD (Semen Kalsium fosfat + 2,5 %larutan kitosan)Kuantitas senyawa terbanyak yang terdeteksi olehXRD adalah berupa mineral keramik, yaitu brushitedengan rumus molekul CaPO 3 (OH).2H 2 O, monetitedengan rumus molekul CaHPO 4 , dan Apatite-(CaOH)dengan rumus molekul Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH). Brushitememiliki fase syn dengan bentuk struktur kristalMonoclinic, sedangkan Monetite memiliki fase syndengan bentuk struktur kristal Anorthic. Kuantitassenyawa keramik dalam tiap-tiap sampel disajikanpada tabel 2.Tabel 2. Kuantitas senyawa dalam sampel semen Kalsium fosfat-KitosanPenambahan larutan kitosan dengan persentaseberat yang berbeda-beda berpengaruh terhadapkuantitas senyawa keramik yang dihasilkan. KuantitasGambar 9. Grafik hubungan antara kuantitas total senyawa keramik(%) terhadap persentase berat (w/w) larutan kitosan.Gambar 9 menunjukkan penurunan jumlahsenyawa keramik seiring dengan pertambahanpersentase berat (w/w) larutan kitosan. Penurunankuantitas senyawa Kalsium fosfat tampak pada grafikdalam rentang penambahan persentase berat larutankitosan 1%-2%. Hal tersebut berpengaruh terhadapsifat makroskopik sampel, dalam hal ini adalahkekerasan. Berdasarkan penelitian ini, Semakinberkurang kuantitas senyawa keramik yang dihasilkanmenyebabkan kekerasannya semakin menurun.KESIMPULANBerdasarkan hasil penelitian ini diperolehkesimpulan bahwa seiring meningkatnya persentaseberat (w/w) larutan kitosan yang ditambahkan padasemen kalsium fosfat, maka kuat tekan dandensitasnya akan semakin meningkat, akan tetapikekerasannya semakin menurun. Karakterisasi yangpotensial dalam penelitian ini yaitu di sekitarpenambahan persentase berat (w/w) larutan kitosansebesar 1% - 1,5 % yang dapat diaplikasikan sebagaibahan restorasi gigi.UCAPAN TERIMAKASIHTerima kasih disampaikan kepada segenap dosenFisika Fakultas Sains dan Teknologi UniversitasAirlangga yang telah membantu sehingga penelitianini dapat terlaksana.DAFTAR PUSTAKABigi A, Bracci B and Panzavolta S. (2004). Effect ofadded gelatin on the properties of calcium phosphatecement. Biomaterials ; 25(14): 2893–2899Dewi, Setia Utami (2009), Pembuatan KompositKalsium Fosfat-Kitosan Dengan Metoe Sonikasi.Tesis IPB, BogorKhashaba, R M, Mervet Moussa, Christopher Koch,B 72

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Arthur R. Jurgensen, David M.Missimer, Ronny L.Rutherford, Norman B. Chutkan, and James L.Borke (2011), Preparation, Physical-ChemicalCharacterization, and Cytocompatibility ofPolymeric Calcium Phosphate Cements,International Journal of Biomaterials, VolumeArticle ID 467641, 13pagesdoi :10.1155/2011/467641Lian, Q., Li, D-C., He, J-K and Wang Z.,(2007),Mechanical properties and in-vivoperformance of calcium phosphate cement–chitosan fibre composite, Proc. IMechE Vol.222 Part H: J. Engineering in Medicine, DOI:10.1243/09544119JEIM340Perez, R A., Kim Hae-Won, and Ginebra Maria-Pau,(2012), Polymeric additives to enhance thefunctional properties of calcium phosphatecements, Journal of Tissue Engineering, DOI:10.1177/2041731412439555Sun, Liming, Hockin H. K. Xu, Shozo Takagi, andLaurence C. Chow (2007), Fast SettingCalcium Phosphate Cement–ChitosanComposite:Mechanical Properties andDissolution Rates, Journal of BiomaterialsApplications,16pageDOI:10.1177/0885328206063687Wang, X., Ma, J., Wang, Y., He, B (2001), Structuralcharacterization of phosphorylated chitosanand their applications as effective additives ofcalcium phosphate cements Biomaterialspp.2247-2255. Vol22Yildirim, Oktay (2004), reparation andCharacterization of Chitoan/CalsiumPhosphate Based Composite Biomaterials.[disertasi]. IIT. TurkiB 73

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8KARAKTERISASI PENDEPOSISIAN FILM TIPIS ALUMUNIUM (AL) PADASUBSTRAT SILIKON DENGAN SISTEM SPUTTERING ARC-12MSlamet WidodoPusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi (PPET) - LIPIJl. Cisitu No. 21/154 DBandung 40135, IndonesiaTelp. (022) 2504661 Fax. (022) 2504659E-mail: widodo@ppet.lipi.go.idAbstrakSistem Sputtering adalah metoda deposisi material pada substrat yang dilakukan pada ruangan hampa udara.Proses ini, banyak diaplikasikan pada sistim interkoneksi sirkit mikroelektronika atau pembuatan metalisasi(konduktor), lapisan dielektrik (insulator), pada devais semikonduktor, atau untuk pembuatan sistim kontak,konduktor, resistor maupun kapasitor. Pada proses sputtering ini beberapa parameter yang berpengaruh padakecepatan pendeposisian antara lain pengaruh waktu, tekanan gas Argon, dan daya. Sistem sputtering inidigunakan untuk pelapisan (pendeposisian) metal dan non metal. Pelapisan metal disebut proses metalisasidioperasikan dengan DC Sputtering, sedangkan pelapisan non metal dengan RF Sputtering. Penelitianpelapisan metal dan non metal ini dengan alat sputtering ARC-12M. Dalam tulisan ini diamati beberapaparameter yang berpengaruh pada kecepatan pendeposisian dalam proses sputtering antara lain pengaruhwaktu, tekanan gas Argon, dan daya. Juga dilakukan pengamatan kecepatan pendeposisian Aluminium (Al)sebagai proses metalisasi untuk sistem kontak.Kata kunci: aluminium, devais semikonduktor, lapisan tipis (thin film), sistem sputtering.AbstractThe sputtering is a method of material deposition on substrate in vacuum condition. This process is widelyapplicated in interconnection of microelectronics circuits such as contact system, conductor, resistor andcapacitor. This sputtering system is used for metal (metallization process) and non metal deposition (insulatordeposition process). The metal deposition or metallization is operated by DC Sputtering, and non metal ARC-12M Sputtering system. This paper is to describe some variables which affect the rate of deposition in sputteringprocess i.e time, pressure of Argon gas, and power. Also in this work were carried out the rate of deposition ofAluminum (Al) as metallization processes for contact system.Keywords: aluminum, semiconductor devices, sputtering system, thin filmPENDAHULUANDi dalam proses pembuatan divais semikonduktorada beberapa tahapan proses, salah satu tahapanproses tersebut adalah pelapisan metal atau prosesmetalisasi yang berfungsi sebagai kontak Ohmik.Didalam proses metalisasi ini terdapat persyarataninterkoneksi metal yaitu lapisan konduktif ataumetalisasi digunakan sebagai jalur interkoneksi padadivais dan VLSI, dan sebagai penghubung antaradivais dengan dunia luar. Salah satu metal yangdigunakan didalam kontak Ohmik ini adalah metal(logam) aluminium (Al) dengan proses deposisi metalatau lebih dikenal dengan proses metalisasi. Didalampenelitian ini, proses deposisi atau pelapisan metaldengan menggunakan metode Sputtering. Dalamaplikasinya dibidang elektronika, proses sputtering inilebih unggul dari segi kualitas dibanding denganmetode deposisi lainnya seperti Electroplating,deposisi uap kimia/CVD (Chemical VapourDeposition), maupun Evaporasi.Sistem Sputtering adalah proses dimana suatubahan dalam bentuk atom-atom terlepas dan terlempardari permukaan suatu benda padat atau cair, karenaadanya perpindahan momentum akibat penembakansuatu permukaan tersebut dengan partikel-partikelberkecepatan tinggi. Sedang sumber bahan pelapisyang disebut target ditempatkan dalam ruang hampaberhadapan dengan substrat, dan ruang tersebut diberitahanan yang besarnya berkisar antara 5x10 -4 sampai5x10 -7 Torr. Partikel penembak biasanya adalah ioniongas inert (gas-gas yang sulit bereaksi denganunsur lain, terletak pada golongan VIII pada tabelperiodik unsur kimia). Gas Argon (Ar) paling banyakdigunakan pada sistem sputtering. Substrat diletakkandi depan target, sehingga atom-atom yang terhamburakibat penembakan dapat mengendap padapermukaan substrat (Mc Guise, 1980 : 364).B 74

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Metode untuk menghasilkan partikel-partikelpenembak adalah dengan cara mengalirkan gaskedalam ruang yang telah divakumkan tersebut.Dengan adanya tegangan di antara kedua elektrodayaitu target sebagai katoda dan meja substrat (stage)sebagai anoda, tekanan gas dan jarak elektrodatertentu, maka terjadi loncatan elektron karenaionisasi gas Argon. Ion-ion tersebut bergerak dengancepat dan menumbuk permukaan target/katoda yangbermuatan negatif. Ion-ion penumbuk, dengan prinsipperpindahan momentum, kemudian melemparkanatom-atom target. Akhirnya atom-atom targetmengendap dan membentuk lapisan tipis padapermukaan substrat. Metode ini dikenal dengansebutan DC Sputtering/DC Diode.METODOLOGIProses deposisi metal atau metalisasi dilakukandengan metode Sputtering. Alat yang digunakan ialahSputtering Machine. Plasma Science Pipe ARC-12 M.Alat ini dapat dioperasikan secara DC Sputtering(untuk proses deposisi material yang bersifatkonduktor) dan RF Sputtering (untuk konduktormaupun non konduktor). Didalam penelitian inidilakukan pendeposisian logam aluminium (Al)dengan variabel waktu (menit), daya (watt), dantekanan gas pembawa argon (Ar) (mTorr).Sistem sputtering memiliki beberapa keunggulandibandingkan dengan evaporasi : Dapat melapisi film dari jenis logam, paduanlogam isolator, semikonduktor maupun logammagnetik. Kecepatan pendeposisian untuk setiap jenis bahantidak jauh berbeda. Dapat digunakan untuk pendeposisian banyaklapisan (multilayer). Ketebalan film lebih mudah diamati dandikendalikan.Daya adhesi antara film dan permukaan substratlebih kuat.Sputtering adalah proses terlemparnya materi darisuatu permukaan zat padat atau cair akibat ditumbukoleh partikel berenergi tinggi hingga terjadipertukaran momentum (momentum exchange). Targetyang berupa bahan pelapis (coating material)diletakkan searah dengan substrat (gambar 1) dalamsuatu ruang vakum dengan tekanan awal sekitar 5x10 -4- 5x10 -7 Torr. Kondisi vakum tinggi disinidimaksudkan untuk menekan kontaminasi dari gasgasyang potensial mengotori pada tingkat yangserendah-rendahnya. Selama proses berlangsung,dimasukkan gas inert seperti gas Argon yangdipertahankan pada tekanan sekitar 10 -3 m Torr.Substrat dipasang pada anoda sedangkan materialyang akan dideposisikan atau biasa disebut "materialtarget" akan membentuk katoda. Antara katodadengan anoda diberi tegangan tinggi (500 V - 5000V). Perbedaan tegangan searah yang tinggi ini, akanmengakibatkan terionisasinya gas argon (Ar)menghasilkan Glow Discharge ,yaitu pembentukanplasma secara terus menerus.Gambar 1: Skema proses sputteringSumber elektron akan mensuport ionisasi dari gasinert sehingga pembentukan muatan positif dari argondisekitar katoda akan semakin cepat. Ion ini akanmembombardir material katoda (target) dengan energitinggi yang mengakibatkan atom serta molekul targetterpental (tercungkil) dari permukaannya. Sebagiandari partikel ini akan mengendap pada substrat. Sudutjatuhnya atom pada permukaan substrat berbeda-beda,hal ini akan menghasilkan suatu film tipis yang ratadibandingkan dengan proses evaporasi.Metoda Sputtering seperti ini disebut DCSputtering atau cathode sputtering. DC Sputteringhanya dapat digunakan untuk proses deposisi materialyang bersifat konduktor,. Adapun untuk material nonkonduktor (isolator, dielektrik) proses deposisi harusdilakukan dengan RF Sputtering, karena potensialaselerasi dari sumber DC tidak bisa digunakanlangsung pada permukaan isolator. Disini, ion gasyang mencapai permukaan target tidak dapatdinetralisasi karena tidak tersedianya elektron bebas.Ion akan membentuk lapisan bermuatan positif padapermukaan target yang mengakibatkan terhentinyaproses sputtering karena tidak adanya GlowDischarge. Masalah ini bisa diatasi denganmenggunakan tegangan bolak balik pada frekuensiradio 13,56 MHz. Dengan RF Sputtering, prosesdeposisi bisa dilakukan menggunakan target yangbersifat isolator, konduktor, resistor maupundielektrik.Kecepatan Pendeposisian pada SputteringDalam sistem sputtering, kecepatanpendeposisian dipengaruhi oleh Hasil Sputtering(Sputtering yield), Kecepatan Sputtering (Sputteringrate) dan Pengotoran (Impurity trapping).Nilai Hasil Sputtering (Sputtering Yield)Nilai hasil sputtering merupakan jumlah atomtarget yang terpental per satu ion penumbuk. Untukmenganalisis perubahan-perubahan yang terjadi padaB 75

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8proses sputtering, telah dikenal dengan analisisSigmund's linear Cascade yang membuat korelasiantara energi ion (eV) dengan Sputtering Yield(atom/ion).Analisis tentang hasil Sputtering ditentukan olehpersamaan sebagai berikut:M MS K(1)i t M ME U itdimana:α = fungsi dari Mt / ME = energi yang dimiliki ion penumbuk (eV)K =konstanta dari 0,1 sampai 0,3U = energi sublimasi (eV/molekul) αS = nilai hasil sputtering (atom per ion)Energi Ambang (Threshold Energy)Energi ambang (Threshold energy) adalah energiminimum yang dimiliki ion penumbuk agar ion-iondari target terpental, sehingga proses sputtering dapatterjadi. Dalam proses sputtering, hubungan antarahasil sputtering dengan energi ambang adalah sebagaiberikut:1 1 2S E E 2th(2)kZ0.67tx (3)2 2U Z 3 3 Zt Zxt Zxdimana :E = energi yang dimiliki ion (keV)E th = energi ambang (KeV)k = konstanta (5,2)U = energi sublimasi (eV per partikel)Z 1 = nomor atom targetZ x = nomor atom gas (ion penumbuk)Jika sebuah molekul gas terdiri dari m jumlah atom,maka persamaan menjadi12mE th12S m (4)Kecepatan Sputtering (Rate of Sputtering)Kecepatan sputtering didefinisikan sebagaijumlah atom yang terpental persatuan waktu dan luas.Menurut Harper dkk (1984), pada saat kerapatan arusion atau fluksi arus (J i ) sama dengan fluksi iondikalikan muatan elektron q, maka kecepatansputtering adalahSjirs (5)qdimana :r s = kecepatan sputteringJ i = karapatan arus ion (A cm -2 )Pengotoran (Impurity Trapping)Gas argon (Ar) yang digunakan sebagai ionpenumbuk, bisa mengandung pengotor yang padaZproses deposisi ikut mengendap pada substrat.Oksigen yang ikut masuk bersama-sama dengan gasargon (Ar) juga dapat bereaksi dengan atom-atompada target sehingga dapat mempengaruhi resistansilapisan film dan adhesivitasnya pada substrat.Tahapan ProsesTahapan proses adalah sebagai berikut:Pembersihan SubstratTahap ini sangat penting, karena akan menentukankualitas dari lapisan film tipis yang terbentuk.Pengotor yang ada pada substrat dilarutkan denganbahan-bahan pelarut kimia. Agar proses pembersihanlebih sempurna, proses pembersihan dilakukan dalamUltrasonic cleaner. Bahan kimia yang biasanyadigunakan antara lain ialah Trichloro ethylen (TCE),Trichloro ethan (TCA), etanol, atau aceton.Tahap SputteringProses sputtering dilakukan pada mode operasiRF (radio frequency), dengan tekanan awal (basepressure) berkisar antara 10 -5 -10 -6 Torr. Setelahtercapai kondisi tersebut dimasukkan gas argon (Ar),sampai mencapai tekanan konstan sekitar 4 mTorr.Daya yang diberikan ialah 100 watt. Deposisi materialkonduktor dapat dilakukan dengan DC Sputtering,atau RF Sputtering.Sebelum dilakukan proses deposisi, terlebih duludilakukan proses etsa dari substrat yang akan dilapisi.Caranya ialah dengan membalik arah ion penumbukmenuju substrat dengan energi rendah, sehinggahanya cukup untuk membersihkan partikel-partikelpengotor tanpa harus merusak permukaan substrat.Cara ini dapat menaikkan daya adhesif film padapermukaan substrat. Proses deposisi dilakukanmenggunakan target yang diinginkan. Pada alatsputtering yang digunakan disini, dapat dipasang 3macam target, yang digunakan secara bergantian.Dalam eksperimen ini diamati karakteristikpendeposisian dari target alumunium (Al).Metoda Pengukuran dan PengujianAlat Sputtering yang digunakan disini sudahdilengkapi dengan monitor pengukur ketebalan(Thickness monitor), Prinsip kerja dari alat pengukurketebalan ini ialah adanya kristal osilator yangfrekuensi getarnya akan berubah sesuai denganketebalan film yang dihasilkan. Semakin banyakpartikel hasil proses deposisi yang menempel padakristal, getaran kristal osilator akan semakin rendah.Perbedaan frekuensi ini dikonversikan sebagaiperbedaan ketebalan, yang langsung tampil pada layarmonitor. Adapun alat Sputtering ARC-12M dapatdilihat pada Gambar- 2 berikut ini.B 76

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar-2. Peralatan Sistem Sputtering ARC-12MHASIL EKSPERIMEN DAN PEMBAHASANHubungan Antara Ketebalan Film Dengan Waktu2. Dari aluminium (Al) yang dideposisikan, padatekanan gas Argon 10 mTorr, dalam kurunwaktu 10 menit, lambat proses deposisinya3. Proses deposisi dengan tekanan gas Argon 4mTorr lebih cepat dibandingkan dengan 10mTorr. Contohnya pada tekanan Argon 4 mTorr,dalam waktu 10 menit, ketebalan yang dapatdicapai sekitar 2000 Angstrom, sedangkandengan tekanan gas Argon 10 mTorrketebalannya kurang dari 1300 Angstrom.Pada tekanan gas Argon yang semakin besar(diatas 130 mTorr) sebagian material akan kembalilagi ke katoda karena adanya diffusi, namun dibawah20 mTorr terjadinya diffusi dapat diabaikan. Adanyapengotor (impurities) yang terbawa oleh gas Argonakan menurunkan sputtering.Pengaruh Besarnya Daya Terhadap KecepatanPendeposisianGambar 3: Hubungan antara ketebalan dengan waktu deposisi A1pada tekanan gas argon (Ar) 10 mTorr.Pengaruh Tekanan Gas Argon TerhadapKecepatan DeposisiGambar 4: Hubungan antara ketebalan dengan waktu deposisi A1pada tekanan gas Ar 4 mTorr dan 10 mTorr.Kondisi Proses :Tekanan Base : 3 - 4 x 10 -5 TorrDaya (Power) : 100 WattTekananGas: 10 mTorrRotasi: 5RpmGun/Shutter : 2/2Dari gambar 2 dan gambar 3 diatas dapat ditarikkesimpulan sebagai berikut:1. Ketebalan lapisan film sebagai produk dariproses deposisi aluminium (Al), menunjukkankenaikan secara linier dengan bertambahnyawaktu.B 77Gambar 5: Hubungan antara kecepatan pendeposisi Al terhadapdaya pada tekanan gas Ar 4 mTorrDari gambar 4 dapat dilihat bahwa kecepatanpendeposisian akan bertambah dengan naiknya daya,khususnya pada 100-300 watt, tetapi untukpenambahan daya dari 350-450 watt, kecepatanpendeposisian menunjukkan nilai mendekati konstan.Hasil sputtering akan naik perlahan-lahan dengannaiknya energi, dilain pihak, material yangmenumbuk katoda sebanding dengan kerapatan arus.Penambahan daya akan mengakibatkan peningkatankerapatan arus dan peningkatan tegangan, karena dayamerupakan perkalian arus dengan tegangan.Bertambahnya tegangan akan meningkatkan energiyang dimiliki oleh ion-ion penumbuk sehingga jumlahatom-atom target yang terpental dari permukaansemakin bertambah. Hal ini secara empiris akanmeningkatkan hasil Sputtering.Peningkatan kerapatan arus akan meningkatkanmuatan pada permukaan target sehingga akanmempercepat ion-ion penumbuk menuju target. Selainitu, betambahnya arus akan menaikkan jumlahelektron yang teremisi dari target, sehinggameningkatkan jumlah tumbukan ionisasi. Peningkatanjumlah tumbukan ionisasi akan meningkatkankerapatan arus ion-ion nya, sehingga secara empirismeningkatkan kecepatan. sputtering. Konstannyakecepatan pendeposisian dengan naiknya daya dari

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8350-450 watt disebabkan karena jumlah atom yangterpental dibatasi juga oleh luas permukaan target.Gambar 6: Pengaruh tekanan gas terhadap kecepatan deposisiKESIMPULAN1. Pada proses deposisi aluminium (Al) denganmetode sputtering ini, ketebalan akan naik secaralinier dengan bertambahnya waktu.2. Dari alumunium yang dideposisikan ini, padatekanan gas Argon 4 mTorr menghasilkandeposisi Al relatif lebih tinggi, dibandingkanpada tekanan 10 mTorr.3. Makin tinggi tekanan gas Argon, kecepatanpendeposisian semakin lambat, bahkan padatekanan gas Argon diatas 130 mTorr prosesdeposisi akan berjalan sangat lambat, karenaadanya sebagian material yang mengendapkembali di katoda karena adanya proses diffusi.4. Kecepatan pendeposisian akan bertambahdengan naiknya daya, khususnya pada 100-300watt, tetapi untuk penambahan daya dari 350-450 watt, kenaikan kecepatan pendeposisianmenunjukkan nilai mendekati konstan.DAFTAR PUSTAKAClass, Walter and Murray, (1969), SputteringMaterials for Electronic Application, Solidstate Technology, Edisi DecemberHarper, Charles A & Ronald M Sampson, (1984),Electronic Materials and Process Handbook,edisi ke II, Mc Graw Hill Inc, Singapore.Jones, Roydn D, (1982), Hybrid Circuit Design andManufacture, Marcel Dekker Inc, New York.Lee, Hong H, (1990), Fundamentals of Solid Stateand Electron Device, Mc Graw Hill PublishingCompany, Singapore.Maissel, Leon I dan Reinhard Glang, (1970),Handbook of Thin Film Technology,McGraw-Hill Inc, New York.Sequeda, F.O, (1986), Film Deposition Techniques inMicroelectronics, Journal of Metal, EdisiFebruari, California.Kujotaka Wasa, Makoto Kitobataka and HideakiAdachi, “Thin Film Materials Technology,Sputtering of Compound Materials”, WilliamAndrew publications, NY, USA, 2004, hal. 17-173.Milton Ohring, “The materials Science of ThinFilms”,AcademicPress,USA, 2002, hal. 277-349.B 78

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8EVALUASI NILAI TAHANAN INTERNAL MODUL PANEL FOTOVOLTAIK (PV)BERDASARKAN PEMODELAN KURVA I(V)NORMAL LIGHT DAN DARK CURRENTYanuar, Lazuardi Umar, Rahmondia N. SetiadiJurusan Fisika FMIPA Universitas RiauKampus Bina Widya, Jl. Prof. Dr. Muchtar LutfiSimpang Baru Pekanbaru 28293Abstrak.Penelitian ini bertujuan mengevaluasi nilai tahanan internal seri dari modul fotovoltaik (PV) polikristal silikonHooray MCP-2 berdasarkan pemodelan kurva arus dan tegangan I(V). Penentuan tahanan internal modulfotovoltaik (solar sel) dilakukan untuk mengetahui kualitas dan unjuk kerjanya, yang diukur pada dua kondisiyaitu pada kondisi normal light dan kondisi dark current. Arus dan tegangan diperoleh dengan memvariasikantahanan beban pada penyinaran dan suhu konstan, yang menghasilkan kurva I(V) pada normal light dan darkcurrent. Berdasarkan pemodelan kurva I(V) diperoleh parameter – parameter modul fotovoltaik yaitu I sc , V oc ,I pmax dan V pmax dimana nilai gradiennya ditentukan berdasarkan persamaan Wagner yaitu sebesar -7.084 V/A(normal light) dan sebesar -21.618 V/A (dark current). Sementara arus dan tegangan maksimum diperoleh daripenentuan titik daya maksimum dari modul (Maximum Power Point). Hasil perhitungan tahanan internal seripada modul fotovoltaik silikon polikristal Hooray MCP-2 diperoleh nilai sebesar 1.41 Ohm. Nilai ini menjadinilai parameter unjuk kerja fotovoltaik dan akan mengalami perubahan selama pengoperasian.Kata kunci: Modul fotovoltaik, tahanan internal, normal light, dark current, gradien1. LATAR BELAKANGPenggunaan energi listrik memberikan perananyang sangat penting dalam kehidupan manusiadewasa ini. Hampir seluruh peralatan rumah tangga,industri, komunikasi dan sebagainya memanfaatkanenergi listrik sehingga pekerjaan terasa lebih mudahdilakukan. Saat ini sumber energi yang bersumberdari minyak bumi kian hari persediaannya semakinmenipis dan sulit diperoleh karena terbatas di dalamperut bumi. Sedangkan energi matahari adalah sumberenergi yang sangat besar yang dapat dimanfaatkandan dikembangkan. Proses untuk mengubah energicahaya matahari menjadi energi listrik dilakukandengan menggunakan alat yang dinamakan sel surya(modul photovoltaik, PV) yang tersusun secara seridan paralel dilapisi oleh bahan kedap air dan tahanterhadap perubahan cuaca.Modul PV telah banyak dijual dipasaran denganberbagai macam tipe, akan tetapi, modul ini umumnyabelum diketahui kualitas dan unjuk kerjanya(performance) sesuai dengan nilai yang dibutuhkan.Upaya untuk mengidentifikasi kualitas dari PV adalahdengan cara mengukur arus dan tegangannya, danmenganalisa perubahan parameter penting yangmengakibatkan terjadinya depresiasi daya modul.Salah satu parameter penting dari modul PV adalahtahanan seri internal yang menggambarkan rugi-rugiinternal (internal losses) dan rugi-rugi yangdiakibatkan oleh kontak listrik antar sel surya [1-3].Perubahan tahanan seri internal ini akan terjadi seiringdengan waktu sehingga perlu diamati dalam periodeoperasi tertentu.Berbagai ekseperimen telah dilakukan yangberkaitan dengan penentuan tahanan dalam padaB 79modul PV telah dilakukan oleh [4]. Eksperimen yangdilakukan dengan mengukur tahanan internal dandaya maksimum pada Standar Test Conditions (STC).Kemudian, beberapa metode mempergunakanalgoritma matematika dalam mengekstraksi tahananseri internal dari solar sel seperti dijelaskan pada [5–9]. Beberapa dari penelitian ini mengenalkanpenggunaan metode pengukuran dinamis [7] atauprosedur integrasi [9] berdasarkan perhitungankomputasi pada daerah di dalam kurva arus dantegangan I(V).Pada penelitian ini, modul PV yang digunakanjuga merupakan salah satu modul yang beredar dipasaran. Modul ini belum diketahui kualitas danketahanannya sehingga perlu dilakukan penelitianuntuk mengetahui berapa besar tahanan internal darimodul PV Silikon Polikristal Hooray MCP-2, karenatahanan internal dapat membatasi daya atau arus yangdihasilkan oleh modul PV. Untuk mengetahui tahananseri internal dari modul telah dilakukan pengukurankurva arus dan tegangan I(V) pada dua kondisi yaitukondisi cahaya normal (normal light) dan kondisitertutup screen (dark current). Dari pemodelan keduakurva tersebut dan ekstraksi parameter maka akandiperoleh besarnya tahanan internal dari modul PVyang diuji.Berdasarkan penentuan tahanan internal ini makadapat diketahui karakteristik dari semua komponendari sistem fotovoltaik, untuk mendeteksi berbagaimasalah yang ditimbulkan dari modul dan untukmeningkatkan pemeliharaan serta perbaikan jikaterjadinya cacat akibat kehilangan energi yangdihasilkan, yang dapat diamati dari perubahan tahananseri internal Rs.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8II. PEMODELAN KURVA I(V) SOLAR SELPrinsip kerja pada fotovoltaik sama dengan diodapn-junction yang merupakan gabungan antara lapisansemikonduktor jenis p dan semikonduktor jenis n.Sifat listrik dari modul fotovoltaik biasanya diwakilidengan karakteristik arus dan tegangan yangdigambarkan dalam bentuk kurva, dikenal dengankurva I-V, lihat gambar 1 berikut ini [10].Gambar 1. Kurva I-V yang menunjukkan hubungan antara arusdan teganganKurva I(V) terdiri dari tiga parameter yaitutegangan dan arus maksimum (V mp dan I mp ), teganganopen circuit (V oc ), arus short circuit (I sc ). Jikarangkaian PV diberi beban, maka akan menghasilkanbeda potensial di antara terminal dari sel PV tersebut.Perbedaan potensial menghasilkan arus yangberlawanan arah dengan arus foto (fotocurrent) danarus yang tersisa berkurang dari nilai rangkaianterbuka. Arus kebalikan ini biasanya disebut arusgelap (dark current), yang dianalogikan dengan arusI dark .Untuk mempermudah menentukan tahananinternal pada modul fotovoltaik dapat diwakili dengandiagram rangkaian ekuivalen sebagai berikut dimanasel dibentuk dari pembangkit energi dan beberapabeban:Gambar 2. Rangkaian ekuivalen sel fotovoltaik efektif [11,12]Rangkaian ekuivalen ini berisikan komponenfotoelektrik pengganti yang menyatakan tahananpositif dan negatif. Tahanan modul dinyatakan dalamR Pv dan berbeda dengan tahanan seri internal darimodul, Rs. Besar nilai karakteristik arus efektif darisel PV adalah: I RPvV T I I ph I0 e1(1)dengan besar tegangan sel dinyatakan sebagai berikut,V VT Ilnph I II00 I RPv(2)Parameter-parameter R pv , V T , I o , I ph ditentukan darihasil penentuan empat parameter lainnya, yangdiperoleh dari pengukuran kurva I(V) yaitu I sc , V oc , Ipmax, V pmax . Disamping empat parameter tersebut,ditentukan juga perubahan arus modul PV terhadaptegangan keluaran yang dinyatakan sebagai nilaikemiringan (slope) pada tegangan open circuit sepertiberikut:dVM dI 0I(3)Dengan menggunakan sistem persamaan nonlinearsimultan maka dapat ditentukan parameter R pv , V T , I odan I ph dari persamaan berikut:I V sc p max I scR1 Pv MIp max I p max I(4)p max VT M RpvIsc(5) VocI0 Isc exp VT(6)danI ph I sc(7)Besarnya perbedaan arus yang diperlukan untukmenentukan tahanan seri internal ditentukan sesuaipersamaan:I 0.5 Isc2(8)Sehingga diperoleh tahanan internal modulfotovoltaik,V2V1RsIsc1 Isc2(9)dimanaV V I IR , V , I I V1 sc1, pv1T101,ph12 V Isc2 I, Rpv2,VT2,I02,I ph2Berdasarkan persamaan (1) sampai dengan (9)dan pemodelan kurva I(V) dari modul PV padakondisi normal light dan dark current maka nilaitahanan internal dari modul fotovoltaik dapatditentukan.III. EKSPERIMENPengukuran modul PV untuk mendapatkantahanan internal dilakukan pada dua kondisi yangberbeda yaitu penyinaran secara normal (normal light)dan dalam kondisi ditutup (dark current). Pengukuranini dilakukan untuk memperoleh dua kurva I(V) daripenyinaran modul sesuai dengan IEC60891. Padaaturan ini dinyatakan bahwa untuk menentukantahanan seri internal Rs pada pencahayaan buatanharus dipenuhi beberapa persyaratan yaitu (1) keduakurva I(V) diukur pada suhu kamar dengan kuatpencahayaan yang berbeda dimana besarnya tidakharus diketahui namun memiliki spektrum frekuensiyang sama, (2) selama pengukuran, suhu harus dijagaB 80

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8tetap konstan untuk menghindari drift teganganmodul.Pengukuran pada kondisi dark currentdilaksanakan dengan menutup modul menggunakanlayar (screen) dari bahan kawat nyamuk dengantujuan untuk mengurangi intensitas radiasi yang jatuhpada modul PV. Kemudian modul dikarakterisasidengan mengukur arus dan tegangan keluaran padavariasi tahanan beban untuk setiap kondisipencahayaan, seperti digambarkan pada gambar 3berikut.Gambar 3. Rangkaian sederhana untuk mengukur kurva I(V) modulfotovoltaik [13]Besar nilai R t ditentukan dari resistor variabel, R imerupakan resistansi internal dari modul, Amerupakan amperemeter dan V adalah voltmeter.Adapun set up pengambilan data diperlihatkan padagambar 4 berikut.Gambar 5. Hubungan arus dan tegangan modul fotovoltaik padakondisi normal Light dan dark CurrentParameter lainnya yang dapat diturunkan darikurva I(V) adalah nilai maksimum modul fotovoltaikatau Maximum Power Point (MPP, yang menyatakanhubungan antara tegangan dan arus untukmenghasilkan daya maksimum. Besarnya MPP jugadapat dinyatakan sebagai daerah terluas dalam kurvaI(V) [14]. Pada titik maksimum, modul fotovoltaikmenghasilkan daya keluaran terbesar. Setelahmelewati titik daya maksimum, maka daya keluaranakan mengalami penurunan, lihat pada gambar 6berikut ini.Gambar 4. Set up percobaan untuk mengukur kurva I(V) modulfotovoltaik silikon polikristal Hooray MCP-2 dengan pemasanganscreen pada permukaan modul(a)IV. HASIL DAN PEMBAHASANHasil pengukuran arus dan tegangan yangdiperoleh dengan memvariasikan tahanan bebanmodul fotovoltaik pada kondisi normal light dan darkcurrent ditampilkan dalam bentuk kurva I(V). Untukmempermudah menentukan nilai I sc dan V oc maka datapengukuran dimodelkan, seperti pada gambar 5.Hasil pemodelan kurva I(V) memberikan nilaitegangan open circuit (V oc1 ), arus short circuit padakondisi normal light (I sc1 ), serta tegangan open circuit(V oc2 ), dan arus short circuit pada kondisi darkcurrent (I sc2 ).Gambar 6. Kurva MPP modul fotovoltaik pada kondisi (a) NormalLight dan (b) Dark CurrentDari pemodelan kurva pada gambar (5) dan (6)diperoleh parameter - parameter I sc , V oc , I pmax , dan V -pmax yang akan menentukan perhitungan nilai tahananseri internal modul. Parameter-parameter tersebutdisusun seperti pada tabel 1.(b)B 81

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Sementara nilai kemiringan (gradien) M kurva padakondisi normal light dan dark current ditentukanberdasarkan persamaan (3). Untuk mempermudahperhitungan maka pada penelitian ini dipergunakanpersamaan empiris berdasarkan Wagner [4] yangdinyatakan sebagai berikut:V I max Vmax Voc p pp maxM k1 k2I sc I sc VocVocI max (10)p k 3 k4I sc dengan nilai konstanta k 1 = -5.411, k 2 = 6.45,k 3 = 3.417 dan k 4 = -4.422 yang berlaku untuksemua jenis modul fotovoltaik. Nilai gradient M untukmasing-masing kondisi dihitung dari persamaan (10)sebagai berikut:M 1 = -7.084 V/A untuk normal light danM 2 = -21.618 V/A untuk kondisi dark current.Sementara besarnya interval arus ditentukan daripersamaan (8) dan nilai I sc2 dari tabel 1,I 0.5 Isc2 0. 06ANilai V 1 dan V 2 untuk masing-masing kurva I(V)diberikan dari persamaan (2) dan dari parameter padatabel 2,V 1 V Isc1 I , R pv1,V T1,I 01,I ph1 16.207 VV V I IR , V , I , I 16. V2 sc2, pv2T 2 02 ph2 532Sehingga diperoleh nilai tahanan internal modulfotovoltaik sebesar:V2V1R s 1.41I Isc1sc2NoKondisiPencahayaanTabel 1. Hasil ekstraksi pemodelan kurva I(V) modul PVI scV ocI pmaxParameter Kurva I(V)V pmax(A) (V) (A) (V) (Ohm) (V) (A)1. Normal Light 0.350 19 0.33 15.1 4.837 0.787 1.15E -11 0.352. Dark Current 0.12 17 0.11 14 14.23 0.886 1.81E -10 0.12R pvV T1I o1I ph1(A)Nilai tahanan seri internal Rs ini menggambarkanrugi-rugi internal yang disebabkan oleh rugi-rugikontak antar sel modul yang merupakan karakteristikdari modul. Perubahan nilai resistansi seri internalakan terjadi pada waktu yang lama yang akanmenyebabkan depresiasi mutu keluaran dari modulseiring dengan waktu pemakaian sehingga akanmengurangi arus atau daya yang dihasilkan.V. KESIMPULANPada penelitian ini telah dilakukan pengukuranarus dan tegangan modul silikon polikristal HoorayMCP-2 untuk menentukan tahanan seri internal Rsdari modul. Tahanan seri internal merupakan faktoryang menentukan unjuk kerja panel PV danditentukan berdasarkan pemodelan kurva arus dantegangan I(V) pada dua kondisi berbeda yaitu normallight dan dark current. Untuk memperoleh efekpenurunan intensitas penyinaran pada kondisi darkcurrent maka permukaan modul fotovoltaik ditutupdengan screen yang menyebabkan penurunanintensitas daya iradiasi sebesar 30% dibandingkankondisi normal. Modul kemudian dikarakterisasidengan mengukur arus dan tegangan pada keduakondisi tersebut.Berdasarkan pemodelan kurva I(V) diperolehnilai parameter pemodelan yaitu arus short circuit(I sc1 ) dan tegangan open circuit (V oc1 ), dimana kondisinormal light nilainya adalah sebesar 350mA dan 19V,sedangkan pada kondisi dark current arus shortcircuit (I sc2 ) dan tegangan open circuit (V oc2 ) diperolehmasing-masing adalah 120mA dan 17V. Nilai arusdan tegangan maksimum pada kondisi MPP adalah331 mA dan 15.1V, sedangkan pada kondisi darkcurrent diperoleh sebesar 112 mA dan 14 V.Berdasarkan data diatas diperoleh nilai tahanan seriinternal Rs modul fotovoltaik silikon polikristalHooray MCP-2 sebesar 1.41 Ohm. Tahanan ini timbulakibat kontak ohmik dan pengkabelan antara tiap selsurya penyusun modul dan merupakan faktor rugirugidaya modul PV. Perubahan nilai tahanan kontakantar sel dalam waktu yang lama selamapengoperasian akan menyebabkan perubahan nilaitahanan seri internal modul sehingga terjadi depresiasidaya keluaran.DAFTAR PUSTAKAM. Benghanem and S.N. Alamri, “Modeling ofphotovoltaic module and experimentaldetermination of serial resistance”, Journal ofTaibah University for Science, 2008.Z. Ouennoughi and M. Chegaar, “A simple methodfor extracting solar cell parameters using theconductance method”, Solid-State Electron,vol. 43, pp. 1985–1988, 1999.M. Chegaar, Z. Ouennoughi, F. Guechi, “ExtractingDC parameters of solar cells underillumination”, Vacuum, vol. 75, pp. 367–372,2004.A. Wagner, ”Peak – power and internal seriesresistance measurement under natural ambientconditions”. EuroSun Copenhagen, 2000.B 82

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8M. Wolf and H. Rauschenbach, “Series resistanceeffects on solar cells measurements”, Adv.Energy Conversion, vol. 3, pp. 455–479, 1963.K. Rajkanan and J. Shewchun, “A better approach tothe evaluation of the series resistance of solarcells”, Solid-State Electron, vol. 22, pp. 193–197, 1979.J. Boucher, M. Lescure and J. Vialas, “Determinationof series resistance of a solar cell by dynamicmethods”, In: Proc. 1st European communityphotovoltaic solar energy conference, p. 1044,1978.E. Radziemska. Dark I–U–T measurements of singlecrystalline silicon solar cells. EnergyConversion Manage, vol. 46, pp. 1485–1494,2005.G. L. Araujo and E. Sanchez. A new method forexperimental determination of the seriesresistance of a solar cell. IEEE Trans ElectronDev 1982;29:1511–3.CSI California Scientific, Inc, “Solar cell voltage –current characterization”, 2010.K. Gerald and A. Wagner, “Internal series resistancedeternminated of only one IV – curve underillumination”, European Photovoltaic SolarEnergy Conference, Paris, France, 2004.A. Kaminski, J.J. Marchand and A. Laugier, “Nonideal dark I–V curves behaviour of siliconsolar cells”, Solar Energy Mater Solar Cells,vol. 51, pp. 221–231, 1998.F. Gabor, “Measuring the difference in output powerbetween fixed and rotatable PV arrays”.Knowbridge Conference on Renewables, 2010.M. Haouari-Merbah, M. Belhamel, I. Tobias, J.M.Ruiz, “Extraction and analysis of solar cellparameters from the illuminated currentvoltage curve”, Solar Energy Mater Solar Cells,vol. 87, pp. 225–233, 2005.B 83

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Studi Tentang Struktur Mikro Keramik-Geopolimer Berbahan Dasar Kaolin dan AbuSekam Padi Dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan X-Ray Diffraction (XRD)Abdul Haris, Indra Wulan Ramadhani, dan Subaer 1) ,Pusat Penelitian Geopolimer – Lab Fisika MaterialJurusan Fisika, FMIPA Universitas Negeri MakassarJalan Daeng Tata Raya, Makassar, 902241) contact person, e-mail: jzubayir@yahoo.comAbstrakTelah dilakukan penelitian tentang sintesis dan karakterisasi struktur mikro keramik-geopolimer berbahan dasarmineral kaolin dan abu sekam padi dengan bahan adisi α-SiO 2 . Keramik-geopolimer disintesis melalui metodeaktivasi alkali mineral aluminasilikat (kaolin dan abu sekam padi) dan di curing pada suhu 150 o C selama 10menit. Hasil karakterisasi dengan Scanning Electron Microscope memperlihatkan peran geopolimer sebagaipengikat (binder) yang baik dan kuat terhadap mineral α-SiO 2 . Hasil analisis dengan X-ray Diffraction (XRD)memperlihatkan bahwa penambahan konsentrasi α-SiO 2 hingga 10 wt% relatif terhadap massa bahan dasarkaolin dan abu sekam padi meningkatkan derajat kekristalan keramik-geopolimer. Material yang disentesismemiliki kekuatan lentur maksimum sebesar 12 MPa yang diukur dengan metode three bending points flexuralmeasurement.Keywords: keramik-geopolimer, kaolin, struktur mikro, scanning electron microscope, x-ray diffraction.PENDAHULUANdigerus selama 30 menit untuk mendapatkan butiranhalus.Kaolin, abu sekam padi, dan pasir dicampurkemudian diaduk sampai rata. Campuran kemudiandiaktivasi dengan larutan alkali pada komposisi yangtepat sehingga diperoleh material gel yang homogen.Peletisasi dilakukan dengan tekanan sebesar 2 MPaselama 15 menit kemudian sampel dicuring pada suhu150 o C selama 10 menit. Gambar 1 memperlihatkanproduk geopolimer yang diproduksi dalam penelitianini.Inorganic polymers atau geopolymers merupakanmaterial baru yang memiliki potensi aplikasi yangluas. Geopolimer disintesis melalui metode aktivasialkali mineral aluminasilikat pada suhu kurang dari100 o C. [1,2,6]. Mineral aluminasilikat yangdigunakan dapat bersifat murni seperti kaolin danlempung (clay) atau buangan industri seperti abuterbang (fly ash) dan abu sekam padi (rice husk ash)[4].Sifat fisis dan mekanik geopolimer serta aplikasiyang mungkin bergantung pada perbadingan molaratom Si:Al di dalam strukturnya [3,5]. Salah satupotensi aplikasi geopolimer adalah keramik rekayasayang disintesis pada suhu yang relatif rendah.Keramik rekayasa diproduksi karena sifatsifatnyayang khas dan berbeda dengan keramiktradisional seperti; resistansi suhu yang tinggi,ketahanan terhadap zat kimia tertentu, serta sifat fisisdan mekanik yang kuat.Penelitian ini bertujuan untuk mempelajaristruktur mikro keramik-geopolimer yang disentesisdari bahan dasar kaolin. Karakterisasi dilakukandengan menggunakan X-Ray Diffraction (XRD) untukmempelajari derajat kekristalan material yangdiproduksi dan Scanning Electron Microscope danEnergy Dispersive Scpectroscopy (SEM-EDS) untukmenyelidiki morfologi permukaan bahan.METODE PENELITIANPenelitian ini diarahkan pada pengembangansintesis keramik-geopolimer (KG) berbahan dasarkaolin, abu sekam padi dan pasir kuarsa. Mineralkaolin didehidroksilasi pada suhu 750 0 C selama 6 jamdan menghasilkan fase metakaolin yang bersifatamorf. Abu sekam padi diperoleh dari pabrikpenggilangan padi Kabupaten Sidrap. Pasir kuarsaB 84Gambar 1. Sampel keramik geopolimerHASIL DAN PEMBAHASANProduk keramik-geopolimer dirawat pada suhu75 O C selama 1 jam sebelum pengukuran dilakukan.Tabel 1 memperlihatkan hasil pengukuran massa jenismaterial yang diproduksi.Tabel 1 Massa jenis keramik geopolimerSampel ρ (gram/cm 3 )KG01 1.97KG02 1.96KG02 1.82

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tabel 1 menunjukkan bahwa massa jenis dipengaruhioleh prosentaseα-SiO 2 , dimana massa jenis menurundengan bertambahnya prosentase pasir kuarsa.Gambar 2 memperlihatkan difraktogram sampelKG01. Tampak bahwa keramik yang dihasilkanmengandung fase calcium magnesium aluminiumsilicate (CaMgAlSiO). Fase ini terbentuk dari mineralCaO dan MgO yang dikandung mineral kaolin danikut bereaksi pada saat sintesis berlangsung.pasta geopolimer. Sampel tersebut tidak dipolessehingga permukaan sampel tampak tidak ratasehingga kehadiran fase lain seperti pori dan retakantidak dapat disimpulkan dengan mudah.Gambar 5. Mikrograf sampel KG01Gambar 2. Difraktrogram sampel KG01.Gambar 3 memperlihatkan difraktogram sampelKG02 yang didominasi fase trona(Na 3 (CO 3 ) 2 .2H 2 O). Fase ini terbentuk akibatpenambahan massa NaOH di dalam sampel.Jumlah massa α-SiO 2 yang digunakan relatifterhadap massa kaolin sangat berpengaruh padamorfologi permukaan keramik-geopolimer. Kondisiini juga secara signifikan akan menurunkan massajenis sampel serta berpengaruh langsung padakekuatan fisik dan mekanik bahan. Hal ini dapatdimengerti oleh karena pasta geopolimer yangtersedia tidak lagi cukup untuk mengikat partikel α-SiO 2 secara efektif. Ikatan antara partikel α-SiO 2dengan matriks geopolimer menjadi sangat lemah.Gambar 3. Difraktrogram sampel KG02Selanjutnya Gambar 4 memperlihatkan keramikgeopolimersample KG02 yang menghasilkanCytosine (C 4 H 5 N 3 O).Gambar 6. Mikrograf sampel KG02Gambar 4. Difraktrogram sampel KG03Hasil karakterisasi morfologi permukaan sampeldengan Scanning Electron Microscope (SEM)diperlihatkan pada gambar 5, 6, dan 7 secara berturutturut.Hasil karakterisai memperlihatkan morfologikristal SiO 2 yang berbentuk batang dan diikat olehGambar 7. Mikrograf samplel KG03B 85

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Komposisi oksida keramik geopolimer yangdiproduksi diteliti dengan Energy DispersiveSpectroscopy (EDS) seperti yang diperlihatkan padatabel 2.Tabel 2. Komposisi wt% molar oksida sampelSampelWt % molar oksidaNa 2 O Al 2 O 3 SiO 2 K 2 O FeOKG01 18.63 21.16 45.97 2.62 2.84KG02 11.06 20.05 44.61 2.17 0.99KG03 10.96 22.54 53.62 1.74 0.16Berdasarkan tabel 2 tampak jelas peningkatankomposisi Al 2 O 3 dan SiO 2 pada permukaan sampelKG03. Sampel ini menunjukkan dominasi partikel α-SiO 2 pada permukaan sampel dan memiliki massajenis paling kecil.Hasil pengukuran kuat lentur setiap sampel yangdilakukan dengan teknik three bending points flexuralmeasurement diperlihatkan pada tabel 3.Tabel 3. Kuat Lentur produk keramik-geopolimerSampelKuat Lentur (MPa)KG01 11,82 ± 0,20KG02 9,73 ± 0,13KG03 7,66 ± 0,93Hasil pengukuran memperlihatkan bahwa kuat lenturproduk keramik geopolimer mengalami penuruandengan bertambahnya massa α-SiO 2 . Hasil penelitiansebelumnya [5,6] melaporkan bahwa penambahan10% massa α-SiO 2 relatif terhadap massa kaolinditemukan menurunkan kekuatan mekanik produkgeopolimer yang diaktivasi dengan larutan alkali padasuhu 70 o C.KESIMPULANTelah disintesis keramik-geopolimer suhu rendahdari bahan dasar kaolin, abu sekam padi, dan pasirkuarsa. Keramik yang dihasilkan menghasilkan massajenis dan kekuatan mekanik yang cukup baik. Hasilkarakterisasi dengan XRD dan SEM-EDSmemperlihatkan struktur mikro keramik geopolimerdengan fase yang berbeda sesuai dengan perubahankomposisi bahan dasar.REFERENSI[1] Davidovits, J., Inorganic polymeric NewMaterials., Journal of Thermal Analysis. Vol.37. pp. 1633-1656, 1991.[2] Davidovits, J. The Making Etruscian Ceramics(Bucceero Nero) In VII – VIII Century B.C.,Geopolimer’99 Proceedings, 1999.[3] Davidovits, J. The Dependence of Geopolymer onSi:Al. http://www.geopolimer.org/ Diakses 12Juni 2009.[4] Subaer dan Abdul Haris., Fisika Material I.Makassar, Badan Penerbit Universitas NegeriMakassar, 2007.[5] Subaer., Pengantar Fisika Geopolimer. DP2MDikti Jakarta.,2007.[6] Subaer and Arie van Riessen., Thermo-mechanicaland microstructural characterisation of sodiumpoly(sialate-siloxo)(Na-PSS) geopolymers, JMater Sci., Vol. 42:3117–3123, 2007.B 86

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Sintesis dan Karakterisasi Kolagendari Tendon Sapi (Bos Sondaicus ) sebagai BahanBone Filler Komposit Kolagen – HidroksiapatitAgnes Krisanti WidyaningProgram Studi Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : fresh_nez08@yahoo.comAbstrakPenelitian ini bertujuan untuk mensintesis komposit kolagen – hidroksiapatit dengan memanfaatkan tendon sapi,mengetahui karakteristik mikro dan biologis komposit kolagen – hidroksiapatit, serta mengetahui variasikomposisi komposit kolagen – hidroksiapatit yang terbaik untuk dapat diaplikasikan sebagai bahan implant.Prosedur penelitian yang dilakukan adalah mensintesis kolagen dari tendon sapi dengan cara merendam 70gram tendon dalam 5% HCl selama 24 jam pada suhu 4ºC. Perendaman dilakukan dengan perbandingan wv1:20. Setelah masa perendaman, filtrat hasil perendaman ditambahkan 1N NaOH. Akan terbentuk gumpalanputih, yang kemudian disaring menggunaka kertas saring. Kolagen basah yang terbentuk kemudiandikompositkan dengan hidroksiapatit dengan 7 variasi komposit kolagen - hidroksiapatit yaitu 100:0; 0:100;30:70; 40:60; 50:50; 60:40 dan 70:30. Produk hidroksiapatit yang digunakan berasal dari Instalasi PusatBioamterial dan Bank Jaringan Rumah Sakit Umum Dr. Soetomo Surabaya. Hasil FTIR kolagen terdeteksiadanya gugus N-H, gugus O-H, gugus C≡N- dan gugus karboksil C=O yang merupakan gugus penyusunprotein. Hasil FTIR hidroksiapatit terdeteksi adanya serapan vibrasi asimetri streching (υ 3 ) gugus fosfat (PO 43-), pita serapan υ 3 karbonat (CO 3 -2 ), daerah serapan gugus hidroksil (OH), dan terdeteksi kristal hidroksiapatit .Hasil FTIR komposit terdeteksi adanya pita serapan vibrasi asimetri streching (υ 3 ) fosfat (PO 4 3- ), pita serapanυ 3 karbonat (CO 3 -2 ), pita serapan NH dan pita serapan OH. Untuk hasil uji toksisitas menunjukkan sel dapathidup semua lingkungan sampel. Hasil karakteristik biologi sampel menunjukkan bahwa sampel padaperbandingan kolagen : hidroksiapatit 40 : 60 memiliki potensi besar untuk dijadikan bone filler dengan nilai ujiMTT Assay108,1%.Kata kunci : Kolagen Tendon, Hidroksiapatit, Komposit kolagen – hidroksiapatit.PENDAHULUANKualitas hidup manusia bergantung padakesehatan organ dan jaringan. Terganggunya fungsiorgan atau jaringan dapat disebabkan oleh beberapapenyakit. Bila suatu organ telah mengalami kerusakanyang cukup fatal, maka perlu dilakukan tindakanuntuk mengganti organ atau jaringan yang rusaktersebut. Penggantian organ atau jaringan inilah yangdisebut sebagai implant. Ketika autograft danallograft sudah tidak memungkinkan untukdigunakan, maka solusi yang tepat adalah penggunaanbiomaterial sebagai implant.Tendon sapi banyak ditemukan dipasaran, mudahdidapat dan harga cukup terjangkau. Tendon sapi jugamemiliki kandungan kolagen yang cukup tinggi.Serat kolagen memiliki daya tahan yang kuat terhadaptekanan.Hidroksiapatit ( Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 ) adalah salahsatu biomineral paling penting yang ditemukan alamipada jaringan keras. Hidroksiapatit memilikibiokompatibilitas yang sangat baik dengan jaringankeras (Suchanek dan Wozney dalam Rodrigues et al,2003), osteokondutivitas tinggi dan bioaktivitasmeskipun laju degradasi rendah (Ducheyne dalamRodrigues et al, 2003 ), serta kekuatan mekanik danpotensi osteoinduktif yang baik (Burg et al dalamRodrigues et al, 2003). Hidroksiapatit digunakandalam rekonstruksi tulang karena struktur kimia yangmirip dengan komposisi anorganik tulangmanusia.Tulang adalah bahan kompleks yang terdiridari protein, terutama kolagen, dan hidroksiapatit.Oleh karena itu, penelitian sekarang banyakdifokuskan pada biomaterial hidroksiapatit denganprotein dan polimer sintetis lainnya yaitu kolagen .Menurut pendapat ahli dalam bidang ortopedi,untuk aplikasi bone filler banyak digunakan untukkeperluan bedah mulut, perbaikan struktur wajah danperbaikan jaringan tulang rawan. Untuk tulangpanjang (long bone), sangat jarang bone fillerdiaplikasikan karena kurang memberikan sifatmekanik yang diharapkan.MATERIAL DAN METODEPreparasi Tendon SapiTendon sapi yang digunakan dalam penelitian inidiperoleh dari rumah potong hewan (RPH) PegirikanSurabaya. Langkah pertama proses sintesis kolagenadalah mencuci bersih tendon sapi dengan airmengalir. Kemudian tendon dipotong kecil dandihancurkan. Pemotongan dan penghancuran tendonberguna untuk memperluas permukaan tendonsehingga mengoptimalkan interaksi molekul –molekul kolagen dengan larutan pada saatperendaman maupun ekstraksi. Tendon yang sudahhancur ditimbang sebanyak 70 gram.B 87

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Ekstraksi KolagenTendon yang sudah dipotong, dihancurkan danditimbang seberat 70 gram, kemudian direndamdalam 5% HCl dengan perbandingan berat tendon danvolume HCl adalah 1 : 20 agar tendon terendamsempurna pada suhu 4ºC. Setelah mencapai 24 jamwaktu perendaman, cairan dipisah melaluipenyaringan dengan kain. Filtrat (cairan hasilpenyaringan) ditambahkan dengan larutan NaOH 1 Nsampai pH mencapai 7 ( netral ). Ketika pH netral,terbentuk gumpalan putih yang berkumpul ditengahfiltrat, kemudian didiamkan selama 30 menit hinggagumpalan putih tersebut mengendap dan selanjutnyadisaring.Komposit Kolagen Hidroksiapatit.Hidroksiapatit yang digunakan berasal dari tulangsapi produk Instalasi Pusat Bioamterial dan BankJaringan Rumah Sakit Umum Dr. Soetomo Surabaya.Dilakukan 7 variasi komposit kolagen –hidroksiapatit yaitu 100:0; 0:100; 30:70; 40:60; 50:50;60;40 dan 70:30. Metode pembuatan kompositmengacu pada metode Wenpo et al (2009) denganmodifikasi.Kolagen dilarutkan dalam 1M asam asetatkemudian ditambahkan Na2HPO4.2H2O denganperbandingan 1:1:1. Larutan yang masih bersifat asamini dinetralkan dengan menambahkan 1M NaOH.Hidroksiapatit dilarutkan dalam asam fosfat denganperbandingan 1:4. Dinetralkan dengan NH4OH.Larutan kolagen dan larutan hidroksiapatitkemudian dicampurkan dan diaduk selama 15 menit.Larutan diendapkan ± 6 jam. Cairan diatas endapandibuang, dan endapan dituang dalam cetakan untukselanjutnya di- freeze drying. Komposit yang didapatberbentuk bubuk.Fourier Transform Infra Red (FTIR)Karakterisasi sampel kolagen dan sampelkomposit kolagen – hidroksiapatit menggunakanFTIR Jasco – 4200. Sedagkan sampel bubukhidroksiapatit menggunakan FTIR Perkin ElmerFrontier .MTT AssayKultur sel fibroblast dilakukan denganmengambil sel BHK-21 (baby hamster kidney). Ujimenggunakan wadah microwell plate 96. Satu barisplate diisi oleh kontrol media, satu baris lainya untukkontrol sel, dan sisanya untuk pengujian sampel.Sebagai kontrol sel dibuat dengan cara menambahkanbovine serume da eagle kedalam satu baris plate.Kemudian kontrol media dibuat denganmenambahkan eagle dan sel fibroblast kedalam satubaris plate lainya.Sampel yang akan diuji berbentuk serbuk.Sampel dilarutkan kedalam medium eagle danbovinne serume sampai mencapai 50cc. Sebanyak50µl larutan sampel diambil, untuk kemudiandilakukan uji.Setelah sampel diteteskan kedalam plete dengan8 kali perulangan, semua sampel termasuk kontrol seldan kontrol media diberi pewarna MTT stock solution((3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide). Jumlah sel hidupkemudian dihitung dengan menggunakan ElisaReader.HASIL DAN PEMBAHASANRendemen KolagenPerendaman 70 gram kolagen dengan HCl 5%menghasilkan kolagen basah sebesar 9,7 gram denganprosentase :Bobot basah kolagen yang dihasilkanR = x 100 %bobot sampel tendon yang digunakan9, 7 gram=70 gram= 13,86 %Menurut Li (2003), ikatan antar molekul kolagendalam otot bagian kulit dan atau tulang akanmeregang ( melunak ) pada kondisi pH dibawah 4atau diatas 10. Sintesis kolagen dari tendon sapi ( bosssondaicus ) dengan larutan HCl 5% menghasilakankolagen sebanyak 13,86%. Wang (1994) menyatakanbahwa rantai protein kolagen apabila dipotong(dipecah) dengan HCl akan dihasilkan asam aminodan rantai polipeptida.FTIR KolagenHasil spekstroskopi kolagen menunjukkanadanya daerah serapan amida A pada 3438,46 cm -1(titik no.7). Daerah serapan amida A merupakandaerah dimana terdapat ikatan NH streching yangberasosiasi dengan ikatan hidrogen dan OH darihidroksiprolin ( Puspawati et al, 2012 ). Pada daerahserapan 1421,28 cm -1 dan 1449,24 cm -1 (titik no.12dan no.13) menunjukkan adanya bending OH yangterdapat pada daerah sekitar 1300 – 1500 cm -1 .Daerah ini teridentifikasi sebagai serapan amida II.Adanya gugus OH dimungkinkan karena masih adasenyawa OH dari air yang digunakan untukmengekstraksi kolagen.Terlihat pula daerah serapan amida I padabilangan gelombang 1638,23 cm -1 (titik no. 11) .Padadaerah ini terjadi ikatan gugus karbonil, C=Ostreching dengan kontribusi dari NH bending(Puspawati et al, 2012) dan O-H yang berpasangandengan gugus karboksil ( Suwardi et al, 2010) .Serapan amida III teridentifikasi didaerah 1125,26cm -1 (titik no. 14 ) yang merupakan gugus dari NHbending.selain itu terlihat pula regangan -C≡Ndifrekuensisekitar 2100 – 2400 cm -1 tepat padadaerah 2336,4 cm -1 2360,44 cm -1 ( titik no. 8 dan no.9).B 88

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 1. Spektrum FTIR kolagen tendon sapiDari hasil FTIR kolagen, gugus khas kolagenyang teridentifikasi adalah gugus N-H, gugus O-H,gugus C≡N- dan gugus karboksil C=O. Gugus -gugus tersebut membuktikan bahwa kolagen yangdisintesis menghasilkan kemurnian kolagen yangcukup tinggi.FTIR HidroksiapatitHasil FTIR hidroksiapatit menunjukkan adanyapita serapan vibrasi asimetri streching (υ 3 ) fosfat(PO 3- 4 ) pada bilangan gelombang 1049,31 cm -1dengan puncak yang sangat tajam. Terlihat jugaadanya pita serapan υ 3 karbonat (CO -2 3 ) padabilangan gelombang 1461,05 cm -1 dan 1416,31 cm -1dengan intensitas sangat lemah. Secara teori,sintering atau pemanasan pada proses pembuatanhidroksiapatit dengan suhu diatas 750ºC akanmeleburkan adanya gugus karbonat. Hilangnya guguskarbonat menunjukkan bahwa derajat kristalinitassampel yang disintering menjadi meningkat(Mulyaningsih, 2007). Namun disini sampelhidroksiapatit masih mengadung sedikit guguskarbonat yang menandakan berkurangnya tingkatkristalinitas hidroksiapatit ini.Gambar 2. Spektrum FTIR hidroksiapatit tulang sapiPada daerah panjang gelombang 3571,42 cm -1dan 632,19 cm -1 terdeteksi daerah serapan gugushidroksil (OH) dengan intensitas yang lemah. Kristalhidroksiapatit ditandai oleh pita vibrasi asimetribending (υ 4 ) dalam bentuk pita belah denganmaksimum pada 570,52 cm -1 dan 602,43 cm -1 .Sedangkan daerah serapan maksimum kristalhidroksiapatit yang tampak menyatu dengan pita υ 4pada daerah 632,19 cm -1 bukan berasal dari PO 3- 4 ,B 89melainkan dari gugus OH. Selain menunjukkankehadiran kristal apatit, kadar belah pita serapan υ 4menunjukkan kandungan fase kristal apatit dalamsampel (Djawarni dan Wahyuni, 2002).FTIR KompositSpeksroskopi inframerah komposit kolagen –hidroksiapatit digunakan untuk melihat gugus fungsiyang terbentuk dalam sampel. Grafik serapan FTIRdapat dilihat pada gambar 3.Hasil FTIR sampel menunjukkan adanya serapanpada daerah sekitar 3000 – 3750 cm -1 . Pada kisarandaerah ini menunjukkan adanya serapan OH strechingdan NH streching. Gugus OH terlihat pada puncakserapan tepat di daerah 3112,55 cm -1 (titik no. 3)dengan kenampakan pita melebar khas OH. Padadaerah ini juga terdeteksi adanya gugus NH, namunpuncak serapanya tidak terlihat karena tertutup pitamelebar OH. Daerah ini merupakan daerah serapankhas kolagen yang disebut daerah serapan amida A.Gambar 3. Spektrum FTIR komposit kolagen - hidroksiapatitDaerah amida I terdeteksi pada 2 titik, yaitu1675,84 cm -1 (titik no. 9) dan 1716,34 cm -1 (titikno.8). Daerah 1675,84 cm -1 terdeteksi gugus fungsiC=O streching dengan kontribusi dari NH bending.Daerah 1716,34 cm -1 merupakan daerah gugus fungsiC=O streching yang bergandengan dengan COO-.Daerah amida II teridentifikasi di daerah 1461,78 cm -1(titik 11), yang merupakan gugus deformasi NH dandi daerah 1402 cm -1 (titik 12), yang merupakan gugusCH 2 dari prolin. Sedangkan untuk amida III,terdeteksi pada daerah 1240,97 cm -1 (titik no. 13)yang merupakan gugus fungsi NH bending, dan padadaerah 1198,54 cm -1 (titik no. 14) yang merupakangugus dari C=O streching.Terlihat serapan vibrasi asimetri streching (υ 3 )fosfat (PO 4 3- ) dari hidroksiapatit di 1072,23 cm -1 (titikno. 15). Terlihat pula adanya serapan dari guguskarbonat (CO 3 -2 ) dengan intensitas yang sangatlemah. Gugus hidroksil OH dari hidroksiapatitteridentifikasai di daerah panjang gelombang 607,467cm -1 (titik no.22) dengan intensitas yang sangatlemah. Sedangkan kristal hidroksiapatit terdeteksi didaerah serapan 552,506 cm -1 (titk no.23) dan 536,114cm -1 (titik no.24).

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Hasil FTIR komposit diambil dari variasikomposisi kolagen : hidroksiapatit 50 : 50. Intensitasamida A yang merupakan ciri dari kolagen terlihatsama dengan intensitas fosfat (PO 4 3- ). Hal ini karenaperbandingan komposisi kolagen : hidroksiapatit samabanyak.Uji Toksisitas Fibroblas MTT AssayProsentase jumlah sel hidup untuk uji MTT dapatdihitung dengan persamaan :. Hasil uji MTT Assay dapat dilihat dalamlampiran. Hasil analisis perhitungan uji MTT Assaydapat dilihat pada tabel 1.Pada uji MTT Assay, suatu bahan dikatakan tidaktoksik apabila prosentase sel hidup masih diatas 60%(Wijayanti,2010). Dibawah 60% menunjukkan bahwasampel tersebut bersifat toksik dan berbahaya biladiaplikasikan dalam tubuh.Sampel A dan sampel B merupakan sampelkontrol. Sampel A adalah sampel kolagen tanpaperlakuan, sedangkan sampel B adalah sampelhidroksiapatit tanpa perlakuan. Pada sampel A, hasiluji MTT Assay mencapai lebih dari 100%, yaitu119,4%. Hal ini menunjukkan bahwa sampel kolagentidak toksik dan mampu menumbuhkan sel fibroblast.Kolagen merupakan suatu protein bioresorbablealami, yang umum digunakan sebagai perancah ataufiller untuk regenerasi jaringan. Kolagen tipe 1digunakan sebagai perancah atau filler jaringantulang. Dalam aplikasi perbaikan jaringan tulang,umumnya kolagen dipakai dalam bentuk komposit,karena jaringan tulang bukan merupakan jaringanlunak, melainkan jaringan keras. Sedangkan sifatkolagen adalah lentur dan lunak, sehingga perlupenambahan bahan lain. Dalam penelitian ini, kolagendijadikan sebagai matriks dari komposit kolagen –hidroksiapatit yang bisa dijadikan sebagai bone filler.NamaSampelTABEL 1 Hasil Uji MTT AssayRata ratasel hidupKontrolSelKontrolMedia% SelHidupSampel A 0,127 0,091 0,093 119,4Sampel B 0,080 0,091 0,093 94,3Sampel C 0,084 0,091 0,093 96,1Sampel D 0,106 0,091 0,093 108,1Sampel E 0,079 0,091 0,093 93,9Sampel F 0,073 0,091 0,093 90.2Sampel G 0,861 0,091 0,093 97,4Sampel B merupakan hidroksiapatit menujukkanhasil uji 94,3% yang menunjukkan sampel ini tidaktoksik. Hidroksiapatit memiliki biokompatibilitasyang baik terhadap kontak langsung dengan tulang.Untuk sampel C, sampel D, sampel E, sampel Fdan sampel G berturut – turut memiliki prosentasehasil uji sebesar 96,1% ; 108,1% ; 93,9% ; 90,2% dan97,4%. Kelima variasi sampel ini juga menunjukkanbahwa sampel tidak toksik. Namun pada sampel D,hasil MTT Assay mencapai 108,1%. Hal inimenunjukkan bahwa ada sel yang tumbuh padasampel (proliferasi). Sampel D merupakan sampeldengan variasi kolagen : hidroksiapatit 40 : 60. Hasiluji MTT 5 variasi sampel dapat disajikan dalambentuk grafik.Secara keseluruhan hasil uji MTT Assay padasemua variasi sampel menunjukkan hasil yang baikdan tidak toksik. Variasi sampel yang terbaik adalahpada sampel D, yaitu variasi kolagen : hidroksiapatit40 : 60, karena mampu menunjukkan adanya aktivitaspertumbuhan sel.Aplikasi Kolagen – Hidroksiapatit sebagai BoneFiller.Material bone filler seperti komposit kolagen –hidroksiapatit umumnya digunakan pada tulang yangtidak terlalu panjang dan luas permukaanya. Sangatjarang kasus kerusakan pada long bone yangmenggunakan bone filler sebagai tindakanpenyembuhan. Misalnya saja, bila terdapat tumorpada long bone, tulang yang sudah direseksi daritumor biasanya ditambal dengan menggunakan tulangdari bagian tubuh pasien lain ( autograft ) . Hal inidilakukan untuk menghindari infeksi yang dapatterjadi dan diharapkan bisa menumbuhkan tulangbaru. Namun autograft ini menimbulkan defek padatulang yang ditinggalkan. Bila tidak memungkinkanmelakukan autograft, maka tindakan alternatif pilihanadalah menggunakan donor tulang dari tubuh oranglain (allograft) Kelemahan dari allograft ini adalahtulang yang menjadi donor tidak bisa berkembang,karena sel sel tulangnya sudah mati. Alternatifterakhir adalah menggunakan bahan pengganti tulang(bone subtitute) atau bone repair. Namun untuk longbone, biasanya digunakan material dalam bentukscaffold atau bone cemens bukan filler.Namun untuk kasus tulang kecil seperti padakasus bedah mulut, bone filler bisa digunakan,biasanya dalam bentuk pasta untuk ditumpatkan. Bonefiller banyak digunakan untuk implant mandibulapada kasus bedah mulut, impalan cartilage tissue danmaxillofacial.Selain itu bone filler dapat diaplikasikan untukregenerasi cartilage tissue (Yasuda et al, 2010).Dalam perawatan jaringan tulang rawan yang rusak,masalah utama yang dihadapi para ahli adalahkesulitan untuk meregenerasi tulang rawan secaraalami tanpa melalui drug delivery. Sebagai contoh,metode microfracture yang banyak menghasilkanmicroholes di tulang subchondral membentukfibrocartilage, tapi tidak ada tulang rawan hialinartikular sebagai penanda pertumbuhan tulangnormal. Akibatnya, jaringan tulang rawan yang rusakbiasanya diobati dengan pencangkokan suatu jaringantulang rawan lain yang diperoleh dari tubuh pasien itusendiri. (Yasuda et al, 2010). Masalah yang tibul daripencangkokan tulang rawan lain dalam satu tubuhpasien adalah kerusakan pada jaringan tulang rawanB 90

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8yang ditinggalkan dan jumlah tulang rawan yangbelum tentu mencukupi untuk pencangkokan. Olehkarena itu penambahan bone fiiler pada kasus inidiperlukan untuk mengatasi masalah tersebut (Yasudaet al, 2010).Buser et al (1998) melakukan filling kolagenpada tulang mandibula babi yang telah diberi defeksebelumnya. Hasil menunjukkan bahwa dalam 4minggu tidak terlihat adanya kolagen yang tersisa danterjadi perbaikan jaringan tulang ini membuktikanbahwa kolagen mempunyai biokompatibilitas yangtinggi. Buser et al (1998) juga melakukan filling padatulang mandibula babi menggunakan mineralhidroksiapatit. Hasil yang diperoleh menunjukkanpada 4 minggu awal penyembuhan terlihat lajupertumbuhan sel yang sangat rendah dibandingkankolagen. Baru terlihat pertumbuhan yang cukup pesatpada 6 bulan kemudian. Dari hasil penelitian yangdilakukan Buser et al ini, ada kemungkinan bilakolagen dan hidroksiapatit jikan dikompositkan akanmemiliki sifat yang baik yaitu cepat meregeberasijaringan tulang dan memberikan sifat mekanik yangtidak terlalu rendah (Buser et al, 1998).Hasil uji MTT Assay dalam skripsi ini jugamenunjukkan angka 119,4%. Hal ini menunjukkanbahwa kolagen adalah bahan yang tidak toksik danmampu merangsang pertumbuhan sel – sel baru.Sedangkan hasil MTT Assay hidroksiapatitmenunjukkan angka 94,3%, yang berarti bahwahidroksiapatit tidak toksik, namun belum bisa untukmenumbuhkan sel – sel baru. Komposit kolagen –hidroksiapatit filler, diharapkan mampu menghasilkanimplant yang baik. Hdroksiapatit mampu memberikansifat mekanik yang baik, dan kolagen mampumembantu merangsang pertumbuhan sel baru.Kesimpulan.Hasil spekstroskopi FTIR komposit kolagen -hidroksiapatit terdeteksi adanya gugus N-H dariamida A di serapan 3112,55 cm -1 , gugus N-H dariamida I terdeteksi didaerah 1675,84 cm -1 dan 1675,84cm -1 , gugus N-H dari gugus 1240,97 cm -1 , gugus N-Hdari amida III pada serapan 1461,78 cm -1 gugus O-Hpada daerah serapan 607,467 cm -1 , gugus PO 3- 4 pada1072,23 cm -1 dan gugus karboksil C=O strechingpada titik 1716,34 cm -1 .Uji sitotoksisitas menunjukkan bahwa kultur seldapat hidup dalam lingkungan seluruh sampelkomposit kolagen - hidroksiapatit dengan prosentasehasil uji sampel A komposisi 100:0 sebesar 119,4%;sampel B komposisi 0 : 100 sebesar 94,3%; sampel Ckomposisi 30 : 70 sebesar 96,1%; sampel Dkomposisi 40 : 60 sebesar 108,1%; sampel Ekomposisi 50 : 50 sebesar 93.9%; sampel Fkomposisi 60 :40 sebesar 90,2% serta sampel Gkomposisi 70 : 30 sebesar 97,4%.Hasil karakteristik biologi sampel menunjukkanbahwa sampel pada perbandingan kolagen :hidroksiapatit 40 : 60 memiliki potensi besar untukdijadikan bone filler dengan nilai uji MTT Assay108,1%.Ucapan Terima KasihTerima kasih disampaikan kepada Bapak Drs.Adri Supardi, M.Sc, Ibu Dr. Prihartini Widiyanti,drg., M.kes, Ibu Dyah Hikmawati S.Si M.Si sertapihak pihak yang terlibat dalam penelitian ini.DAFTAR PUSTAKARodrigues ,C.V.M., Serricella, P., Linhares, ABR.,Guerdes, RM., Duarte, MEL., Farina, M. 2003.Characterization of a Bovine Collagen–Hydroxyapatite Composite Scaffold for BoneTissue Engineering. Brazil.Wenpo Feng, Keyong Tang, Xuejing Zheng,Yuanming Qi, Jie Liu. 2009. Preparation andCharacterization of Porous Collagen /Hydroxyapatite / Gum arabic Composite.China.Li, Shu-Thung. 1993. Collagen Biotechnology andit’s Medical Application. Biomed. Eng.ppl.Baia Comm. 5 : 646-657Suwardi, Yuniarto., Atmaja, Lukman., Martak,Fahimah. 2010. Pengaruh Variasi LarutanAsam pada Isolasi Gelatin Kulit Ikan Patin(Pangasius hypothalmus) terhadap Sifat – SifatKimia dan Fisik. Jurusan Kimia. FakultasMatematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.Institut Teknologi Sepuluh November.Surabaya.Puspawati ,N.M., Simpen, I.N., Sumerta Miwada, I.N..2012. Isolasi Gelatin dari Kulit Kaki AyamBroiler dan Karakterisasi Gugus Fungsinyadengan Spektrofotometri FTIR. UniversitasUdayana. Bali.Mulyaningsih, Neng Nenden. 2007. KarakterisasiHidroksiapatit Sintetik dan Alami pada Suhu1400ºC. Institut Pertanian Bogor. BogorDjawarni, Soejoko S., Wahyuni,Sri, 2002.Spekstroskopi Inframerah Senyawa KalsiumFosfat hasil Presipitasi. Departemen Fisika.Fakultas Matematika dan Ilmu PengetahuanAlam. Universitas Indonesia. Bogor.Wijayanti, Fitria. 2010. Variasi KomposisiCobalt Chromium pada Komposit Co-Cr-HAP sebagai Bahan implan.Departemen Fisika. Fakultas Sains danTeknologi. Universitas. SurabayaYasuda, Kazunori., Osada, Yoshihito., Gong,Jian Ping., Kitamura, Nabuto. 2010.Bone Filler for Cartilage TissueRegeneration Treatment. Matricessynthetic polymer acrylic acid andderivatives. Patent application number:20100003328.B 91

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Potensi Kolagen Kulit Ikan Lele Sangkuriang (Clarias gariepinus) Sebagai ScaffoldKolagen-Hidroksiapatit pada Bone Tissue EngineeringAry Andini 1) DyahHikmawati 2) Sri Sumarsih 3)1)Mahasiswa Program Studi S1 Teknobiomedik angkatan 2008, Departemen Fisika, Fakultas Sainsdan Teknologi, Universitas Airlangga. 2) Staf Pengajar Program Studi Fisika, Departemen Fisika,Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga. 3) Staf Pengajar Program Studi Kimia,Departemen Kimia Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga.Email: semnasfisika@unair.ac.idABSTRAKTelah dilakukan sintesis scaffold kolagen-hidroksiapatit berbasis kolagen kulit ikan Lele Sangkuriang untukaplikasi bone tissue engineering. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui prosentase kolagen dari kulit ikanLele Sangkuriang (Clarias gariepinus var) dan karakterisasi scaffold kolagen-hidroksiapatit berbahan dasarkolagen kulit Ikan Lele Sangkuriang. Proses isolasi kolagen dari kulit ikan Lele Sangkuriang dilakukan denganekstraksi kulit ikan dalam asam asetat 0,5 M selama 24 jam, hasil isolasi kolagen kemudian dibagi menjadibeberapa konsentrasi kolagen, yaitu 0%, 5%, 15%, 20%, dan 25% terhadap hidroksiapatit. Proses pembuatanscaffold kolagen-hidroksiapatit dilakukan dengan mencampurkan larutan kolagen netral dan larutanhidroksiapatit secara in situ. Analisis karakterisasi scaffold kolagen-hidroksiapatit dilakukan denganmenggunakan uji densitas, porositas, kekuatan tekan, FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy), SEM(Scanning Electrone Microscope), dan uji toksisitas dilakukan dengan Uji MTT. Hasil penelitian inimenunjukkan bahwa prosentase kolagen yang terkandung pada kulit ikan Lele Sangkuriang adalah 25,18%, danhasil analisis karakterisasi scaffold kolagen-hidroksiapatit yang didapatkan menunjukkan bahwa scaffoldkolagen 10%-hidroksiapatit memiliki nilai densitas dan kekuatan tekan tertinggi, yaitu 0,1867 gr/cm 3 dan14,950 KPa. Nilai porositas tertinggi dimiliki oleh 25% kolagen-HA dengan 70,38%. Berdasarkan hasilspektrum FTIR membuktikan bahwa scaffold yang dihasilkan tersusun atas kolagen dan hidroksiapatit, hasilSEM menunjukkan permukaan scaffold yang berpori, dan hasil Uji MTT mengindikasikan bahwa scaffoldkolagen-hidroksiapatit tidak bersifat toksik. Hal ini menunjukkan bahwa scaffold kolagen-hidroksiapatitberbahan dasar kolagen kulit ikan Lele Sangkuriang dapat digunakan sebagai impan bone tissue engineering.Key Word: Scaffold, Kolagen-Hidroksiapatit, Tissue Engineering, Clarias gariepinus var, Bone TissueEngineeringPENDAHULUANTissue Engineering adalah suatu interdisiplinerilmu biomedis yang menggabungkan berbagai ilmupengetahuan seperti material, teknik, kimia, biologisel dan molekuler. Tujuan dari aplikasi TissueEngineering adalah untuk mengembangkanbiological substitute yang berfungsi untukmenyusun, memelihara, memperbaiki ataumengembalikan kembali fungsi jaringan yang rusak(Laurencin and Nair, 2008). Scaffold merupakansalah satu komponen Tissue Engineering yangdapat digunakan pada aplikasi bone tissueengginering untuk memperbaiki jaringan tulangyang rusak (bone tissue repair).Berdasarkan informasi dari Medtech@Insightdalam Laurencin and Nair, 2008, pada tahun 2003,potensial pasar Amerika Serikat untuk produk TEterutama untuk aplikasi tulang dan otot mencapai$23.8 Miliar dan diperkirakan pada tahun 2013akan mencapai $39.0 Miliar. Jumlah ini akan terusbertambah pada tahun selanjutnya, karena jumlahpenderita kelainan tulang dan otot seperti penyakitdan fraktur tulang meningkat setiap tahunnya.Pada pembuatan scaffold diperlukan materialyang mirip dengan komposisi tulang sepertikomposit kolagen-hidroksiapatit. Hidroksiapatitdigunakan dalam tissue engginering karenabiokompatibel dan osteokon-duksi Namun,hidroksiapatit juga memiliki sifat rapuh dan getas.Oleh karena itu, agar hidroksiapatit dapat dijadikanscaffold bone tissue ediperlukan campuranbiomaterial lain seperti kolagen untukmeningkatkan kualitas scaffold.Kolagen merupakan suatu protein jaringan ikatyang banyak ditemukan pada protein mamalia.Sekitar 25%-35% protein tubuh disusun olehkolagen. Menurut Lee et al (2001), kolagen sebagaibiomaterial banyak digunakan dalam aplikasi mediskarena biokompatibel, biodegradabel dan memilikidampak antigenisitas yang rendah (Song Eun et al,2006).Sumber kolagen pada mamalia biasanyaterdapat pada kulit babi, kulit sapi dan tulanghewan ternak. Namun, akhir-akhir ini ditemukanbahwa hewan ternak rawan terinfeksi penyakit TSE(Transmissible Spongioform Encepha-lopaty), BSE(Bovine Spongioform Encephelophaty) dan FMD(Foot and Mouth Disease). Oleh karena itu,B 92

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8menurut Nagai et al (2002) diperlukan sumberalternatif kolagen baru yaitu kulit atau sisik ikan(HaiYing et al, 2006) yang salah satunya adalahkolagen dari kulit ikan Lele Sangkuriang (Clariasgariepinus var). Kolagen dari kulit atau sisik ikanhalal untuk dikonsumsi (Shen et al, 2007), dan baikuntuk kulit dibandingkan dengan kolagen dariternak dan unggas.Pada penelitian ini, diharapkan hasil scaffoldkolagen-hidroksiapatit ini memiliki kualitas,struktur dan fungsi yang optimal sebagaipengembangan terapi modern berbasis bone tissueengineering.METODEBahan dan AlatKulit ikan Lele Sangkuriang diperoleh dariindustri petani tambak di desa Kedung Banteng,Tanggulangin, Sidoarjo. Kulit ikan LeleSangkuriang segera dimasukkan ke dalam petipendingin setelah dibersihkan dari sisa dagingkemudian disimpan di lemari pendingin dengansuhu -20 o C. Bahan-bahan lain yang digunakanadalah asam asetat, kristal NaOH, kristal NaCl,aquades, kristal Na 2 HPO 4 . 2 H 2 O, H 3 PO 4 , NH 4 OH.Alat-alat yang digunakan meliputi: peti pendingin,penyaring, corong, peralatan gelas, pengadukmagnetik, tabung selofan, timbangan analitik,freeze dryer, dan sentrifugator.Persiapan SampelKulit ikan lele (Clarias gariepinus var var),dipotong 2-5 mm tipis pada suhu 0 o C. Potongankulit ikan dicuci dengan air dingin (4 o C) selama 20menit. Kulit ikan yang telah dicuci lalu dicampurdengan 0,1 M NaOH pada suhu 4 o C sebanyakdelapan kali, lalu kulit ikan dicuci dengan aquades(4 o C) sampai mencapai pH dasar aquades. Laludikeringkan dengan menggunakan freezer dryer.Ekstraksi KolagenLemak pada kulit ikan dimasrasi selama 2 haridengan Heksane (4 o C). Kemudian dicuci denganaquades (4 o C). Residu yang terbentuk diekstrakdengan 0,5 M asam asetat (1 gr kulit per 20 ml dari0,5 M asam asetat) selama 24 jam, lalu sampeldisaring. Larutan kental yang terbentuk disentrifusepada 8000 rpm selama 30 menit. Residu darifiltrasi, dicampur dan diekstrak kembali dalam 0.5M asam asetat (1 gr dari residu per 20 ml asamasetat) selama 24 jam dan disentrifuse kembalipada 8000 rpm selama 30 menit. Supernatan yangterbentuk dicampur dan digaramkan denganmenambahkan NaCl hingga konsentrasi akhirnyamencapai 0,9 M. Endapan kolagen dipisahkandengan mensentrifugasi pada 8000 rpm. Supernatanhasil sentrifuse dipresipitasi kembali dengan NaCllagi kemudian disentrifuse pada 8000 rpm selama30 menit setelah terjadi endapan kolagen. Kolagenbasah yang terbentuk, kemudian didialisis denganB 93akuades selama 4 hari dengan. Kolagen yangterbentuk disimpan pada suhu 4 o C.Pembuatan Scaffold Kolagen-HidroksiapatitLarutan kolagen netral 5%, 10%, 15%, 20%dan 25% dibuat dengan melarutkan kolagen dalam0,5 M asam asetat, kemudian ditambahkanNa 2 HPO 4 . 2H 2 O 0.02 M yang pH larutan dikontrolhingga netral dengan menggunakan NaOH. Larutanhidroksiapatit dibuat dengan melarutkanhidroksiapatit dalam H 3 PO 4 kemudian ditambahkanNH 4 OH sampai mencapai pH netral. Prosespembuatan scaffold dilakukan denganmencampurkan larutan kolagen netral denganlarutan hidroksiapatit. Dalam prosesnya, dilakukanpengadukan selama 1,5 jam, dandiinkubasi pada suhu suhu ruang (21-22o C) selama 20 jam kemudian dilakukanpencucian dengan aquades dan sentrifugasi. Teknikpemisahan fasa padat-cair yang digunakan untukmenghasilkan scaffold dengan pori yang baikpada komposit kolagen-hidroksiapatit adalahdengan melakukan pendinginan komposit hingga -20 o C selama sehari, kemudian pelarut dapatdihilangkan dengan freeze-drying.Kadar KolagenPerhitungan kadar kolagen dihitung denganmenggunakan persamaan berikut.Berat Kolagen BasahKolagen(%)=Berat Kulit Ikan Basah x100%FTIR (Fourier Transform InfraredSpectroscopy)Spektrum FTIR scaffold kolagen-hidroksiapatitdidapatkan dengan menggunakan Tensor TM FT-IRspektrometer (Bruker Optics Inc.).Densitas dan PorositasScaffold Kolagen-HA diukur berat keringnya(Wk). Lalu sampel direndam dalam air kemudianair dikeluarkan. Volume benda diperoleh dariselisih volume akhir (V 2 ) dikurangi volume awal(V 1 ). Setelah itu, sampel ditimbang untukmendapatkan nilai berat basah (Wb). Untukmenghitung densitas (D) dan porositas (P)menggunakan persamaan D =W b −W kx 100%..V 2 −V 1Kekuatan TekanW KV 2 −V 1dan P =Uji kekuatan Tekan scaffold kolagenhidroksiapatitditentukan diletakkan pada benda ujipada mesin Erweka TBH 220. Mesin tekandijalankan dengan penambahan beban konstan.Pembebanan dilakukan sampai sampel uji menjadiretak atau hancur.SEM (Scanning Electron Microscopy)Struktur penampang melintang dari scaffolddapat dilihat dengan mengunakan ScanningElectron Microscopy, SEM (Inspect S50, FEICorp., Jepang).

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Uji MTTScaffold kolagen-hidroksiapatit disterilisasidengan menggunakan sinar UV selama 24 jam,kemudian dilarutkan dalam 0,5 cc eagel dan bovineserum untuk pertumbuhan selnya. Larutan sampelkemudian dialirkan pada permukaan sel fibroblastBHK-21 dan ditunggu selama sehari untukmengetahui perkembangan sel-nya. Masing-masingsampel diulang dengan delapan kali dan diisilarutan sampel 50µm per well-nya. Pada awalperlakuan warnanya ungu kemudian ditambahkanpereaksi MTT {3-(4,5-Dimetil-2-thiazolil)-2,5-diphenil-2H-tetrazolium bromida}, dan untukpembacaan sel BHK-21 yang hidup menggunakanElisa reader .Akhir dari uji sitotoksisitas melalui uji MTTmemberikan informasi % sel yang mampu bertahanhidup, sedangkan pada organ target memberikaninformasi langsung tentang perubahan yang terjadipada fungsi sel secara spesifik. Berikut adalahpersamaan yang digunakan untuk menghitungprosentase sel yang hidup.%Sel Hidup =Perlakuan+ Kontrol MediaKontrol Sel+ Kontrol Media x 100%HASIL DAN PEMBAHASANKolagenPada proses isolasi kolagen dilakukan denganmenggunakan kulit ikan Lele Sangkuriang denganberat basah 55 gr melalui ekstraksi dalam asamasetat 0,5 M selama 24 jam. Kolagen yangdidapatkan dari hasil isolasi adalah 13,85 grsehingga diperoleh kadar kolagen yang terkandungdalam kulit ikan Lele Sangkuriang sebesar 25, 18%.Jumlah prosentase kolagen ini mendekati jumlahprosentase kolagen dari channel catfish (Ictlauruspunctaus) yaitu 25,8% (Liu et al., 2007). Hal inimenunjukkan bahwa kulit ikan Lele Sangkuriangdapat digunakan sebagai sumber kolagen.Scaffold Kolagen-HidroksiapatitPembuatan scaffold kolagen-hidroksiapatitdilakukan secara in situ dengan mencampurkankolagen kulit ikan Lele Sangkuriang dengan variasi5%, 10%, 15%, 20% dan 25% dengan larutanhidroksiapatit. Scaffold yang dihasilkan tampakseperti pada gambar berikut ini.Gambar 1. Scaffold Kolagen-HidroksiapatitTransmittance [%]0 20 40 60 80 100 120 14040003487.5935003168.183000Gambar 2. Hasil FTIR Scaffold Kolagen-HidroksiapatitFTIR (Fourier Transform InfraredSpectroscopy)2365.4225002000Wavenumber cm-1Analisis spektrum FTIR scaffold kolagenhidroksiapatitpada Gambar 2 membuktikan bahwascaffold kolagen-hidroksiapatit terdiri dari duakomponen utama, yaitu kolagen dan hidroksiapatit.Hal ini dibuktikan dengan susunan utama scaffoldyang berupa spektrum FTIR kolagen danhidroksiapatit dengan sedikit pergeseran absorbansibilangan gelombang. Pada kolagen kulit ikan Leleterjadi pergeseran ikatan amida yang mengabsorbsiN-H stretching dari 3267,89 cm -1 , C=O stretchingdari 650,1 cm -1 , C-N Stretching vibration 1508,75cm -1 , C-H stretching pada 1212.11 cm -1 (Liu et al.,2006). Pada hasil FTIR hidroksiapatitmenghasilkan pergeseran pita absorpsi gugushidrogen (–OH) pada 3546,62 cm -1 dan 632,09cm -1 , dan gugus fosfat pada 1067,73 cm -1 , 1063,93cm -1 (Ramli dkk., 2011), dan 574,74 cm -1 (Jie andYubao, 2004).Densitas, Porositas, Kekuatan TekanHasil analisis nilai densitas dan porositasscaffold kolagen-hidroksiapatit menunjukkanbahwa prosentase kolagen berpengaruh terhadapnilai densitas dan porositas scaffold. Nilaimaksimum densitas dimiliki scaffold kolagen 10% -HA, yaitu 0,187 gr/cm 3 dengan porositas terendahyaitu 55,53%, dan porositas tertinggi dimiliki olehscaffold kolagen 25%-hidroksiapatit, yaitu 70,38%dengan densitas terendah 0,156 gr/cm 3 . Hal inimembuktikan bahwa nilai densitas berbandingterbalik nilai porositas. Nilai densitas dan porositasscaffold kolagen-hidroksiapatit secara keseluruhantelah sesuai dengan standar tulang cancellous, yaitudensitas 0,1-1 gr/cm 3 (Ficai et al., 2011) danporositas 50-90% (Liu and Webster,2007).Sehingga scaffold kolagen-hidroksiapatit berbasiskolagen kulit ikan Lele Sangkuriang dapatdiaplikasikan sebagai bone tissue engineering untukproses penyembuhan jaringan tulang yang rusak.Nilai kekuatan tekan berhubungan erat dengandensitas dan porositas karena nilai kekuatan tekanberbanding lurus dengan densitas, dan berbandingterbalik dengan nilai porositas. Hal ini telah sesuaidengan penelitian bahwa nilai kekuatan tekantertinggi dimiliki oleh scaffold kolagen 10%-hidroksiapatit, yaitu 14,95%. Meskipun nilaiscaffold kolagen-HA yang dihasilkan tidak sesuaidengan referensi tulang cancellous, yaitu 2-12 MPa1650.311449.611401.2415001063.93989.90879.781000632.09574.74528.24406.19500B 94

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(Ficai et al., 2011), namun fungsi kekuatan tekanpada scaffold untuk aplikasi bone tissueengineering sebagai penahan bone crash telahdigantikan oleh penyanggah (bandage) tulang.Tabel 1. Hasil Data Uji DensitasNo. Prosentase Kolagen Densitas (gr/cm 3 ) Porositas (%)σ (KPa)1. 0 % 0, 1621 69,932. 5% 0,1640 68,893. 10% 0,1867 57,884. 15% 0,1675 68,825. 20% 0,1583 69,976. 25% 0,1565 70,385,6906,09714,95011,7603,1902,670Densitas (gr/cm3)0,20,180,160,14Densitas0%5%10%15%20%25%Prosentase Kolagen (%)DensitasGambar 3. Diagram Batang Pengaruh Prosentase Kolagen pada Densitas Scaffold Kolagen-HidroksipatitPorositas (%)100,00%50,00%0,00%Porositas0%5%10%15%20%25%PorositasProsentase Kolagen(%)Gambar 4.Diagram Batang Pengaruh Prosentase Kolagen pada Porositas Scaffold Kolagen-HidroksipatitB 95

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Kekuatan Tekan (KPa)20100Kekuatan TekanKekuatan Tekan0% 5% 10% 15% 20% 25%Prosentase KolagenGambar 5. Diagram Batang Pengaruh Prosentase Kolagen pada Nilai Kekuatan Tekan Scaffold Kolagen-HidroksipatitScanning Electron Microscope (SEM)(a) (b) (c)Gambar 6. (a), (b), (c) dan (d) menunjukkan penampang melintang scaffold kolagen-hidroksiapatit dengan perbesaran yang berbeda-beda.Gambar 6. (a). menunjukkan struktur penampangmelintang serat-serat kolagen pada perbesaran 2.500kali. Gambar 6. (b). menunjukkan strukturpenampang melintang hidroksiapatit pada perbesaran50000 kali yang berupa butiran-butiran kristal sesuaidengan hasil SEM hidroksispatit pada penelitianWidiyastuti dkk., 2009. Dan Gambar 6 (c) scaffoldkolagen-hidroksiapatit dengan perbesaran 15.000 kali.Berdasarkan hasil SEM pada Gambar 6 (c)menunjukkan bahwa scaffold kolagen-hidroksiapatityang dihasilkan memiliki pori-pori ± 3,316 µm danmemiliki permukaan yang bergranul akibathidroksiapatit yang menempel pada serat-seratkolagen sehingga memudahkan sel osteoblastmenempel pada scaffold. Hal ini memberikankeuntungan tersendiri bagi scaffold sebagai implantulang karena memicu percepatan reaksi antarascaffold dan jaringan tulang disekitarnya sehinggaNo. Kontrol Sel Kontrol MediaTabel 4. Hasil Uji MTTproses penyembuhan tulang lebih cepat terjadi(Laurencin and Nair, 2008). Meskipun nilaimakroporous tidak sesuai dengan yang diharapkanyaitu 50-400 µm, tapi tidak ada tetapan ukuran poriyang pasti untuk tiap-tiap jaringan tulang di tubuh,karena tiap-tiap bagian-bagian tulang memilikikarakteristik berbeda yang cocok untuk melakukanmigrasi, proliferasi, adhesi, dan diferensiasi. Olehkarena itu, untuk mengetahui lebih detail tentangperan scaffold kolagen-hidroksiapatit denganmakroporous ± 3,316 µm dalam migrasi, proliferasi,adhesi, dan diferensiasi untuk perbaikan jaringantulang diperlukan uji secara in vivo pada hewan coba.Uji MTTPada uji MTT menggunakan sel fibroblast BHK-21 (Baby Hamster Kidney), dengan hasil tampak padaTabel 4.HidroksiapatitKontrol PerlakuanScaffold Kolagen-Hidroksiapatit1. 0,0900 0,0870 0,0930 0,08102. 0,0810 0,0830 0,0850 0,07003. 0,1070 0,1090 0,1080 0,1010B 96

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-84. 0,1060 0,1120 0,1110 0,09705. 0,0680 0,0700 0,0680 0,05406. 0,1060 0,1080 0,1090 0,09207. 0,0820 0,0860 0,0850 0,07008. 0,0870 0,0880 0,1200 0,0780Rata-rata 0,090875 0,092875 0,097375 0,080375Sel Hidup (%) =0,097375 + 0,0928750,0900875 + 0,092875 x 100%= 103,5374%Hasil prosentase sel BHK-21 yang hidup padascaffold kolagen-hidroksiapatit adalah sebagaiberikut.Sel Hidup (%) =0,080375 + 0,092875x 100% = 94,2857%0,090875 + 0,092875Berdasarkan hasil uji MTT dapat diketahuibahwa hidroksiapatit dan scaffold kolagenhidroksiaptitdengan sel hidup 103,5374% dan94,285% tidak bersifat toksik karena prosentase selhidup ≥ 60%. Hal ini diperkuat oleh hasil penelitianRubianto yang menyatakan suatu sampel tidakbersifat toksik jika prosentase sel hidup mencapai92,3%-100% (Meizarni, 2005).KESIMPULANProsentase kolagen basah yang dihasilkan dariekstraksi kolagen kulit ikan Lele Sangkuriang dalampelarut asam asetat adalah ±25,18%. Prosentasekolagen terhadap hidroksiapatit dalam scaffoldmemiliki pengaruh terhadap nilai densitas, porositasdan kekuatan tekan. Nilai densitas dan kekuatantekan tertinggi dimiliki oleh 10% kolagenhidroksiapatitdengan nilai 0,1867 gr/cm 3 dan 14,950KPa. Nilai porositas tertinggi dimiliki oleh 25%kolagen-hidroksiapatit dengan 70,38%, dan hasilSEM (Scanning Electron Microsope) menunjukkanpenampang melintang scaffold memiliki makroporous± 3, 316 µm, serta hasil uji MTT yang menunjukkanbahwa scaffold kolagen-hidroksiapatit tidak bersifattoksik.SARANDalam rangka mengetahui kualitas kolagen darikulit ikan Lele Sangkuriang dapat dilakukan uji SDS-Polyacrylamade Gel Electrophoresis (SDS-PAGE),analisis asam amino, swelling test, dan viskositas.Dan untuk mengetahui fungsi dan peran scaffoldkolagen- hidroksiapatit sebagai bone repairdiperlukan uji secara in vivo pada hewan cobasehingga dapat diketahui secara jelas terjadinyaproliferasi, migrasi dan attachment cell.UCAPAN TERIMA KASIHUcapan terima kasih kami ucapkan pula kepadaDr. Prihartini Widiyanti, drg., M.Kes dan Dr.Ferdiansyah, dr., SPOT atas saran, kritik danbimbingan dalam penelitian ini.DAFTAR PUSTAKABareil, Remi Parenteau. Gauvin, Robert. Berthod,François. 2010. Collagen-Based Biomaterialsfor Tissue Engineering Applications. Material,2010: 3:1863-1887Carrico, Ana Claudia. Farracho, Marta. Nunes,Cecília. Ruela, Ana Margarida. Semedo, João.2007. Bone Tissue Engineering: Production ofScaffold. Faculdade de Medicina, Universidadede LisboaFeng, Wenpo. Tang, Keyong. Zheng, Xuejing. Qr,Yuanming. Liu, Jie. 2009. Preparation andCharacterization of PorousCollagen/Hydroxyapatite/Gum ArabicComposit. Zhengzou University: CinaFicai, Anton. Andronescu, Ecaterina. Voicu, Georgeta.Ficai, Denisa. 2011. Advances in CompositeMaterials for Medicine and Nanotechnology.Politehnica University of Bucharest, Faculty ofApplied Chemistry and Materials Science:RomaniaFriess W. Collagen - Biomaterial for Drug Delivery.Eur J Pharm Biopharm, 1998;45:113-136Gelse, K. Poschl, E. Aigner, T. 2003. Collagens-Structure, Function, and Synthesis. AdvancedDrug Delivery, 2003;55:1531-1546Jie, Wei. Yubao, Li. 2003. Tissue EngineeringScaffold Material of nano-Apatite Crystals andPolyamide Composite. European PolymerJournal 2004;40:509–515Kordi H, M. K., Ghufron. 2010. Budi Daya Ikan Leledi Kolam Terpal. Lily Publisher: YogyakartaKutz, Myer. 2003. Standard Handbook of BiomedicalEngineering and Design. McGraw-Hill: NewYorkLaurencin, Cato T. Nair, Lakshmi S. 2008.Nanotechnology and Tissue Engineering .CRC Press Taylor & Francis Group. BocaRaton. Hlm. 329-347Lawson, AC. Czernuszka, JT. 1998. Collagen–Calcium Phosphate Composites. Proc InstrMech Eng, 1998;212(11):413–438B 97

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Liu, HaiYing. Li, Ding. Guo, ShiDong. 2006. Studieson Collagen from The Skin of Channel Catfish(Ictalurus punctaus). Food Chemistry,2007;101: 621–625Peranginangin, Rosmawaty. Kusumawati, Rinta.Apriantoro, Eko Wahyudi. 2008. Isolasi danKarakteriasasi Kolagen yang Diekstraksi dariKulit Ikan Lele Kerapu (Epinephelus tauvina).Seminar Nasional Tahunan V Hasil PenelitianPerikanan dan Kelautan, 26 Juli 2008, PP-23.Rodrigues, C.V.M. Serricellab, P. Linhares, A.B.R.Guerdes, R.M. Borojevic, R. Rossi, M.A.Duarte, M.E.L. Farinac, M. Characterizationof Bovine Collagen-Hydroxyapatite CompositeScaffold for Bone Tissue Engginering.Biomaterials, 2003; 24:4987-4997Tierney, Claire M. Haugh, Matthew G. Liedl, Jakob.Mulcahy, Fergal. Hayes, Brian. O’brien, FergalJ. 2009. The effect of Collagen Concentrationand Crosslink Density on Biological,Structural and Mechanical Properties ofCollagen-GAG Scaffolds for Bone TissueEngineering. Journal of the MechanicalBehaviour of Biomedica Materials,2009;2(2):202-9Wahl, DA. Czernuska, JT. 2006. Collagen-Hydroxyapatite Composites for Hard TissueRepair. European Cells and Materials,2006;11:43-56B 98

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Karakterisasi Genteng Berbahan Pasir Merapi Dengan Aditif Abu Kayu Albasia UntukOptimalisasi Daya Serap Air Dan Konduktifitas PanasChotibul Umam (1) , Suparmi (2) ,Harjana (2)1. Mahasiswa Ilmu Fisika, Pasca Sarjana, UNS.2. Dosen Ilmu Fisika, Pasca Sarjana, UNSEmail: umambkc@gmail.comABSTRAKGenteng merupakan kebutuhan masayarakat sebagai atap rumah termasuk kelompok keramik kasar. Selama inimasyarakat pengrajin memilih bahan dasar berdasar pengalaman yang diperoleh secara turun temurun,penggunaan bahan dasar alternatif belum banyak dilakukan. Untuk meningkatkan kualitas produksi denganbeya yang murah diharapkan produksi genteng menggunakan bahan dasar atau adisi dari lingkungan sekitaryang melimpah seperti pasir merapi dan abu kayu albasia. Karakterisasi dilakukan untuk memperbaiki mutugenteng terdiri dua jenis yaitu karakterisasi bahan dasar dan karakterisasi prototype sampel yang meliputiparameter kuat tekan, kuat patah, daya serap air serta konduktifitas panas. Penelitian ini bertujuan untukmenentukan: pengaruh bahan adisi terhadap kuat tekan , kuat patah, daya serap air dan konduktifitas panas,perbandingan komposisi bahan dasar (tanah liat, pasir merapi dan abu kayu albasia).Penelitian inimenggunakan metode aksperimen dengan melakukan observasi lapangan di sentra pengrajin genteng.Pelaksanaan pembuatan dan pengukuran prototype sampel dengan berbagai komposisi dilakukan dilaboratorium MIPA UNS. Analisis bahan dasar menggunakan XRF Ranger dengan kelembutan 120 mesh.Tahap pembuatan prototype sampel meliputi proses pencampuran, mollding dua kali, pencetakan dengan beban10 ton, pengeringan dan pembakaran bersuhu 800°C kecepatan 20 °C/mnt ditahan selama 3 jam. Hasilpenelitian menunjukkan adanya pengaruh bahan adisi terhadap kuat tekan,kuat patah, daya serap air dankonduktifitas panas, adanya hubungan daya serap air dengan konduktifitas panas. Hasil uji prototype sampelpada tingkat optimal memiliki massa jenis(1,60 ± 0,07) gram/cm 3 , kuat tekan (66 ± 4) Kg/cm²(mutu III), kuatpatah (136 ± 7) Kg/cm²(mutu II), daya serap (19,0 ± 0,9)% mutu III dan konduktifitas panas (0,21 ± 0,02)KKalpada perbandingan komposisi bahan tanah liat, pasir merapi dan abu kayu albasia adalah 80:19:1m jam °CKata kunci : Karakterisasi, Genteng, bahan, optimalisasi, komposisiPENDAHULUANPembangunan perumahan mengalamiperkembangan yang cukup pesat, sehinggapermintaan akan bahan dasar bangunan maupunkebutuhan bahan bangunan meningkat, berakibatlahan tanah yang digunakan untuk bangunan atauuntuk pembuatan bahan bangunan seperti batu batadan genteng. PUBI (1986). Genteng keramik adalahsuatu unsur bangunan yang berfungsi sebagai penutupatap yang terbuat dari tanah liat dengan atau tanpadicampur bahan tambahan, dibakar pada suhu tinggisehingga tidak dapat hancur apabila direndam dalamair (I Putu, 2009). Desa Tegowanuh terdapat 754 KK,jumlah pengrajin genteng 427 KK merupakanwarisan turun temurun, bahan dasar genteng tanahliat, pasir halus dari sungai progo dengan takarantanpa ukuran yang pasti. Kwalitas bahan dasar dilihatdari warna tanpa mengetahui kandungan materialtanah sebenarnya, pengambilan tanahpun kurangmemperhatikan kesuburan lahan. maka diperlukaninformasi analisis kandungan bahan baku dan bahanalternatif.Industri pengolahan kayu albasia di kabupatentemanggung banyak bermunculan hal ini sangatmenguntungkan pengrajin dikarenakan banyaknyalimbah kayu yang berupa sedetan atau serbuk gergajikayu albasia sebagai bahan bakar genteng yangmelimpah. Kayu-kayu yang dipergunakan sebagaiB 99bahan bakar akan menghasilkan abu kayu `hasilpembakaran setiap selesai pembakaran genteng.Menurut Haygreen,J.G.(1987) dalam penelitianSorintan (edisi 2,juli 2009) bahwa abu hasilpembakaran kayu adalah 0,1% dari berat kayu kering.sedangkan Yulianingsih (2007) manyatakan Abubekas pembakaran dapat ditambahkan sebagaicapuran genteng seperti abu daun bambu atau sekampadi. Berpengaruh terhadap parameter genteng.Peristiwa erupsi Merapi 2010 masih berbekas didalam benak kita. Dibalik itu semua pasti ada hikmahyang dapat kita ambil salah satunya adalah materialvulkanik hasil erupsi. Kondisi pasca erupsi hal patutdicermati adalah melimpahnya material vulkanik(berupa pasir dan batu) yang tersebar di radius Merapidan akan tertransportasi ke arah hilir dalam bentukancaman banjir lahar dingin. Material vulkanik erupsiMerapi terdiri dari tiga macam yaitu pasir, batu dandebu. Badan Tehnik Kesehatan Lingkungan (BTKL1994) menyatakan bahwa kandungan SiO2 mencapai54,56% dan memiliki potensi yang dapatdimanfaatkan sebagai material keramik. Abu volkanikmerapi dimungkinkan hanya ada setelah peristiwaletusan terjadi jadi hal ini bersifat temporer tetapimaterial yang lain seperti pasir dan batu sangatlahbanyak, pasir merapi sangat dikenal masyarakatmerupakan bahan bangunan yang bagus dan berjutajutameter kubik material merapi masih berada pada

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8bagian atas gunung merapi. Pasir merapimengandung Silika mencapai 58% (Amin, 2007 )sehingga tingggal bagaimana kita akan dapatmemanfaatkan kekaaan alam ini tanpa merusak alam.Beberapa mesin telah dimiliki pengrajin gentengdi desa Tegowanuh, antara lain mesin penggilingan(molen) dengan dua kali proses penggilingan.Penggilingan bertujuan untuk menekan porositasgenteng pada saat pembakaran ( Joelianingsih, 2007),dan mesin press manual. Proses pengeringanmengandalkan sinar matahari sehinggga jika cuacapanas pengeringan cukup tiga hari tetapi jika musimpenghujan pengeringan mencapai lima sampai tujuhhari. Proses produksi sangat menentukan kualitasgenteng, dikalangan masyarakat genteng yangberkualitas adalah yang nyaring bunyinya jikadipukul, ringan, tidak bocor, tidak mudah pecah saatterkena air hujan dan tidak mudah ditumbuhi lumut.Untuk meningkatkan kualitas dan efesiensiproduksi pada industri genteng perlu adanyaperhitungan secara cermat ukuran penggunaan tanahliat (clay), pasir (feildspar), abu kayu albasia, kayubakar dan tenaga kerja yang selama ini kurang sesuaidengan perhitungan baik secara ilmiah maupunekonomi.Tujuan dari penelitian ini adalah untuk: 1)Mengetahui pengaruh abu kayu albasia sebagaiberadisi bahan genteng pasir merapi terhadap kuattekan, kuat lentur sebagai acuan standar kualitasgenteng, 2)Pengaruh abu kayu albasia sebagaiberadisi bahan genteng pasir merapi terhadap dayaserap air dan konduktivitas panas genteng, ,3)Perbandingan komposisi bahan dasar genteng pasirmerapi berberadisi abu albasia untuk optimalisasidaya serap air dan konduktifitas panas. Diharapkandari penelitian ini prospek industri gentengTegowanuh dapat meningkatkan perekonomianmasyarakat setempat dan menjadi tolok ukur kualitasgenteng secara umum sesuai SNI, dengan kelebihankualitas genteng yang mempunyai daya serap air kecildan konduktifitas panas yang rendah.METODOLOGI PENELITIANPenelitian dilakukan dua tahap yaitu tahapobservasi dan tahap experimen. Observasi lapangandilakukan utnuk mengetahui secara langsung prosespembuatan genteng, observasi dilaksanakan di tigadaerah industri pengrajin genteng yaitu : DesaTegowanuh Kecamatan Kaloran KabupatenTemanggung, Jawa Tengah, Tahap eksperimenmenggunakan prototype sample, terlebih dahuludilaksanakan pengamatan kandungan bahan dasar(tanah liat, pasir merapi dan abu kayu albasia)menggunakan XRF pada kelembutan 120 mesh,proses pembuatan prototype sample dimulai daripencampuran bahan dasar tanah liat dan pasir merapidengan perbandingan 80 : 20 ditambah abu kayualbasia (0 2,5 5 7,5 10)% dari pasir merapi,penggilingan dilakukan dua kali, pencetakan denganmesin press berkekutan 10 ton prototype sampelberdimensi 3:2:2, pengeringan tahap pertamadidiamkan dalam ruangan selama 3 hari kemudiandijemur selama 6 jam, dilanjutkan proses furnace800°C, ditahan 3 jam, cepat rambat panas 20°C/menit,pendinginan dilakukan prototype sampel masih tetapberada dalam furnace selama 16 jam, furnace dalamkeadaan tidak aktif. Uji prototype sampel untukmengetahui parameter genteng dilihat dari kuat tekan,kuat patah, daya serap air dan konduktifitas panas.Alat-alat penelitian terdiri Alat-alat penelitianterdiri dari : XRF Ranger, Ball mill, Panasconductivity measuring APP OSK 4565-A OgawaSeiki CO,LTD , Kuat patah (IZOD Type ImpactTester, Toyo Seiki,Ogawa.Co.LTD), Kuat tekan(Iizima Scale 16 kg – 160 Kg, No.74-Tokyo), NeracaAnalitik (Meganexus MN 200), Ayakan ukuran 120mesh, Ovenelektric (Nabertherm 1200°C), Mollding,Gelas Ukur, Jangka Sorong.HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANAnalisa BahanKualitas genteng ditentukan oleh bahan dasaryang dipergunakan (tanah liat, pasir dan bahanpencampur/beradisi). Hasil analisis XRF tanah liatdaerah Tegowanuh sebagai bahan dasar gentengmengandung komposisi SiO 2 55,05%, Al 2 O 3 20,61%dan Fe 2 O 3 17,03% , hasil tersebut sesuai dengan hasilanalisis tanah liat Jatiwangi (Siswandi,dkk. 2004) danhasil analisis tanah liat lumpur Lapindo (EdhiWahyuni, 1998). Pasir ditambahkan berfungsi agartanah liat tidak terlalu lembek dan mudah dicetak,pasir yang digunakan merupakan pasir merapi yangdiambil secara acak dari empat tempat yang berbedayaitu : a) pasir talun adalah pasir yang diambil daridaerah kecamatan Talun kurang lebih berjarak 7 kmdari puncak merapi, b) pasir Jumoyo adalah pasiryang diambil dari desa Jumoyo kecamatan Muntilan,sampai saat ini merupakan daerah aliran lahar dinginberupa pasir dan batu, c) pasir Merapi adalah pasirmerapi yang diperjual belikan didaerah-daerah dantampung di depo-depo penampungan pedagang pasir,d) pasir Progo adalah pasir yang terdapat disepanjangaliran sungai progo, pasir ini termasuk pasir sedimen.Dari hasil analisi XRF seperti ditunjukkan padatabel 1, dari ke empat sampel pasir tersebut komposisisenyawa kandungannya berbeda, secara kuantitasSiO 2 (48,53 - 51,93)%, Al 2 O 3 (17,77 - 21,39) % danFe 2 O 3 (8,53 – 16,01)%. Semakin tinggi konsentrasisilika(SiO 2 ) semakin berkurang konsentrasi Fe 2 O 3Perbedaan komposisi ini dipengaruhi pada jarakpengambilan sampel terhadap gungung Merapi danbagus sebagai bahan industri keramik/genteng,sedangAndreastuti (1999)berpendapat bahwa fluktuasi SiO 2dalam jangka panjang terjadi adanya kecenderungankenaikan komposisi yang jelas, hal ini terlihat baikdari letusan yang sekarang maupun letusan masa lalu.B 100

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8NoTabel 1:Hasil analisa XRF komposisi pasirFormulaSenyawaPasirTalunPasirJumoyoPasirMerp% % % %PasirProgo1 Na2O 4,97 6,21 5,8 3,422 MgO 1,69 2,02 3,16 3,223 Al2O3 18,1 17,77 17,23 21,394 SiO2 51,93 49,81 48,53 45,675 P2O5 0,91 0,87 0,76 0,756 SO3 0,43 0,41 0,24 0,377 K2O 3,35 3,07 2,46 1,518 CaO 8,32 8,06 9,59 5,199 TiO2 0,89 1,01 0,94 1,4810 Fe2O3 8,53 9,83 10,47 16,01Menurut penelitian Badan Tehnik KesehatanLingkungan (BTKL. 1994) kandungan SiO 2 mencapai54,56% dan uji komposisi kimia abu volkanik gunungberapi memiliki potensi yang dapat dimanfaatkansebagai material keramik. Sesuai dengan pendapatAsmuni FMIPA USU bahwa Kuarsa (SiO2) banyakdipakai sebagai bahan industri seperti keramik,sebagai bahan anorganik yang bukan logam. Bahandasar keramik berasal dari tambang (alam) yaitu :SiO2, Al2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O dan lainnya.Alumina (Al2O3) dapat bersenyawa dengan air, alkaliK2O dan Na2O kedua bahan ini dapat menurunkantitik lebur tabah liat. Besi berada dalam bentukhematite (Fe2O3) memberikan warna merah ataucoklat pada bahan ataupun hasil pembakaran produkgenteng. Bahan pengisi genteng antara lain pasirsilika, grog, abu batu bara dan abu kayu, sifat bahanpengisi relatif keras, titik lebur tinggi, stabil (tidakmengalami susut lagi). Abu kayu albasia banyakmengandung kapur (CaO) 73,46% dengan massamolar 56,077 g / mol, Putih keabu-abuan,memilikimassa jenis 3,35 g/cm3, titik lebur 2572 ° C (2845 K),titik didih 2850°C(3123K). Dalam proses pengeringanalam memberikan indikasi bahwa prototype sampeldengan komposisi (7,5-10)% timbul retak-retak kecildan lebih rapuh (mudah pecah) jadi keplastisansampel kecil. Hal ini sesuai dengan pendapat yangmenyatakan bahwa fungsi bahan pengisi sebagaikerangka, mempercepat pengeringan dan mengurangikeplastisan (Soepomo, 2010).Tabel 2 : komposisi bahan dasar materialprototype gentengNo1Formula P.Jumoyo ClayAbuAlbaSenyawa (%) (%) (%)Na2O 6,21 0 02 MgO 2,02 0,68 2,833 Al2O3 17,77 20,61 0,744 SiO2 49,81 55,05 25 P2O5 0,87 0,81 3,596 SO3 0,41 0,4 3,317 K2O 3,07 1,2 11,578 CaO 8,06 1,19 73,469 TiO2 1,01 1,63 010 Fe2O3 9,83 17,03 0,62Menurut Arini dalam Chotibul (2012) menyatakanSilika (SiO2) memiliki 3 bentuk oksida yaitu kuarsatridimit dan kristobalit. Kuarsa mempunyai bentukheksagonal, massa jenis 2,65 grm/cm 3 , titik lebur1600 °C. α-kuarsa jika dibakar diatas temperatur573°C berubah menjadi β-kuarsa yang stabil padatemperatur 870°C. Jika β-kuarsa diatas 870°C akanberubah menjadi tridimit yang juga mempunyaibentuk heksagonal, massa jenis 2,26 grm/cm 3 ,titiklebur 1670 °C. Α-tridimit stabil pada suhu bakar117°C. Alumina (Al2O3) dapat bersenyawa denganair, alcali K2O dan Na2O kedua bahan ini dapatmenurunkan titik lebur lempung. Besi berada dalambentuk hematite (Fe2O3) memberikan warna merahatau coklat pada bahan ataupun hasil pembakaranproduk genteng. Bahan pengisi genteng antara lainpasir silika, grog, abu batu bara dan abu kayu, sifatbahan pengisi relatif keras, titik lebur tinggi, stabil(tidak mengalami susut lagi). Abu kayu albasiabanyak mengandung kapur (CaO) 73,46% denganmassa molar 56,077 g/mol, Putih keabuabuan,memilikimassa jenis 3,35 g/cm3, titik lebur2572 ° C (2845 K), titik didih 2850 ° C (3123 K) dandalam proses pembakaran terjadi reaksi dehidrasi,kalsinasi dan oksidasi.Massa JenisMassa jenis (ρ) merupakan salah satu identitassuatu material didefinisikan sebagai perbandinganantar massa (m) dalam gram, volume (V) dalamcm 3 .Pengukuran massa jenis, prototype direndamdalam air selama 24 jam, hasil analisis penelitianmenunjukkan pada komposisi adisi 0% massa jenis(1,80 ± 0,06) gram/cm 3 , komposisi adisi 2,5% massajenis (1,70±0,08)gram/cm 3 , komposisi adisi 5% massajenis (1,60±0,07)gram/cm 3 , komposisi adisi 7,5%massa jenis (1,50±0,04)gram/cm 3 dan menurun sesuaidengan peningkatan penambahan bahan adisi 10%massa jenis (1,4 0± 0,08) gram/cm 3 . Berikut gambargrafik komposisi adisi terhadap massa jenis.B 101

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Massa Jenis (gram/cm3)1,81,71,61,51,40Interval Plot Of Massa Jenis95% CI for the Mean2,55Komp.Adisi (%)Gambar 1: grafik massa jenis terhadap komposisi adisi prototypesampel gentenggambar (1) menunjukkan semakin besar penambahanbahan adisi massa jenis genteng semakin menurunHasil kuantitatif massa jenis ini sesuai dengan Syarif(1991) dalam fisika bangunan UMB yangmenyatakan massa jenis genteng keramik 1,922gram/cm 3 juga Hesmatri (2004) dalam penelitiannyayang dilakukan pada pemanasan 1890 °Cmendapatkan massa jenis keramik 1,750gram/cm 3 ,sehingga pada komposisi adisi 5% lebihkecil dari peneliti sebelumnya.Kuat Tekan.Kekuatan genteng merupakan parameter fisiksedangkan aplikasi genteng sebagai atap rumah sangatkecil penekanan benda lain terhadap genteng yangterpasang. Kuat tekan diperoleh dengan menghitungrasio beban maksimal yang diterima oleh prototypesampel berupa balok dan luas permukaan yang diberibeban. Rata-rata kuat tekan (89±6) Kg/cm²komposisi0%,(71±3) Kg/cm² komposisi 2,5% (66±4)Kg/cm² komposisi 5%, (60±5) Kg/cm² komposisi7,5% dan (50,0±3,3)Kg/cm² komposisi 10%. Gambar2 dibawah ini menunjukkan komposisi adisi terhadapkuat tekan.Kuat Tekan (Kg/cm²)9484746454440Interval Plot of Kuat Tekan95% CI for the Mean2,55Komposisi Adisi (%)Gambar 2: grafik kuat tekan terhadap komposisi adisi prototypesampel genteng7,57,51010Berdasarkan grafik hubungan antara komposisibahan beradisi dengan kuat tekan prototype sampelgenteng menunjukkan penambahan bahan adisi(abukayu albasia) berpengaruh pada menurunnya nilaikuat tekan pada prototype sample.Kuat Patah.Pengujian Kuat patah mengidentikan besarkekuatan bahan terhadap beban maksimal yang dapatmematahkan sampel.Menurut Susanti danHarjana(2011) semakin besar bahan beradisimengakibatkan partikel-pertikel benda uji menjaditidak rapat, hal ini disebabkan berkurangnyakeplastisan benda uji. Hasil uji didapatkan rata-ratakuat patah (162 ± 7)Kg/cm² pada komposisi 0%,(158± 5) pada komposisi 2,5%, (136 ± 7) pada komposisi5%, (117 ± 8) pada komposisi 7,5% dan (101 ±8)Kg/cm² pada komposisi 0%. Berikut gambar grafikkomposisi adisi terhadap kuat patah.Kuat Patah (Kg/cm²)170160150140130120110100900Interval Plot of Kuat Patah95% CI for the Mean2,55Komposisi AdisiGambar 3: grafik kuat patah terhadap komposisi adisi prototypesampel gentengGambar 3 menunjukkan makin besar bahan adisi (abukayu albasia) yang ditambahkan kuat patah semakinmenurun.Daya Serap Air.Daya serap air /Absorbsi adalah terserapnya atauterikatnya suatu subtansi (absorbet) pada permukaanyang menyerap (absorbent). Peristiwa absorbsi terjadikarena molekul-molekul pada permukaan zatmemiliki gaya tarik dalam keadaan tak seimbang yangcenderung tertarik kearah dalam (gaya kohesiabsorben lebih besar dari gaya adesi) .ketidaksimbangan gaya tarik tersebut mengakibatkan zatyang digunakan sebagai fungsi penyerap cenderungmenarik zat lain yang bersentuhan dengan permukaan.Hasil uji prototype sampel sebagai berikut : komposisi0% Absorbsi air (16,8 ± 1,1)%, komposisi 2,5%Absorbsi air (18,7 ± 1,0)%, komposisi 5% Absorbsiair (19,0 ± 0,9)%, komposisi 7,5% Absorbsi air (19,8±1,1)%,dan (20,3 ± 1,3)% pada komposisi 10%.Berdasar SNI termasuk mutu III (Absorbsi air 20%).Sebagai pembanding dari 50 prototype sampelgenteng jatiwangi (Bintang baru) dengan perlakuan7,510B 102

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8yang sama memiliki Absorbsi air (13,7 ± 0,4)%. Abukayu albasia mengandung komposisi tertinggi CaOdan miskin akan SiO2, ini sangat menjadikanpenurunan titik leleh yang akan berpengaruh padasifat fisika material, seperti penilaian absorbsi air,densitas dan porositas. dengan kandungan CaO yangtinggi maka sampel dapat lebih banyak menyerap air,sehingga semakin banyak bahan beradisi padaprototype sampel daya serap air semakin besar.Gambar 4 menunjukkan bahwa semakin besarprosentase komposisi adisi daya serap semakin besar.Berikut ini adalah gambar grafik komposisi adisiterhadap daya serap air.Daya Serap Air0,220,210,200,190,180,170,160,150Interval Plot of Daya Serap Air95% CI for the Mean2,55Komposisi Adisi (%)Gambar 4: grafik Daya serap air terhadap komposisi adisiprototype sampel gentengMaka dapat disimpulkan bahwa abu kayu albasiasebagai bahan beradisi genteng pasir merapiberpengaruh terhadap daya serap air.Konduktifitas Panas.Konduktifitas panas adalah kemampuanmenghantarkan panas suatu material. Pada pengujiankonduktifitas termal digunakan dua pasang silinder,silinder tersebut berdiameter 4 cm dengan ketebalanrata-rata (3,84±0,09)mm dan (2,25±0,04)mm diujidengan alat pengukur konduktifitas APP OSK 4565-AOgawa Seiki, diperoleh hasil uji rata-rata padakomposisi adisi 0% konduktifitas panas(0,264±0,005)( K Kal), ), pada komposisi adisi 2,5%m.jam.°Ckonduktifitas panas (0,249 ± 0,008)( K Kal), ), padam.jam.°Ckomposisi adisi 5% konduktifitas panas (0,209 ±0,016)(K Kalm.jam.°C), pada komposisi adisi 7,5%konduktifitas panas (0,136 ± 0,005)( K Kal), padam.jam.°Ckomposisi adisi 10% konduktifitas panas (0,124 ±K Kal0,011) , Dari hasil uji konduktifitas panasm.jam.°Cprototype sesuai dengan konduktifitas panas gentengK Kal0,22 , (Syarif Hidayat,UMB) dan jugam.jam.°Ckonduktifitas panas beton-batu bata 0,720m.jam.°C(Giancolli, 2001). Gambar 3 menunjukkan semakinbesar prosentase komposisi bahan adisi nilai7,510K Kalkonduktifitas panas semakin kecil. Hal ini sesuaiWachid Suherman, (1987) Semakin baik suatu bahanmenghantarkan panas maka nilai konduktifitas panasbahan semakin besar. Sifat termal bahan keramikadalah kapasitas panas, koefisien ekspansi termal, dankonduktivitas termal. Menurut Wijang (2006) bahwanilai konduktifitas komposit dipengaruhi oleh nilaikonduktifitas panas dari unsur-unsur penyusunkomposit. Semakin banyak pori-pori yang terjadirapat massa ρ(x) semakin kecil. Didasarkanpersamaan: cρ ∂T= Ko ∂2 T∂t ∂x2 + Q(x, t) Dawkins(2007)secara fisis menyatakan bahwa konduktifitas panasKo(x) sebanding dengan rapat massa ρ(x) artinya jikarapat massa semakin kecil maka konduktifitas panassemakin kecil dan sebaliknya. Dari hasil penelitiandan berpedoman referensi maka kualitas prototypesampel merupakan penghantar panas yang tidak baik.jadi semakin banyak kandungan abu kayu albasiasebagai bahan adisi berpengaruh menurunkankonduktifitas panas genteng pasir merapi. Sehinggadapat disimpulkan bahwa abu kayu albasia sebagaiadisi bahan genteng pasir merapi berpengaruhterhadap konduktifitas panas sampel. Berikut inigambar grafik komposisi adisi terhadap konduktifitaspanas prototype sampel.Konduktifitas termal (K Kal/m.jam.°C)0,2750,2500,2250,2000,1750,1500,1250,1000Interval Plot of Konduktifitas termal95% CI for the Mean2,55Komposisi Adisi (%)Gambar 5: grafik konduktifitas panas terhadap komposisi adisiprototype sampel gentengKESIMPULANBerdasarkan kajian teori dan didukung adanyahasil analisis serta mengacu pada perumusan masalahyang telah diuraikan pada bab sebelumnya, dapatdisimpulkan sebagai berikut: 1) Abu kayu albasiasebagai beradisi bahan genteng pasir merapiberpengaruh terhadap kuat tekan, kuat patah sebagaiacuan standar kualitas genteng.2) Abu kayu albasiasebagai beradisi bahan genteng pasir merapiberpengaruh terhadap daya serap air dan konduktifitastermal. 3) sampel pada tingkat optimal memilikimassa jenis(1,60 ± 0,07) gram/cm 3 , kuat tekan (66 ±4) Kg/cm²(mutu III), kuat patah (136 ± 7)Kg/cm²(mutu II), daya serap (19,0±0,9)% mutu IIIKKaldan konduktifitas panas (0,21 ± 0,02) pada7,510m jam °CB 103

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8perbandingan komposisi bahan tanah liat, pasirmerapi dan abu kayu albasia adalah 80:19:1DAFTAR PUSTAKAArini, R. Aprianti,S. Dan Subari. 2011. IdentifikasiKualitas Produk Genteng Keramik ProduksiIndustri Kecil Di Wilayah Aceh, Jawa TengahDan Nusa Tenggara Barat Berbasis StandarNasional Indonesia (SNI). JurnalStandarisasi.Vol.13 No 2 Tahun 2011: 98-111Ashcroft,Mermin,Neil W. 1976. Solid State Physics.Sounders College Publishing (Copyright)Chotibul Umam.2012. Optimalisasi Absorbsi DanKonduktifitas Panas Genteng Berbahan PasirMerapi Beradisi Abu Kayu Albasia.ProsidingSeminar Fisika LIPIChristman J.Richard.1988.Fundamentals Of SolidState Physics.The Permissions Department.Canada.Departemen Pekerjaan Umum. 1978. "PeraturanGenteng Keramik Indonesia",LembagaPenyelidikan Masalah Bangunan, DirektoratJenderal Cipta Karya,Bandung.Edhi Wahjuni dan Setyowati. 1998. Penggunaancampuran lumpur lapindo terhadappeningkatan kualitas genteng keramik.Fakultas Teknik Unibraw Malang.Giancolli. 2001. Fisika I ed 5. Erlangga. Jakarta(terjemahan)Joelianingsih. 2004. Peningkatan Kualitas GentengKeramik Dengan Penambahan Sekam PadiDan Daun Bambu. Sekolah Pasca Sarjana. IPB.BogorKasmo& Maman Sulaeman. 1978. "Keramik sebagaiBahan Bangunan", Lembaga PenyelidikanMasalah Bangunan, Direktorat Jenderal CiptaKarya,Bandung.Kohl H. Walter. 1964. Materials and Techniques ForVacuum Devices. Reinhold PublishingCorporation. New YorkMartin Jhon. 2006. Material For Enginering. WodeadPublising United. Canbrige.EnglandMulligan, J.A. 1942. "Handbook of Brick MasonryConstruction", McGraw-Hill Book Company,New York & London.Silaban Pantur. 1978. “Fisika”, Penerbit Erlangga,JakartaSiswandi,Sukandarrumidi dan Djoko Wintolo. 2004.Pemanfaatan Batuan alterasi Studi kasusbatuan di G.Kuda, kec.Dukupuntang, Kab.Cirebon .Tehnik Geologi,Pascasarjana. UGM.JogjakartaSoedjono dan Yogi Prapnomo. 1996. "KetrampilanKeramik", Penerbit Angkasa,BandungB 104

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Upaya Perbaikan Kualitas Pada Proses Pembuatan Bioselulosa–Kitosan DenganGliserol Sebagai Plasticizer Serta Pemanfaatannya Dalam Bidang Medis SebagaiPenutup LukaDjony Izak Rudyardjo dan Riesca Ayu Kusuma WardhaniProgram Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : djoni_unair@yahoo.comAbstrakTelah dilakukan penelitian sintesis dan karakterisasi bioselulosa-kitosan dengan penambahan gliserol sebagaiplasticizer. Penambahan gliserol sebagai plasticizer berfungsi untuk memperlemah kekakuan supaya bioselulosakitosan terhindar dari keretakan dan bersifat lebih fleksibel. Sukrosa yang ditambahkan merupakan sumberglukosa, sedangkan urea yang ditambahkan merupakan sumber karbon. Penambahan kitosan berfungsi untukmemperaktif dari kinerja bioselulosa serta memperbaiki struktur permukaan. Hasil uji sifat mekanik (Tensilestrength dan Elongation at break) pada bioselulosa-kitosan yang berbahan dasar bioselulosa dan kitosandengan variasi penambahan gliserol 1 ml – 4 ml menunjukkan bahwa bioselulosa-kitosan-gliserol memilikikarakteristik yang memenuhi standar sifat mekanik kulit manusia. Bioselulosa-kitosan-gliserol terbaikditunjukkan dengan penambahan komposisi gliserol sebesar 2 ml yang memiliki nilai ketebalan sebesar 126,6 ±6,7 µm, kuat tarik sebesar 27,62 ± 11 MPa, elongasi sebesar 37,08 ± 0,99 %, struktur permukaannya yang rata,tidak terdapat gelembung, bersifat non toksik serta memiliki nilai ketahanan terhadap air sebesar 55,3 ± 0,6 %.Penelitian tersebut menunjukkan penambahan komposisi gliserol yang paling efektif adalah 2 ml gliserol dalam100 ml media nira siwalan.Kata kunci : bioselulosa, kitosan, gliserol, plasticizer.PENDAHULUANSetiap makhluk hidup secara biologis memilikifungsi perlindungan tubuh terhadap infeksi penyakitluka, apabila terdapat luka salah satu metode untukmengobatinya dapat ditutupi atau dirawat denganmenggunakan penutup luka yang telah dilapisi denganbahan antimikroba. Penutup luka yang baik adalahkulit dari pasien tersebut yang bersifat permeabelterhadap uap dan melindungi jaringan tubuh bagiandalam terhadap cedera mekanis dan infeksi.Bioselulosa merupakan polimer alam yang bersifatsama seperti hidrogel yang tidak dijumpai padaselulosa alam. Sifat hidrogel dari bioselulosamemberikan daya serap yang lebih baik danmemberikan karakteristik yang mirip seperti kulitmanusia. Kemiripan sifat dengan kulit manusia daribioselulosa penggunaannya dimanfaatkan serta terusdikembangkan dalam medis antara lain digunakansebagai pengganti kulit sementara untuk merawat lukabakar serius (Ciechanska,D,2004). Pemanfaatanlainnya juga digunakan untuk menutup luka yang baikuntuk pasien yang cedera mekanis maupun akibatinfeksi. Pembentukan bioselulosa adalah dari hasilperubahan monosakarida pada media fermentasimenjadi bioselulosa oleh Acetobacter-xylinumdengan menggunakan media nira kelapa atau nirasiwalan (Bergenia, 1982).Dalam aplikasinya untuk keperluan medispenggunaan bioselulosa hanya dalam waktusementara, disebabkan kekuatan serta sifat bioaktifyang masih rendah. Untuk memperbaiki sertameningkatkan sifat bioaktif dari bioselulosa perludilakukan perlakuan dengan menggabungkan bersamapolisakarida aktif seperti kitosan, yang mana kitosansendiri memiliki kegunaan yang cukup luas dalammedis (Goosen,M.F.A, 1997). Serat kitosandigunakan sebagai benang jahit dalam pembedahanyang dapat diserap oleh tubuh manusia, sebagaiperban penutup luka dan sebagai carrier obat-obatan.Kitosan juga mempengaruhi proses pembekuan darahsehingga dapat digunakan sebagai haemostatik.Kitosan juga bersifat dapat didegradasi secarabiologis, tidak beracun, nonimmunogenik dan cocoksecara biologis dengan jaringan tubuh hewan(Phillips,and Williams, 2000).Untuk menghasilkan kualitas material bioselulosakitosan yang baik tidak terlepas dari penggunaan zatpemlastis yang ditambahkan. Zat pemlastis adalahbahan organik yang ditambahkan ke dalam materialbioselulosa kitosan dengan maksud untukmemperlemah kekakuan dari polimer, sekaligusmeningkatkan fleksibilitas polimer. Di mana salahsatu bahan yang dapat digunakan sebagai zatpemlastis adalah gliserol. Baik bioselulosa bakterimaupun kitosan memiliki gugus hidroksil sehinggabahan pemlastis yang mempunyai gugus hidroksilseperti gliserol yang diharapkan dapat berinteraksidengan kedua bahan tersebut dapat menghasilkansuatu material yang lunak, ulet dan fleksibel.Berdasarkan hal tersebut maka penelitian yangakan dilakukan adalah membuat material bioselulosakitosan dengan bahan dasar bioselulosa dan kitosandengan plasticizer gliserol. Bioselulosa dalampenelitian ini dapat dihasilkan dalam medium nirasiwalan dengan penambahan sukrosa menggunakanAcetobacter Xylinum dengan penambahan urea.Kitosan yang digunakan berasal dari kepiting karenaB 105

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8prosentase kitinnya yang tinggi daripada organismeyang lain. Sedangkan plasticizer yang digunakanadalah gliserol karena gliserol merupakan bahan yangmurah, sumbernya mudah diperoleh, dapatdiperbaharui, ramah lingkungan karena mudahterdegradasi dalam alam dan juga pada konsentrasi25% gliserol bekerja sebagai antiseptik. Sedangkanaplikasi sebagai material bioselulosa-kitosan-gliserolsangat ditentukan oleh karakterisasi yang meliputiketebalan, kekuatan tarik (Tensile strength danElongation at break), struktur permukaan,spektroskopi IR dan ketahanan terhadap air.METODE PENELITIANTahap Isolasi Kitin dari Cangkang Kepitinga. Tahap DeproteinasiCangkang kepiting yang sudah dihaluskandimasukkan ke dalam gelas beker denganditambahkan natrium hidroksida 3,5% denganperbandingan 1:10 (w/v). Proses deproteinasidilakukan selama ± 2 jam pada suhu 75 o C denganpengadukan magnetik stirer. Kulit udang dicucidengan menggunakan aquades hingga pH air cuciannetral. Setelah itu dikeringkan dalam oven pada suhu80 o C sampai kering. Dalam proses ini didapatkancrude kitin.b. Tahap DemineralisasiCrude kitin dimasukkan ke dalam gelas bekerkemudian ditambahkan larutan HCl 2N denganperbandingan antara crude kitin dengan larutan HCl1:15% (w/v). Pada proses ini dilakukan denganpengadukan menggunakan magnetik stirer selama 30menit pada suhu kamar. Setelah itu crude kitin dicucidengan aquades hingga pH air cucia netral, kemudiandikeringkan dalam oven pada suhu 80 o C sampaikering. Dalam proses ini akan menghasilkan kitin.Tahap Tranformasi Kitin menjadi KitosanProses ini dilakukan dengan cara memasukkankitin ke dalam gelas beker, kemudian ditambahkanlarutan NaOH 60% dengan perbandingan kitin danlarutan NaOH 1 : 10 (w/v). Campuran direbus dengansuhu 110°C selama 2 jam dengan pengadukan denganmagnetik stirer. Setelah itu menyaring campuran,kemudian mencucinya dengan aquades hinggadidapatkan pH air cucian netral. Langkah selanjutnyaadalah dengan mengeringkan di dalam oven denganpada suhu 80°C sampai kering, sehingga diperolehkitosan. Kitosan yang diperoleh, kemudian ditimbangdan dicatat.Pembuatan BioselulosaSebanyak 100 ml air nira siwalan hasilpenyaringan dituangkan ke dalam gelas beaker yangtelah dilengkapi dengan pengaduk magnet, ditambah10 gram gula pasir dan 0,5 gram urea, selanjutnyadiaduk hingga larut. Campuran diasamkan denganpenambahan CH 3 COOH 25% hingga pH = 4 danditambahkan 3 gram kitosan diaduk hingga larutkemudian ditambahkan 1 ml gliserol 25 % diaduksambil dipanaskan hingga mendidih selama 15 menit.Selanjutnya dituangkan dalam keadaan panas kedalam wadah fermentasi yang telah disterilkan danditutup. Dibiarkan hingga suhu kamar, laluditambahkan 20 ml media starter Acetobacter xylium.Difermentasi selama 8-14 hari pada suhu kamarsambil dilakukan pengamatan pembentukan pelikel,selanjutnya lapisan yang terbentuk dicuci denganaquades kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu70 – 80 °C. Selanjutnya diulangi perlakuan yang samadengan penambahan gliserol 25 %, masing-masingsebanyak 2 ml, 3 ml, dan 4 ml. Produk yang diperolehdikarakterisasi secara spektroskopi FT-IR, ujiketebalan, uji morfologi, uji ketahanan terhadap air,lalu dilakukan uji tarik.HASIL DAN PEMBAHASANPembuatan KitosanDalam penelitian ini produk yang diperoleh dari74,6753 gram cangkang kepiting didapatkan 19,6393gram kitosan. Untuk mengetahui bahwa produk yangdihasilkan dari proses deasetilasi kitin tersebut adalahkitosan, maka dilakukan Uji Spektrokopi IR. Hasil IRdiperoleh dalam bentuk spektrum yangmenggambarkan besarnya nilai % transmitan danbilangan gelombang untuk kitosan, seperti yangditunjukkan pada Gambar 1. di bawah ini.Transmittance [%]0 20 40 60 80 100 120 14040003852.573445.98350030002881.902359.74D:\SAMPEL\Fisika Unair\Riesca\Kitosan Matang.0 Kitosan Matang Pellet 22/03/2012Gambar 1. Spektrum kitosanDari spektrum IR di atas terlihat tajam yang khaspada gugus karboksil amida pada daerah 1653,48 cm -1 . Selain itu juga terdapat puncak pita serapan gugushidroksil (-O-H) pada daerah 3445,98 cm -1 .Perhitungan derajat deasetilasi menggunakan spektraIR ditentukan dengan absorbansi dari gugus amidadan OH.Dari hasil penelitian berdasarkan analisis spektraIR dengan menggunakan metoda base-line, makadidapatkan nilai perhitungan untuk derajar deasetilasidari kitosan dari cangkang sebesar 82,272%. Standarnilai untuk derajat deasetilasi kitosan adalahDD>70%. Derajat deasetilasi menentukan banyaknyagugus asetil yang telah dihilangkan selama prosestransformasi dari kitin menjadi kitosan. Semakinbesar derajat deasetilasi, maka kitosan akan semakinaktif karena semakin banyak gugus amina yang2137.0825002000Wavenumber cm-1Page 1/11653.4815001421.211380.561323.471256.431154.491082.321000894.98666.56603.97500B 106

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8menggantikan gugus asetil, dimana gugus amina lebihreaktif bila dibandingkan dengan gugus asetil karenaadanya pasangan elektron bebas pada atom nitrogendalam struktur kitosan.Pembuatan BioselulosaSelama fermentasi, kitosan yang ditambahkan kedalam media akan membentuk bioselulosa-kitosandimana terjadi interaksi antara bioselulosa dengankitosan. Gugus NH 2 dari kitosan melalui ikatanhidrogen dan dipol-dipol berinteraksi dengan gugus –OH pada molekul bioselulosa-kitosan. Pada prosespembuatan bioselulosa-kitosan dilakukan variasikomposisi 1 ml, 2 ml, 3 ml, 4 ml gliserol 25%.Selama fermentasi, penambahan gliserol ini jugamengakibatkan terjadi interaksi antara gliserol denganbioselulosa-kitosan melalui ikatan hidrogen danikatan dipol-dipol. Interaksi ini secara hipotesisdigambarkan pada gambar di bawah ini.Gambar 2. Interaksi bioselulosa-kitosan dengan gliserolKarakterisitik Bioselulosa-Kitosan-GliserolHasil Pengukuran Tebal Bioselulosa-Kitosan-GliserolTabel 1. Data pengukuran tebal bioselulosa-kitosan-gliserolKomposisigliserol (ml)Ketebalan Bioselulosa-Kitosan Gliserol ( µ m )1 127,7 ± 5,42 126,6 ± 6,73 127,2 ± 5,84 121,3 ± 1,3Pada bioselulosa-kitosan gliserol dengan variasipenambahan gliserol 1 ml, 2 ml, 3 ml, dan 4 mlmemberikan nilai ketebalan 127,7; 126,6; 127,2; danµ .Hal diatas dapat dijelaskan bahwa nata pada121,3 mdasarnya dapat dihasilkan dari cairan fermentasi yangmengandung gula sebagai sumber karbon, dimanagula ini disintesis oleh bakteri Acetobacter Xylinummenjadi nata. Dengan penambahan gliserol makasemakin banyak komposisi gliserol yang ditambahkanlarutan akan semakin kental atau pekat. Media yangpekat akan menyebabkan terjadinya gangguanmetabolisme bakteri, akibatnya kerja bakteri tidakoptimal dan kegiatan dari bakteri AcetobacterXylinum dalam proses pembentukan bioselulosakitosanakan terhambat (Arviyanti & Yulimartani,2008). Massa kitosan juga menyebabkanpenghambatan kegiatan dari bakteri AcetobacterXylinum dalam proses isomerisasi dari bioselulosakarena adanya reaksi pengikatan dari kitosan yangbereaksi dengan bioselulosa (Setiawan, 2011).Gliserol memiliki sifat hidrofilik yaitu mampumengikat air, sehingga kandungan air dalam bahanmeningkat dan kadar air yang dihasilkan menjaditinggi. Menurut Dewi (2009) nilai kadar air yangtinggi disebabkan oleh kepekatan medium fermentasiyang ada sehingga pembentukan selulosa oleh bakteriterjadi secara lambat yang pada akhirnyamenghasilkan nata dengan susunan selulosa yanglebih longgar karena banyak air yang terperangkap didalamnya.Berdasarkan penelitian ini ketebalan bioselulosakitosangliserol menurun seiring dengan peningkatanpenambahan komposisi gliserol. Pengukuranketebalan bioselulosa-kitosan gliserol dapatdigunakan sebagai indikator keseragaman dan kontrolkualitas bioselulosa-kitosan gliserol yaitu yangmempunyai ketebalan yang tipis tetapi tidak mudahsobek.Hasil Uji Tarik dan Elongasi Bioselulosa-Kitosan-GliserolTabel 2. Data pengukuran kuat tarik dan elongasi bioselulosakitosan-gliserolKomposisigliserol (ml)σ (Mpa) ε (%)1 31,05 ± 12 34,58 ± 0,982 27,62 ± 11 37,08 ± 0,993 30,94 ± 12 35,25 ± 0,964 29,92 ± 12 35,80 ± 0,97Gambar 3. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadap ketebalanrata-rata bioselulosa-kitosan-gliserolB 107

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sifat gliserol sebagai plasticizer adalah menurunkankekakuan supaya lebih fleksibel sehingga kekuatanbioselulosa-kitosan gliserol juga menurun.Tabel 3. Perbandingan standar karakteristik sifat mekanik kulitmanusiaGambar 4. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadap elongasibioselulosa-kitosanGambar 5. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadap kuat tarikbioselulosa-kitosan-gliserolPeningkatan elongasi bioselulosa-kitosan gliserolterjadi karena molekul pemlastis yaitu gliserolmempunyai gaya interaksi yang cukup kuat denganpolimer dalam bioselulosa-kitosan gliserol sehinggamolekul pemlastis berdifusi kedalam rantai polimer.Dalam hal ini molekul pemlastis akan berada diantararantai polimer (antara polimer bioselulosa dankitosan) dan mempengaruhi mobilitas rantai yangdapat meningkatkan plastisasi sampai bataskompatibilitas (sifat yang menguntungan ketikaterjadi pencampuran polimer) rantai. Plastisasi adalahproses penambahan suatu zat cair atau padat agarmeningkatkan sifat plastisitas suatu bahan, sedangkanzat yang ditambahkan disebut plasticizer ataupemlastis. Jika jumlah pemlastis melebihi batas ini,maka akan terjadi plastisasi berlebihan sehinggaplastisasi tidak efisien lagi (Kurnia, 2010).Penambahan plasticizer gliserol lebih dari 2 mlmenunjukkan hasil elongasi cenderung menurun. Halini terjadi karena penambahan gliserol telah melewatibatas sehingga molekul pemlastis yang berlebihberada pada fase tersendiri di luar fase bioselulosa dankitosan. Keadaan tersebut menyebabkan penurunangaya intermolekul antar rantai menurun. Dari analisatersebut dapat diketahui bahwa penambahan gliserolyang paling efektif untuk meningkatkan elongasiadalah tidak lebih dari 2 ml.Pada penambahan gliserol 2 ml terlihat bahwanilai kuat tariknya sebesar 27,62 MPa lebih kecildibandingkan dengan penambahan gliserol 1 ml, 3 ml,dan 4 ml. Hal ini disebabkan karena padapenambahan gliserol 2 ml sampel berada pada bataskompatibilitas. Selain itu hal tersebut terjadi karenaBioselulosa-kitosan gliserol dapat digunakansebagai material medis jika memenuhi standar sifatmekanik tertentu. Berdasarkan pada tabel 3 padapenelitian Vogel (1987) material medis yangdihasilkan yaitu dengan nilai kuat tarik antara 5 MPa– 32 MPa, sedangkan elongasi antara 30 % - 115 %.Hasil uji sifat mebataskanik (Tensile strength danElongation at break) pada bioselulosa-kitosan yangberbahan dasar bioselulosa dan kitosan dengan variasipenambahan gliserol 1 ml – 4 ml pada tabel IImenunjukkan sifat mekanik yang baik. Hal tersebutterbukti karena bioselulosa-kitosan gliserol yangdihasilkan memenuhi standar sifat mekanik yang adapada kulit manusia.Hasil Uji Morfologi Bioselulosa-Kitosan-Gliserol(a)(c)(c)(b)(d)(d)Gambar 6. Hasil uji mikroskop optik permukaan atas bioselulosakitosandengan variasi komposisi gliserol (a) 1 ml, (b) 2 ml, (c) 3ml, (d) 4 ml.Berdasarkan gambar di atas dapat diketahuibahwa pada penampang atas bioselulosa-kitosangliserol yang terdiri dari campuran bioselulosa dankitosan dengan penambahan variasi komposisigliserol 1 ml sampai 4 ml menunjukkan strukturpermukaan yang tidak terlihat adanya sedikitgelembung dan tidak berongga. Bioselulosa-kitosangliserol dengan penambahan gliserol 2 mlmenunjukkan struktur permukaan yang halus, rata,B 108

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dan tidak adanya kerutan bila dibandingkan denganpenambahan gliserol 1 ml, 3 ml, dan 4 ml.Pada pembahasan sebelumnya telah dijelaskanbahwa plasticizer bekerja dengan cara melekatkandirinya sendiri di antara rantai-rantai polimer. Terjadihal lain ketika penambahan gliserol 1 ml, 3 ml, dan 4ml yang menunjukkan pada penampang atasbioselulosa-kitosan gliserol terdapat gliserol yangkurang merata yang ditunjukkan dengan adanyakerutan-kerutan, padahal seharusnya gliserol berada diantara bioselulosa dan kitosan. Hal ini terjadi karenapenambahan gliserol telah melewati batas sehinggamolekul pemlastis yang berlebih berada pada fasetersendiri di luar fase pati dan kitosan sehinggamengakibatkan gliserol pada bioselulosa-kitosangliserol semakin terlihat kurang merata.Hasil Uji Ketahanan Terhadap Air Bioselulosa-Kitosan-GliserolTabel 4. Data pengukuran ketahanan terhadap air bioselulosakitosan-gliserolVariasigliserol(ml)Massaawal(gram)Massaakhir(gram)Penyerapan(%)1 0,0427 0,0654 53,2 ± 0,62 0,0438 0,0680 55,3 ± 0,63 0,0437 0,0720 64,8 ± 0,64 0,0348 0,0594 70,7 ± 0,8Gambar 7. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadap % air yangdiserap bioselulosa-kitosan-gliserolDari data gambar di atas dapat dilihat bahwasemakin banyak penambahan komposisi gliserolsemakin besar penyerapan yang terjadi. Hal inidisebabkan karena gliserol merupakan plasticizeryang bersifat hidrofilik sehingga mempunyaikemampuan mengikat air. Peningkatan konsentrasigliserol mengakibatkan air yang tertahan dalammatriks bioselulosa-kitosan gliserol semakinmeningkat.Menurut Ciechanska (2004) bioselulosamenunjukkan kandungan air yang tinggi (98 – 99%)dan daya serap cairan yang baik. Karena sifatbioselulosa memiliki daya serap yang baik terhadapcairan dan keberadaan gugus-gugus hidrofilik dalammatriks bioselulosa-kitosan gliserol menyebabkan airterikat, film jadi mudah mengembang dan banyakB 109menyerap air sehingga penyerapan air padabioselulosa-kitosan gliserol akan cenderung tinggi.Hal ini sesuai sifat yang dimiliki gliserol sebagaihidrofilik sehingga gliserol dapat bekerja efisien dankompatibel. Hal tersebut didukung dengan hasil ujimorfologi yang menunjukkan bahwa semakin banyakpenambahan gliserol pada komposisi lebih dari 2 mlmaka semakin banyak gliserol yang tidak merataberada di atas bioselulosa dan kitosan karena tidakberada diantara bioselulosa dan kitosan sehinggamemudahkan bioselulosa-kitosan gliserol untukmenyerap air.KESIMPULANDari hasil pengujian, pengamatan, serta hasil danpembahasan yang telah dilakukan dalam penelitianini, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :1. Penambahan gliserol mempengaruhi karakteritiksifat mekanik dan sifat fisis bioselulosa-kitosangliserol,dimana struktur penampangnya semakinhalus, tipis, dan fleksibel. Selain itu penambahangliserol membuat kekuatan bioselulosa-kitosangliserolcenderung menurun, elongasinyacenderung naik dan ketahanan terhadap airsemakin menurun.2. Komposit bioselulosa-kitosan-gliserol dapatdimanfaatkan sebagai salah satu keperluanpengobatan dalam bidang medis karena memenuhistandar sifat mekanik tertentu. Karakteristikbioselulosa-kitosan-gliserol yang terbaik diberikanpada penambahan gliserol 2 ml, dimana nilaiketebalannya adalah 126,6 ± 6,7 µm, kuat tariksebesar 28 ± 11 MPa, elongasinya sebesar 37,08 ±0,99 %, air yang diserap 55,3 ± 0,6 %, strukturpermukaannya halus, rata, tidak adanya kerutandan tidak terdapat gelembung.DAFTAR PUSTAKAAnnaidh, A.N, et al, 2011, Characterization of TheAnisotropic Mechanichal Properties ofExcised Human Skin, Journal of TheMechanical Behavior of Biomedical Materials,University College Dublind, Ireland: ElsevierScience Ltd.Arviyanti, E., & Yulimartani, N., 2008, PengaruhPenambahan Air Limbah Tapioka Pada ProsesPembuatan Nata, Program Studi Teknik KimiaFT, UNDIP, Semarang.Bergenia H.A., 1982, Reserve osmosis of coconutwater through cellulose acetat membrane,Proceedings of the second ASEAN workshopMembrane Technology.Ciechanska, D., 2004, Multifunctional BacterialCellulose/Chitosan Composite Materials forMedical Application, Fiber & Textiles inEastern Europe volume 12 No.4(48):p. 69-72,Institute of Chemical Fiber, Poland.Dewi, Saraswati, 2009, Pengaruh Jenis Gula danLama Inkubasi Terhadap Kualitas Nata DeMilko Ditinjau dari Serat Kasar, Rendemen

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dan Kadar air, Skripsi, Program StudiTeknologi Hasil Ternak Fakultas Peternakan,UNIBRAW, Malang.Goosen, M.FA, 1997, application of Chitin andChitosan, Technology Publishing Co. Inc,Lancaster.Kurnia, W.A., 2010, Sintesis dan Karakterisasi EdibleFilm Komposit dari Bahan Dasar Kitosan,Pati dan Asam Laurat, Skripsi, Program StudiFisika Fakultas Sains dan Teknologi, UNAIR,Surabaya.Phillips, G.O. and Williams, P.A., 2000, Handbook ofHydrocolloid, Woodhead Publishing Limited,Cambridge.Setiawan, Agus, 2011, Sintesis dan KarakterisasiBioselulosa-Kitosan Serta PemanfaatannyaDalam Bidang Medis, Skripsi, Program StudiFisika Fakultas Sains dan Teknologi, UNAIR,Surabaya.B 110

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SINTESIS DAN STUDI KARAKTERISTIK MEKANIK KERAMIK REFRAKTORIDENGAN VARIASI KOMPOSISI UNSUR DAN SUHU SINTERINGJan Ady 1 , Indra Suci Rahayu 21,2 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail: isuci_rahayu@yahoo.co.idABSTRAKTelah dilakukan pembuatan keramik refraktori dengan bahan baku alumina, silika dan megnesit. Pembuatankeramik refraktori yang dihasilkan dibuat dengan prosentase 35%Al 2 O 3 -55%SiO 2 -10%MgCO 3 , 45%Al 2 O 3 -45%SiO 2 -10%MgCO 3 , dan 55%Al 2 O 3 -35%SiO 2 -10%MgCO 3 dengan variasi suhu sintering 1100 o C, 1150 o Cdan 1200 o C. Bahan yang digunakan berukuran 0,074mm. Dari hasil pembuatan keramik refraktori makadilakukan karakterisasi meliputi kekuatan patah, ketangguhan dan kekuatan tekan. Hasil karakterisasi sampelkeramik refraktori yang telah disintering menunjukkan bahwa suhu sintering optimal adalah 1200Oc untuksemua komposisi yang telah dibuat. Untuk sampel keramik 35%Al 2 O 3 -55%SiO 2 -10%MgCO 3 diperolehkekuatan patah 27,497304 MPa, kekuatan tekan 243,086173MPa dan ketangguhan 0,097316Mpam 1/2 . Untuksampel keramik 45%Al 2 O 3 -45%SiO 2 -10%MgCO 3 diperoleh kekuatan patah 39,975114 MPa, kekuatan tekan198,850574MPa dan ketangguhan 0,074371 MPa m 1/2 . Sedangkan untuk sampel keramik 55%Al 2 O 3 -35%SiO 2 -10%MgCO 3 diperoleh kekuatan patah 42,763444 MPa, kekuatan tekan 264,412575 Mpa dan ketangguhan0,105169MPa m 1/2 .Kata Kunci : Keramik Refraktori, Alumina, Silika, Magnesit, SinteringABSTRACTHave been carried out with the manufacture of refractory ceramic material alumina, silica and megnesit.Manufacture of refractory ceramic that is produced is made with the percentage of 35% Al 2 O 3 -55% SiO 2 -10%MgCO 3 , 45% Al 2 O 3 -45% SiO 2 -10% MgCO 3 , and 55% Al 2 O 3 -35% SiO 2 -10% MgCO 3 with sinteringtemperature variations 1100 o C, 1150 o C and 1200 o C. The materials used measuring 0,074 mm. From themanufacture of refractory ceramic characterization is carried out covering a broken force, toughness andcompressive strength. The results of sample characterization of refractory ceramics which have disinteringshown that the optimal sintering temperature for all compositions 1200 o C that have been made. To ceramicsample 35% Al 2 O 3 -55% SiO 2 -10% MgCO 3 obtained 27,497304 MPa fracture strength, compressive strengthand toughness 243,08617 MPa ; 0,097316 MPa m 1/2 . To ceramic sample 45% Al 2 O 3 -45% SiO 2 -10% MgCO 3obtained 39,975114 MPa fracture strength, compressive strength and toughness 198,850574 MPa ; 0,074371MPa m 1/2 . Whereas for ceramic sample 55% Al 2 O 3 -35% SiO 2 -10% MgCO 3 obtained 42,763444 MPa fracturestrength, compressive strength and toughness 264,412575 Mpa; 0,105169 MPa m 1/2. .Key word : Refractory Ceramic, Alumina, Silika, Magnesit, sinteringPENDAHULUANPerkembangan ilmu pengetahuan dan teknologisaat ini berkembang sangat pesat. Salah satunya yaituperkembangan teknologi dibidang industri logam.Perkembangan teknologi di bidang industri logamyang berlangsung demikian cepat dan diiringi olehtuntutan kebutuhan akan bahan logam yang semakinmeningkat menyebabkan ketersediaan bahan tahan api(refraktori) menjadi suatu hal yang penting.Pembuatan keramik refraktori merupakan suatupilihan yang bijak terlebih lagi didasarkan padakemampuan sumber daya alam sendiri.Strategi pengembangan ilmu pengetahuan danteknologi pada masing-masing negara umumnyamengacu pada kompetisi negaranya. Dalamkenyataannya, Indonesia memiliki keunggulan yangberupa kekayaan sumber daya alam baik berupamineral pasir besi, kuarsa, alumina, tembaga, emasdan lain-lain (www.indonetwork.co.id). Di JawaB 111Timur pada wilayah utara dan selatan dikelilingi olehpegunungan kapur yang memproduksi sumber dayaalam baik berupa mineral pasir besi, kuarsa, alumina,tembaga, emas dan lain-lain. Alumina (Al 2 O 3 )termasuk meneralogi batuan yang prosentasekandungannya nomor dua (15,01%) setelah pasirsilika (SiO 2 ) (69,39%) (BPPS, 2008). Namun, sumberdaya tersebut masih belum banyak nilai tambahsehingga belum dapat dijadikan sebagai penentu dayasaing bangsa.Alumina mempunyai keunggulan yaitumempunyai titik leleh yang tinggi (2050 o C). Dengankelebihan tersebut alumina dapat digunakan sebagaibahan keramik refraktori. Akan tetapi untuk membuatkeramik refraktori dengan bahan alumina yangmempunyai titik leleh yang tinggi dibutuhkansintering dengan suhu yang tinggi juga. Oleh sebab ituperlu adanya zat aditif yang berguna menurunkansuhu sintering. Dalam penelitian ini, silika danmagnesit dipilih sebagai bahan aditif dan akan

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dipadukan dengan alumina untuk menghasilkankeramik refraktori.METODOLOGI PENELITIANMetode penelitian mencakup tahap persiapan dan proses pembuatankeramik refraktori. Proses selanjutnya adalah pengujian sifatmekanik keramik refraktori. Alur kegiatan disajikan pada bagan alirdi bawah ini (Gambar 1).kuekuatan patah (MPa)Grafik hubungan antara suhusinteringterhadap kekuatan patah4020011001150suhu sintering ( o C)1200Gambar 2. Grafik hubungan antara Suhu Sintering terhadapBending Strength untuk sampel 35% Al 2O 3 - 55% SiO 2 - 10%MgCO 3Grafik hubungan antara suhusinteringterhadap kekuatan patahkuekuatan patah (MPa)40200110011501200suhu sintering ( o C).Gambar 3. Grafik hubungan antara Suhu Sintering terhadapBending Strength untuk sampel 45% Al 2O 3 - 45% SiO 2 - 10%MgCO 3Grafik hubungan antara suhusinteringterhadap kekuatan patahGambar 1. Bagan alir rangkaian kegiatan pembuatan keramikrefraktoriHASIL DAN PEMBAHASANHasil penelitian terhadap karakteristik sifatmekanik yang meliputi kekuatan patah, kekuatanpatah dan ketangguhan disajikan pada tabel 1, 2 dan3.Tabel 1. Data pengujian kekuatan patah untuk setiap variasikomposisi dan suhu sinteringDari data yang diperoleh pada Tabel 1. dapatdisajikan grafik hubungan antara kekuatan patahterhadap suhu sinteringnya pada masing-masingkomposisi.kuekuatan patah (MPa)604020011001150suhu sintering ( o C)1200Gambar 4. Grafik hubungan antara Suhu Sintering terhadapBending Strength untuk sampel 55% Al 2O 3 - 35% SiO 2 - 10%MgCO 3Dari data yang diperoleh pada Tabel 1. untukpengujian kekuatan patah menunjukkan bahawa Rataratakekuatan patah (bending strength) untuk semuasampel terhadap kenaikan suhu sinteringmenunjukkan pola yang sama, yaitu semakin besarsuhu sinteringnya maka nilai kekuatan patahnyacenderung meningkat. Hal ini berarti ikatan antarabutiran yang satu dengan yang lainnya semakin kuatdengan naiknya suhu sintering. Dan gaya untukmelepaskan atau merusak ikatan tersebut semakinbesar dengan naiknya suhu sintering, oleh karena itunilai kekuatan patahnya juga cenderung meningkatB 112

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dengan kenaikan suhu sinteringnya. Dari ketigavariasi komposisi yang dibuat, yang menghasilkannilai kekuatan yang paling besar adalah keramikrefraktori dengan komposisi 55% Al 2 O 3 - 35% SiO 2 -10% MgCO 3 . Komposisi tersebut dapat menghasilkankeramik refraktori yang mempunyai kekuatan patahyang besar dikarenakan karena prosentase Aluminayang paling besar jika dibandingkan dengan variasikomposisi lainnya, Alumina mempunyai sifatmekanik yang baik yaitu kekuatan patah 350 Mpaoleh karena itu komposisi keramik yang mengandungbanyak Alumina mempunyai kekuatan patah yangbesar.Tabel 2. Data pengujian ketangguhan untuk setiap variasikomposisi dan suhu sinteringDari data yang diperoleh pada Tabel 2. dapatdisajikan grafik hubungan antara kekuatan patahterhadap suhu sinteringnya pada masing-masingkomposisi.Ketangguhan (MPa m 1/2 )Grafik hubungan antara ketangguhanterhadap suhu sintering0,150,10,050110011501200Suhu sintering ( o C)Gambar 7. Grafik hubungan antara suhu sintering terhadapketangguhan untuk sampel 55% Al 2O 3 - 35% SiO 2 - 10% MgCO 3Dari data yang diperoleh pada Tabel 2. Untukpengujian ketangguhan menunjukkan bahwa Hasilpengujian ketangguhan pada sampel keramikrefraktori yang telah dihasilkan dari variasi komposisidan suhu sintering rata-rata diperoleh nilaiketangguhan yang kecil. Memang pada dasarnyakeramik mempunyai sifat getas dan mudah patah(Surdia,2000). Keramik tersebut tidak tahan terhadapbenturan atau tumbukan, itu artinya jumlah energiyang diserap sampai keramik tersebut patah itu sangatsedikit.Tabel 3. Data pengujian kekuatan tekan untuk setiap variasikomposisi dan suhu sinteringGrafik hubungan antara ketangguhanterhadap suhu sinteringKetangguhan (MPa m 1/2 )0,10,050110011501200Suhu sintering ( o C)Gambar 5. Grafik hubungan antara suhu sintering tarhadapketangguhan untuk sampel 35% Al 2O 3 - 55% SiO 2 - 10% MgCO 3Grafik hubungan antara ketangguhanterhadap suhu sinteringDari data yang diperoleh pada Tabel 3. dapatdisajikan grafik hubungan antara kekuatan patahterhadap suhu sinteringnya pada masing-masingkomposisi.Grafik hubungan antara kekuatan tekanterhadap suhu sinteringKetangguhan (MPa m 1/2 )0,10,050110011501200Suhu sintering ( o C)Kekuatan tekan (MPa)3002001000110011501200Suhu sintering ( o C)Gambar 6. Grafik hubungan antara suhu sintering terhadapketangguhan untuk sampel 45% Al 2O 3 - 45% SiO 2 - 10% MgCO 3B 113

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 8. Grafik hubungan antara suhu sintering terhadapkekuatan tekan untuk sampel 35% Al 2O 3 - 55% SiO 2 - 10%MgCO 3Kekuatan tekan (MPa)Gambar 9. Grafik hubungan antara suhu sintering terhadapkekuatan tekan untuk sampel 45% Al 2O 3 - 45% SiO 2 - 10%MgCO 3Kekuatan tekan (MPa)Gambar 10. Grafik hubungan antara suhu sintering terhadapkekuatan tekan untuk sampel 55% Al 2O 3 - 35% SiO 2 - 10%MgCO 3Dari data yang diperoleh pada Tabel 3. Untukpengujian kekuatan tekan menunjukkan bahawa nilaikekuatan tekan cenderung meningkat seiring denganmeningkatnya suhu sintering, sama halnya pada hasilkekuatan patah. Hal itu menunjukkan bahwa, dalampenelitian ini suhu sintering optimal untukmemperoleh nilai kekuatan patah yang besar adalahsuhu 1200 o C. Semakin tinggi suhu sinteringnya makasemakin padat sampel yang dibuat, artinya ikatanantara butiran yang satu dengan yang lainnya semakinkuat. Hal itu menyebabkan gaya untuk merusak ikatantersebut semakin besar dengan naiknya suhu sintering.Oleh karena itu nilai kekuatan tekannya jugacenderung meningkat dengan naiknya suhu sintering.KESIMPULANGrafik hubungan antara kekuatan tekanterhadap suhu sintering200100011001150Suhu sintering ( o C)1200Grafik hubungan antara kekuatan tekanterhadap suhu sintering300200100011001150Suhu sintering ( o C)1200Dari hasil penelitian, diperoleh kesimpulanbahwa nilai kekuatan patah dan kekuatan tekancenderung meningkat seiring dengan meningkatnyasuhu sintering. Nilai kekuatan patah dan kekuatantekan yang paling besar dihasilkan pada keramikrefraktori dengan suhu sintering 1200 o C. Komposisiyang menghasilkan nilai kekuatan patah dan kekuatantekan yang besar yaitu 55%Al 2 O 3 -35%SiO 2 -10%MgCO 3 . Akan tetapi keramik refraktori yangdihasilkan pada masing-masing komposisi yang telahdibuat dengan variasi suhu mempuyai nilaiketangguhan yang sangat kecil.UCAPAN TERIMAKASIHUcapan terima kasih disampaikan kepadaUniversitas Airlangga Surabaya dan Unit KeramikMalang yang telah memfasilitasi penelitian ini.DAFTAR PUSTAKABartuli, C., dkk., 2007, Thermal Spraying to CoatTraditional Ceramic Substrates: Case Studies,Journal of the European Ceramic Society1615-1622Djangang, C.N., dkk., 2008, Refractory ceramics fromclays of Mayouom and Mvan in Cameroon,Applied Clay Science 39 10-18http://www.indonetwork.co.id/sell/kimia/0.htmlMaghfirah, Awan, 2007, Pembuatan Keramik PaduanZirkonia (ZrO 2 ) dengan Alumina (Al 2 O 3 ) danKarakterisasinya, Sekolah Pasca SarjanaUniversitas Sumatera Utara MedanMucahit, Sutcu, 2010, Utilization of recycled paperprocessing residues and clay of differentsources for the production of porous anorthiteceramics, Journal of the European Society 30,1785-1793Ribeiro, M.J., dkk., 2002, Recycling of Al-richindustrial sludge in refractory ceramic pressedbodies, Ceramics International 28 319-326Sihole, Marlon, 2008, Analisis PengaruhPenambahan Mullite 3Al 2 O 3 .2SiO 2 danVariasi Suhu Sintering Terhadap KarakteristikKeramik Al2O3 dengan Simulasi ProgramMatlab, Sekolah Pasca Sarjana UniversitasSumatera Utara MedanSurdia, 2000, Pengetahuan Bahan Teknik, PT.Prodnya Paramita, JakartaB 114

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8KARAKTERISASI IN VITRO DAN IN VIVO KOMPOSITALGINAT - POLI VINIL ALKOHOL – ZnO NANO SEBAGAI WOUND DRESSINGANTIBAKTERIPerwitasari F. L. R 1 , Aminatun 2 , S. Sumarsih 31 Program Studi Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga2 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga3 Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : perwitasariflr@gmail.comAbstrakKecenderungan penyembuhan luka pada saat ini adalah moist wound healing yang berarti kelembabanlingkungan di sekitar luka dijaga sehingga dapat mempercepat penyembuhan. Pada penelitian ini telah dibuathidrogel alginat-poli vinil alkohol-ZnO nano sebagai wound dressing dan dikarakterisasi secara in vitro dan invivo. Pembuatan hidrogel dilakukan dengan cara konvensional mencampurkan semua bahan dalam bentuklarutan dan dicetak pada plat kaca. Hidrogel alginat dan poli vinil alkohol dibuat dengan menambahkankonsentrasi ZnO nano yang berbeda (0,25; 0,5; dan 0,75%). Hidrogel alginat-poli vinil alkohol-ZnO nano yangterbentuk dikarakterisasi menggunakan uji FT-IR, uji antibakteri, dan uji in vivo. Hasil uji FTIR menunjukkanterbentuknya ikatan antara alginat dan poli vinil alkohol yang dapat ditunjukkan oleh terbentuknya guguskarbonil dan hidroksil pada bilangan gelombang 1639 cm -1 dan 3423 cm -1 . Hasil uji antibakteri menunjukkansemakin tinggi konsentrasi ZnO nano yang digunakan, semakin luas zona inhibisi pada kultur mikroba ujiStaphylococcus aureus. Nilai MIC didapatkan pada hidrogel dengan konsentrasi ZnO nano 0,25 dan 0,5%,sedangkan nilai MBC didapatkan pada hidrogel dengan konsentrasi ZnO nano 0,75%. Hidrogel alginat-polivinil alkohol-ZnO nano dapat mempercepat penyembuhan luka yang ditunjukkan dari hasil uji in vivo padamencit yaitu luka sembuh pada kisaran hari ke-3 hingga hari ke-5 dibandingkan dengan kontrol yang masihbelum sembuh hingga hari ke-7.Kata kunci : hidrogel, alginat, poli vinil alkohol, ZnO nano, wound dressing, antibakteriPENDAHULUANTerjadinya peradangan pada luka adalah halalami yang sering kali memproduksi eksudat.Mengatasi eksudat adalah bagian penting daripenanganan luka. Selanjutnya, mengontrol eksudatjuga sangat penting untuk menangani kondisi dasarluka, yang mana selama ini masih kurangdiperhatikan dan kurang diannggap sebagai suatu halyang penting bagi perawat, akibatnya bila produksieksudat tidak dikontrol dapat meningkatkan jumlahbakteri pada luka, kerusakan kulit, bau pada luka danpasti akan meningkatkan biaya perawatan setiap kalimengganti balutan.Keseimbangan kelembaban pada permukaanbalutan luka adalah faktor kunci dalammengoptimalkan perbaikan jaringan, mengeliminasieksudat dari luka yang berlebihan pada luka kronikyang merupakan bagian penting untuk permukaanluka. Untuk itu dikembangkan suatu metodeperawatan luka dengan cara mempertahankan isolasilingkungan luka agar tetap lembab denganmenggunakan balutan penahan kelembaban, yangdikenal dengan moist wound healing. Metode inisecara klinis memiliki keuntungan akan meningkatkanproliferasi dan migrasi dari sel-sel epitel disekitarlapisan air yang tipis, mengurangi resiko timbulnyajaringan parut dan lain-lain, disamping itu beberapakeunggulan metode ini dibandingkan dengan kondisiB 115luka yang kering adalah meningkatkan epitelisasi 30-50%, meningkatkan sintesa kolagen sebanyak 50 %,rata-rata re-epitelisasi dengan kelembaban 2-5 kalilebih cepat serta dapat mengurangi kehilangan cairandari atas permukaan luka (Tarigan dan Pemila, 2007).Alginat sampai saat ini banyak ditelitimanfaatnya untuk tekstil medis, terutama sebagaiproduk alternatif pembalut luka. Dari penelitianterdahulu diperoleh membran alginat berdaya seraptinggi, bersifat antibakteri dan dapat mempercepatpenyembuhan luka. Keuntungan dari balutan alginatadalah mengaktifkan ion-ion pada permukaan lukasehingga memberikan suasana lembab, menguranginyeri, rendah alergi, absorbent, dan meningkatkanhomeostasis pada perdarahan. Keuntungan lain daripenggunaan alginat, biaya lebih efektif karenapenggantian balutan akan berkurang, balutan dapatdiangkat dengan menggunakan larutan normal salin.Di bandingkan dengan kasa parafin, kualitaspenyembuhan dengan alginat lebih baik (Haryantodan Sumarsih, 2008).Sifat kaku dan rapuh merupakan kelemahan darialginat dan untuk memperbaiki sifat tersebut, alginatdapat dicampurkan dengan polimer vinil yangkompatibel dan fleksibel. Sebagian besar polimeralam, meskipun telah memiliki biokompatibilitas danbiodegradasi, tetapi memiliki sifat mekanik yanglemah dan sulit diproses bila dibandingkan denganpolimer sintetis. Telah ada beberapa laporan yangmeneliti paduan alginat dengan polimer sintetis

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8seperti poli vinil alkohol (PVA) dan poli etilen oksida(PEO) (Shalumon et al., 2010).PVA merupakan salah satu polimer yang larutdalam air dan memiliki kemampuan membentuk seratyang baik, biokompatibel, memiliki ketahanan kimia,dan biodegradable. Pada penelitian Shalumon et al.(2010), PVA dapat berinteraksi dengan natriumalginat melalui melalui metode electrospinningmembentuk komposit. Selain itu juga diketahui bahwaPVA dapat membentuk gel dengan berbagai pelarut.Salah satu karakteristik yang dibutuhkan dalampembuatan penutup luka adalah antimikroba, diantaramaterial di alam yang memiliki sifat tersebut salahsatunya adalah seng oksida. Partikel ZnO berukurannano memiliki aktivitas antimikroba lebih baik daripartikel besar, karena ukuran kecil (kurang dari 100nm) dan luas permukaan nanopartikelmemungkinkan interaksi yang lebih baik denganbakteri. ZnO dapat mengobati luka ringan,pengurangan inflamasi, dan anti mikroba (Walton danTorabinejad, 1998).Pada penelitian ini penulis hendak memadukanalginat–poli vinil alkohol–ZnO nano dengan metodepencampuran yang lebih sederhana yaitumenggunakan metode hidrogel. Komposisi ZnO nanoyang digunakan adalah 0,25%; 0,5%; dan 0,75%.Pengamatan pada hewan coba untuk mengetahui efekpada proses penyembuhan luka juga dilakukan.Harapan dari penelitian ini adalah penulis dapatmensintesis penutup luka yang memiliki karakteristikantara lain : sifat-sifat biokompatibilitas, memilikiaktivitas antibakteri dibuktikan melalui uji antibakteripada mikroba uji Staphylococcus aureus, dapatmenyerap eksudat berlebih yang diamati melaluikondisi hewan coba secara makroskopis, dan dapatmempercepat penyembuhan luka yang diamati darihari penyembuhan.BAHAN DAN METODE1. BahanAlginat, poli vinil alkohol (PVA), ZnO nano,aquades, asam sitrat, bakteri Staphylococcus aureus,MSA (Manitol Salt Agar), MHA (Mueller-HintonAgar), MHB (Mueller-Hinton Broth), mencit.2. MetodePaduan 16 gram PVA dan 2 gram alginat dibuatdalam 200 ml larutan, lalu dibagi menjadi sampel K,A, B, dan C dengan ditambahkan variasi komposisiZnO nano 0%, 0,25%, 0,5%, dan 0,75%. Masingmasingsampel diaduk secara homogen menggunakanmagnettic stirrer pada suhu 70 o C selama 1 jam.Hidrogel yang terbentuk, dituang lalu diratakan padaplat kaca yang sudah dilapisi kasa steril sebelumnya.Hasil yang didapat dibiarkan pada suhu kamar sampaimengering.3. KarakterisasiBeberapa uji dilakukan, antara lain uji FT-IR, ujiantibakteri, dan uji in vivo. Hasil dari masing-masinguji kemudian dianalisa.HASIL DAN PEMBAHASAN1. Hasil Uji FT-IRInteraksi antara alginat dan PVA dalam paduandapat ditunjukkan dari ikatan hidrogen yang terdapatpada hasil FT-IR pada Gambar 1. Gugus karbonil(C=O) alginat ditunjukkan pada bilangan gelombang1635 cm -1 dan gugus hidroksil (-OH) pada bilangangelombang 3457 cm -1 . Gugus karbonil (C=O) PVAditunjukkan pada bilangan gelombang 1635 cm -1 dangugus hidroksil (-OH) pada bilangan gelombang 3444cm -1 (Shalumon et al., 2011). Spektrum FT-IR padaGambar 1 merupakan spektrum paduan alginat danPVA. Gugus karbonil (C=O) alginat-PVAditunjukkan pada bilangan gelombang 1640 cm -1 dangugus hidroksil (-OH) pada bilangan gelombang 3426cm -1 . Gugus hidroksil yang dihasilkan relatif luasdimungkinkan akibat beberapa ikatan antarmolekulhidrogen alginat dan PVA. Sedangkan spektrum FT-IR hidrogel alginat-PVA-ZnO nano ditunjukkan padaGambar 2.Gambar 1 Spektrum FT-IR alginat-PVA Gambar 2 Spektrum FT-IR alginat-PVA-ZnO 0,75%Gambar 2 merupakan spektrum FT-IR hidrogelalginat-PVA-ZnO nano 0,75% yang dipilih untukmewakili uji FT-IR hidrogel dengan berbagai variasikomposisi ZnO nano yang dibuat. Gugus karbonil(C=O) alginat-PVA ditunjukkan pada bilangangelombang 1639 cm -1 dan gugus hidroksil (-OH) padabilangan gelombang 3423 cm -1 . Sedangkan ZnOditunjukkan pada bilangan gelombang 560 cm -1(Shalumon et al., 2010), pada Gambar 2 ditunjukkankeberadaan ZnO pada bilangan gelombang 613 cm -1 .B 116

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Terdapat sedikit pergeseran bilangan gelombang yangmenunjukkan bahwa ZnO telah berikatan dengansenyawa lain dalam hidrogel.2. Hasil Uji AntibakteriMetode Cakram KertasHasil uji cakram kertas menunjukkan bahwahidrogel alginat-PVA tanpa ZnO nano sebagai kontroltidak menunjukkan sifat antibakteri karena tidakterbentuk halo atau zona inhibisi. Sedangkan ujiantibakteri hidrogel alginat-PVA-ZnO nano padamikroba uji Staphylococcus aureus menggunakanmetode cakram kertas menunjukkan hasil positif yangberarti terdapat aktivitas penghambatan padapertumbuhan mikroba uji. Aktivitas penghambatanditunjukkan dengan terbentuknya zona inhibisi disekitar cakram kertas (paper disc) yang telah diinjeksihidrogel dan diinkubasi pada suhu ruang selama 24jam.Rata-rata diameter zona inhibisi hidrogel alginat-PVA-ZnO nano 0,25% sebesar (7,95 ± 1,95) mm,rata-rata diameter zona inhibisi hidrogel alginat-PVA-ZnO nano 0,5% sebesar (9,93 ± 4,26) mm, rata-ratadiameter zona inhibisi hidrogel alginat-PVA-ZnOnano 0,75% sebesar (11,87 ± 2,89) mm. Pada hasiluji cakram kertas, terlihat bahwa variasi konsentrasiZnO nano yang diberikan berpengaruh pada luasanzona inhibisi yang terbentuk di sekitar cakram kertas.Semakin tinggi konsentrasi ZnO nano yang diberikan,semakin luas pula zona inhibisi yang terbentuk.Metode Pengenceran dalam TabungBeberapa variasi konsentrasi ZnO nano yangdigunakan dalam penelitian menunjukkan hasil yangberbeda pada jumlah koloni yang terbentuk padakultur uji S. aureus. Penurunan jumlah kolonidibandingkan dengan kontrol menunjukkan adanyapenghambatan pertumbuhan oleh hidrogel alginat-PVA yang mengandung ZnO nano terhadap mikrobauji. Peningkatan konsentrasi ZnO nano menyebabkanpenurunan jumlah koloni yang terbentuk.Jumlah koloni mulai menurun dari keadaanmenyebar (tidak dapat dihitung) menjadi 10 kolonipada sampel alginat-PVA-ZnO nano 0,25% danmenurun dari 10 koloni menjadi 1 koloni pada sampelalginat-PVA-ZnO nano 0,5%. Sehingga padakonsentrasi tersebut dinyatakan sebagai nilai MIChidrogel alginat-PVA-ZnO nano terhadap S. aureus.Koloni bakteri mulai tidak nampak pada sampelalginat-PVA-ZnO nano 0,75%. Sehingga padakonsentrasi tersebut dinyatakan sebagai nilai MBChidrogel alginat-PVA-ZnO nano terhadap S. aureus.Hidrogel alginat-PVA-ZnO nano mampumenghambat pertumbuhan mikroba uji pada nilaiMIC 0,25% dan 0,5%, artinya S. aureus merupakanbakteri Gram-positif yang rentan terhadap hidrogelalginat-PVA-ZnO nano. Hal tersebut didukung olehShalumon, et al. (2010), yang menyatakan bahwaZnO nano menunjukkan sifat toksisitas untukbeberapa bakteri Gram-positif dan Gram-negatif.Mekanisme antibakteri dapat dilihat dari interaksiZnO nano dengan gugus fosfor dalam DNA,mengakibatkan inaktivasi DNA replikasi, bereaksidengan sulfur yang mengandung protein, sehinggamenyebabkan penghambatan fungsi enzim padabakteri (Fanny dan Silvia, 2012).Gambar 3 Koloni Bakteri pada Cawan Petri Hasil Kultur Uji Dilusi Staphylococcus aureus dengan Penambahan Hidrogel Berbagai VariasiKonsentrasi dan Inkubasi Selama 24 jamB 117

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-83. Hasil Uji In VivoGambar 4 Kondisi luka mencit kelompok P 3 (luka diberi kasa alginat-PVA-ZnO nano 0,75%). (a) hari ke-1, (b) hari ke-2, (c) hari ke-3, (d)hari ke-4, (e) hari ke-5, (f) hari ke-6, dan (g) hari ke-7Pada penelitian ini terdapat perbedaankecenderungan dari hasil aktivitas antibakteri danpercepatan penyembuhan luka yang diakibatkan olehadanya penambahan ZnO dalam hidrogel alginat-PVA. Semakin tinggi konsentrasi ZnO nano, semakintinggi aktivitas antibateri yang ditunjukkan dengansemakin luasnya halo (zona inhibisi) dan padahidrogel alginat-PVA dengan penambahan ZnO nano0,75% menunjukkan nilai MBC yang berarti padadosis tersebut sudah dapat mematikan bakteri. Hasilyang didapat dari uji antibakteri berkebalikan denganpercepatan penyembuhan luka, semakin tinggikonsentrasi ZnO nano justru menyebabkan prosespenyembuhan luka pada mencit menjadi semakinlama.Hal ini dimungkinkan karena semakin tinggikonsentrasi ZnO nano yang diberikan, semakinmenurun biokompatibilitasnya yang ditunjukkan daripenurunan nilai OD (optical density) sel yang hiduppada uji toksisitas (Shalumon et al., 2010). Meskipunhidrogel alginat-PVA-ZnO nano 0,75% memberikanrespon penyembuhan yang paling lama dibandingkandengan variasi konsentrasi dibawahnya (luka sembuhpada hari ke-5), akan tetapi relatif lebih cepatdaripada kelompok kontrol yang sampai hari ke-7pengamatan, luka masih belum sembuh. Jikadibandingkan dengan pemakaian obat komersialpovidine iodine yang memberikan responpenyembuhan luka pada hari ke-13 (Zulaehah, 2010),maka hidrogel alginat-PVA-ZnO nano 0,75% masihlebih unggul dalam mempercepat penyembuhan luka.UCAPAN TERIMA KASIHTerima kasih disampaikan kepada Ibu Ami, IbuMarsih, Nurul Istiqomah, Tri Deviasari, Dewi AryNirmawati, Ima Kurniastuti, Riant Adzandy, dansemua pihak yang telah membantu terselesaikannyafullpaper ini.DAFTAR PUSTAKAFanny dan Silvia. 2012. Zeolit Nano Partikel untukPencegahan Penyebaran Virus FluBurung. http://www.scribd.com/doc/89968408/K3. Diakses tanggal 20 Juli 2012 pukul 14.35WIB.Haryanto dan Sumarsih. 2008. Penggunaan TopikalAlternatif: Adrenalin atau CalsiumAlginat. http://gibyantowoundostomicontinent.blogspot.com. Diakses tanggal 10 Desember2011 pukul 08.17 WIB.Shalumon, K.T. et al. 2010. Sodium Alginate / Poly(Vinyl Alcohol) / Nano ZnO CompositeNanofibers for Antibacterial Wound Dressings.Elsevier: International Journal of BiologicalMacromolecules 49 (2011) 247–254.Tarigan dan Pemila. 2007. Perawatan Luka MoistWound Healing. Jakarta : UniversitasIndonesia.Walton, R.E. dan Torabinejad M. 1998. Prinsip danPraktik Ilmu Endodonsi, Ed:2. Alih Bahasa :Narlan Sumawinata dkk. “Principle andPractice of Endodontics”. Jakarata : EGC.Zulaehah. 2010. Perbedaan Kecepatan PenyembuhanLuka Sayat antara Penggunaan Lendir Bekicot(Achatina fulica) dengan Povidone Iodine 10%dalam Perawatan Luka Sayat Pada Mencit(Musmusculus). http://publikasi.umy.ac.id/index.php/psik/article/view/2495. Diakses tanggal 11Juli 2012 pukul 08.20 WIB.B 118

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Sintesis dan Karakterisasi Bioselulosa–Kitosan Dengan Penambahan Gliserol SebagaiPlasticizerRiesca Ayu Kusuma Wardhani dan Djony Izak RudyardjoProgram Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : riesca.wardhani@gmail.comAbstrakTelah dilakukan penelitian sintesis dan karakterisasi bioselulosa-kitosan dengan penambahan gliserol sebagaiplasticizer. Penambahan gliserol sebagai plasticizer berfungsi untuk memperlemah kekakuan supaya bioselulosakitosan terhindar dari keretakan dan bersifat lebih fleksibel. Sukrosa yang ditambahkan merupakan sumberglukosa, sedangkan urea yang ditambahkan merupakan sumber karbon. Penambahan kitosan berfungsi untukmemperaktif dari kinerja bioselulosa serta memperbaiki struktur permukaan. Hasil uji sifat mekanik (Tensilestrength dan Elongation at break) pada bioselulosa-kitosan yang berbahan dasar bioselulosa dan kitosandengan variasi penambahan gliserol 1 ml – 4 ml menunjukkan bahwa bioselulosa-kitosan-gliserol memilikikarakteristik yang memenuhi standar sifat mekanik kulit manusia. Bioselulosa-kitosan-gliserol terbaikditunjukkan dengan penambahan komposisi gliserol sebesar 2 ml yang memiliki nilai ketebalan sebesar 126,6 ±6,7 µm, kuat tarik sebesar 27,62 ± 11 MPa, elongasi sebesar 37,08 ± 0,99 %, struktur permukaannya yang rata,tidak terdapat gelembung, bersifat non toksik serta memiliki nilai ketahanan terhadap air sebesar 55,3 ± 0,6 %.Penelitian tersebut menunjukkan penambahan komposisi gliserol yang paling efektif adalah 2 ml gliserol dalam100 ml media nira siwalan.Kata kunci : bioselulosa, kitosan, gliserol, plasticizer.PENDAHULUANSetiap makhluk hidup secara biologis memilikifungsi perlindungan tubuh terhadap infeksi penyakitluka, apabila terdapat luka salah satu metode untukmengobatinya dapat ditutupi atau dirawat denganmenggunakan penutup luka yang telah dilapisi denganbahan antimikroba. Penutup luka yang baik adalahkulit dari pasien tersebut yang bersifat permeabelterhadap uap dan melindungi jaringan tubuh bagiandalam terhadap cedera mekanis dan infeksi.Bioselulosa merupakan polimer alam yang bersifatsama seperti hidrogel yang tidak dijumpai padaselulosa alam. Sifat hidrogel dari bioselulosamemberikan daya serap yang lebih baik danmemberikan karakteristik yang mirip seperti kulitmanusia. Kemiripan sifat dengan kulit manusia daribioselulosa penggunaannya dimanfaatkan serta terusdikembangkan dalam medis antara lain digunakansebagai pengganti kulit sementara untuk merawat lukabakar serius (Ciechanska,D,2004). Pemanfaatanlainnya juga digunakan untuk menutup luka yang baikuntuk pasien yang cedera mekanis maupun akibatinfeksi. Pembentukan bioselulosa adalah dari hasilperubahan monosakarida pada media fermentasimenjadi bioselulosa oleh Acetobacter-xylinum denganmenggunakan media nira kelapa atau nira siwalan(Bergenia, 1982).Dalam aplikasinya untuk keperluan medispenggunaan bioselulosa hanya dalam waktusementara, disebabkan kekuatan serta sifat bioaktifyang masih rendah. Untuk memperbaiki sertameningkatkan sifat bioaktif dari bioselulosa perludilakukan perlakuan dengan menggabungkan bersamapolisakarida aktif seperti kitosan, yang mana kitosansendiri memiliki kegunaan yang cukup luas dalammedis (Goosen,M.F.A, 1997). Serat kitosandigunakan sebagai benang jahit dalam pembedahanyang dapat diserap oleh tubuh manusia, sebagaiperban penutup luka dan sebagai carrier obat-obatan.Kitosan juga mempengaruhi proses pembekuan darahsehingga dapat digunakan sebagai haemostatik.Kitosan juga bersifat dapat didegradasi secarabiologis, tidak beracun, nonimmunogenik dan cocoksecara biologis dengan jaringan tubuh hewan(Phillips,and Williams, 2000).Untuk menghasilkan kualitas material bioselulosakitosan yang baik tidak terlepas dari penggunaan zatpemlastis yang ditambahkan. Zat pemlastis adalahbahan organik yang ditambahkan ke dalam materialbioselulosa kitosan dengan maksud untukmemperlemah kekakuan dari polimer, sekaligusmeningkatkan fleksibilitas polimer. Di mana salahsatu bahan yang dapat digunakan sebagai zatpemlastis adalah gliserol. Baik bioselulosa bakterimaupun kitosan memiliki gugus hidroksil sehinggabahan pemlastis yang mempunyai gugus hidroksilseperti gliserol yang diharapkan dapat berinteraksidengan kedua bahan tersebut dapat menghasilkansuatu material yang lunak, ulet dan fleksibel.Berdasarkan hal tersebut maka penelitian yangakan dilakukan adalah membuat material bioselulosakitosan dengan bahan dasar bioselulosa dan kitosandengan plasticizer gliserol. Bioselulosa dalampenelitian ini dapat dihasilkan dalam medium nirasiwalan dengan penambahan sukrosa menggunakanAcetobacter Xylinum dengan penambahan urea.Kitosan yang digunakan berasal dari kepiting karenaprosentase kitinnya yang tinggi daripada organismeyang lain. Sedangkan plasticizer yang digunakanB 119

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8adalah gliserol karena gliserol merupakan bahan yangmurah, sumbernya mudah diperoleh, dapatdiperbaharui, ramah lingkungan karena mudahterdegradasi dalam alam dan juga pada konsentrasi25% gliserol bekerja sebagai antiseptik. Sedangkanaplikasi sebagai material bioselulosa-kitosan-gliserolsangat ditentukan oleh karakterisasi yang meliputiketebalan, kekuatan tarik (Tensile strength danElongation at break), struktur permukaan,spektroskopi IR dan ketahanan terhadap air.METODE PENELITIANTahap Isolasi Kitin dari Cangkang Kepitinga. Tahap DeproteinasiCangkang kepiting yang sudah dihaluskandimasukkan ke dalam gelas beker denganditambahkan natrium hidroksida 3,5% denganperbandingan 1:10 (w/v). Proses deproteinasidilakukan selama ± 2 jam pada suhu 75 o C denganpengadukan magnetik stirer. Kulit udang dicucidengan menggunakan aquades hingga pH air cuciannetral. Setelah itu dikeringkan dalam oven pada suhu80 o C sampai kering. Dalam proses ini didapatkancrude kitin.b. Tahap DemineralisasiCrude kitin dimasukkan ke dalam gelas bekerkemudian ditambahkan larutan HCl 2N denganperbandingan antara crude kitin dengan larutan HCl1:15% (w/v). Pada proses ini dilakukan denganpengadukan menggunakan magnetik stirer selama 30menit pada suhu kamar. Setelah itu crude kitin dicucidengan aquades hingga pH air cucia netral, kemudiandikeringkan dalam oven pada suhu 80 o C sampaikering. Dalam proses ini akan menghasilkan kitin.Tahap Tranformasi Kitin menjadi KitosanProses ini dilakukan dengan cara memasukkankitin ke dalam gelas beker, kemudian ditambahkanlarutan NaOH 60% dengan perbandingan kitin danlarutan NaOH 1 : 10 (w/v). Campuran direbus dengansuhu 110°C selama 2 jam dengan pengadukan denganmagnetik stirer. Setelah itu menyaring campuran,kemudian mencucinya dengan aquades hinggadidapatkan pH air cucian netral. Langkah selanjutnyaadalah dengan mengeringkan di dalam oven denganpada suhu 80°C sampai kering, sehingga diperolehkitosan. Kitosan yang diperoleh, kemudian ditimbangdan dicatat.Pembuatan BioselulosaSebanyak 100 ml air nira siwalan hasilpenyaringan dituangkan ke dalam gelas beaker yangtelah dilengkapi dengan pengaduk magnet, ditambah10 gram gula pasir dan 0,5 gram urea, selanjutnyadiaduk hingga larut. Campuran diasamkan denganpenambahan CH 3 COOH 25% hingga pH = 4 danditambahkan 3 gram kitosan diaduk hingga larutkemudian ditambahkan 1 ml gliserol 25 % diaduksambil dipanaskan hingga mendidih selama 15 menit.Selanjutnya dituangkan dalam keadaan panas kedalam wadah fermentasi yang telah disterilkan danditutup. Dibiarkan hingga suhu kamar, laluditambahkan 20 ml media starter Acetobacter xylium.Difermentasi selama 8-14 hari pada suhu kamarsambil dilakukan pengamatan pembentukan pelikel,selanjutnya lapisan yang terbentuk dicuci denganaquades kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu70 – 80 °C. Selanjutnya diulangi perlakuan yang samadengan penambahan gliserol 25 %, masing-masingsebanyak 2 ml, 3 ml, dan 4 ml. Produk yang diperolehdikarakterisasi secara spektroskopi FT-IR, ujiketebalan, uji morfologi, uji ketahanan terhadap air,lalu dilakukan uji tarik.HASIL DAN PEMBAHASANa. Pembuatan KitosanDalam penelitian ini produk yang diperoleh dari74,6753 gram cangkang kepiting didapatkan 19,6393gram kitosan. Untuk mengetahui bahwa produk yangdihasilkan dari proses deasetilasi kitin tersebut adalahkitosan, maka dilakukan Uji Spektrokopi IR. Hasil IRdiperoleh dalam bentuk spektrum yangmenggambarkan besarnya nilai % transmitan danbilangan gelombang untuk kitosan, seperti yangditunjukkan pada Gambar 1. di bawah ini.Transmittance [%]0 20 40 60 80 100 120 14040003852.573445.98350030002881.902359.74D:\SAMPEL\Fisika Unair\Riesca\Kitosan Matang.0 Kitosan Matang Pellet 22/03/2012Gambar 1. Spektrum kitosanDari spektrum IR di atas terlihat tajam yang khaspada gugus karboksil amida pada daerah 1653,48 cm -1 . Selain itu juga terdapat puncak pita serapan gugushidroksil (-O-H) pada daerah 3445,98 cm -1 .Perhitungan derajat deasetilasi menggunakan spektraIR ditentukan dengan absorbansi dari gugus amidadan OH.Dari hasil penelitian berdasarkan analisis spektraIR dengan menggunakan metoda base-line, makadidapatkan nilai perhitungan untuk derajar deasetilasidari kitosan dari cangkang sebesar 82,272%. Standarnilai untuk derajat deasetilasi kitosan adalahDD>70%. Derajat deasetilasi menentukan banyaknyagugus asetil yang telah dihilangkan selama prosestransformasi dari kitin menjadi kitosan. Semakinbesar derajat deasetilasi, maka kitosan akan semakinaktif karena semakin banyak gugus amina yangmenggantikan gugus asetil, dimana gugus amina lebihreaktif bila dibandingkan dengan gugus asetil karena2137.0825002000Wavenumber cm-1Page 1/11653.4815001421.211380.561323.471256.431154.491082.321000894.98666.56603.97500B 120

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8adanya pasangan elektron bebas pada atom nitrogendalam struktur kitosan.b. Pembuatan BioselulosaSelama fermentasi, kitosan yang ditambahkan kedalam media akan membentuk bioselulosa-kitosandimana terjadi interaksi antara bioselulosa dengankitosan. Gugus NH 2 dari kitosan melalui ikatanhidrogen dan dipol-dipol berinteraksi dengan gugus –OH pada molekul bioselulosa-kitosan. Pada prosespembuatan bioselulosa-kitosan dilakukan variasikomposisi 1 ml, 2 ml, 3 ml, 4 ml gliserol 25%.Selama fermentasi, penambahan gliserol ini jugamengakibatkan terjadi interaksi antara gliserol denganbioselulosa-kitosan melalui ikatan hidrogen danikatan dipol-dipol. Interaksi ini secara hipotesisdigambarkan pada gambar di bawah ini.Gambar 2. Interaksi bioselulosa-kitosan dengan gliserolc. Karakterisitik Bioselulosa-Kitosan-Gliserol• Hasil Pengukuran Tebal Bioselulosa-Kitosan-GliserolTabel 1. Data pengukuran tebal bioselulosa-kitosangliserolKomposisi Ketebalan Bioselulosagliserol(ml) Kitosan Gliserol ( µ m )1 127,7 ± 5,42 126,6 ± 6,73 127,2 ± 5,84 121,3 ± 1,3Pada bioselulosa-kitosan gliserol dengan variasipenambahan gliserol 1 ml, 2 ml, 3 ml, dan 4 mlmemberikan nilai ketebalan 127,7; 126,6; 127,2; danµ .Hal diatas dapat dijelaskan bahwa nata pada121,3 mdasarnya dapat dihasilkan dari cairan fermentasi yangmengandung gula sebagai sumber karbon, dimanagula ini disintesis oleh bakteri Acetobacter Xylinummenjadi nata. Dengan penambahan gliserol makasemakin banyak komposisi gliserol yang ditambahkanlarutan akan semakin kental atau pekat. Media yangpekat akan menyebabkan terjadinya gangguanmetabolisme bakteri, akibatnya kerja bakteri tidakoptimal dan kegiatan dari bakteri AcetobacterXylinum dalam proses pembentukan bioselulosakitosanakan terhambat (Arviyanti & Yulimartani,2008). Massa kitosan juga menyebabkanpenghambatan kegiatan dari bakteri AcetobacterXylinum dalam proses isomerisasi dari bioselulosakarena adanya reaksi pengikatan dari kitosan yangbereaksi dengan bioselulosa (Setiawan, 2011).Gliserol memiliki sifat hidrofilik yaitu mampumengikat air, sehingga kandungan air dalam bahanmeningkat dan kadar air yang dihasilkan menjaditinggi. Menurut Dewi (2009) nilai kadar air yangtinggi disebabkan oleh kepekatan medium fermentasiyang ada sehingga pembentukan selulosa oleh bakteriterjadi secara lambat yang pada akhirnyamenghasilkan nata dengan susunan selulosa yanglebih longgar karena banyak air yang terperangkap didalamnya.Berdasarkan penelitian ini ketebalan bioselulosakitosangliserol menurun seiring dengan peningkatanpenambahan komposisi gliserol. Pengukuranketebalan bioselulosa-kitosan gliserol dapatdigunakan sebagai indikator keseragaman dan kontrolkualitas bioselulosa-kitosan gliserol yaitu yangmempunyai ketebalan yang tipis tetapi tidak mudahsobek.• Hasil Uji Tarik dan Elongasi Bioselulosa-Kitosan-GliserolTabel 2. Data pengukuran kuat tarik dan elongasi bioselulosakitosan-gliserolKomposisigliserol (ml)σ (Mpa) ε (%)1 31,05 ± 12 34,58 ± 0,982 27,62 ± 11 37,08 ± 0,993 30,94 ± 12 35,25 ± 0,964 29,92 ± 12 35,80 ± 0,97Gambar 3. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadapketebalan rata-rata bioselulosa-kitosan-gliserolB 121

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sifat gliserol sebagai plasticizer adalah menurunkankekakuan supaya lebih fleksibel sehingga kekuatanbioselulosa-kitosan gliserol juga menurun.Tabel 3. Perbandingan standar karakteristik sifat mekanik kulitmanusiaGambar 4. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadap elongasibioselulosa-kitosanGambar 5. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadap kuat tarikbioselulosa-kitosan-gliserolPeningkatan elongasi bioselulosa-kitosangliserol terjadi karena molekul pemlastis yaitu gliserolmempunyai gaya interaksi yang cukup kuat denganpolimer dalam bioselulosa-kitosan gliserol sehinggamolekul pemlastis berdifusi kedalam rantai polimer.Dalam hal ini molekul pemlastis akan berada diantararantai polimer (antara polimer bioselulosa dankitosan) dan mempengaruhi mobilitas rantai yangdapat meningkatkan plastisasi sampai bataskompatibilitas (sifat yang menguntungan ketikaterjadi pencampuran polimer) rantai. Plastisasi adalahproses penambahan suatu zat cair atau padat agarmeningkatkan sifat plastisitas suatu bahan, sedangkanzat yang ditambahkan disebut plasticizer ataupemlastis. Jika jumlah pemlastis melebihi batas ini,maka akan terjadi plastisasi berlebihan sehinggaplastisasi tidak efisien lagi (Kurnia, 2010).Penambahan plasticizer gliserol lebih dari 2 mlmenunjukkan hasil elongasi cenderung menurun. Halini terjadi karena penambahan gliserol telah melewatibatas sehingga molekul pemlastis yang berlebihberada pada fase tersendiri di luar fase bioselulosa dankitosan. Keadaan tersebut menyebabkan penurunangaya intermolekul antar rantai menurun. Dari analisatersebut dapat diketahui bahwa penambahan gliserolyang paling efektif untuk meningkatkan elongasiadalah tidak lebih dari 2 ml.Pada penambahan gliserol 2 ml terlihat bahwanilai kuat tariknya sebesar 27,62 MPa lebih kecildibandingkan dengan penambahan gliserol 1 ml, 3 ml,dan 4 ml. Hal ini disebabkan karena padapenambahan gliserol 2 ml sampel berada pada bataskompatibilitas. Selain itu hal tersebut terjadi karenaBioselulosa-kitosan gliserol dapat digunakansebagai material medis jika memenuhi standar sifatmekanik tertentu. Berdasarkan pada tabel 3 padapenelitian Vogel (1987) material medis yangdihasilkan yaitu dengan nilai kuat tarik antara 5 MPa– 32 MPa, sedangkan elongasi antara 30 % - 115 %.Hasil uji sifat mebataskanik (Tensile strength danElongation at break) pada bioselulosa-kitosan yangberbahan dasar bioselulosa dan kitosan dengan variasipenambahan gliserol 1 ml – 4 ml pada tabel IImenunjukkan sifat mekanik yang baik. Hal tersebutterbukti karena bioselulosa-kitosan gliserol yangdihasilkan memenuhi standar sifat mekanik yang adapada kulit manusia.• Hasil Uji Morfologi Bioselulosa-Kitosan-Gliserol(a)(c)(b)(d)(c)(d)Gambar 6. Hasil uji mikroskop optik permukaan atas bioselulosakitosandengan variasi komposisi gliserol (a) 1 ml, (b) 2 ml, (c) 3ml, (d) 4 ml.Berdasarkan gambar di atas dapat diketahuibahwa pada penampang atas bioselulosa-kitosangliserol yang terdiri dari campuran bioselulosa dankitosan dengan penambahan variasi komposisigliserol 1 ml sampai 4 ml menunjukkan strukturpermukaan yang tidak terlihat adanya sedikitgelembung dan tidak berongga. Bioselulosa-kitosangliserol dengan penambahan gliserol 2 mlmenunjukkan struktur permukaan yang halus, rata,B 122

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dan tidak adanya kerutan bila dibandingkan denganpenambahan gliserol 1 ml, 3 ml, dan 4 ml.Pada pembahasan sebelumnya telah dijelaskanbahwa plasticizer bekerja dengan cara melekatkandirinya sendiri di antara rantai-rantai polimer. Terjadihal lain ketika penambahan gliserol 1 ml, 3 ml, dan 4ml yang menunjukkan pada penampang atasbioselulosa-kitosan gliserol terdapat gliserol yangkurang merata yang ditunjukkan dengan adanyakerutan-kerutan, padahal seharusnya gliserol berada diantara bioselulosa dan kitosan. Hal ini terjadi karenapenambahan gliserol telah melewati batas sehinggamolekul pemlastis yang berlebih berada pada fasetersendiri di luar fase pati dan kitosan sehinggamengakibatkan gliserol pada bioselulosa-kitosangliserol semakin terlihat kurang merata.Gambar 9. Spektrum IR Bioselulosa-Kitosan dengan Gliserol 3 ml• Hasil Uji Spektroskopi Bioselulosa-Kitosan-GliserolGambar 10. Spektrum IR Bioselulosa-Kitosan dengan Gliserol 4 mlGambar 7. Spektrum IR Bioselulosa-Kitosan dengan Gliserol 1 mlGambar 8. Spektrum IR Bioselulosa-Kitosan dengan Gliserol 2 mlAnalisis spektroskopi IR yang di dapat dariberbagai variasi komposisi gliserol dapat dilihatadanya interaksi antara bioselulosa-kitosan dengangliserol. Hal ini terbukti adanya perubahan serapanyang terjadi pada numberwave 3500 cm -1 sampai1580 cm -1 dengan serapan yang berbeda-beda. Darigambar diatas, dapat dilihat adanya serapan terletakpada bilangan gelombang 3500 cm -1 , walaupunserapan itu kecil. Pada gambar menunjukkan bahwabioselulosa-kitosan gliserol memiliki banyak gugusOH. Pada bilangan gelombang 1730 cm -1 - 1580 cm -1terdapat gugus fungsi NH 2, hal ini menunjukkanadanya interaksi antara bioselulosa dengan kitosan.Penambahan variasi komposisi gliserol bertujuanuntuk mengetahui gugus fungsi yang terbentuk akibatdari pencampuran antara bioselulosa-kitosan dengangliserol. Namun jika dilihat dari panjang gelombangyang terbaca belum ada gugus fungsi baru yangterbentuk. Hal tersebut berarti bioselulosa-kitosangliserol yang dihasilkan merupakan proses blendingsecara fisika karena tidak ditemukannya gugus fungsibaru sehingga film memiliki sifat seperti komponenkomponenpenyusunnya.B 123

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8• Hasil Uji Ketahanan Terhadap Air Bioselulosa-Kitosan-GliserolTabel 4. Data pengukuran ketahanan terhadap air bioselulosakitosan-gliserolVariasigliserol(ml)Massaawal(gram)Massaakhir(gram)Penyerapan(%)1 0,0427 0,0654 53,2 ± 0,62 0,0438 0,0680 55,3 ± 0,63 0,0437 0,0720 64,8 ± 0,64 0,0348 0,0594 70,7 ± 0,8Gambar 11. Pengaruh variasi komposisi gliserol terhadap % airyang diserap bioselulosa-kitosan-gliserolDari data gambar di atas dapat dilihat bahwasemakin banyak penambahan komposisi gliserolsemakin besar penyerapan yang terjadi. Hal inidisebabkan karena gliserol merupakan plasticizeryang bersifat hidrofilik sehingga mempunyaikemampuan mengikat air. Peningkatan konsentrasigliserol mengakibatkan air yang tertahan dalammatriks bioselulosa-kitosan gliserol semakinmeningkat.Menurut Ciechanska (2004) bioselulosamenunjukkan kandungan air yang tinggi (98 – 99%)dan daya serap cairan yang baik. Karena sifatbioselulosa memiliki daya serap yang baik terhadapcairan dan keberadaan gugus-gugus hidrofilik dalammatriks bioselulosa-kitosan gliserol menyebabkan airterikat, film jadi mudah mengembang dan banyakmenyerap air sehingga penyerapan air padabioselulosa-kitosan gliserol akan cenderung tinggi.Hal ini sesuai sifat yang dimiliki gliserol sebagaihidrofilik sehingga gliserol dapat bekerja efisien dankompatibel. Hal tersebut didukung dengan hasil ujimorfologi yang menunjukkan bahwa semakin banyakpenambahan gliserol pada komposisi lebih dari 2 mlmaka semakin banyak gliserol yang tidak merataberada di atas bioselulosa dan kitosan karena tidakberada diantara bioselulosa dan kitosan sehinggamemudahkan bioselulosa-kitosan gliserol untukmenyerap air.KESIMPULANDari hasil pengujian, pengamatan, serta hasil danpembahasan yang telah dilakukan dalam penelitianini, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :1. Penambahan gliserol mempengaruhi karakteritiksifat mekanik dan sifat fisis bioselulosa-kitosangliserol,dimana struktur penampangnya semakinhalus, tipis, dan fleksibel. Selain itu penambahangliserol membuat kekuatan bioselulosa-kitosangliserolcenderung menurun, elongasinyacenderung naik dan ketahanan terhadap airsemakin menurun.2. Komposit bioselulosa-kitosan-gliserol dapatdimanfaatkan sebagai salah satu keperluanpengobatan dalam bidang medis karena memenuhistandar sifat mekanik tertentu. Karakteristikbioselulosa-kitosan-gliserol yang terbaik diberikanpada penambahan gliserol 2 ml, dimana nilaiketebalannya adalah 126,6 ± 6,7 µm, kuat tariksebesar 28 ± 11 MPa, elongasinya sebesar 37,08 ±0,99 %, air yang diserap 55,3 ± 0,6 %, strukturpermukaannya halus, rata, tidak adanya kerutandan tidak terdapat gelembung.DAFTAR PUSTAKAAnnaidh, A.N, et al, 2011, Characterization of TheAnisotropic Mechanichal Properties ofExcised Human Skin, Journal of TheMechanical Behavior of Biomedical Materials,University College Dublind, Ireland: ElsevierScience Ltd.Arviyanti, E., & Yulimartani, N., 2008, PengaruhPenambahan Air Limbah Tapioka Pada ProsesPembuatan Nata, Program Studi Teknik KimiaFT, UNDIP, Semarang.Bergenia H.A., 1982, Reserve osmosis of coconutwater through cellulose acetat membrane,Proceedings of the second ASEAN workshopMembrane Technology.Ciechanska, D., 2004, Multifunctional BacterialCellulose/Chitosan Composite Materials forMedical Application, Fiber & Textiles inEastern Europe volume 12 No.4(48):p. 69-72,Institute of Chemical Fiber, Poland.Dewi, Saraswati, 2009, Pengaruh Jenis Gula danLama Inkubasi Terhadap Kualitas Nata DeMilko Ditinjau dari Serat Kasar, Rendemendan Kadar air, Skripsi, Program StudiTeknologi Hasil Ternak Fakultas Peternakan,UNIBRAW, Malang.Goosen, M.FA, 1997, application of Chitin andChitosan, Technology Publishing Co. Inc,Lancaster.Kurnia, W.A., 2010, Sintesis dan Karakterisasi EdibleFilm Komposit dari Bahan Dasar Kitosan,Pati dan Asam Laurat, Skripsi, Program StudiFisika Fakultas Sains dan Teknologi, UNAIR,Surabaya.Phillips, G.O. and Williams, P.A., 2000, Handbook ofHydrocolloid, Woodhead Publishing Limited,Cambridge.Setiawan, Agus, 2011, Sintesis dan KarakterisasiBioselulosa-Kitosan Serta PemanfaatannyaDalam Bidang Medis, Skripsi, Program StudiFisika Fakultas Sains dan Teknologi, UNAIR,Surabaya.B 124

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Molecular Dynamics Study of Temperature Effect on Layered GrapheneRizal Arifin 1 , Angga Prasetyo 2Department of Informatics EngineeringMuhammadiyah University of PonorogoPonorogo, IndonesiaS.K. LaiComplex Liquids Laboratory, Department of PhysicsNational Central UniversityChungli, Taiwan1 rizal.arifin@gmail.com, 2 anggaprasetyo07@gmail.comAbstractWe investigate thermal stability of layered graphene on silicon terminated 6H-SiC (0001) substrate. Theinteractions between C-C and Si-C atoms are described using Tersoff Erhart-Albe potential [Phys. Rev. B 71,035211-1 (2005)]. The stability of graphene nanoribbons is determined by evaluating its binding energy andripples. The stability increases with increasing of annealing temperature up to certain temperature.Keywords-graphene; molecular dynamics simulation; thermal stabilityINTRODUCTIONGraphene is a two-dimensional material consistingcarbon atoms in as a counterpart of three-dimensionalgraphite [1]. It has drawn much interest due to itsunique properties such as very high electricalconductivity [2-4], extremely large thermalconductivity [5-6], high carrier mobility [7-8] andextremely hard and strength [9].Experimentally, there are several effort to producegraphene layer and out of which one popular one isusing micromechanical cleavage from 3D graphite[10] and another, ,so called epitaxial graphene growth,is by high temperature annealing SiC crystal [11-13].The most recent finding to mass produce bettergraphene sheet is developed by the researchers fromUlsan National Institute of Science and Technologyand Case Western Reserve. They put graphite andfrozen carbon dioxide together in miller to produceflakes of graphite. When the flakes dispersed insolvent, they separate into graphene nanosheet of fiveor fewer layers [14].The analysis of stability becomes an important forthe material that is intended to be used in electronicdevices. It was reported that the ripples has impact onelectronic, optical, and other properties of graphene asa scattering center [15-16] to limit the conductivity andto rise charge inhomogeneity. It is well known, both inexperiment and theory, that 2D crystal is thermallyunstable. The intrinsic ripple of suspended graphenesheet was observed by Meyer et.al. using thetransmission electron microscopy (TEM) [17] and thetheoretical study was provided by Fasolino et.al. usingMonte Carlo simulation of single layer graphenewhich found the ripples due to thermal fluctuation[18].In this paper, we use molecular dynamicssimulation to study the temperature effect on thestability of layered graphene on 6H-SiC substrate.METHODSOur simulation is conducted using LAMMPSsoftware [19]. The simulation methods is divided intotwo parts, first part is input structure preparation andthe second part is simulation procedure.A. Input Structure PreparationThere are two procedures to prepare the inputstructure of monolayer graphene the silicon terminated6H-SiC. One part consist of six bilayer SiC which isarranged Si-terminated, i.e. 6H-SiC(001) and thesecond part is a two dimensional monolayer grapheneof an infinite extent. The substrate contains 1728atoms out of which the bilayer Si and C each consistsof 864 atoms. Differing from previous works [20,21]which prefer rhombic cell structure of 6H-SiC, we useinstead the cubic cell and apply periodic boundaryconditions along x and y directions. To ensure the 6H-SiC crystalline structure, we are guided by thedatabase system from website: http://cstwww.nrl.navy.mil/lattice/struk/6h.htmlfor the basisstructure expand along the x, y and z directions to thedesired cell size. In this simulation, the size of 6H-SiCo 3bulk is 35.42805× 32.01555× 15.11877 A in x, y andz directions, respectively. In addition to prepare thebulk substrate, we prepare also the a one flat layergraphene in cubic dimension with sizes 35.6846 ×28.4199 in the x, and y directions, respectively. Thismonolayer graphene with a bond-length of 1.42 A isopositioned at a distance 2.3 A from 6H-SiC substrate.That this distance was chosen is to allow leastinteraction between GNR and substrate, minimizingthe substrate effect on graphene sheet. We noteoB 125

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8moreover that the periodic boundary condition isapplied only along the x-direction and not so along they-direction due to different dimension between thesubstrate and GNR. One can still assume the GNR isstable mainly because sides in y-direction have thezigzag configuration.B. Simulation ProcedureIn this case, the stimulated annealing method isused to examine the thermal stability of depositingmonolayer of graphene on 6H-SiC substrate. Thenumerical procedure runs as follows:We apply the Tersoff Erhart-Albe potentialsseparately to describe the interatomic C-C and Si-Cinteractions. The neighboring interaction betweenoatoms is set equal 10 Α . In the first place, we relaxthe system using conjugate gradient minimizationmethod. The temperature of the system is then14increased slowly at a heating rate of 10 K / s untilthe desired temperature T is achieved. Anequilibrating procedure is then effected for a time4duration of 3× 10 ∆ t and this is followedimmediately by another relaxation of the system bythe stimulated annealing process with a cooling rate of135×10 K / s.DISCUSSIONIn the first place, we observe as in several veryrecent works [20,21,22] ripples on the monolayeredgraphene deposited on the SiC surface. These ripplesooAhas a wavelength of 12 A and amplitude of 1.01oin x-direction and 14.5 A in y-direction. There arephase difference 180 o (0 o ) for ripples along x-direction (y-direction). The periodic characteristics ofripples continue to be observed until 2000 K. AtT=2250 K, the graphene layer starts to detach fromthe surface. The graphitic surface with ripples can bedescribed by a roughness parameter [23,24]where hiis the height of the carbon atoms of theGNR measured from h ave. The h aveis an averageheight of the N carbon atoms of GNR on the surface,Ni.e. have = ∑ ( hi − href)/ N in which h refis halfi=1the largest separation of two carbon atoms. We depictin Fig. 1 the R calculated for the annealingtemperature range 0 ≤T≤ 2500 K.One noticesthat R satisfies quite well by 0.40 ± 0.02T 2000 KT 2000 K.A for≤ and it increases rapidly for> The uprise in R signals the thermalinstability of graphitic structures. This temperaturedrivenbehavior is supported furthermore by its paircorrelation function g(r) which is defined by formulaNiV Δr Δrg()r = ∑ ⎛ ⎞n2kj ⎜r − , r+ ⎟4πr Δr k = 1 ⎝ 2 2 ⎠is theaverage number of jth atoms that are located at adistance r from a given atom i. In this equation, n kj isthe number of jth atoms in the shell ∆ r located at adistance r from the atom k which runs through thetotal number N i of all atoms i that are confined insidethe total volume V of the simulation (Fig. 2) whoseFigure 2. Pair correlation function ofmonolayer GNRoFigure 1. Roughness of graphene at certaintemperature| hi− have|R = ∑ (1)NiB 126peak position assumes ± 1.45oA for T ≤ 2000 KoA at higher annealingand increases to 1.5temperature. There exists therefore a criticalannealing temperature for a monolayer of graphenesheet to deposit stably on Si-terminated SiC substrateand this temperature is approximately 2000 K abovewhich the layered graphene will tend to slant up fromthe substrate surface.There have been much discussions in theliterature [20,22] about the interaction between themonolayered graphene and substrate surface. It wouldthus be instructive to delve further into this issue byanalyzing the temperature dependence of the bindingenergy (per atom) E b of the graphitic surface. Shownin Fig. 3 is the E b varying as a function of annealingtemperature. It is interesting to see that E b maintains anear constant value at approximately − 7.255 eV/atom

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(in fact mildly decreasing) with temperature until ataround 2000 K above which it declines suddenly to −7.33 eV/atom. The implication from the temperaturedependenceof E b is that the graphene sheet wouldprefer to interact weakly with the substrate at lowerannealing temperatures, for higher temperatures thestrong interaction between the graphitic surface andsubstrate will enhance the graphitic structures beingdistorted or destructed. Since epitaxial grapheneemerges only at and after a threshold temperature (forTEA potential, T ≈ 1325 K), there thus exists only arange of temperature for which a thermally stablelayered graphene can be formed.CONCLUSIONThe stability of graphene nanoribbons isdetermined by evaluating its binding energy andripples. The stability increases with increasing ofannealing temperature up to certain temperature.REFERENCESFigure 3. Binding energy of monolayer graphene[1] Novoselov, K. S., A. K. Geim, S. V. Morozov,D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V.Gregorieva and A. A. Firsov. 2004. “ElectricField Effect in Atomically Thin Carbon Films,”Science, 306(5696):666-669.[2] Y. Zhang, Y.W. Tan, H.L. Stormer and P. Kim.2005. “Experimental Observation of theQuantum Hall Effect and Berry's Phase inGraphene” Nature 438, 201.[3 ] K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D.Jiang, M.I. Katsnelson, I.V. Grigorieva, S.V.Dubonos, and A.A. Firsov, 2005. “TwodimensionalGas of Massless Dirac Fermionsin Graphene” Nature 438, 197.[4 ] C.L. Kane, 2005. “Erasing Electron Mass”,Nature 438, 168.[5 ] A.A. Balandin, S. Ghosh, W. Bao, I. Calizo, D.Teweldebrhan, F. Miao, C.N. Lau 2008.“Superior Thermal Conductivity of SinglelayerGraphene”. Nano Lett. 8, 902.[6 ] S. Ghosh, D.L. Nika, E.P. Pokatilov1 and A.A.Balandin, 2009. “Heat Conduction inGraphene: Experimental Study and TheoreticalInterpretation”. New J. Phys. 11, 095012.[7 ] K.S. Novoselov, D. Jiang, F. Schedin, T.J.Booth, V.V. Khotkevich, S.V. Morozov andA.K. Geim, 2005. “Two-dimensional AtomicCrystals”. PNAS 102, 10451.[8 ] K. V. Emtsev, A. Bostwick, K. Horn, J. Jobst,G. L. Kellogg, L. Ley, J. L. McChesney, T.Ohta, S. A. Reshanov, J. Röhrl, E. Rotenberg,A. K. Schmid, D. Waldmann, H. B. Weber andT. Seyller, 2009. “Towards Wafer-sizeGraphene Layers by Atmospheric PressureGraphitization of Silicon Carbide”. Nat. Mater.8, 203.[9] C. Lee, X. Wei, J.W. Kysar, and J. Hone, 2008.“Measurement of the Elastic Properties andIntrinsic Strength of Monolayer Graphene”.Science 321, 385.[10] K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D.Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V.Grigorieva, A.A. Firsov, Science 306, 666(2004)[11] A. J. Van Bommel, J. E. Crombeen, and A. vanTooren, “LEED and Auger electronobservations of the SiC(0001) surface”, Surf.Sci. 48, 463 (1975).[12] I. Forbeaux, J.-M. Themlin, and J.-M. Debever,“Heteroepitaxial graphite on 6H-SiC(0001):Interface formation through conduction-bandelectronic structure”, Phys. Rev. B 58, 16396(1998).[13] C. Berger, Z. Song, T. Li, X. Li, A. Y.Ogbazghi, R. Feng, Z. Dai, A. N. Marchenkov,E. H. Conrad, P. N. First, and W. A. de Heer,“Ultrathin Epitaxial Graphite: 2D Electron GasProperties and a Route toward Graphene-basedNanoelectronics”, J. Phys. Chem. B 108,19912 (2004).[14] Case Western University Contributor,http://www.physorg.com/news/ 2012-03-simplecheap-mass-produce-graphenenanosheets.html,26 March 2012.[15] F. Schedin, A.K. Geim, S.V.Morozov, E.W.Hill, P. Blake, M.I. Katsnelson, K.S.Novoselov, Nature Mater. 6, 652 (2007)[16] J.M. Carlsson, Nature Mater. 6, 801 (2007)[17] J.C. Meyer, A.K. Geim, M.I. Katsnelson, K.S.Novoselov, T.J. Booth, S. Roth, “The structureof suspended graphene sheets”, Nature(London) 446, 60 (2007)[18] A. Fasolino, J.H. Los, M.I. Katsnelson, NatureMater. 6, 858 (2007)[19] http://lammps.sandia.gov[20] C. Lampin, C. Priester, C. Krzeminski, and L.Magaud, “Graphene buffer layer on SiterminatedSiC studied with an empiricalinteratomic potential”, J. Appl. Phys. 107,103514 (2010).[21] C. Tang, L. Meng, L. Sun, K. Zhang, and J.Zhong, “Molecular dynamics study of ripplesin graphene nanoribbons on 6H-SiC(0001):B 127

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Temperature and size effects”, J. Appl. Phys.104, 113536 (2008).[22] F. Varchon, F. Mallet, J.Y. Veuillen and L.Magaud, “Ripples in epitaxial graphene on theSi-terminated SiC(0001) surface”, Phys. Rev.B 77, 235412 (2008).[23] Y. Lifshitz, G. D. Lempert, and E. Grossmann,“Substantiation of subplanation model fordiamondlike film growth by atomic forcemicroscopy”, Phys. Rev. Lett. 72, 2753 (1994).[24] R. Haerte, A. Baldereschi, and G. Galli.,“Structural models of amorphous carbon andits surfaces by tight-binding moleculardynamics”, J. Non-Cryst. Solids 266-269, 740(2000).B 128

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SIFAT OPTIK KACA TELURIUM OXIDE YANG TERDADAH ION ERBIUMRudi Susanto 1 , Ahmad Marzuki 1 , Cari 1 , Adi Pramuda 1 , Wahyudi 1 ,1 Program Ilmu Fisika, PascasarjanaUniversitas Sebelas Maret, SurakartaEmail : rudist_87@yahoo.co.idAbstrakPaper ini berisi laporan hasil fabrikasi dan katakterisasi kaca tellurium oxide dengan komposisi 55TeO 2 -2Bi 2 O 3 -(43-x)ZnOxEr2 O 3 dimana (x=0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3). Pengukuran semua sifat fisik dan optik dilakukan pada suhu kamarsetelah mendapat perlakukan panas yang sama. Nilai massa jenis (ρ), indeks bias (n) dan molar refraction(R m ), molar volume (V m ) meningkat dengan penambahan mol Er 2 O 3 dan energy gap (E g ) menurun denganpenambahan mol Er 2 O 3. Dari pengukuran serapan optik terlihat adanya delapan puncak serapan yaitu disekitar panjang gelombang 408, 451, 489, 521, 544, 653, 799, 980 nm yang masing-masing secara berurutanbersesuaian dengan level energi berikut 4 H 9/2 , 4 F 5/2 , 4 F 7/2 , 4 H 11/2 , 4 S 3/2 , 4 F 9/2 , 4 I 9/2 dan 4 I 11/2 .Kata kunci : kaca tellurium oxide, massa jenis, indeks bias kaca, energy gap, spektrum absorbsiPENDAHULUANJenis kaca yang digunakan untuk membuat fiberamplifier ada beberapa macam. Jenis-jenis yangdimaksud adalah borate, fluoride, germanite, silicate,phosphate dan tellurite. Kaca tellurite adalah jeniskaca yang berbahan utama TeO 2 . Keungulan jeniskaca ini dibanding dengan kaca yang lain adalah jeniskaca ini memiliki indeks bias yang tinggi, fononenerginya rendah, stabil terhadap kristalisasi, rangetransmisinya sangat lebar dan kemungkinan untukmendoping kaca ini dengan ion tanah jarang dengankonsentrasi yang sangat besar (Weber, 2002).Beberapa alasan tersebut menjadikan kaca telluritemerupakan kaca yang mendapat perhatian yang sangatbesar dari para peneliti di dunia.Untuk mendapatkan kaca tellurite yang dapatberfungsi sebagai lasing medium, kaca tellurite bisadidoping dengan ion tanah jarang, seperti Erbium (Er)(Marjanovic, 2003). Berdasar kondisi tersebut makadalam penelitian ini akan mengkaji pembuatan kacatellurite yang di doping dengan Er3+. Variasikonsentrasi Er3+dilakukan untuk mengetahui sifatoptic dan sifat fisik kaca tersebut. Komposisi bahanyang digunakan dalam penelitian ini adalah 55TeO2-2Bi2O3-(43-x)ZnO-xEr2O3 dimana x=0,5; 1; 1,5; 2;2,5; 3 yang menunjukan jumlah mol dari Er2O3.METODOLOGIFabrikasi kaca tellurite yang didoped ionEr 3+ dibuat dengan melt–quenching technique,komposisi bahan yang dilakukan pada penelitian iniadalah 55TeO 2 -2Bi 2 O 3 -(43-x)ZnO-xEr 2 O 3 dimana(x=0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 3). Campuran bahan darimasing-masing komposisi ini dileburkan dalamfurnace listrik pada temperatur 900 0 C selama 1 jam,selama pemanasan itu sampel di aduk-adukberulangkali untuk manjadikan sampel homogen.Kaca kemudian dianiling pada suhu 265 0 C selama 3jam kemudian didinginkan dengan laju 2 0 C/menitmenuju suhu kamar. Kaca yang diperoleh kemudiandiukur nilai masa jenisnya selanjutnya dipolish danB 129dikarakterisasi sifat optiknya (uji serapan optik danindex biasnya). Semua pengukuran di atas dilakukanpada suhu kamar.Pengukuran nilai massa jenis kaca dilakukandengan menggunakan picnometer sedangkanpengukuran nilai serapan optiknya dilakukan denganmenggunakan UV-VIS Spectrometer PerkinElmerLambda 25 pada rentang panjang gelombang 200 nmhingga 1100 nm.Penentuan nilai indeks bias dilakukan dengancara pengukuran reflektansi dengan metode sudutBrewter. Laser yang digunakan adalah laser HeNedengan panjang gelombang 632,8 nmHASIL DAN PEMBAHASANKaca hasil fabrikasi ditunjukan oleh Gambar 1,dimana a adalah kaca dengan 0,5 mol Er 2 O 3 sampaidengan f adalah kaca dengan 3 mol Er 2 O 3 . Dari kacaterlihat warna kaca merah muda (pink), semakintinggi nilai konsentrasi erbium semakin terlihat warnamerah.Gambar 1. Kaca Hasil Fabrikasi Kaca 55TeO 2-2Bi 2O 3-(43-x)ZnOxEr2O3Gambar 2 menunjukkan spectrum absorbsi kacatellutire yang didoping dengan Er 2 O 3 pada panjanggelombang 400nm sampai 1100nm. Dari sampel kacatersebut terdapat delapan puncak yaitu di sekitarpanjang gelombang 408, 451, 489, 521, 544, 653,799, 980 nm yang masing-masing secara berurutanbersesuaian dengan level energy berikut 4 H 9/2 , 4 F 5/2

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8, 4 F 7/2 , 4 H 11/2 , 4 S 3/2 , 4 F 9/2 , 4 I 9/2 dan 4 I 11/2 . Sepertiditunjukkan oleh Gambar 3 pada panjang gelombang980nm, intensitas spektrum dari kaca meningkatdengan peningkatan penambahan mol Er 2 O 3 . Hasildemikian juga teramati pada puncak-puncak serapanpada panjang gelombang yang lain. Alasan dari hasildemikian adalah serapan foton akan meningkat bilaatom yang dapat diexisitasi juga meningkat.Gambar 2. Spectrum absorbsi kaca tellurite yang didoping Er 2O 3.Gambar 5. Grafik Indeks Bias KacaTabel 1 menunjukan nilai massa jenis (ρ), indeksbias (n) dan molar refraction (R m ) , molar volume(V m ) dan energy gap (E g ). Hubungan antara massajenis (ρ), indeks bias (n) dan molar refraction (R m ),molar volume (V m ) dan molar polarizability (α m )dituliskan dalam persamaan-persamaan (Chanshetti ,2011)V m = M 1ρDimana M adalah molecular weight. Kemudian molarrefraction (R M ) dituliskan (Eraiah, 2006)n 2 −1n 2 +2 M ρ = R M 2Hubungan antara R M dan α m dituliskan dalampersamaan 3 (Dimitrov, 2010)R m = 4πα m N A /3 3Gambar 3 Serapan kaca pada panjang gelombang 980 nmGambar 4 merupakan grafik hubungan antaramassa jenis dengan mol Er 2 O 3 , hasil pengukurandengan metode Archimidhes mengunakanpycnometer. Gambar 5 merupakan grafik hubunganindeks bias dengan mol Er 2 O 3 . Gambar 4 dan 5 dapatdiketahui bahwa nilai indeks bias merupakan fungsimassa jenis, dimana trend kenaikan nilai indeks bias(n) dan massa jenis (ρ) berbanding lurus.Dimana 4πN A /3 adalah nilai yang konstan, sesuaidengan (Dimitrov, 2010) maka persamaan 6dituliskan dalam persamaanR m = 2,52α m 4Rumus empiris dari energy gap (E g ) berdasar(Dimitrov, 2010) dituliskan dalam persamaan 5,E g = 20(1 − R mV m) 2 5Tabel 1. Nilai massa jenis (ρ), indeks bias (n) dan molar refraction(R m ), molar volume (V m ) dan energy gap (E g ).Gambar 4. Grafik Massa Jenis KacaB 130

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Nilai energy gap (E g ) pada Tabel 1 berdasarpersaman 6 menunjukan bahwa penambahan konstrasimol Er 2 O 3 akan memberikan trend turun nilai energygap (E g ). Sehingga hubungan antara massa jenis (ρ),indeks bias (n) dan molar refraction (R m ) , molarvolume (V m ) adalah linier, hal ini sesuai dengan yangdidapatkan (Weeranut dkk, 2009).SIMPULANKaca dengan komposisi (mol %) 55TeO 2 -2Bi 2 O 3 -(43-x)ZnO-xEr 2 O 3 dimana (x=0,5; 1; 1,5; 2;2,5; 3) dapat difabrikasi menjadi kaca dengan metodemelt–quenching. Kaca hasil fabrikasi menunjukanbahwa dengan penambahan mol Er 2 O 3 kaca berwarnasemakin pink (merah muda). Nilai massa jenis (ρ),indeks bias (n) dan molar refraction (R m ) , molarvolume ( V m ) meningkat dengan penambahan molEr 2 O 3 dan energy gap (E g ) menurun denganpenambahan mol Er 2 O 3. Terdapat delapan puncakabsorbsi yaitu di sekitar panjang gelombang 408, 451,489, 521, 544, 653, 799, 980 nm atau sama denganlevel energy berikut4 H 9/2 ,4 F 5/2 ,4 F 7/2, 4 H 11/2 , 4 S 3/2 , 4 F 9/2 , 4 I 9/2 dan 4 I 11/2 .DAFTAR PUSTAKAEraiah, B .2006. Optical properties of samariumdoped zinc–tellurite glasses. Bull. Mater. Sci.,Vol. 29, No. 4, August 2006, pp. 375–378Chanshetti , U. B. Shelke, V. A. Jadhav, S. M.Shankarwar, S. G.. 2011. Density And MolarVolume Studies Of Phosphate Glasses. Physics,Chemistry and Technology Vol. 9, No 1, 2011,pp. 29 – 36Dimitrov, T. Komatsu, 2010. An Interpretation OfOptical Properties of Oxides And OxideGlasses In Terms Of The electronic IonPolarizability And Average single BondStrength. Journal of the University ofChemical Technology and Metallurgy, 45, 3,2010, 219-250Marjanovic, J. Toulouse, H. Jain, C. Sandmann,V.2003. Characterization of new erbium-dopedtellurite glasses and fibers. Journal of Non-Crystalline Solids 322(2003) 311–318Inaba, S. and Fujin, S., 2010. Empirical Equation forCalculating the Density of Oxide Glasses.Journal of American Ceramic Society., 93 [1]217–220Weber. 2002. Handbook Of Optical Materials. CRCPRESS : LondonWeeranut. K, Pichet. L, Jakrapong. K.2009. OpticalProperties of Erbium Doped Soda-Lime-Silicate Glasses. International Conference onScience, Technology and Innovation forSustainable Well-Being (STISWB), 23-24 July2009, Mahasarakham University, ThailandB 131

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Proses Sintesis Indium Tin Oksida (ITO) Nano Partikel Dengan Metode Sol Gel SebagaiLapisan Aktif Pada Sensor Gas COSlamet WidodoPusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi,Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (PPET-LIPI)Kampus LIPI Jl. Sangkuriang Bandung 40135, IndonesiaTelp. : (022) 2504660, 2504661; Fax : (022) 2504659Email : widodo@ppet.lipi.go.idAbstrakTeknik pembuatan Indium Tin Oxide (ITO) untuk lapisan aktif pada pembuatan sensor gas CO dengan metodesol gel, disertai mekanisme reaksi dan parameter-parameter proses yang mempengaruhinya. Dengan teknologisol gel, senyawa ITO ini dapat disintesa untuk mendapatkan partikel-partikel dengan ukuran nanokristalin.Teknik sol gel mendapatkan banyak keuntungan diantaranya : ukuran nano partikel, prosesnya lebih singkat,suhu rendah, dan hasil yang diperoleh murni. Dari pengamatan dengan SEM butiran-butiran Indium Tin Oksida( ITO) yang diperoleh dengan ukuran dibawah 100 nanometer.Kata kunci: Sol gel, mekanisme proses, ITO, nano partikel, devais sensor gasAbstractTechnique of making Indium Tin Oxide (ITO) for active layer at fabrication of CO gas sensor with sol gelmethod, accompanied mechanism of reaction and process parameters influencing it. With this sol gel technologycan be synthesized ITO of fine powder to get particles of the size nano crystalline. Sol gel technique gets manyadvantages between it : measure nano particle, its (the process is briefer, low temperature, and the resultobtained is pure. From observation by using SEM for ITO grains that obtained of the size is under 100nanometers.Keyword: Sol gel, process mechanism, ITO, nano particles, gas sensor devicesPENDAHULUANPROSES SOL GELSaat ini berbagai jenis solid state sensor atauPrekursor atau bahan awal dalam pembuatannyadikenal dengan sensor mikroelektronik telah banyakadalah alkoksida logam dan klorida logam, yangdan berhasil diaplikasikan ke bidang sepertikemudian mengalami reaksi hidrolisis dan reaksilingkungan atau untuk aplikasi monitoringpolikondensasi untuk membentuk koloid, yaitu suatupencemaran udara, kesehatan dan berbagai industri.sistem yang terdiri dari partikel-partikel padat (ukuranKeberhasilan ini membuat kebutuhan akan sistempartikel antara 1 nm sampai 1 µm) yang terdispersisensor diberbagai bidang juga semakin meningkat.dalam suatu pelarut. Bahan awal atau precursor jugaHal ini memacu bagi peneliti atau produsen sensordapat disimpan pada suatu substrat untuk membentukuntuk membuat jenis sensor yang berukuran kecilfilm (seperti melalui dip-coating atau spin-coating),(mikrosensor) dan low cost dari yang ada saat ini.yang kemudian dimasukkan kedalam suatu containerDengan perkembangan teknologiyang sesuai dengan bentuk yang diinginkanmikroelektronika atau nanotechnology saat ini, telahcontohnya untuk menghasilkan suatu keramikmembuka peluang melakukan inovasi teknologimonolitik, gelas, fiber atau serat, membrane, aerogel,dalam pembuatan sistem sensor yang lebih compact,atau juga untuk mensitesis bubuk baik butiran mikrokecil dengan akurasi dan performance yang lebihmaupun nano (Hench & West, 1990).baik. Komponen-komponen metal oksida (MOX)Dari beberapa tahapan proses sol-gel, terdapat duaseperti: SnO 2 , In 2 O 3 , WO 3 , ZnO, TiO 2 , ITO dan lainlain,adalah sebagai bahan pembuat lapisan sensitiftahapan umum dalam pembuatan metal oksida melaluiproses sol-gel, yaitu hidrolisis dan polikondensasisensor gas.seperti terlihat pada Gambar 1 berikut ini. Pada tahapOleh karena itu dalam penelitian ini metoda yanghidrólisis terjadi penyerangan molekul air.digunakan adalah metoda sol gel, dimana pemilihanmetoda tersebut disebabkan karena prosesnya lebihsingkat, temperatur yang digunakan lebih rendah,dapat menghasilkan serbuk metal oksida denganukuran nano partikel dan dapat menghasilkankarakteristik yang lebih baik dari pada prosesmetalurgi serbuk.B 132

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-83. Pengikatan partikel membentuk rantai,kemudian jaringan yang terbentukdiperpanjang dalam medium cairan,mengental menjadi suatu gel, sepertiditunjukkan pada Gambar-2 berikut.Gambar-1: Skema umum proses pembuatan Sol Gel2.1. Kimia Sol GelKimia sol gel adalah didasarkan pada hidrolisisdan kondensasi dari precursors. Umumnya pada solgel ditunjukkan penggunaan alkoksida sebagaiprecursor. Alkoksida memberikan suatu monomeryang dalam beberapa kasus yang terlarut dalambermacam-macam pelarut khususnya alkohol.Alkohol membolehkan penambahan air untuk mulaireaksi, keuntungan lain alkoksida adalah untukmengontrol hidrolisis dan kondensasi. Denganalkoksida sebagai precursor, kimia sol gel dapatdisederhanakan dengan persamaan reaksi berikut.Reaksi Sol GelAda dua tahapan reaksi dalam Sol Gel• (1) Hidrolisis metal alkoksidaGambar-2: a) Tahapan pembentukan Sol danb) Tahapan pembentukan Gel2.2. Keuntungan menggunakan metoda Sol Gel• Homogenitasnya lebih baik, Temperatur rendah,Kemurnian lebih baik, Hemat energi• Pencemaran rendah, Menghindari reaksi dengancontainer dan kemurnian tinggi.• Fase pemisahan cepat, Kristalisasi cepat, Padatannon kristalin keluar membentuk gelas• Pembentukan fase kristal baru dari padatan nonkristal baru• Produk glass lebih baik ditentukan dengan sifatsifatgel, Produk film spesial.2.3. Kerugian menggunakan metoda Sol Gel• Material proses cukup mahal, Residu butir-butirhalus, Residu hidroksil• Residu carbon, Waktu proses cukup lama(J.D.Mackenzie, J.Non-Cryst.Solids, 48, 1 (1982)1.4. Parameter Proses Sol Gel(2) KondensasiMenurut Iler, polimerisasi sol-gel terjadi dalam tigatahap:1. Polimersasi monomer-monomer membentukpartikel2. Penumbuhan partikelTahapan Tujuan proses Parameter prosesprosesLarutan Membentuk Gel Tipe precursor,KimiaTipe pelarut,Kadar air,Konsentrasiprecursor,Temperatur, danpHAging Mendiamkan gel Waktu,untuk mengubah Temperatur,sifatKomposisi cairan,Lingkungan agingPengeringan(Drying)Menghilangkan airdari gelMetodapengeringan(ovaporative,B 133

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Kalsinasi Mengubah sifatsifatfisik/kimiapadatan, seringmenghasilkankristalisasi dandensifikasi2.5. Material Metal Oksida (MOX)2.5.1 Devais Sensor Gas Polutansupercritical, danfreeze drying),Temperatur,Tekanan, WaktuTemperatur,Waktu, Gas (inertatau reaktif)Dari sisi ekonomi, sensor gas juga aplikasinyacukup luas untuk pengontrolan gas pencemar dilingkungan seperti gas-gas: CO, NOx, SOx, NH 3 ,H 2 S dan lain-lain atau gas-gas yang dihasilkan ditempat-tempat tertentu seperti pabrik danlaboratorium serta rumah tinggal. Dari sisi kesehatan,sensor gas dapat membantu pemeliharaan lingkunganhidup untuk tetap menyehatkan karena merupakansarana pengontrolan gas-gas berbahaya yang ada dilingkungan. Adapun tipe metal oksida dan gas-gasyang terdeteksi dapat dilihat pada tabel-1 dan untukpenambahan zat aditif pada gas-gas spesifik padatabel-2 berikut ini.Tabel-1: Metal Oksida Semikonduktor untuk mendeteksi Gas-gasyang spesifikTipe Oksida Gas yang terdeteksiSnO 2 H 2 , CO, NO 2 , H 2 S, CH 4In 2 O 3 , WO 3 NO 2 , NH 3TO 2H 2 , O 2 , C 2 H 5 OHIn 2 O 3 NO 2 ,O 3ITO, Fe 2 O 3COLaFeO3NO 2 , NO XCr 1,8 Ti 0,2 O 3 NH 3Pembuatan sol murni metal oksida tanpa dandengan doping, dan pembuatan serbuk nano materialdengan teknologi sol gel ini dengan karakterisasisistem sensor gas berbasis metal oksida, yangdiaplikasikan pada divais sensor gas denganmenggunakan teknologi thick film dan thin filmdengan bahan sensitif seperti Fe 2 O 3 , In 2 O 3 , WO 3 ,ZnO, SnO 2 dan ITO. Berbagai bahan aditif seperti Pt,Au, Pd, dan Ag akan digunakan sebagai dopantmaupun katalis untuk meningkatkan sensitivitas danselektivitas sensor, selain menerapkan sistem jaringansyaraf tiruan (artificial neural network) untuk divaismulti sensor.H 2 S CuO/SnO 2, Ag/SnO 2WO 3NO 2 CuO/SnO 2, SnO 2In 2 O 3, WO 3CH 4 Pd/SnO 2NH 3 Mo/SnO 2Dalam Gambar-3 dapat dilihat konseprancang bangun sensor gas berbasis metal oksidaseperti dalam Gambar 3.MATERIALMETAL OKSIDAITOIn 2O 3WO 3TiO 2Fe 2O 3ZnOCuOGa 2O 3etc.Dopant/KatalisSol GelMATERIALADITIFPtAuAgPdetc.Dopant/KatalisBUTIRANSKALA NANOTeknologiMicroMachiningSENSORTUNGGALSENSOR ARRAYGambar-3. Konsep Rancang Bangun Sensor Gas berbasis MetalOksida (ITO)PERCOBAANJaringan SyarafTiruanBahan baku yang digunakan adalah garamIndium Nitrat In(CH 3 COO) 3 , dan garam Timah (IV)Chlorida (SnCl 4 .5H 2 O) dicampur dan diaduk(stirring) selama 2 jam pada suhu sekitar 65 0 C,setelah kedua larutan garam tersebut tercampurhomogen kemudian pH larutan diatur 7,0 – 7,5dengan menambahkan larutan basa NH 4 OH dandiaduk sampai rata (homogen) selama 5 jam padasuhu ruangan, akan terbentuk Gel Hidroksida (MixedHydroxide Gel). Setelah terbentuk Gel dilakukanpenyaringan (filtering), pencucian dengan air bebasmineral (De-ionized water) dan pengeringan (drying)akan terbentuk silica gel (mixed hydroxide powder)kemudian dimasukkan kedalam Tungku (Furnace)untuk dilakukan pembakaran (baking) pada suhusekitar 300 0 C selama 3 jam dan kemudian serbukdibiarkan dingin, dan akan didapatkan serbuk nanopartikel ITO yang akan dikarakterisasi dengan alatSEM. Adapun proses pembuatan Indium Tin Oxide(ITO) nano partikel dengan metode Sol Gel dapatdilihat pada gambar 4 skema berikut ini.Tabel-2: Metal Oksida -aditif untuk mendeteksi Gas-gas yangspesifikGas yang terdeteksi Metal adititif /SCH 2 Pt/SnO 2, Pd/SnO 2In 2 O 3, Ag/Pt/SnO 2CO Pt/SnO 2, Pd/SnO 2Cu/SnO 2, In 2 O 3, ITOB 134

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Aq.In(NO3)3 Solution(In:Sn = 90:10, 70:30 & 50:50)Mixed SolutionMixed Hydroxide GelMixed Hydroxide PowderMixed Oxide PowderAq.SnCl4.5H2O SolutionStrirring, 2h, ~65 o C(i) Aq.NH3; (ii) pH, 7.0-7.5; (iii) Strirring 5h, ambient temp.(i) Filtering; (ii) Washed (with water);(iii) Air drying (over silica gel)Baking, ~300 o C, 3hGambar 4. Skema Proses Sol Gel Sintesis ITO NanomaterialHASIL DAN PEMBAHASANPembuatan serbuk ITO nano material denganmetoda Sol Gel dan karakterisasi sistem sensor gasberbasis metal oksida, yang diaplikasikan pada divaissensor gas dengan menggunakan teknologi thick filmdan thin film dengan bahan sensitif seperti ITO.Berbagai bahan aditif seperti Pt, Au, Pd, dan Ag akandigunakan sebagai dopant maupun katalis untukmeningkatkan sensitivitas dan selektivitas sensor,selain menerapkan sistem jaringan syaraf tiruan(artificial neural network). Adapun morfologi butirannano ITO dilihat dengan alat SEM dapat dilihat padagambar-5.Gambar-5. Morfologi butiran nano ITO dilihat dengan alat SEM,Size: < 100 nm, perbesaran: 20.000x.KESIMPULANUntuk mengatasi permasalahan diatas dan mencapaisasaran yang tepat, maka metodologi yang diterapkandalam penelitian ini adalah:1. Modifikasi material metal oksida untukmeningkatkan sensitivitas sensor. Beberapa hasilpenelitian saat ini menunjukkan bahwa penambahanaditif dari bahan logam mulia (Pt, Au, Ag) dapatmeningkatkan sensitivitas material metal oksidaterhadap gas-gas tertentu. Aditif ini bisa berupadopant yang dicampurkan dengan material dasar,atau dalam bentuk katalis yang dilapiskan dipermukaan material dasar. Selain itu, sensitivitassensor juga akan meningkat dengan pengecilanukuran butiran material metal oksida sampai keskala nanometer. [8].2.Penggunaan sensor array untuk meningkatkanselektivitas sensor. Perbedaan temparaturpengoperasian dan komposisi bahan aditifmenyebabkan perbedaan respon dari sensorterhadap gas yang sama. Dengan kata lain, sensoryang berbeda akan memberikan respon yangberbeda pula. Maka bila sensor-sensor inidigabungkan menjadi satu kelompok, akan didapatsatu sistem sensor yang mampu mendiskriminasigas polutan yang berbeda-beda dengan bantuanjaringan syaraf tiruan.3. Penggunaan teknologi sol gel disamping thick filmatau thin film dan teknologi MicroMachining untukmenghasilkan divais dengan konsumsi daya yangrendah.Tahap pertama, divais-divais sensor yangdikembangan akan difabrikasi dengan teknik screenprinting untuk mendapatkan prototipe yang cepatdengan kinerja sesuai yang diharapkan. Tahapkedua adalah mewujudkan divais tersebut denganteknologi MicroMachining dalam rangka prosesminiaturisasi lebih lanjut. Semakin kecil sensoryang dibuat, akan semakin rendah pula konsumsidayanya.4. Pemilihan jenis material dan metoda proses yangbelum banyak dieksplorasi penggunaannya dalamrancang bangun sensor gas akan memberikan aspekorisinalitas. Oleh karena itu, penelitian ini akandifokuskan pada penggunaan material Indium TinOksida (ITO) tersebut dan modifikasinya agarpeluang mendapatkan konsep-konsep ilmiah barubisa lebih mudah.5. Dengan teknologi Sol Gel didapatkan hasil yangefektif dan efisien seperti mendapatkan butirankristal nano sehingga devais yang dihasilkanmenjadi lebih sensitif dan kinerjanya menjadi lebihtinggi.DAFTAR PUSTAKATaguchi, N., US Patent 3 644 795.Seiyama, T., Kato, A., Fujushi, K., & Nagatani, M.,‘A new detector for gaseous components usingsemiconductive thin films’, AnalyticalChemistry, vol. 34, 1962, p. 1502f.Taguchi, N., Japanese Patent 47-38840.Figaro Products Catalogue, Figaro gas sensors 1-series 8-series, Figaro Engineering Inc.Barsan, N., Stetter, J. R., Findlay, Jr., M. & Gopel,W., ‘High-performance gas sensing of CO:comparative tests for semiconducting (SnO 2 -based) and for amperometric gas sensors’,Analytical Chemistry, vol. 71, 1999, pp. 2512– 2517.Moseley, P. T., ‘Thick-film semiconductor gassensors’, in Thick Film Sensors, ed. M.Prudenziati, Elsevier Science, Amsterdam,1994, pp. 289-311.B 135

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Suzuki, T., Kunihara, K., Kobayashi, M., Tabat, S.,Higaki, K. & Ohnishi, H., ‘A micromachinedgas sensor based on a catalytic thick film/SnO 2thin film bilayer and thin film heater Part 1:CH 4 sensing’, Sensors and Actuators B, vol.109, 2005, pp. 185-189.Mochida, T., Kikuchi, K., Kondo, T., Uono, H. &Matsuura, Y., ‘Highly sensitive and selectiveH 2 S gas sensor from r.f. sputtered SnO 2 thinfilm’, Sensors and Actuators B, vol. 24-25,1995, pp. 433-437.Briand, D., Labeau, M., Currie, J. F. & Delabouglise,G., ‘Pd-doped SnO 2 thin films deposited byassisted ultrasonic spraying CVD for gassensing: selectivity and effect of annealing’,Sensors and Actuators B, vol. 48, 1998, pp.395-402.Bârsan, N. & Ionescu, R., ‘SnO2-based gas sensors aschromatographic detectors’, Sensors andActuators B, vol. 18-19, 1994, pp. 470-473.Mizsei, J. & Lantto, V., ‘Air pollution monitoringwith a semiconductor gas sensor array system’,Sensors and Actuators B, vol. 6, 1992, pp. 223-227.Kersen, U., ‘The gas-sensing potential ofnanocrystalline SnO 2 produced by amechanochemical milling via centrifugalaction’, Applied Physics A: Material Science &Processing, vol. 75, 2002, pp. 559-563.Cosandey, F., Skandan, G. & Singhal, A., ‘Materialsand processing issues in nanostructuredsemiconductor gas sensors’, JOM-e, 52 (10),2000,http://www.tms.org/pubs/journals/JOM/0010/Cosandey/Cosandey-0010.html.Moon, B. U., Lee, J. M., Shim, C. H., Lee, M. B.,Lee, J. H., Lee, D. D. & Lee, J. H., “Siliconbridge type micro-gas sensor array”, Sensorsand Actuators B, vol. 108, 2005, pp. 271 –277.Korotcenkov, ‘Gas response control through structuraland chemical modification of metal oxidefilms: state of the art and approaches’, Sensorsand Actuators B, vol. 107, 2005, pp. 209 –232.B 136

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SINTESIS DAN KARAKTERISASI HIDROKSIAPATIT MAKROPORI UNTUKAPLIKASI BONE FILLERWida Dinar Tri Meylani 1 , Drs. Djoni Izak R., M.Si 2 , Drs. Siswanto, M.Si 31,3 Program Studi Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : semnasfisika@unair.ac.idAbstrakTelah dilakukan sintesis hidroksiapatit makropori dengan metode perendaman busa. Bahan yang digunakandalam penelitian ini meliputi hidroksiapatit, PVA dan busa. Sintesis dilakukan dengan cara merendam busadalam slurry yang merupakan campuran 40 wt% hidroksiapatit dan larutan PVA (50 wt%). Selanjutnya sampeldikeringkan dan dipanaskan pada temperatur 650º C untuk menghilangkan busa dan PVA. Tahap selanjutnyaadalah proses sintering sampel pada temperatur 1000º C dengan variasi lama waktu sintering 4 jam, 5 jam dan6 jam. Berdasarkan uji SEM, uji porositas, dan uji compressive strength, hasil terbaik ditunjukkan oleh sampelyang disintering 6 jam karena memiliki diameter pori sebesar 184 – 571 µm dengan porositas 87,565 % dannilai compressive strength 7,1395 x 10-3 MPa. Pada sampel tersebut juga sudah tidak terdapat sisa busa danPVA. Hasil pengujian MTT assay menunjukkan bahwa sampel tersebut tidak memberikan efek toksik karenapersen sel hidup yang diperoleh dari pengujian sampel tersebut adalah sebesar 96,472%.Kata kunci : hidroksiapatit makropori, metode perendaman busa, sintering, diameter pori, porositas, compressivestrength, MTT assayPENDAHULUANTransplantasi sangat terbatas oleh ketersediaanorgan dan masalah kompatibilitas imun.Perkembangan yang menarik perhatian saat ini adalahregenerasi atau penumbuhan kembali jaringan yangsakit atau rusak. Teknik jaringan mengacu padapenumbuhan jaringan baru menggunakan sel hidupyang dikendalikan oleh struktur substrat dari materialsintetis (Park et al, 2007).Bone filler telah banyak digunakan dalamrekonstruksi tulang akibat kecelakaan, tumor jinak,tumor ganas dan cacat tulang bawaan. Rongga tulangyang rusak diisi dengan bone filler sehinggamemungkinkan tumbuhnya sel tulang yang baru.Bone filler akan menghilang saat sel tulang yang barutelah tumbuh (Phillips, 2005).Dalam rangka untuk mendorong pertumbuhansel tulang di dalam bone filler sangat diperlukankontrol karakteristik fisik porositas (Descamps et al,2008). Parameter penting untuk bone filler antara lainporositas, ukuran diameter pori, serta interkoneksipori. Saat ukuran pori hidroksiapatit melebihi 100 µm,tulang akan tumbuh di dalam pori yang salingterkoneksi dan mempertahankan vaskularitas (Ratner,2004). Pada tulang, porositas bone filler yangdibutuhkan ± 70% (Keaveny, 2004) dengan ukuranpori minimum untuk pertumbuhan sel tulang adalahsebesar 100 µm (Swain, 2009). Ukuran pori yangpaling cocok atau efektif untuk pertumbuhan seltulang adalah pada kisaran ukuran 100 – 400 µm(Swain, 2009).Hidroksiapatit adalah salah satu biokeramik yangdigunakan sebagai bahan pembuatan bone filler. Bonefiller dari hidroksiapatit dapat ditempati oleh jaringantulang karena hidroksiapatit memiliki kemiripandengan komposisi tulang. Hidroksiapatit memilikibiokompatibilitas yang tinggi dengan jaringan hidupdisekelilingnya serta bersifat osteokonduktif yaitudapat merangsang pertumbuhan tulang (Descamp etal, 2008).Swain (2009) menggunakan metode perendamanbusa polimer untuk mensintesis hidroksiapatitmakropori. Hidroksiapatit dibuat dalam bentuk slurrydengan cara dicampurkan dalam larutan PVA(Polyvinyl Alcohol) kemudian busa direndam dalamslurry tersebut. Setelah sampel dikeringkan,pembakaran sampel di dalam furnace dilakukan untukmenghilangkan busa dan PVA kemudian dilanjutkanke tahap akhir yaitu tahap sintering. Pada penelitiantersebut hidroksiapatit makropori yang dihasilkanmemiliki ukuran diameter pori 400 – 500 µm danterdapat interkoneksi. Kelemahan dari penelitian iniadalah ukuran pori yang dihasilkan kurang sesuaiuntuk pertumbuhan tulang karena ukuran pori yangefektif untuk pertumbuhan tulang adalah 100-400 µm.Selama proses pembakaran material atau prosessintering, terjadi suatu penyusutan dimana porositasmenurun dan terjadi peningkatan integritas mekanik.Perubahan ini terjadi akibat penggabungan butiranbutiranatau partikel sehingga material menjadi lebihpadat (Callister, 2001). Semakin lama waktu yangdiberikan pada proses sintering, maka porositas darimaterial tersebut semakin menurun (Smith, 1990).Selama proses sintering tersebut berlangsung,semakin lama waktu sinteringnya maka ukuran poriporiakan menjadi lebih kecil (Callister, 2001).Pada penelitian ini, telah dilakukan sintesishidroksiapatit makropori menggunakan metodeperendaman busa dimana pada proses sintesisnyadigunakan busa sebagai media atau agen pembuatpori. Penelitian Swain (2009) memiliki kelemahanyaitu pori-pori yang dihasilkan sebesar 400-500 µmkurang efektif untuk pertumbuhan tulang karenaB 137

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8ukuran pori yang efektif adalah sebesar 100-400 µm.Variasi pada lama waktu proses sintering padapenelitian ini dilakukan untuk mengetahui perubahanyang terjadi pada ukuran pori dan porositashidroksiapatit makropori sebagai akibat dariperbedaan lama waktu sintering. Selain itu denganmengetahui lama waktu sintering yang tepat makaakan dapat dihasilkan hidroksiapatit makropori yangmemiliki porositas dan diameter pori yang efektifuntuk pertumbuhan sel tulang.METODE EKSPERIMENPenelitian tentang “Sintesis dan KarakterisasiHidroksiapatit Makropori untuk Aplikasi Bone Filler”ini dilakukan dalam dua tahap pelaksanaan yaitutahap pembuatan sampel dan tahap pengujian sampel.Tahap pembuatan sampel meliputi proses pembuatanslurry, perendaman busa Polyurethane, pengeringan,penghilangan busa dan PVA serta proses sintering.Pembuatan sampel hidroksiapatit makroporidilakukan dengan menggunakan metode perendamanbusa. Pada pembuatan sampel tersebut dilakukanvariasi pada lama waktu sintering dengan temperatursintering yang tetap yaitu 1000º C. Tahap-tahappembuatan sampel hidroksiapatit makropori adalahsebagai berikut.Hidroksiapatit slurry dibuat denganmencampurkan 40 wt% serbuk hidroksiapatit denganlarutan Polyvinyl Alcohol (PVA) 5 wt%. Busa yangterbuat dari polyurethane dipotong berbentuk kubusdengan ukuran kurang lebih 1x1x1 cm. Busa yangtelah dipotong kemudian direndam dalam slurry.Sampel kemudian dikeringkan dalam furnace selama2 jam pada temperatur 80º C kemudian temperaturditingkatkan menjadi 650º C selama 1 jam untukmenghilangkan busa serta PVA. Tahap terakhiradalah sintering sampel I, II dan III pada temperatur1000º C dengan variasi lama waktu masing-masingsampel adalah 4 jam, 5 jam dan 6 jam.Tahap pengujian ketiga sampel hidroksiapatitmakropori meliputi pengujian porositas, pengujianSEM, pengujian compressive strength, pengujianFTIR dan pengujian MTT assay sebagai berikut.Pengujian FTIRPengujian FTIR dilakukan Laboratorium Polimerdan Membran Teknik Kimia UBAYA. Sejumlahsampel digerus bersama KBr dengan perbandingan1:20 (w/w). Komposisi sampel dan KBr masingmasingadalah 0,025 gr dan 0,5. Digunakan KBrkarena sel tempat cuplikan dari sampel harus terbuatdari bahan-bahan yang tembus terhadap sinar inframerah, seperti NaCl dan KBr. Campuran kemudian dipress dengan menggunakan alat pengepres padatekanan 10 torr sehingga menjadi pellet yang padat,pellet ini yang kemudian dianalisa denganmenggunakan alat spektrokopi FTIR tipe BrukerTensor 27.Pengujian SEMSampel diuji menggunakan SEM tipe INSPECTS50 dan dilakukan di Laboratorium SentralUniversitas Negeri Malang. Sampel yang akandipotret disiapkan terlebih dahulu. Sampel direkatkandengan karbon pada tempat (stub) yang terbuat darilogam dan dilapisi palladium. Lalu sampeldimasukkan dalam ruang spesimen dan disinaridengan pancaran elektron (20 kV). Elektron yangdipantulkan lalu dideteksi dengan detektor sintilatoryang diperkuat dengan suatu rangkaian listrik yangdapat mengakibatkan timbulnya gambar layar CRT(Catode Ray Tube). Lalu dilakukan pemotretansetelah memilih bagian tertentu dari objek denganpembesaran yang diinginkan sehingga diperoleh fotoyang baik dan jelas.bagian bawah halaman.Pengujian PorositasPorositas hidroksiapatit makropori dihitungdengan menghitung persen volume ruang kosongyang terdapat pada sampel. Sebelum ditimbangmassanya, sampel dihitung volumenya kemudiansampel dalam keadaan kering ditimbang massanya.Selanjutnya sampel dimasukkan dalam gelas beakeryang berisi air. Massa sampel setelah direndamkemudian ditimbang. Porositas dari sampel dihitungberdasarkan persamaan berikut.Dimana,m b = massa basah dari benda uji (gram)m k = massa kering dari benda uji (gram)V b = volume benda uji (cm 3 )ρ air = massa jenis air (1 gr/cm 3 )Pengujian Compressive StrengthPengujian compressive strength dilakukan diLaboratorium Korosi dan Kegagalan Material JurusanMaterial Metalurgi ITS. Sisi sampel diukur denganmenggunakan jangka sorong (panjang p, lebar l).Sampel ditempatkan pada tempat spesimen alat ujitekan, kemudian sampel ditekan dengan alat penekansehingga penekan dapat menekan permukaan sampelsampai hancur (Gambar 3.10). Besarnya beban (F)yang digunakan untuk menekan sampel hingga hancurdapat dilihat pada alat. Dari data yang telah diperolehkemudian dimasukkan dalam persamaan sebagaiberikut.Dimana F merupakan gaya tekan sampel dalamsatuan Newton (N) dan A merupakan luas penampangsampel yang dikenai gaya tekan.Pengujian MTT assayPengujian MTT assay yang dilaksanakan di PusatVeterinaria Farma dilakukan dalam beberapa tahapantara lain persiapan kultur sel fibroblas, pengerjaansampel dan tahap pengujian sampel. Tahap persiapanB 138

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8kultur sel fibroblas akan dilakukan dengan langkahlangkahsebagai berikut. Persiapan dilakukan dalamlaminar flow. Kultur sel BHK-21 dalam bentukmonolayer dengan media Eagle’s dan FBS 10%ditanam dalam botol kultur Roux kemudian diinkubasipada suhu 37° C selama 48 jam menggunakaninkubator. Kultur sel lalu dicuci dengan PBSsebanyak 5 kali yang bertujuan untuk membuang sisaserum yang tersisa. Kemudian ditambahkan tripsinversene untuk melepaskan sel dari dinding botol danmemisahkan ikatan antar sel agar tidakmenggerombol. Sel dengan kepadatan 2 x 10 5dimasukkan dalam 100 µL media Eagle’s (mediaeagle’s 86%, penstrep 1%, fungizone 100 unit/mL)kedalam mikroplate 96-sumur sesuai dengan jumlahsampel dan kontrol.Tahap kedua adalah pengerjaan sampel yangakan dilakukan dengan langkah-langkah sebagaiberikut. Sampel disterilkan dalam autoklaf selama 1jam pada suhu 120º C. Dalam laminar flow, sampeldiencerkan dengan media eagle’s dan FBS. Sampelyang telah diencerkan dimasukkan dalam mikroplate96-sumur sebanyak 50 µL lalu diinkubasi 24 jam padasuhu 37° C.Tahap ketiga adalah pengujian sampel yang akandilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut.10 µL pereaksi MTT 5 mg/mL yang telah dilarutkandalam PBS ditambahkan ke media untuk setiapsumuran kemudian diinkubasi selama 4 jam dalamsuhu 37° C. Pelarut DMSO ditambahkan ke setiapsumuran sebanyak 50 µL lalu disentrifuse 30 rpmselama 5 menit. Nilai densitas optik formazandihitung dengan Elisa reader pada panjanggelombang 630 nm. Penghitungan persentase selhidup dapat dihitung sesuai dengan persamaansebagai berikut.Dimana % sel hidup = persen jumlah sel setelahperlakuan, OD perlakuan = nilai densitas optik sampelsetelah perlakuan, OD kontrol media = nilai densitasoptik kontrol media, OD kontrol sel = nilai densitasoptik kontrol sel.HASIL DAN PEMBAHASANHasil FTIR diperoleh dalam bentuk spektrumyang menggambarkan besarnya nilai % transmitandan bilangan gelombang untuk sampel hidroksiapatitmakropori. Hasil pengujian FTIR dari ketiga sampelhidroksiapatit makropori dengan variasi lama waktusintering 4 jam, 5 jam dan 6 jam dapat dilihat padaGambar 1, Gambar 2 dan Gambar 3.Transmittance [%]0 20 40 60 80 100 120 14040003572.103433.59350030002360.81Gambar 1. Hasil pengujian FTIR dari sampel Hidroksiapatitmakropori yang disintering 4 jam.Transmittance [%]0 20 40 60 80 100 120 1403572.353435.01Gambar 2. Hasil pengujian FTIR dari sampel Hidroksiapatitmakropori yang disintering 5 jam.Transmittance [%]0 20 40 60 80 100 120 1404000400035003642.383572.383495.68350030003000Gambar 3. Hasil pengujian FTIR dari sampel Hidroksiapatitmakropori yang disintering 6 jam.Selama proses pembuatan, Polyvinyl Alcohol(PVA) dan busa jenis Polyurethane (PU) digunakanbersama dengan hidroksiapatit sampai terbentukmakropori. Sisa-sisa dari PVA dan PU akan semakinberkurang sesuai dengan meningkatnya lama waktusintering. Dalam hal ini proses sintering selainberfungsi sebagai proses penggabungan partikelpartikelmaterial, proses sintering juga berfungsisebagai tahap akhir untuk menghilangkan bahanbahansisa yang sudah tidak diperlukan.Untuk mengetahui apakah PVA dan PU masihtersisa dalam sampel hidroksiapatit makropori, makadilakukan analisis pada ketiga spektrum FTIR sampel.Jika pada sampel masih terdapat PVA, maka padaspektrum FTIR akan muncul puncak gugus vinil(C=C) yang terletak pada bilangan gelombang 1600-1700 cm -1 . Adanya polyurethane akan ditunjukkanoleh adanya puncak milik gugus ester (R-COO-R)pada bilangan gelombang (1735-1750 cm -1 ) dangugus amina (NH) pada bilangan gelombang (3000-3700 cm -1 ).Dari spektrum FTIR hasil pengujian ketigasampel pada Gambar 1, Gambar 2 dan Gambar 3dapat diketahui bahwa tidak ada gugus fungsi vinilmilik PVA (C=C) dan gugus ester dan amina dari2002.0625002000Wavenumber cm-12360.712002.1425002000Wavenumber cm-12361.382002.1525002000Wavenumber cm-11446.6415001429.9615001423.8415001032.06962.09875.7210001050.08962.08875.9110001046.32961.781000632.96603.04569.56473.72500633.20603.20569.54474.27500633.05602.97569.22474.10500B 139

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8busa polyurethane (NH dan R–COO-R). Dalamspektrum FTIR tersebut hanya terdapat gugus-gugusfungsi milik hidroksiapatit yaitu hidroksil dan fosfat(OH dan PO 4 3- ). Sehingga dapat dikatakan bahwaketiga sampel hidroksiapatit makropori yangterbentuk tidak mengandung PVA dan polyurethane.Pengujian dengan SEM dilakukan untukmengetahui struktur permukaan dan diameter porisampel. Hasil pengujian SEM yang menunjukkanstruktur permukaan dari sampel hidroksiapatitmakropori dengan variasi lama waktu sintering 4 jam,5 jam dan 6 jam dapat dilihat pada Gambar 4.meningkatkan pada lama waktu sintering agardiperoleh diameter pori sebesar 100 – 400 µm.Selain ukuran diameter pori, lama waktusintering juga berpengaruh terhadap porositas darisampel hidroksiapatit makropori. Hasil pengujianporositas sampel hidroksiapatit makropori denganvariasi lama waktu sintering 4 jam, 5 jam dan 6 jamdapat dilihat pada Tabel 2.Tabel 2. Hasil pengujian porositas dari sampel hidroksiapatitmakropori dengan variasi lama waktu sintering 4 jam, 5 jam, 6 jam.Gambar 4. Hasil pengujian SEM dari sampel Hidroksiapatitmakropori dengan variasi lama waktu sintering (a) 4 jam, (b) 5 jam,dan (c) 6 jam.Lama waktu sintering berpengaruh pada ukurandiameter pori dari sampel hidroksiapatit makropori.Ukuran diameter pori sampel hidroksiapatitmakropori dapat diukur menggunakan garis skalayang terdapat pada gambar hasil SEM. Setelahdilakukan pengukuran diameter pori pada ketigasampel tersebut berdasarkan Gambar 4, untuk masingmasingsampel diperoleh ukuran diameter pori yangberbeda-beda. Pengaruh dari variasi lama waktusintering terhadap ukuran diameter pori pada sampelhidroksiapatit makropori diperlihatkan pada Tabel 1.Tabel 1. Hasil pengukuran diameter pori darisampel hidroksiapatit makropori dengan variasi lamawaktu sintering 4 jam, 5 jam, 6 jam.Tabel 1 menunjukkan bahwa pada sampelhidroksiapatit makropori, ukuran diameter porimenurun sesuai dengan kenaikan lama waktusintering. Hal ini terjadi karena selama prosessintering berlangsung, terjadi penggabungan butiranatau partikel sehingga material menjadi lebih padat.Semakin lama waktu yang diberikan pada prosessintering maka ukuran pori-pori akan menjadi lebihkecil.Pada penelitian ini meskipun telah terjadipenurunan ukuran diameter pori sampel terhadapkenaikan lama waktu sintering, namun sampel IIIyang disintering 6 jam dan memiliki diameter poriterkecil yaitu 184 – 571 µm belum dapatdiaplikasikan untuk bone filler. Hal ini dikarenakanukuran diameter pori pada sampel tersebut lebih besardari ukuran diameter bone filler yang efektif untukpertumbuhan sel tulang, yaitu 100 – 400 µm. Untukmendapatkan diameter pori hidroksiapatit makroporiyang efektif untuk pertumbuhan tulang, perludilakukan penelitian lebih lanjut yaitu denganSetelah dilakukan pengukuran porositas, makaberdasarkan Tabel 2 diperoleh porositas yangberbeda-beda untuk ketiga sampel dengan lama waktusintering yang berbeda. Pengaruh dari variasi lamawaktu sintering terhadap porositas sampelhidroksiapatit makropori ditunjukkan oleh grafik padaGambar 5.Gambar 5. Grafik hubungan antara variasi waktu sintering denganporositas (%) Hidroksiapatit makropori.Porositas dipengaruhi oleh proses sinteringdimana porositas akan menurun ketika lama waktuproses sintering ditingkatkan. Grafik pada gambar 5menunjukkan bahwa pada sampel hidroksiapatitmakropori, porositas menurun sesuai dengan kenaikanlama waktu sintering. Sampel III yang disinteringselama 6 jam memiliki porositas lebih kecil jikadibandingkan dengan sampel I dan II. Hal inidisebabkan karena selama proses sinteringberlangsung terjadi penyusutan akibat penggabunganpartikel-partikel yang menyebabkan material menjadilebih padat. Semakin lama waktu untuk prosessintering, maka penggabungan partikel materialmenjadi semakin efektif sehingga porositas makinmenurun.Meskipun telah dihasilkan tiga sampelhidroksiapatit makropori dengan porositas sebesar95,447%, 90,886% dan 87,565% untuk sampel I, IIdan III, namun ketiga sampel tersebut masih belumsesuai untuk diaplikasikan sebagai bone filler.Menurut Keaveny (2004), hidroksiapatit makroporiyang akan diaplikasikan sebagai bone filler padatulang spongious femur membutuhkan porositassebesar ±70%. Pada penelitian ini, ketiga sampelhidroksiapatit makropori yang dihasilkan memilikiporositas lebih dari 70% sehingga belum dapatB 140

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8diaplikasikan untuk bone filler. Untuk mendapatkanhidroksiapatit makropori yang memiliki porositas ±70%dapat dilakukan penelitian lebih lanjut dengan caramenambah lama waktu sinteringnya yaitu lebih dari 6jam.Lama waktu sintering akan berpengaruhterhadap compressive strength dari sampelhidroksiapatit makropori. Hasil pengujiancompressive strength sampel hidroksiapatit makroporidengan variasi lama waktu sintering 4 jam, 5 jam dan6 jam dapat dilihat pada Tabel 3.Tabel 3. Hasil pengujian compressive strength dari sampelhidroksiapatit makropori dengan variasi lama waktu sintering 4 jam,5 jam, 6 jam.Setelah dilakukan pengukuran compressivestrength, maka berdasarkan Tabel 3 diperoleh nilaicompressive strength yang berbeda-beda untuk ketigasampel dengan lama waktu sintering yang berbeda.Pengaruh dari variasi lama waktu sintering terhadapsifat mekanik compressive strength sampelhidroksiapatit makropori ditunjukkan oleh grafik padaGambar 6.sintering akan berpengaruh pada sifat mekanik bahantermasuk compressive strength.Nilai compressive strength dari hidroksiapatitmakropori yang akan diaplikasikan sebagai bone filleradalah sebesar 7,5 – 41 MPa. Nilai compressivestrength dari ketiga sampel hidroksiapatit makroporipada penelitian ini belum memenuhi nilaicompressive strength yang sesuai untuk aplikasi bonefiller. Nilai compressive strength sampel dapatditingkatkan dengan cara menambah lama waktusintering sampai didapatkan nilai yang sesuai untukaplikasi bone filler.Ketiga sampel hidroksiapatit makroporimenggunakan PVA dan PU dalam prosespembuatannya. Setelah ketiga sampel hidroksiapatittelah terbukti tidak mengandung PVA dan PUberdasarkan hasil pengujian FTIR, maka perludibuktikan apakah ketiga sampel tersebut tidakbersifat toksik. Oleh karena itu dilakukan tahappengujian toksisitas yaitu uji MTT assay.Hasil pengujian MTT assay yang menunjukkanpersen sel hidup dari sampel hidroksiapatit makroporiyang disintesis dengan variasi lama waktu sintering 4jam, 5 jam dan 6 jam dapat dilihat pada tabel 4.Tabel 4. Hasil pengujian MTT assay dari sampel hidroksiapatitmakropori yang disintesis dengan variasi temperatur sintering 4 jam,5 jam, 6 jam.Gambar 6. Grafik hubungan antara variasi waktu sintering dengancompressive strength hidroksiapatit makropori.Lama waktu sintering mempengaruhi sifatmekanik sampel dimana nilai compressive strengthsampel akan meningkat sesuai dengan kenaikan lamawaktu sintering. Grafik pada Gambar 6 menunjukkanbahwa pada sampel hidroksiapatit makropori,compressive strength meningkat sesuai dengankenaikan lama waktu sintering. Sampel III yangdisintering selama 6 jam memiliki nilai compressivestrength lebih besar jika dibandingkan dengan sampelI dan II. Hal ini disebabkan karena selama prosessintering, terjadi penggabungan partikel-partikel ataubutir material sehingga terjadi ikatan yang kuat antaramasing-masing butir. Peristiwa ini dapat terjadikarena adanya suatu mekanisme gerakan materialdiantara butir (proses difusi) dan sumber energi untukmengaktifkan gerakan tersebut. Semakin lama waktuyang diberikan pada proses sintering, semakin banyakpartikel-partikel yang berikatan sehingga materialmenjadi lebih kuat. Dalam hal ini lama waktuTabel 4 merupakan hasil perhitungan nilaidensitas optik dari setiap sampel yang diuji. Densitasoptik dapat diartikan kemampuan suatu materialuntuk menyerap suatu cahaya. Nilai dari densitasoptik (OD) setara dengan banyaknya sel hidup. Makintinggi nilai OD maka sel yang hidup semakin banyak.Setelah dilakukan pengujian MTT assay, makaberdasarkan tabel 4 yang diperoleh dari hasilpembacaan Elisa Reader menunjukkan bahwa ketigasampel hidroksiapatit makropori tidak bersifat toksikpada sel. Hal ini ditunjukkan oleh persentase sel yanghidup masih diatas 60 % pada pengujian ketigasampel tersebut. Ketiga sampel hidroksiapatitmakropori tersebut tidak bersifat toksik karena selamaproses sinteringnya, PVA dan PU sudah dihilangkansehingga yang tertinggal hanya hidroksiapatit. Haltersebut dikuatkan oleh pengujian pada ketiga sampelhidroksiapatit yang telah diuji FTIR dimana padaspektrum FTIR ketiga sampel hanya terdapat gugusgugusfungsi hidroksil dan fosfat (OH dan PO 4 3- )atau dengan kata lain tidak ada gugus-gugus fungsimilik PVA dan PU.Hasil pengujian FTIR memperlihatkan bahwaPVA dan busa telah berhasil dihilangkan melaluiproses pemanasan 650º C dan sintering 1000º Cdengan lama waktu sintering berbeda. Berdasarkanhasil pengujian SEM dan porositas, ukuran diameterpori dan porositas sampel hidroksiapatit makroporimenurun sesuai dengan kenaikan lama waktuB 141

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sintering. Penurunan porositas tersebut akanmenyebabkan kenaikan pada compressive strengthsampel. Dalam hal ini perubahan pada ukuran porisampel akan menyebabkan perubahan pada porositasdan compressive strength sampel. Hasil pengujianMTT assay juga memperlihatkan bahwa sampelhidroksiapatit makropori yang disintesismenggunakan metode perendaman busa tidakmemberikan efek toksik karena PVA dan busa yangtelah hilang.Dari beberapa hasil uji yang telah dilakukanpada ketiga sampel hidroksiapatit makropori,diperoleh karakteristik terbaik yaitu pada sampel IIIyang disintering pada temperatur 1000º C selama 6jam. Pada sampel tersebut ukuran diameter pori yangdihasilkan adalah sebesar 184 – 571 µm denganporositas 87,565 % dan nilai compressive strength7,1395 x 10 -3 MPa. Pada sampel tersebut juga tidakditemukan adanya sisa PVA dan busa. PengujianMTT assay menunjukkan bahwa sampel tersebuttidak memberikan efek toksik karena persen sel hidupyang diperoleh dari pengujian sampel tersebut adalahsebesar 96,472%.Hidroksiapatit makropori dapat diaplikasikansebagai bone filler jika memenuhi syarat antara lainukuran pori 100-400 µm, porositas kurang lebih 70%,memiliki compressive strength 7,5 – 41 MPa dantidak bersifat toksik. Dari beberapa pengujian yangtelah dilakukan, sampel III memiliki sifat terbaik jikadibandingkan dengan kedua sampel lainnya.Meskipun hasil uji MTT assay menunjukkan bahwasampel III tidak toksik, namun sampel III tersebutbelum dapat diaplikasikan sebagai bone filler karenaukuran diameter pori, porositas serta nilaicompressive strengthnya tidak memenuhi syaratsebagai bone filler. Untuk mendapatkan sampelhidroksiapatit makropori yang diameter pori,porositas dan sifat mekanik compressive strengthnyasesuai untuk aplikasi bone filler maka perludilakukan penambahan pada lama waktu sinteringnya.KESIMPULANVariasi lama waktu sintering berpengaruh padaukuran pori, porositas dan sifat mekanik compressivestrength sampel hidroksiapatit makropori. Semakinlama waktu sintering yang digunakan, maka ukuranpori dan porositas sampel akan menurun. Semakinlama waktu sinteringnya akan membuat nilaicompressive strength sampel meningkat. 2. Busa danPVA telah berhasil dihilangkan selama prosespemanasan 650º C dan sintering 1000º C pada variasiwaktu 4 jam, 5 jam dan 6 jam. Selain itu pada ketigasampel hidroksiapatit yang dihasilkan tidak memilikiefek toksik karena busa dan PVA telah hilang.Ucapan Terima KasihPada kesempatan ini penulis ingin menyampaikanterimakasih sedalam-dalamnya kepada Drs. DjoniIzak R., M.Si sebagai pembimbing I dan Drs.Siswanto, M.Si sebagai pembimbing II atas masukandan bimbingannya serta teman – teman HIMAFIangkatan 2008 dan semua pihak yang telah membantusehingga penelitian ini dapat terselesaikan.DAFTAR PUSTAKAAnanto, S., 2008, Analisis Mikrostruktur, SifatMekanik dan Sifat Kimia Logam SS-904L,Skripsi Departemen Fisika, Fakultas Sains danTeknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.Chou, J., et. Al., 2007, Conversion of Coral Sand toCalcium Phosphate for BiomedicalApplication, Department of ChemistryMaterials and Forensic Science, University ofTechnology Sydney, Australia. Optoelectron.Adv. Mater., Vol. 1, 549 – 553.Callister, William D., 2001, Fundamentals ofMaterials Science and Engineering, JohnWiley and Sons, Inc, New York.Descamps, M., et. Al., 2007, Manufacture ofmacroporous β - tricalcium phosphatebioceramics, Journal of the European CeramicSociety, xxx, xxx–xxx.Descamps, M., et. Al., 2008, Synthesis ofMacroporous β – Tricalcium Phosphate withControlled Porous Architectural, CeramicsInternational, 34, 1131 – 1137.Kalita, S., et. Al., 2006, Fabrication of 3-D PorousMg/Zn doped Tricalcium Phosphate Bone-Scaffolds via the Fused Deposition Modelling,Department of Mechanical, Materials andAerospace Engineering, University of CentralFlorida, Orlando, Florida.Keaveny, T. M., 2004, Standard Handbook ofBiomedical Engineering and Design, McGrawHill.Kurniawan, S. B., 2012, Sintesis dan KarakterisasiSifat Mekanik Mortar Berbasis MaterialKomposit Silika Amorf dengan VariasiPenambahan Sekam Tebu, Skripsi JurusanFisika, Universitas Airlangga, Surabaya.Li, S., et. Al., 2003, Macroporous Biphasic CalciumPhosphate Scaffold with High Permeability /Porosity Ratio, Tissue Engineering, Volume 9,Number 3.Liebschner, M. A. K., et. Al., 2003, Optimization ofBone Scaffold Engineering for Load BearingApplications, Department of Bioengineering,Rice University, Texas, USA.Miao, X., et. Al., 2010, Graded/Gradient PorousBiomaterials, Materials, 3, 26-47;doi:10.3390/ma3010026Park, J., et. Al, 2007, Biomaterials an Introduction,3rd Edition, Springer, New York.Phillips, G. O., 2005, Clinical Application of BoneAllografts and Substitutes Biology and ClinicalApplication, World Scientific, London.Rachadini, N., 2007, Uji Sitotoksisitas Ekstrak SerbukKayu Siwak (Salvadora persica) pada KulturSel dengan Menggunakan Esei MTT, SkripsiB 142

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Fakultas Kedokteran Gigi, UniversitasAirlangga, Surabaya.Ratner, B. D., et. Al., 2004, Biomaterial Science,Second Edition, Elsevier Scademic Press, SanDiego.Sahin, Erdem, 2006, Shynthesis and Characterizationof Hydroxyapatite – Alumina – ZirconiaBiocomposit, Izmir Institute of Technology,Izmir.Sari, N. A. W., 2005, Pengaruh Suhu dan WaktuSintering pada Pembentukan Paduan PbS,Skripsi Departemen Fisika, Fakultas Sains danTeknologi, Universitas Airlangga, Surabaya.Sloane, E., 2003, Anatomi dan Fisiologi untukPemula, EGC, Jakarta.Swain, S. K., 2009, Processing of PorousHydroxyapatite Scaffold, Thesis Department ofCeramic Engineering, National Institute ofTechnology, Rourkela.Syafrudin, H., 2011, Analisis Mikrostrukutr, SifatFisis dan Sifat Mekanik Keramik JenisRefraktori, Skripsi Departemen Fisika,Fakultas Sains dan Teknologi, UniversitasAirlangga, Surabaya.Wijayanti, F., 2010, Variasi Komposisi Cobalt -Chromium Pada Komposit Co-Cr-HAPSebagai Bahan Implan, Skripsi DepartemenFisika, Fakultas Sains dan Teknologi,Universitas Airlangga, Surabaya.William F. Smith, 1990, Principles of MaterialScience and Engineering, Second Edition, McGraw-Hill Publishing Company, New York.Ylinen, P., 2006, Applications of CorallineHydroxyapatite with BioabsorbableContainment and Reinforcement as Bone GraftSubstitute, Academic dissertation Departmentof Orthopaedics and Traumatology, HelsinkiUniversity Central Hospital and University ofHelsinki, Helsinki.B 143

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8UPAYA PERBAIKAN SIFAT MEKANIK PLASTIK EDIBEL BERBASIS PATIMELALUI PENAMBAHAN SELULOSA DIASETAT DARI SERAT NANASSiswanto, Jan Ady, Pradita Denia AbristaProgram Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : siswanto_fst@yahoo.co.idAbstrakPlastik edibel berbasis pati memiliki kelemahan terhadap sifat mekaniknya untuk dapat diaplikasikan sebagaipengganti plastik berbahan sintetis. Upaya perbaikan terhadap sifat mekanik tersebut telah dilakukan melaluipenambahan selulosa diasetat dari serat nanas.. Sampel penelitian dibuat dengan cara hidrolisis pati tapiokamenggunakan pelarut asetat dengan perbandingan 50 gram tapioka dalam 50 ml pelarut dengan pH 7.Komposisi sampel yang dibuat adalah 7,5 gram hasil hidrolisis, 100 ml aquades, 45 ml etanol 96%, 1,2 mlgliserol dengan penambahan selulosa diasetat dari serat nanas secara berturut-turut 0,2%, 0,4%, 0,6%, 0,8%,1%. Plastik yang dihasilkan cukup stabil dengan nilai kuat tarik antara 89,33 – 115,83 kgf/cm 2 dan kemuluranantara 49,6 – 60 %. Secara mikroskopik penambahan serat nanas ini dapat bereaksi dengan plastik edibelmelalui pembentukan gugus baru CO-CH 2 dan P-HKata kunci : Edible Plastic, Pati-Tapioka, Serat Nanas, Kuat Tarik, Elongasi .PENDAHULUANSaat ini terdapat berbagai jenis bahan pengemas,mulai dari yang sederhana sampai modern. Daun,tanah liat, logam, kertas, alumunium foil, gelas danplastik merupakan contoh bahan pengemas. Dariberbagai bahan pengemas, plastik merupakan bahanpengemas yang paling banyak digunakan dimasyarakat. Hal ini disebabkan karena plastikmemiliki keunggulan dibandingkan bahan lain, antaralain fleksibel, tidak mudah pecah, tidak korosif danharganya relatif lebih murah. (Sentana, 2005)Selain memiliki keunggulan dan fleksibilitas,penggunaan plastik dapat menimbulkan masalah bagilingkungan. Sebagai contoh pada awal tahun 2004,total sampah Jakarta setiap hari mencapai 25.176 m 3atau setara dengan 6000 ton lebih. Jumlah tersebutbertambah menjadi 10.220 ton/hari pada tahun 2005.Dari jumlah sampah tersebut, sampah plastikmemberikan kontribusi terbesar kedua setelah sampahorganik (www.bappedajakarta.go.id, 2005). Sampahplastik tersebut tidak dapat dihancurkan oleh mikroorganisme, sehingga sampah plastik menimbulkanmasalah yang serius saat ini.Untuk mengurangi penumpukan sampah plastiktersebut, dapat dilakukan beberapa cara antara lainpembakaran plastik dan daur ulang. Jika dilakukanpembakaran plastik maka akan menimbulkanpeningkatan kadar CO 2 di udara sehinggameningkatkan pemanasan global. Sedangkan padadaur ulang, hanya 25 % dari plastik semula yangdapat digunakan kembali. (Pudjiastuti dan Supeni,2005). Selain itu terdapat juga pembuatan plastik daricampuran (blending) antara polimer alamiah denganpolimer sintetik. Plastik ini memiliki keunggulanyaitu dapat diuraikan sebagian oleh mikro organisme.Namun bagian yang terbuat dari polimer sintetik tidakdapat diuraikan oleh mikro organisme. Berdasarkanfakta dan uraian di atas, diperlukan solusi lain untukmengatasi bertambahnya jumlah sampah kemasanplastik di dunia. Salah satunya adalah menggunakanplastik yang dapat dihancurkan oleh mikro organisme,sekaligus dapat dicerna oleh makhluk hidup,yaituplastik layak santap (edible plastic).Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan olehkusandini (2008), edible plastic yang dibuat dengancara melarutkan pati tapioka pada larutan asetat ataularutan amonia mempunyai beberapa kelemahan. Padapenelitian tersebut dihasilkan edible plastic memilikiketebalan antara 38,34 – 42,32 kgf/cm 2 dan kemuluranantara 3,1 – 4,5 %. Jika lembaran plastik terlalu tebalmaka dapat menghalangi pertukaran gas sehinggamenyebabkan penumpukan etanol yang dapatmerusak citra rasa produk.Berkaitan dengan penelitian sebelumnya yangmendapatkan hasil kurang maksimal, maka perludilakukan penelitian lebih lanjut denganmenambahkan filler ke dalam plastik, penambahanfiler bertujuan untuk meningkatkan sifat mekanikplastik, mengurangi biaya perunit volume,meningkatkan kekuatan dan juga memperbaiki sifatproduk yang dihasilkan. Serat nanas dipilih sebagaifiller dengan beberapa kelebihan diantaranyakandungan seratnya 81% sehingga dapat disintesismenjadi selulosa diasetat disamping jugameningkatkan nilai ekonomis daun nanas sebagaiupaya mengurangi penumpukan limbah. Edibleplastik yang dihasilkan diuji sifat mekanik dengan(tarik dan elongasi) dilakukan untuk mengetahuikekuatan sample. Uji FT-IR dilakukan untukmengetahui gugus fungsi sampel. Uji SEM dilakukanuntuk mengetahui morfologi, struktur, dan berbagaimacam bentuk termasuk butiran, fasa, fasa terlekat,partikel terlekat.B 144

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PEMBUATAN SAMPELBahan yang digunakan dalam penelitian adalahnanas, pati tapioka, natrium asetat (CH 3 COONa),asam asetat (CH 3 COOH), aquades, etanol 96%,Ca(OH) 2 , NaOH, asam asetat glacial (CH 3 COOH),asetat anhidrida (CH 3 CO) 2 O, asam sulfat (H 2 SO 4 )pekat dan gliserol.Pembuatan sampel dilakukan beberapa tahap,yaitu pembuatan pulp dari serat nanas, sintesisselulosa diasetat dari serat nanas dan pembuatanplastik edibel.Pembuatan plastik edibel tahap pertama dibuatdari pencampuran pati tapioka dan pelarut secaramanual di dalam gelas beaker dengan komposisi 50gram pati tapioka dan 50 ml pelarut. Kemudiandilakukan pencampuran menggunakan heater yangdilengkapi dengan stirrer untuk menggerakkanmagnetic stirrer dengan suhu 40 0 C dan kecepatanputaran 60 rpm sampai campuran mengentalkemudian dimasukkan kedalam wadah (piring)sampai campuran tersebut mengering.Komposisi sampel plastik edibel yang dibuatterdiri dari 7,5 gram hasil pencampuran larutan yangtelah dikeringkan dan dihaluskan, 100 ml aquades, 45ml etanol 96 %, 1,2 ml gliserol dan variasi selulosadiasetat dari serat nanas yang sudah menjadi serbuk.Selanjutnya dilakukan pencampuran menggunakanheater dan magnetic stirrer dengan suhu kurang dari70 o C dan kecepatan putaran 60 rpm sampai campuranmengental. Campuran yang dihasilkan kemudiandicetak diatas plexiglass dan didinginkan pada suhuruang. Plastik edibel yang dihasilkan dibentukmenjadi lembaran tipis sedemikian hingga sesuaidengan kebutuhan. Karakteristik terhadap sampelyang terbentuk meliputi : uji tarik, uji elongasi, ujiFT-IR dan uji SEMHASIL DAN DISKUSIHasil uji FTIR untuk pati tapioka menggunakanpelarut asetat terdapat puncak serapan vibrasirentangan ikatan gugus O-H ulur pada bilangangelombang 3274,83 cm -1 . Untuk vibrasi rentangangugus asimetris CO 2 1651,52 cm -1 . Pada vibrasirentang gugus C-H 2928,59 cm -1 . Sedangkan untuk C– H bending planar dalam ring 1,2,4 yaitu 999,76 dan926,05 cm -1 . Pada vibrasi rentang ring aromatik yaitu594,88cm -1 . sedangkan penambahan selulosa diasetatdari serat nanas pada plastik layak santap yangmenggunakan pelarut asetat terdapat puncak serapanvibrasi rentangan ikatan gugus O-H ulur padabilangan gelombang 3270.71, 3271.53 dan 3256.22cm -1 . Untuk vibrasi rentang gugus C-H diperoleh2927.32 cm -1 . untuk bilangan gelombang 1557.95,1558.49 dan 1650.71cm -1 , 1558.75 cm -1 terdapatvibrasi rentang gugus asimetris CO 2 . Pada vibrasirentang gugus C-OH diperoleh 1149.83 cm-1 .Sedangkan untuk C – H bending planar dalam ring1,2,4 yaitu 997.37, 996.20, 995.16, 997.62, 998.75dan 926.64 cm -1 . Pada vibrasi rentang ring aromatikyaitu 606.13, 602.27, 594.87, 600.34, 641.42 dan512.87 cm -1 . Secara umum bilangan gelombang daridata hasil yang diperoleh masih berada dalam rentanggugus yang dihasilkan pada masing- masing sampel,akan tetapi terdapat puncak serapan vibrasi rentangikatan gugus CO-CH 2 1430-1400 bisa juga COOH1440-1400 yaitu pada sampel pati 1410.12, 1409.16dan 1409.16 cm -1 pati dengan penambahan selulosadiasetat 0,6% dan 0,8% (gambar1). Kedua gugustersebut tidak termasuk dalam rentang gugus yangdihasilkan. Selain itu muncul bilangan gelombangbaru yaitu 2358.86 dan 2358,84 dari penambahanselulosa diasetat 0,4% dan 0,8%, pada Gugus P-Hrentang vibrasi 2440-2275. Hal ini disebabkan sintesisselulosa diasetat dari serat nanas bereaksi denganpelarut pati sehingga membentuk gugus baru.Gambar 1. Spektroskopi sampel dengan penambahan selulosedisetat (A) 0,8% , (B) 0,6%, (C) 0,4%, (D) 0,2% dan (E) 0,1%Hasil pengamatan menggunakan SEMdiperlihatkan pada gambar 2. Dari gambar tersebuttampak bahwa kedua komposisi terdapat gelembung.Hal ini dikarenakan proses pencampuran materialdilakukan di udara terbuka, untuk sample (a) adalahedible plastic tanpa pencampuran selulosa diasetathasil yang diperoleh nampak halus dan tidak cerah,sedangkan pada sample (b) edible plastic daripencampuran pati dengan penambahan selulosadiasetat dari serat nanas dimana fillernya sudahdisintesis dijadikan serbuk sehingga permukaan halusnamun gelembung sangat terlihat adanyapengumpulan partikel filler disuatu daerah tertentu,ini dikarenakan proses pencampuran yang kurangsempurna. Pengumpulan partikel ini juga dapatB 145

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8menurunkan kekuatan mekanik dari edible karenaapabila terjadi pengumpulan filler di suatu bagianedible, maka dibagian yang lain akan kekuranganfiller sehingga bagian yang kekurangan filler akanbersifat lemah.Hasil uji mekanik ini dapat disimpulkan bahwaedible plastik yang dihasilkan dengan penambahanselulosa diasetat dari serat daun nanas 1% memilikisifat mekanik yang paling baik dibandingkan denganedible plastik tanpa penambahan selulosa diasetatyang memiliki nilai kuat tarik rendah begitu juga nilaielongasinya. Sedangkan pada edible plastik denganpenambahn selulosa diasetat dari serat nanas 1%memiliki nilai kuat tarik dan persentase elongasi(perpanjangan putus) relatif tinggi. Secara umumplastik layak santap memiliki kestabilan yang cukupdengan ketebalan minimal 41,72 μm, nilai kuat tarikantara 27,01 – 217,7 kgf/cm 2 ,(a)(a)(b)Gambar 2. Hasil pengamatan SEM untuk (a) sampel pati-tapioka,(b) sampel pati-selulosaHasil pengukuran uji mekanik sampelditunjukkan pada gambar 3(a) dan gambar 3 (b). Darigambar tersebut tampak bahwa sifat mekanik naikdengan bertambahnya komposisi dari selulosadiasetat dari serat nanas. Penambahan selulosadiasetat dari serat nanas yang lebih tinggi memberikankuat tarik yang semakin tinggi pula dibandingkandengan edible plastik yang menggunakan pati-tapiokasaja. Pada edible plastik yang menggunakanpenambahan selulosa diasetat 1% memiliki nilai kuattarik paling tinggi yaitu 115.83 kgf/cm 2 ,. Edibleplastik yang menggunakan pati-tapioka memiliki nilaikuat tarik relatif rendah yaitu 89.33 kgf/cm 2 .Persentase elongasi akan meningkat jikapenambahan selulosa diasetat dari serat nanas yangdigunakan lebih tinggi hal ini disebabkan nanasmengandung selulosa yang sangat besar yaitu 81%sehingga dapat menghasilkan edible plastik yanglebih elastis dan kuat. Pengaruh penambahan selulosadiasetat yang tinggi mengakibatkan plastik elastissehingga nilai elongasi mencapai 60% sedangkanpada edible plastik dari pati-tapioka mempunyaielongasi lebih rendah yaitu 49,6%. Perbedaan nilaiyang diperoleh pada pada edible plastik tersebutdikarenakan adanya perbedaan pencampuran.(b)Gambar 3. Hubungan penambahan selulose dengan (a) kut tarik, (b)elongasiKESIMPULANDari serangkaian pengukuran dan analisis yangtelah dilakukan dapat dibuat kesimpulan sebagaiberikut. Pertama, penambahan selulosa diasetat dariserat nanas yang digunakan pada proses hidrolisis patidengan pelarut asetat berpengaruh terhadap sifatmekanik pada plastik layak santap. Kedua, plastiklayak santap yang dihasilkan dengan penambahanselulosa diasetat dari serat nanas dengan penambahan1% memiliki sifat mekanik yang paling baik. Secaraumum plastik layak santap yang dihasilkan cukupstabil dengan dengan nilai kuat tarik antara 89,33 –115,83 kgf/cm 2 , dan kemuluran antara 49,6 – 60 %dan ramah lingkungan.B 146

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DAFTAR PUSTAKAAmylopectin, 2010, www.wikipedia.org (akses :Oktober, 2010)Amylose, 2010, www.wikipedia.org (akses : Oktober,2010)Anonim, Edible Coating ,http://curlybeauty.wordpress.com, Di akses :Juli 2009Biopolimer, 2010, www.wikipedia.org (akses :Oktober, 2010)Elisa dan Mimi,2006, Teknologi Pengemasan, USU,Sumatra UtaraImamah, 2009, Pengaruh Penambahan Madu PadaPlastik Layak Santap ( Edible Plastic)Berbahan Pati Tapioka, Skripsi, UniversitasAirlangga, SurabayaKinzel, B, 1992, Protein-rich edible coatings forfoods, Agricultural research, May 1992 :20-21Krochta, J.M, 1992, Control of massa transfer in foodwith edible coatings and film. Di dalam : Singh,R.P. dan M.A. WiraMariana, Wian. 2007, Kombinasi penggunaan EM 4dan radiasi UV terhadap tingkatdegradabilitas plastic biodegradabel, jurusanFisika UNAIR, SurabayaP.Steven, Malcolm, 2007, Kimia Polimer,Terjemahan Iis Sopyan, Edisi kedua, PenerbitPT Pradnya Paramita, JakartaPudjiastuti, Wiwik dan Supeni, Guntarti, 2005,Plastik layak santap (Edible plastik) daritapioka termodifikasi, Balai Besar Kimia danKemasan, JakartaPurbaningrum, Kus Andini, 2008, Pembuatan danKarakterisasi Plastik Layak Santap (EdiblePlastic) dari Pati Tapioka, Skripsi, UniversitasAirlangga, SurabayaWafiroh, S., 2004, Pembuatan Membran SelulosaAsetat dari Pulp Abaca (Musa Textilis), Tesis,Program Magister Kimia, Pasca Sarjana, ITB,Bandung.B 147

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SINTESIS BAHAN CETAK GIGI NATRIUM ALGINAT DARI ALGA COKLATSARGASSUM SP. YANG BERPOTENSI UNTUK APLIKASI KLINISWindi Aprilyanti Putri 1) Siswanto 2) Prihartini Widiyanti 2)1) Mahasiswa Program Studi S1 Teknobiomedik angkatan 2008, Departemen Fisika, Fakultas Sains danTeknologi, Universitas Airlangga. 2) Staf Pengajar Program Studi Fisika, Departemen Fisika, FakultasSains dan Teknologi, Universitas Airlangga.Email: semnasfisika@unair.ac.idABSTRAKPenelitian ini mengkaji sintesis bahan cetak gigi natrium alginat yang diekstrak dari alga coklat Sargassum sp.dengan lima variasi bahan pemerlambat trinatrium fosfat. Tujuan penambahan bahan pemerlambat adalahuntuk mendapatkan waktu pengerasan atau setting time ± 4 menit. Pengujian yang dilakukan meliputi FTIR,porositas, dan setting time. Hasil FTIR membuktikan sampel yang diekstrak dari alga coklat Sargassum sp.merupakan natrium alginat dengan munculnya serapan (O-H), (C=O), (C-O), dan (O-Na). Hasil penelitianmenunjukkan bahwa bahan cetak gigi natrium alginat memiliki karakteristik porositas sebesar 6,42%. Formulabahan cetak gigi yang dihasilkan masih jauh dari produk komersil namun dengan penambahan bahanpemerlambat trinatrium fosfat 1% bahan cetak yang dihasilkan berpotensi untuk aplikasi bahan cetak gigidengan lama waktu setting 6 menit 29 detik.Kata kunci : Alga coklat Sargassum sp., natrium alginat, bahan cetak gigi.PENDAHULUANBahan cetak gigi tiruan yang digunakan dalambidang Kedokteran Gigi adalah alginat. Alginatdipilih karena keakuratannya dalam reproduksi gigitiruan, kenyamanan pasien, serta pencampuran danmodifikasi yang mudah dengan peralatan yangsederhana (Anusavice, 2004).Bahan cetak alginat adalah suatu bahan cetakgolongan hidrokoloid bersifat elastis yangirreversible. Hidrokoloid irreversible berarti bahwasetelah alginat dicampur dengan suatu zat dan terjadireaksi kimia, maka alginat tidak dapat kembali kebentuk semula. Komponen utama bahan cetakhidrokoloid irreversible adalah natrium alginat.Apabila natrium alginat dicampur dengan air makaakan terbentuk sol dan sebagai pereaksi dapatditambahkan kalsium sulfat. Tanah diatom dan silikagel ditambahkan sebagai bahan pengisi yangberfungsi untuk menambah kekuatan, kekerasan,mempengaruhi waktu pengerasan, dan sifat fisis gelalginat. Bahan pemercepat dan pemerlambatdiperlukan untuk mengatur waktu pengerasan Kaliumsulfat ditambahkan sebagai bahan pemercepat.Natrium atau trinatrium fosfat berfungsi sebagaibahan pemerlambat (Situngkir, 2008). PEG(Polyethylene Glikol) ditambahkan untuk melapisibubuk bahan cetak agar tidak mengepul seperti debu.Pada keadaan klinis, waktu pengerasan bahancetak alginat cenderung terlalu cepat (3-4 menit)sehingga para dokter gigi melakukan modifikasi rasioair terhadap bubuk bahan cetak. Modifikasi tersebutmempengaruhi sifat gel dan kekuatan cetakanterhadap robekan. Oleh karena itu, waktu pengerasanlebih baik diatur oleh jumlah bahan pemerlambatyang tepat saat sintesis bahan cetak (Anusavice,2003).Prosentase bahan cetak gigi yang tepatmenghasilkan cetakan yang akurat. Keakuratan bahancetak gigi didukung oleh waktu pengerasan yangdipengaruhi oleh prosentase bahan pemerlambattrinatrium fosfat yang ditambahkan. Prosentasetrinatrium fosfat pada bahan komersil adalah sebesar2%. Semakin banyak bahan pemerlambat trinatriumfosfat yang ditambahkan, semakin memperpanjangwaktu pengerasan bahan cetak.Situngkir (2008) telah melakukan penelitianmengenai adanya pengaruh bahan pemerlambat yaitutrinatrium fosfat dan kalium oksalat terhadap bahancetak alginat. Bahan cetak yang menggunakantrinatrium fosfat 0,3 gram menghasilkan permukaanyang lebih rata, homogen, dan memiliki temperaturpenguraian tertinggi yaitu 550⁰C. Namun penelitianyang dilakukan oleh Situngkir (2008) tidakmenambahkan bahan pengisi dan pemercepat sepertipada bahan cetak yang diproduksi pabrik. Penelitianjuga tidak difokuskan pada waktu pengerasan akibatadanya bahan pemerlambat.Ketersediaan alginat pada penelitian sebelumnyadidapatkan dari luar negeri (import). Alginatmerupakan suatu bahan yang terkandung dalam algacoklat. Salah satu alga coklat yang melimpah diperairan Indonesia dengan nilai yang ekonomis adalahSargassum sp. Sargassum sp. mempunyai potensiuntuk dapat dikembangkan dan dimanfaatkan sebagaipenghasil natrium alginat yang merupakan bahanbaku pembuatan bahan cetak gigi alginat. Penelitianmengenai pemanfaatan dan ekstraksi natrium alginatdari rumput laut Sargassum sp. di Indonesia telahB 148

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8banyak dilakukan. Namun belum dimanfaatkan dandiproduksi langsung sebagai bahan cetak gigi.Oleh karena itu, penelitian mengenaipemanfaatan sumber daya alam lokal Sargassum sp.sebagai bahan cetak gigi penting dilakukan. Penelitianmengenai waktu pengerasan penting dilakukan untukmenjawab kebutuhan klinis agar kinerja dokter gigilebih efisien. Maka pada penelitian ini, dilakukansintesis bahan cetak gigi natrium alginat dari algacoklat Sargassum sp. dengan variasi prosentase bahanpemerlambat trinatrium fosfat untuk mendapatkanwaktu pengerasan yang optimum (±4 menit).Dilakukan pengujian yang sesuai dengan aplikasiklinis meliputi porositas dan setting time.Pembuatan SampelPembuatan sampel dalam penelitian inidibedakan menjadi dua yaitu, ekstraksi natriumalginat dan sintesis bahan cetak gigi. Alga coklatSargassum sp. diperoleh dari Selat Madura diekstraksimenjadi natrium alginat. Alga coklat Sargassum sp.yang sudah kering direndam dengan larutan HCl 1%dalam beaker glass selama 1 jam. Setelah 1 jamperendaman dalam larutan asam, alga coklat dicucisampai bersih. Ditambahkan Na 2 CO 3 4 % dalambeaker glass dan dipanaskan dengan suhu 60⁰Cselama 2 jam. Alga coklat kemudian diencerkandengan aquades dan dierasi selama ± 30 menit.Setelah dierasi, alga coklat disaring. Hasil saringankemudian dipucatkan (bleaching) denganmenambahkan larutan NaOCl 12 % sambil diadukhingga merata. Ditambahkan HCl 5% sampai pH 2-3sehingga filtratnya menjadi asam alginat. Tahapselanjutnya yaitu disaring untuk mendapatkan asamalginat berupa gumpalan busa. Gumpalan busa dicucidengan air agar tidak membawa residu-residu asamyang berbahaya dan ditambahkan NaOH 10% hinggapH 9. Asam alginat yang telah dikonversi menjadinatrium alginat ditambah IPA (99%) denganperbandingan 1:2 (IPA : asam alginat). Natriumalginat yang telah terpisah disaring dan dikeringkan.Hasil ekstraksi tersebut berupa bubuk natrium alginatdan diolah menjadi bahan cetak natrium alginat.Pembuatan bahan cetak gigi natrium alginatdilakukan dengan cara mencampurkan semua bahandengan menggunakan mortar. Bahan penyusun bahancetak gigi natrium alginat terdiri dari natrium alginat19%, kalsium sulfat 40%, kalium sulfat 15%, tanahdiatom 4%, silika gel 15%, dan PEG 7%. Sampelbahan cetak dibuat dengan lima variasi prosentasetrinatrium fosfat yaitu 1% (sampel A), 2% (sampelB), 3% (sampel C), 4% (sampel D), dan 5% (sampelE). Pengujian sampel meliputi FTIR, porositas, dansetting time.HASIL DAN PEMBAHASANTahap ekstraksi natrium alginat dari Sargassumsp. mengacu pada metode ekstraksi dalam penelitianoleh Juniarto (2006) dan Rasyid (2010) yangdimodifikasi. Proses pengeringan menggunakanfreeze drying untuk mendapatkan natrium alginatyang mudah dihaluskan. Bubuk natrium alginatberwarna krem, tidak berbau, dan larut dalam airmembentuk larutan yang kental. Hasil tersebut sesuaidengan Persyaratan Farmakope 1974 dalam Tomitro1997. Bubuk natrium alginat diuji menggunakanFTIR untuk mengetahui hasil ekstraksi natriumalginat yang terbentuk.Gambar 1. Spektrum infra merah natrium alginatSpektrum FTIR natrium alginat (C 6 H 7 O 6 Na)nhasil penelitian ini ditunjukkan oleh puncak-puncakserapan pada frequensi 3465,4, 1658,48, 1413,57, dan1026,91cm -1 . Menurut PAVIA et al. (1979) puncakserapan 3.500 cm-1 - 3200 cm-1 adalah spesifik untukkelompok hidroksil (O-H), puncak serapan 1600 cm-1 – 1680 cm-1 untuk kelompok karbonil (C=O) danpuncak serapan antara 1000 – 1300 cm-1 untukkelompok karboksil (CO). Sedangkan natrium dalamisomer alginat terletak pada puncak serapan 1614 cm-1 dan 1431 cm-1 (SOARES et al. 2004).Berdasarkan puncak yang terbentuk menunjukkanbahwa bubuk yang dihasilkan dari ekstraksi algacoklat Sargassum sp. adalah bubuk natrium alginat.Formula bahan cetak yang dapat mengerasdiperoleh setelah 22 kali percobaan formula yangdidapatkan dengan cara menambah dan mengurangiprosentase kalsium sulfat sebagai agen pengeras dankomposisi lain. Formula tersebut adalah sebagaiberikut : natrium alginat 19%, kalsium sulfat 40%,kalium sulfat 15%, silika gel 15%, tanah diatom 4%,dan PEG 7%. Setelah mendapatkan formula terbaik,ditambahkan retarder atau bahan pemerlambat berupatrinatrium fosfat dengan variasi 1%, 2%, 3%, 4%, dan5%. Bubuk bahan cetak berwarna coklat muda dantidak berbau seperti pada Gambar 2.B 149

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PorositasGambar 2. Bahan cetak gigi natrium alginatBahan cetak dengan 4% trinatrium fosfat (sampelD) dan bahan cetak dengan 5% trinatrium fosfat(sampel E) yang menunjukkan nilai porositas yanglebih kecil dibanding sampel yang lain (datapengukuran porositas dapat dilihat pada Lampiran 5).Hal tersebut dapat disebabkan bahan penyusun bahancetak sudah tercampur lebih rata dan lebih halus. Haltersebut bisa terjadi karena pada proses pencampuranformula bahan cetak yang menggunakan mortardilakukan secara manual sehingga tekanan yangdiberikan bisa berbeda meskipun waktu yangdigunakan sama pada semua sampel.Selain itu, teknik pencampuran bubuk bahancetak dengan air juga mempengaruhi kualitas bahancetak. Pada pengujian ini digunakan spatula dariplastik yang kurang lentur, sehingga pengadukankurang maksimal dan mempengaruhi hasil cetakan.Pengadukan yang baik menghasilkan campuran yanghalus (Sitinjak, 2001). Hasil cetakan seperti tidak ratadan mudah sekali retak. Mudahnya bahan mengalamiretak menunjukkan porositas bahan yang besar. Haltersebut menimbulkan poros yang terbentuk lebihbesar bila dibandingkan dengan kontrol.Sampel yang nilai porositasnya semakin kecil danmendekati nilai porositas kontrol menunjukkan nilaiuji porositas yang lebih baik. Bahan cetak denganpenambahan 4% trinatrium fosfat (sampel D) danbahan cetak dengan penambahan 5% trinatrium fosfat(sampel E) dengan persen porositas yang palingmendekati persen porositas kontrol yaitu 3,61 % dan3,98 % merupakan sampel yang terbaik pada ujiporositas.Setting timeWaktu pengerasan berperan penting untukmembantu kinerja dokter gigi lebih efisien danberperan pada faktor kenyamanan pasien. Denganwaktu 4 menit 30 detik terkadang dokter gigi harusbekerja ekstra agar bahan cetak mengeras tepat padawaktunya. Untuk memperlama waktu pengerasanbiasanya digunakan air panas atau dengan menambahjumlah air saat pencampuran. Modifikasi tersebutmempengaruhi hasil cetakan. Sedangkan faktorkenyamanan pasien juga harus dipertimbangkan, agarpasien tidak mengangah terlalu lama. Oleh karena itu,meskipun bahan cetak natrium alginat yang disintesismelebihi ketentuan ADA No. 18 tahun 1969 tetapiberdasarkan ketentuan ADA tahun 1974 (dalamHuzaini, 1996) waktu pengerasan sekurangnya atausama dengan 20 menit maka bahan cetak natriumalginat dapat dikatakan sesuai dengan ketentuan.Akan tetapi, karena faktor kenyamanan pasienyang penting untuk dipertimbangkan maka formulaterbaik dari hasil pengujian ini adalah sampel denganwaktu pengerasan yang optimum (±4 menit). Makabahan cetak dengan penambahan 1% trinatrium fosfat(sampel A) merupakan sampel terbaik pada pengujianwaktu pengerasan ini dengan waktu pengerasanpaling cepat.KESIMPULANBahan cetak natrium alginat yang dihasilkanmemiliki karakteristik porositas sebesar 6,42%.Penambahan 1% trinatrium fosfat menghasilkanbahan cetak dengan lama setting time 6 menit 29 detikyang berada pada rentang waktu pengerasan untukaplikasi klinis. Formula bahan cetak gigi natriumalginat dari Sargassum sp. yang ditemukan masihjauh dari produk komersil yang ada.SARANMelakukan penelitian lanjutan dengan ujicompressive strength dan tear strenght untukmendapatkan komposisi bahan cetak yang mampumenghasilkan cetakan sesuai kualifikasi klinis bahancetak gigi. Melakukan uji in vitro untuk mengetahuisifat sitotoksisitas bahan cetak gigi natrium alginat.B 150

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DAFTAR PUSTAKAAmerican Dental Association Specification No. 18for Alginate Impression Material, May 1969.Anggadiredja, Jana T. dkk. 2010. Rumput Laut.Jakarta: Penebar Swadaya.Anusavice,J.K., 2004. Philiphs : Buku Ajar IlmuBahan Kedokteran Gigi, alih bahasa : JohanArif Budiman dan Susi Purwoko. PenerbitBuku Kedokteran (EGC), Jakarta.Histifarina, D., D. Musaddad., E. Murtiningsih. 2004.Teknik Pengeringan dalam Oven Untuk IrisanWortel Kering Bermutu. J. Hort 14(2):107-112. Balai Penelitian Tanaman Sayuran.Hudianto, Fredi. 2011. Karakteristik Amalgam GigiHigh Copper Tipe Single Compotition Alloydan Tipe Blended Alloy Secara In Vivo.Skripsi Fakultas Sains dan TeknologiUniversitas Airlangga Surabaya.Huzaini, Muchammad Luthfi.dkk. 1996. GetahPelepah Pohon Salak Sebagai AlternatifSubstansi Dasar Bahan Cetak di BidangKedokteran Gigi. Buletin PenalaranMahasiswa UGM. Vol. 2 No. 3. Halaman 76-81.Junianto. 2006. Rendemen dan Kualitas Algin HasilEkstraksi Alga (Sargassum sp.) dari PantaiSelatan daerah Cidaun Barat. Jurnal Bionatura,Vol.8,No.2,Juli 2006 : 152-160.Meizarini, Asti. 2005. Sitotoksisitas Bahan RestorasiCyanoacrylate Pada Variasi PerbandinganPowder Dan Liquid Menggunakan MTTAssay. Maj. Ked. Gigi. (Dent. J.), Vol. 38. No.1 Januari 2005: 20–24.Mour,Meenakshi. 2010. Advances in PorousBiomaterials for Dental and OrthopaedicApplications. Materials 2010, 3, 2947-2974.ISSN 1996-1944.Mushollaeni, Wahyu. 2010.Karakteristik Ekstrak Alginat dari RumputLaut Coklat Sebagai Alternatif PenghasilAlginat di Indonesia.Jurnal Saintek Vol.7.No.1 Juni 2010: 31-36.Nirwana, Intan, Helal Soekartono. 2005. Sitotoksisitasresin akrilik hybrid setelah penambahan glassfiber dengan metode berbeda. Maj. Ked. Gigi.(Dent. J.), Vol. 38. No. 2 April–Juni 2005: 56–59.Noerdin, Ali, Bambang Irawan, Mirna Febriani, 2003.Pemanfaatan Pati Ubi Kayu (ManihotUtilisma) Sebagai Campuran Bahan CetakGigi Alginat. Makara, Kesehatan, Vol. 7, No.2.PAVIA, D.L., G.M. LAMPMAN and G.S. Jr. KRIZ1979. Introduction to spectroscopy: A Guidefor student of organic chemistry. Saunderscollege Publishing. West Washington SquarePhiladelpia, PA 19105: 80 pp.Poncomulyo, Taurino. 2006. Budi Daya danPengolahan Rumput Laut. Jakarta: AgroMediaPustaka.Rasyid, Abdullah. 2001. Potensi Sargassum Asal KepulauanSpermonde Sebagai Bahan Baku Alginat.Widyariset, Vol. 2.Rasyid, Abdullah. 2005. Beberapa Catatan Tentang Alginat.Oseana, Volume XXX, Nomor 1, halaman 9-14.Pusat Penelitian Oseanografi – LIPI.Rasyid, Abdullah. 2009. Perbandingan KualitasNatrium Alginat Beberapa Jenis Alga Coklat .Pusat Penelitian Oseanografi – LIPI.Rasyid, Abdullah. 2010. Ekstraksi Natrium AlginatDari Alga Coklat Sargassum echinocarphum.Pusat Penelitian Oseanografi – LIPI.Rehm. Bernd H.A. 2009. Alginates: Biology andApplications. Microbiology Monographs.London New York : Springer DordrechtHeidelberg.S.H.S. Saniour, dkk. 2011. Effect of composition ofalginate impression material on “recovery fromdeformation”. Journal of American Science,2011;7(9).Sitinjak, Lisbet Masniati. 2001. Keakuratan HasilCetakan Alginat Dalam Pembuatan GigiTiruan. Skipsi Universitas Sumatera Utara.Situngkir, Janner. 2008. Pembuatan dan KarakterisasiFisikokimia Bahan Cetak Gigi Palsu KalsiumAlginat. Tesis Universitas Sumatera Utara.Soares, J. P., J. E. Santos, G. O. Chierice And E. T. G.Cavalheiro 2004. Thermal behavior of alginicacid and its natrium salt. Ecl, Sao Paulo, 29(2):57-63.Sugiawan, Wawan. 2000. Teknik PengawetanBakteri, Khamir DanKapang Dengan MetodePengering-Bekuan (Freeze Drying). TemuTeknik Fungsional non Peneliti. BalaiPenelitian Veteriner.Syahrul. 2005. Penggunaan Fikokoloid EkstraksiRumput Laut Sebagai Substansi Gelatin PadaEs Krim. Tesis Institut Pertanian Bogor.Tomitro, F.X.,dkk. 1997. Pemanfaatan Daun CycleaBarbata Sebagai Alternatif Substansi DasarBahan Cetak Di Bidang Kedokteran Gigi.Buletin Penalaran Mahasiswa UGM, Vol. 3No. 1. Halaman 19-22.Wijayanti, Fitriah. 2010. Variasi Komposisi CobaltChromium Pada Komposit Co-Cr-HAPSebagai Bahan Implan. Skipsi Fakultas Sainsdan Teknologi Universitas AirlanggaSurabaya.Yulianto, Kresno. 2007. Pengaruh KonsentrasiNatrium Hidroksida Terhadap ViskositasNatrium Alginat Yang Diekstrak DariSargassum Duplicatum J.G. Agardh(Phaeophyta). Oseanologi dan Limnologi diIndonesia (2007) 33: 295 – 306.B 151

FISIKA OPTIKSEMINAR NASIONAL FISIKA TERAPAN III (2012)

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8CHALCOGENIDE Ge-Te-In FOR PHOTONICS APPLICATIONSA. Zaidan 1,2 , Vl. Ivanova 1 , Y. Trifonova 1 , P. Petkov 11 Department of Physics, Thin Film Technology Lab, University of Chemical Technology and Metallurgy, 8 "Kl.Ohridski" blvd., 1756 Sofia, Bulgaria2 Department of Physics, Faculty of Science and Technology, Universitas Airlangga, Surabaya 60115, IndonesiaE-mail: zaidan@unair.ac.idAbstractChalcogenide materials are an important amorphous semiconductor which has attracted many investigators dueto their interesting applications in Infrared optics, photonics devices, and reversible optical recording. Theseapplications are possible because of their unique optical properties. The present study is dedicated to investigatepotential of chalcogenide Ge-Te-In for optics and photonics applications. Transmission spectra, refractive indexand absorption coefficient were studied and discussed. From transmission spectra result, it is known thatchalcogenide Ge-Te-In transparent in near and mid infrared region which enable this material to be utilised forseveral applications including night vision and chemical sensing. Besides that, high non-linear refractive indexof chalcogenide Ge-Te-In make it suitable for ultra-fast switching in telecommunication system.Keywords-component; formatting; style; styling; insert (key words)INTRODUCTIONChalcogenide materials have received muchconsideration because of their interesting applicationsin optics, optoelectronics and electronics due to theirunique properties (optical transparency in infraredregion, high refraction index, and low phononenergies). These applications including phase changematerial [1, 2, 3, 4], sensor [5, 6], optical circuits,gratings, waveguides [7, 8, 9], and many others.For applications in optics and photonics,chalcogenide materials which are well known for theirtransparency far in to the infrared region are widelyused as infrared optical components. Apart frompassive optical components, chalcogenide glass basedoptical devices have found a number of applicationsincluding: infrared optics and imaging; infrared laserpower transmission; remote sensing and scanningnear-field infrared microscopy.In present study, thin films from system GeTe4with 20% In, GeTe5 with 10% In and GeTe5 with20% In have been deposited by thermal evaporationonto floatglass substrates. Transmission spectra of thethin films have been measured. From transmissionspectra, optical constants and film thickness can becalculated. The absorption coefficient also have beenestimated and discussed.EXPERIMENTAL AND CALCULATIONDETAILSample Preparation and CharacterizationIn present study three samples were prepared andcharacterized. Bulk samples of GeTe 4 with 20% In,GeTe 5 with 10% In and GeTe 5 with 20% In wereprepared by melt quenching technique, using 5Npurity elements of Ge, Te and 4N purity of In. Allelements were heated in evacuated quartz ampouleswith constant heating ratio of 3 K/min up to 1200 K.Finally, the ampoule was quenched into ice cooledwater to avoid crystallization.All thin film in this study were deposited byconventional thermal evaporation technique using “B30.2 Hochvakuum” with a residual gas pressure of1.33 × 10 −4 Pa and temperature 800-900 K ontofloatglass substrates. Thin films were evaporated onglass substrates using the respective bulk compositionas a source material. The thickness of films obtainedwas about 300-500 nm.Transmission spectra of the thin films weremeasured using a Jasco UV-VIS-NIRspectrophotometer (Model V-670) at roomtemperature in wavelength range from 800 nm to2600 nm.Calculation of Optical ConstantsTransmission spectra of thin films were analysedusing Swanepoel equation. Swanepoel [10] has shownthat the transmittance T of a uniform thin film ofthickness d, refractive index n, and absorptioncoefficient α, deposited on a substrate with arefractive index ns is given by:AxT 2B Cxcos Dx(1)Where2A 16nns,C 13 2 1 s ,2 2 22 1 B n nnC n n n s,

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-831 2 2D n nn s4nd and x exp d .From equation (1) values of transmission at maximaand minima of the interference fringes can beobtained by setting the interference conditioncos 1 for maxima (T M ) and cos 1forminima (T m ).The optical constants (refractive index, n andextinction coefficient, κ) of thin film weredetermined using fitting method which use generalphysical constraints on the complex refractive index.This method is based on Swanepoel procedure [10]but instead using assuming functional forms it is usingmore general constraints which not implying aspecific function.RESULTS AND DISCUSSIONTransmission SpectraTransmission spectra of chalcogenide GeTe 4 with20% In, GeTe 5 with 10% In and GeTe 5 with 20% areshown in figure 1. From result it is known that allsamples are opaque in visible region and start totransparent in near infrared region.,Infrared transmittance behavior of system can beexplained by high percentage of tellurium in thesystem. It is known that most glasses containingtellurium is opaque to the visible region and havewide range transparency in infrared region. From allchalcogen elements (S, Se, Te), Te basedchalcogenide material has the widest transparency ininfrared region. As comparison, the transparencyedge is 12 μm for sulfide based glasses, 15 μm forselenide glasses and 20 μm for telluride glasses [11].Refractive Index and Dispersion RelationUsing transmission spectra, optical constants andthickness of films is calculated numerically usingThinfilm Toolkit [12] which the fitting method in thiscode is based on PUMA (Pointwise UnconstrainedMinimization Approach) code [13].Using refractive index obtained, dispersionrelation of each sample was estimated. There areseveral popular models describing the spectraldependence of refractive index n in a material. Themost popular dispersion relation is probably theSellmeier relationship. The Sellmeier equation is anempirical relation between the refractive index nof a substance and wavelength of light in the form ofa series of single-dipole oscillator terms [14]2AA A n 1 32 21 232 2 2 2 21 22. (4)Fitted refractive indexes of chalcogenide GeTe 4with 20% In, GeTe 5 with 10% In and GeTe 5 with20% up to λ = 10000 nm are shown in figure 2. Highrefractive index of chalcogenide Ge-Te-In is due toGermanium which has a very high refractive index inthe infrared region and is one of the most commoninfrared materials.Transmission spectra of chalcogenide GeTe 4 with 20% In, GeTe 5with 10% In and GeTe 5 with 20% in wavelength range from 800nm to 2600 nmIn the transparent region which α = 0 transmission atmaxima (T M ) and minima (T m ) given by2sTM2s 1(2)and24nsTm4 2 2n n s 1s. (3)2Using equation (2) and (3) we can estimate that allsamples are transparent in λ = 2100, 2900, 5000 and10000 nm.Refractive index of chalcogenide GeTe 4 with 20% In, GeTe 5 with10% In and GeTe 5 with 20% in wavelength range from 1000 nmto 10000 nmNon-linear refractive index of samples wasdetermined according to the semi-empirical relation ofTichy et al [15]:C 2

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8n~B2 4Eg(5)Where B= 1,26 x 10 -9 esu (eV 4 ) and E g is band gapenergy. Using band gap energy from [16] and [17] wefound that Non-linear refractive index of GeTe 4 with20% In, GeTe 5 with 10% In and GeTe 5 with 20% forthe wavelengths of 1053 nm are 3.05 x 10 -16 m 2 /W,2,41 x 10 -17 m 2 /W and 2,19 x 10 -17 m 2 /Wrespectively. The non-linear refractive indexes ofsamples are much higher than non-linear refractiveindex of fused silica 2.74 x 10 -20 m 2 /WAbsorption CoefficientAbsorption coefficient of thin film can beobtained from extinction coefficient, κ, by α = 4πκ/λ.Absorption coefficient of chalcogenide GeTe 4 with20% In, GeTe 5 with 10% In and GeTe 5 with 20%are shown in figure 3.Absorption coefficient of chalcogenide GeTe 4 with 20% In, GeTe 5with 10% In and GeTe 5 with 20%Absorption coefficient for all samples show thatabsorption is smaller in higher wavelength and almostzero in infrared region. This is perfectly makes sensedue to system transparency in infrared region.Optics and Photonics ApplicationsChalcogenide Ge-Te-In which has widetransparency in near and mid infrared very suitable forinfrared technology. Due to this unique property,chalcogenide Ge-Te-In can be utilised for manyapplications, ranging from military, industry, medicalto environmental application.For military application, material which hastransparency in 2-5 µm region can be used forinfrared countermeasures and laser threat-warningsystems.For industrial purpose, chalcogenide Ge-Te-Inhas possibility to be used for thermal imaging, nightvision for vehicle or machine inspection, infraredwaveguide, high energy delivery systems used forcutting and welding, etc.Chalcogenide Ge-Te-In are very well suited forchemical sensor since most molecular species vibratein infrared region. This sensor can be utilised to detecthazardous chemicals like toxic gas, pollution,explosives, etc.In bulk form chalcogenide Ge-Te-In can bedrawn for optical Fiber. These fibers can transmit inthe wavelength more than 2 μm which is limit ofconventional optical fiber transmission. This type ofoptical fiber can therefore enable numerous infraredapplications including laser surgery for medicalapplications and power delivery for laser.Lasers with emission wavelengths around 2.9microns are widely used in surgery. This radiationcorresponds to the strongest absorption band of waterand thus biological materials, allowing a host ofmedical applications. Using chalcogenide fibers todeliver laser power delivery for laser surgery offersthe potential for less painful, minimally invasivetreatment for a variety of applications includingdentistry, surgery and dermatology. Although studiesusing high power, free electron lasers have probed theabsorption of optical energy by human tissue over awide range of wavelengths relatively few laserwavelengths are routinely used clinically and evenless are applied to minimally invasive procedures inwhich the laser power is delivered endoscopically.Minimally invasive surgery tends to be limited to afew key wavelengths: 2.1 microns provided by solid state Ho:YAGlaser. 2.9 microns has prompted in-depth studies oflaser surgery using the Er:YAG laser whoseoutput coincides exactly with the peak waterabsorption. It is a particularly valuable tool fororal surgery, lithotripsy and urology. 10 microns provided by bulky CO 2 lasers.From refractive index analysis we know thatchalcogenide Ge-Te-In has non-linear refractive indexmuch higher than silica. This makes it suitable forultra-fast switching and signal regeneration devices intelecommunication system.CONCLUSIONSTransmission spectra, refractive index andabsorption coefficient of chalcogenide GeTe 4 with20% In, GeTe 5 with 10% In and GeTe 5 with 20%have been studied. From transmission spectra result, itis known that chalcogenide Ge-Te-In transparent innear and mid infrared region which enable thismaterial to be utilised for military, industry, medicalto environmental applications. These applicationsincluding infrared countermeasures, thermal imaging,night vision, infrared waveguide, high energy laserdelivery system, chemical sensor and laser surgery.Besides that, high non-linear refractive index ofchalcogenide Ge-Te-In make it suitable for ultra-fastswitching in telecommunication system.C 3

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8AcknowledgmentA. Zaidan would like to thank Europeancommission for Erasmus mundus Fellowship.REFERENCES[1] niele Ielmini, Innocenzo Tortorelli, AndreaRedaelli, Agostino Pirovano, Mario Allegra,Michele Magistretti, Camillo Bresolin, DavideErbetta, Alberto Modelli, Enrico Varesi, FabioPellizzer, Andrea L. Lacaita, Roberto Bez,“Impact of Ge–Sb–Te compound engineering onthe set operation performance in phase-changememories”, Solid-State Electronics, vol. 58, pp.11-6, 2011[2] Veronique Sousa, “Chalcogenide materials andtheir application to Non-Volatile Memories”Microelectronic Engineering, vol 88, pp. 807-13,2011.[3] S. A. Kozyukhin, A. I. Popov and E. N.Voronkov, “Influence of chalcogenide glasseselectro physical parameters on threshold voltagefor phase-change memory, Thin Solid Films, vol518, pp. 5656-58, 2010.[4] A. Abrutis, V. Plausinaitiene, M. Skapas, C.Wiemer, O. Salicio, M. Longo, A. Pirovano, J.Siegel, W. Gawelda, S. Rushworth, C. Giesen.,“Chemical vapor deposition of chalcogenidematerials for phase-change memories”,Microelectronic Engineering, vol 85, pp. 2338-2341, 2008.[5] Kolyo Kolev, Cyril Popov, Tamara Petkova,Plamen Petkov, Ion N. Mihailescu, Johann PeterReithmaier, “Complex (As2S3)(100-x) (AgI)xchalcogenide glasses for gas sensors”, Sensorsand Actuators B, vol. 143 pp. 395-9, 2009[6] V. S. Vassilev and S. V. Boycheva, “Chemicalsensors with chalcogenide glassy membranes”Talanta, vol 67, pp. 20-7, 2005[7] A.V Rode, A Zakery, M Samoc, R.B Charters,E.G Gamaly, B Luther-Davies, “Laser-depositedAs2S3 chalcogenide films for waveguideapplications”, Applied Surface Science, vol. 197-8, pp. 481-5, september 2002[8] Juejun Hu, Vladimir Tarasov, Nathan Carlie,Laeticia Petit, Anu Agarwal, KathleenRichardson and Lionel Kimerling, “Explorationof waveguide fabrication from thermallyevaporated Ge-Sb-S glass films”, OpticalMaterials, vol 30, pp. 1560-66, 2008[9] C. Florea, J.S. Sanghera, I.D. Aggarwal, “Directwritegratings in chalcogenide bulk glasses andfibers using a femtosecond laser”, OpticalMaterials, vol 30, pp. 1603-06, 2008.[10] R. Swanepoel, “Determination of the thicknessand optical constants of amorphous silicon”, J.Phys. E: Sci. Instrum., vol 16, pp 1214-22, 1983.[11] A. B. Seddon, "Chalcogenide Glasses - a Reviewof Their Preparation, Properties andApplications," J. Non-Cryst Solids 184, 44-50(1995).[12] A. Zaidan, Thinfilm Toolkit, unpublished.[13] E. G. Birgin, I. Chambouleyron, and J. M.Martnez, “Estimation of the optical constants andthe thickness of thin films using unconstrainedoptimization”, Journal of Computational Physics,vol. 151, pp. 862, 1999[14] W.C. Tan, K. Koughia, J. Singh and S.O. Kasap,“Fundamental Optical Properties of Materials I”,Optical Properties of Condensed Matter andApplications Edited by J. Singh, John Wiley &Sons, Ltd, 2006.[15] H. Tichá and L. Tichý, “Semiempirical relationbetween non-linear susceptibility (refractiveindex), linear refractive index and optical gapand its application to amorphouschalcogenides”, J. Optoelectron Adv M, vol 4(2),pp. 381−386, 2002.[16] A Zaidan, Vl. Ivanova, P. Petkov, “Opticalproperties of chalcogenide Ge-Te-In thinfilms”, J. Phys.: Conf. Ser., vol 356, pp 012014,2012.[17] Vl. Ivanova, A. Zaidan, Y. Trifonova, P. Petkov,“Photo-induced effects in ternary chalcogenidethin films”, Proceding of COFRET 2012,Sozopol, Bulgaria, 2012.C 4

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SERAT OPTIK SEBAGAI SENSOR KADAR ION TIMBAL DALAM AIRSamianDepartemen Fisika Fakultas Sain dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail: samian_fst@unair.ac.idAbstrakDua buah serat optik dengan diameter berbeda telah berhasil diaplikasikan sebagai sensor kadar ion timbal(Pb +2 ) dalam air. Prinsip deteksi dilakukan dengan memanfaatkan sifat seraban ion timbal terhadap radiasigelombang cahaya ungu (405 nm – 435 nm). Konfigurasi serat optik sebagai sensor disusun denganmenempatkan ujung serat optik plastik berdiameter 0,5 mm berhadapan dengan ujung serat optik plastikberdiameter 1 mm dengan jarak pisah 0,8 mm. Serat optik berdiameter 0,5 mm dan 1mm masing-masingbertindak sebagai pemancar dan penerima berkas cahaya. Sampel diletakkan diantara kedua ujung serat optik.Mekanisme kerja sensor adalah mendeteksi perubahan daya optis berkas cahaya ungu dari LED yangdipancarkan melalui serat optik pemancar setelah melewati sampel. Deteksi perubahan daya optis tersebutdilakukan oleh detektor optis melalui serat optik penerima. Perubahan daya optis cahaya direpresentasikanmelalui perubahan tegangan keluaran detektor optis. Kinerja sensor yang dihasilkan sangat baik dengankonsentrasi terendah serta jangkauan deteksi yang dihasilkan bernilai 1 ppm dan 0 – 500 ppm.Kata kunci: kadar ion timbal, seraban bahan, serat optik.PENDAHULUANAplikasi serat optik sebagai sensor telahberkembang demikian pesatnya. Berbagai parameterfisis telah mampu dideteksi menggunakan serat optik.Parameter fisis tersebut diantaranya adalah pergeseran(Samian dkk, 2009), vibrasi (Binu dkk, 2007),temperatur (Samian dkk, 2012), ketinggian air(Samian, 2011) dan masih banyak lagi parameter fisislainnya. Digunakannya serat optik sebagai sensorparameter-parameter fisis kerena memilikikeunggulan-keunggulan, diantaranya adalah tidakkontak langsung dengan obyek pengukuran, akurasipengukuran yang tinggi, tidak menggunakan sinyallistrik, immun terhadap induksi listrik maupunmagnet, dapat dihubungkan dengan systemkomunikasi data serta dimensi yang kecil dan ringan(Krohn, 2000).Deteksi atau pengukuran konsentrasi suatuzat merupakan aktivitas yang sangat penting bagidunia industri maupun kesehatan. Kadar suatu zatperlu diketahui baik dalam upaya peningkatan mutusuatu produk maupun untuk memperkecil efeksamping dan dampaknya terhadap kesehatan maupunlingkungan. Pengukuran kadar suatu zat salah satunyadapat menggunakan spektrofotometer. Metode yangdigunakan adalah berdasarkan pada prinsip serabanzat tersebut terhadap radiasi gelombangelektromagnetik. Untuk pengukuran atau deteksikadar zat tertentu, metode tersebut dirasa sangat tidakefektif baik dari segi waktu maupun biaya. Karena itu,dalam penelitian ini dikemukakan suatu metodedeteksi kadar zat dalam air menggunakan serat optiksebagai sensor dengan teknik yang sederhana danmurah. Zat yang dipilih adalah ion timbal (Pb +2 )karena disamping sumber radiasi seraban untuk zattersebut tersedia (LED ungu), timbal merupakanpolutan yang sering dijumpai di dalam air yangdikonsumsi masyarakat.DESAIN DAN MEKANISME KERJA SENSORDesain sensor kadar ion timbal dalam airmenggunakan serat optik diperlihatkan pada Gambar1. Komponen utama sensor terdiri dari serat optikberdiameter 0,5 mm dan 1 mm, masing-masingbertindak sebagai pemancar dan penerima berkascahaya. Kedua sumbu serat optik berhimpit danwadah sampel berada diantara keduanya. Jarak antaraserat optik pemancar dengan penerima (dalam hal initebal wadah sampel) ditentukan melalui bantuanGambar 2.serat optikserat optikpemancar sampel penerimaLEDaGambar 1. Diagram skematik sensorserat optikpemancarberkascahayarmikrovoltmeterGambar 2. Susunan serat optikaserat optikpenerimadetektoroptis2aC 5

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Dalam Gambar 2, diasumsikan seluruh berkas cahayakeluaran dari serat optik pemancar yang bersifathomogen masuk ke serat optik penerima pada posisikedua serat optik berjarak r. Jika jari-jari serat optikpenerima dua kali jari-jari serat optik pemancar (a),jarak kedua ujung serat optik dapat ditulis sepertipersamaaan berikut :ar tg(1)Untuk medium diantara kedua serat optik berupaudara dan tingkap numerik serat optik yang digunakan0,5, maka r bernilai 0,87 mm. Nilai r tersebutmerupakan ketebalan wadah sampel.Mekanisme kerja sensor adalah cahaya dari LEDungu yang dilewatkan melalui ujung serat optikpemancar ke sampel (larutan timbal dalam air) akanmengalami pelemahan intensitasnya akibat serabansampel. Intensitas cahaya yang tidak terserab(diasumsikan ditransmisikan) seluruhnya akan masukke ujung serat optik penerima. Intensitas atau dayaoptis cahaya yang tidak terserab tersebut akanditerima oleh detektor optis. Besarnya daya optiscahaya yang terdeteksi tersebut akandirepresentasikan oleh nilai tegangan keluarandetektor optis yang terbaca pada mikrovoltmeter.Semakin besar konsentrasi ion timbal dalam air,semakin besar pula daya optis cahaya yang terserab,akibatnya semakin kecil tegangan keluaran yangdihasilkan oleh detektor optis. Prinsip seraban radiasigelombang elektromagnetik oleh bahan tersebutmengukuti hukum Beer-Lambert dengan persamaansebagai berikut :kcxI I 0e(2)dengan k, x, dan c masing-masing adalah koefisienyang bergantung pada sifat molekul dan panjanggelombang radiasi, panjang lintasan radiasi melaluibahan, dan konsentrasi bahan yang menyerap radiasi.EKSPERIMENSampel ion Timbal (Pb +2 ) dalam ekperimen inidibuat dari Timbal Nitrat (Pb(NO 3 ) 2 ) yang dilarutkandalam akuadem. Puncak panjang gelombangserabannya bernilai 423,80 nm (hasil ujimenggunakan spektrofotometer UV-Vis). Larutanreagen EDTA ditambahkan untuk mencegahpengendapan hidroksida logam Timbal (Pb(OH) 2 ).Variasi konsentrasi ion timbal (dalam ppm) dilakukandengan cara mengencerkan larutan induk.Peralatan eksperimen terdiri dari LED superbrigth warna ungu (405 nm - 435 nm), serat optikpemancar (FD-320-05 Autonics diameter 0,5 mm)dan serat optik penerima (FD-620-10 Autonicsdiameter 1 mm) yang diletakkan saling berhadapandengan jarak 0,8 mm, detektor optis OPT 101 (BurrBrawn), mkrovoltmeter (Leybold), bangku mekanikdan perangkat penunjang lainnya.Eksperimen dilakukan dengan menggerakanwadah sampel yang berisi larutan ion Timbal dengankonsentrasi tertentu melalui bangku mekanik kesensor seperti diperlihatkan pada Gambar 3. Langkahtersebut dilakukan untuk menjaga kestabilanpengukuran akibat gerakan mekanis. Setelah sensortercelup dalam sampel, nilai tegangan keluarandetektor optis yang tertera pada mikrovoltmeterdicatat. Langkah tersebut diulang untuk sampeldengan konsentrasi ion Timbal yang berbeda.LEDserat optikpemancarsampelbangku mekanikHASIL DAN PEMBAHASANserat optikpenerimaGambar 3. Susunan peralatan eksperimendetektoroptismikrovoltmeterHasil penelitian berupa data tegangan keluarandetektor optis sebagai fungsi dari konsentrasi ionTimbal. Grafik plot tegangan keluaran detektor optisterhadap konsentrasi ion Timbal diperlihatkan padaGambar 4. Rentang konsentrasi ion Timbal yangterdeteksi bernilai 0 – 500 ppm. Konsentrasi terendahyang terdeteksi sebesar 1 ppm. Grafik pada Gambar 4memperlihatkan bahwa semakin tinggi konsentrasiion Timbal, semakin kecil tegangan keluaran yangdihasilkan oleh detektor optis. Artinya, semakin besarkonsentrasi ion Timbal dalam sampel, semakin besarintensitas atau daya optis cahaya yang diserab olehsampel. Hal tersebut memperlihatkan bahwa serabanradiasi gelombang elektromagnetik (dalam hal inicahaya) oleh sampel seperti prinsip Beer-Lamberttelah terjadi. Tetapi jika diperhatikan tren data padagrafik Gambar 4, tampak bahwa fungsi eksponensialyang seharusnya terjadi pada hukum Beer-Lamberttidak dapat diperlihatkan. Hal tersebut diperkirakankarena tidak dilakukan pengambilan data untuk nilaikonsentran ion Timbal lebih besar dari 500 ppm.C 6

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tegangan keluaran detektor optis (V)5432100 100 200 300 400 500 600Konsentrasi ion Timbal (ppm)DataGambar 4. Grafik tegangan keluaran detektor optis sebagi fungsikonsentrasi ion TimbalDaerah kerja sensor, yaitu rentang besaran yangdisensing (konsentrasi ion Timbal) yang mempunyaihubungan linier terhadap besaran keluaran sensor(tegangan keluaran detektor optis) diperlihatkanmelalui grafik linier pada Gambar 5. Tampak bahwaseluruh jangkauan sensor merupakan daerah linieryaitu 0 – 500 ppm. Hal tersebut menunjukkan bahwakinerja sensor sangat baik pada rentang deteksi yangmencakup seluruh jangkauan sensor yang dihasilkan.Kemiringan (slope) grafik pada Gambar 5menunjukkan nilai sensitivitas sensor sebesar 3,3mV/ppm. Dari nilai sensitivitas sensor tersebut, secaraanalitis dapat dinnyatakan bahwa jika detektor optisdan voltmeter yang digunakan mempunyai resolusi 1mV, maka resolusi konsentrasi ion Timbal yangmampu dideteksi sebesar 0,3 ppm. Secarakeseluruhan, kinerja sensor yang terwakili oleh nilaiparameter-parameter sensor diperlihatkan pada Tabel1.Tegangan keluaran detektor optis (V)54321V = -0,0033c + 4,6125R 2 = 0,990200 100 200 300 400 500 600Konsentrasi ion Timbal (ppm)DataLinear (Data)Tabel 1. Karakteristik sensor konsentrasi ion Timbal dalam airmenggunakan serat optik.ParameterNilaiKonsentrasi terendah (ppm) 1Jangkauan (ppm) 0 – 500Daerah linier (ppm) 0 – 500Sensitivitas (mV/ppm) 3,3KESIMPULANDua serat optik berbeda diameter yang didesainsaling berhadapan dengan jarak kedua ujung 0,8 mmdengan LED ungu sebagai sumber dan OPT 101sebagai detektor optis dapat digunakan sebagai sensorion Timbal dalam air dengan kinerja yang sangat baik.Konsentrasi terendah serta jangkauan deteksi yangdihasilkan bernilai 1 ppm dan 0 – 500 ppm.DAFTAR PUSTAKABinu, S. V.P. Mahadevan Pillai, N. Chandrasekaran,2007, “Fiber Optik Displacement Sensor forMeasurement Amplitude and Frequency ofVibration” Optic & Laser Technology, Vol.39, 1537 – 1543.Krohn, D.A., 2000, Fiber Optik Sensor, Fundamentaland Aplication, 3 rd , ISA, New York.Samian, Yono Hadi Pramono, Ali Yunus Rohedi,Febdian Rusydi, A.H. Zaidan, 2009,Theoretical and Experimental Study of Fiber-Optic Displacement Sensor Using MultimodeFiber Coupler, Journal of Optoelectronics andBiomedical Materials, Vol. 1, Issue 3, p. 303 –308.Samian, Supadi, Pujiyanto, 2012, Deteksi TemperaturBerbasis Sensor Pergeseran Serat OptikMenggunakan Logam Sebagai Probe, JurnalMIPA, Vol. 15, No.1, hal. 7 – 10.Samian dan Supadi, 2011, Sensor Ketinggian AirMenggunakan Multimode Fiber Coupler,Fisika da Aplikasinya, Vol. 7, No.2, hal.110203-1 - 110203-4.Gambar 5. Grafik hubungan linier antara tegangan keluarandetektor optis terhadap konsentrasi ion Timbal.C 7

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGARUH SUHU PADA PENGUKURAN PERGESERAN DENGANMENGGUNAKAN SERAT OPTIK BERSTRUKTUR SMS (SINGLEMODE-MULTIMODE-SINGLEMODE) DAN OTDR (OPTICAL TIME DOMAINREFLECTOMETER)Aslam Chitami Priawan Siregar, Agus Muhamad HattaLaboratorium Rekayasa Fotonika-Jurusan Teknik FisikaFakultas Teknologi Industri- Institut Teknologi Sepuluh Nopember SurabayaKampus ITS Keputih Sukolilo Surabaya 60111 IndonesiaEmail : aslamsiregar@yahoo.co.idAbstrakSerat optik berstruktur singlemode–multimode–singlemode (SMS) telah banyak dikembangkan untuk berbagaijenis sensor. Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) dapat mengukur rugi daya per unit panjang, sertamenunjukkan letak suatu kesalahan pada sistem jaringan serat optik. Pada penelitian ini dikembangkan suatuteknik pengukuran pergeseran menggunakan serat optik berstruktur SMS dan OTDR. Sensor serat optik pekaterhadap pengaruh suhu lingkungan. Perubahan suhu dapat mengakibatkan error pada pengukuran pergeseran.Pada penelitian ini dilakukan kajian pengaruh perubahan suhu lingkungan terhadap pengukuran pergeserandan dikaji koreksinya. Karakteristik dari setiap sensor serat optik berstruktur SMS yang telah dibuatmenggunakan serat optik multimode dengan panjang 5,5 cm, 6 cm, 6,5 cm, dan 7 cm serta dengan penggunaanpanjang gelombang operasinya, yaitu 1310 nm. Pengujian pergeseran dilakukan dengan memberikanpergeseran dari 0 - 1000 µm pada serat optik berstruktur SMS dengan variasi kenaikan setiap 100 µm.Pengaruh suhu yang diberikan pada serat optik berstruktur SMS yaitu 37 o C, 47 o C, 57 o C, dan 67 o C.Berdasarkan hasil penelitian, diperoleh bahwa pada panjang serat optik multimode 5,5 cm sampai 7 cm dapatdigunakan sebagai sensor pergeseran. Adapun pengaruh suhu pada semua panjang serat optik multimodemengakibatkan error pengukuran pergeseran. Pada panjang serat optik multimode 5,5 cm untuk pengukuranpergeseran 500 µm menimbulkan error pengukuran 36,8 µm. Pada penelitian ini telah diusulkan koreksiterhadap error dengan cara menambahkan sebuah sensor suhu SMS. Berdasarkan hasil pengukuranmenunjukkan bahwa grafik yang paling linear terdapat pada panjang multimode 6 cm, sehingga dapatdilakukan koreksinya terhadap suhu yang dapat menyebabkan error pada pengukuran pergeseran. Padapergeseran 500 µm error pengukuran akibat kenaikan suhu sebesar 10°C ( dari 47°C ) sebesar 49,60 µm dapatdireduksi menjadi 45.95 µm.Kata kunci: Serat optik SMS, OTDR, Pergeseran, SuhuPENDAHULUANPergeseran sebuah material menunjukkanbesarnya tingkat perubahan bentuk atau volume darimaterial terhadap pengaruh dari gaya-gaya luar.Dalam penelitian ini, dibuat sebuah sensor pergeseranyang berbasis serat optik berstruktur SMS yang dapatdigunakan pada suatu sistem monitor strukturbangunan. Serat optik digunakan karena memilikiberbagai keunggulan yaitu karena ukurannya yangkecil, dapat melewatkan cahaya, tahan terhadapinterferensi elektromagnetik (EMI), pasif secarakimiawi, bandwidth yang lebar, sensitivitas yangtinggi, tidak terkontaminasi lingkungan, dankemampuannya sebagai sensor terdistribusi maupunmultipoint (Gholamzadeh, 2008).Beberapa teknik pengukuran pergeseran denganmenggunakan serat optik berstruktur Singlemode-Multimode-Singlemode (SMS), telah digunakanteknik pengukuran pergeseran panjang gelombangakibat pemberian strain menggunakan OpticalSpectrum Analyzer (OSA), dan teknik pengukuranC 8intensitas menggunakan optical power meter (AgusM. Hatta, 2010). Akan tetapi, teknik tersebut hanyadapat digunakan untuk mengukur pergeseran padasatu titik saja. Padahal dalam suatu sistem monitorstruktur bangunan diperlukan pengukuran pergeseranpada banyak titik (multi-point). Teknik ini berpotensiuntuk mengukur pergeseran pada beberapa titik.Sensor serat optik peka terhadap pengaruh suhulingkungan (Embang Li, 7007). Perubahan suhu dapatmengakibatkan error pengukuran pergeseran. Padapenelitian ini akan dilakukan kajian pengaruhperubahan suhu lingkungan terhadap pengukuranpergeseran dan akan dikaji koreksinya. Koreksi yangdiusulkan pada penelitian ini adalah menggunakandua buah sensor serat optik SMS. Sensor pertamauntuk pengukuran pergeseran dan sensor yang keduauntuk monitoring suhu, sehingga dapat diketahuibesarnya nilai pergeseran karena adanya karakteristiksuhu tertentu. Dengan adanya metode pengukuran ini,diharapkan dapat digunakan untuk pengukuranpergeseran dengan biaya yang lebih murah sertaadanya kemudahan fabrikasinya, sehingga dapatmempunyai nilai pemanfaatan yang lebih tinggi.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8TINJAUAN PUSTAKA2.1 Serat Optik Berstruktur SMSSerat optik SMS (Single mode–Multimode–Single mode) merupakan suatu struktur yang terdiridari serat optik singlemode yang identik yang secaraaksial disambung di kedua ujung serat optikmultimode seperti ditunjukkan Gambar 2.1.Gambar 2.1. Serat optik berstruktur SMS (Single mode–Multimode–Single mode)Pada serat optik berstruktur SMS hanyafundamental mode yang ter-couple masuk pada inputdan ter-couple keluar pada ujung serat optikmultimode. Kondisi tersebut dapat terjadi ketika spotsize dari fundamental mode dari serat optiksinglemode dan multimode benar-benar cocok danjuga tidak ada misalignment aksial pada splice(sambungan). Jika kondisi tersebut tidak dapatdipenuhi, high order mode dari serat optik multimodeakan tereksitasi atau ter-coupling keluar padainput/output ujung serat optik multimode. Sedangkankinerja atau performansi dari serat optik berstrukturSMS sangatlah tergantung pada panjang gelombangoperasi dan juga panjang dari serat optik multimode(Arun Kumar, et al. 2003).2.2. OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)OTDR merupakan alat yang dapat digunakanuntuk mengevaluasi suatu serat optik pada domainwaktu. OTDR dapat menganalisis setiap jarak dariinsertion loss, reflection, dan loss yang muncul padasetiap titik, serta dapat menampilkan informasi padalayar tampilan berupa respon logaritmik. Selain itu,OTDR dapat mengukur redaman sebelum dan setelahinstalasi sehingga dapat memeriksa adanyaketidaknormalan seperti bengkokan (bend) atau bebanyang tidak diinginkan (Olaf Ziemann, et al. 2008).METODE PENELITIAN3.1 Alat dan BahanBahan-bahan yang digunakan dalam penelitianadalah Serat optik singlemode step index (ITU-TRecommendation G652), multimode graded index(ITU-T Recommendation G651), lem alteco, danempat buah lampu 5 W. Sedangkan alat-alat yangdigunakan dalam penelitian adalah Fusion SplicerFujikura FSM-505), Microdisplacement, HP E6000AMini –OTDR, Fiber Cleaver FITEL Nc S324, FiberStripper Cromwell ct USA, termometer digital, danjangka sorong digital.3.2 Langkah-langkah PenelitianBerikut ini merupakan langkah-langkahpenelitian yang digambarkan dalam bentuk diagramflowchart:Gambar 3.1.Flowchart PenelitianPembuatan serat optik berstrukstur SMSdilakukan dengan cara menyambungkan kedua ujungserat optik multimode dengan serat optik singlemode.Pada ujung serat optik yang akan disambung,dilakukan pengkupasan dengan menggunakan FiberStripper Cromwell ct USA pada lapisan cladding.Kemudian lapisan serat optik yang telah terkupasdibersihkan dengan menggunakan larutan alkohol,agar sisa hasil pengkupasan tidak mengganggu saatproses penyambungan. Lapisan serat optik yang telahdibersihkan, akan dilakukan pemotongan denganmenggunakan Fiber Cleaver FITEL Nc S324, agarujung serat optik menjadi rapi dan tidak terjadimisalignment aksial saat penyambungan serat optiksinglemode dan multimode. Setelah itu, antara duaujung serat optik (baik Singlemode maupunMultimode) akan dilakukan penyambungan denganmenggunakan Fusion Splicer Fujikura FSM-505.Kedua ujung serat optik akan terlihat pada layar yangditampilkan oleh Fusion Splicer Fujikura FSM-505dalam skala mikroskopis. Apabila ujung serat optikrapi dan sesuai dengan batas range yang telah ditentukan, maka penyambungan dapat dilakukandengan baik dan akan diperoleh hasil yang lebih baik.Setelah itu, dilakukan pengujian pergeseran padaserat optik yang berstruktur SMS. Uji pergeserandilakukan dengan memberikan pergeseran padadaerah serat optik yang berstruktur SMS yang keduaujungnya direkatkan pada microdisplacement danstatif dengan menggunakan lem alteco denganpengujian range pergeseran sebesar 0-1000 μm. PadaC 9

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8setiap kenaikan pergeseran sebesar 100 μm(spesifikasi dari setiap grade padamicrodisplacement). Sedangkan variasi suhudilakukan dengan cara menggunakan sebuah wadahyang terbuat dari bahan seng yang berisi empat buahlampu 5 W. Dimana pada suhu 37°C digunakan 1bola lampu yang menyala, suhu 47°C digunakan 2bola lampu yang menyala, suhu 57°C digunakan 3bola lampu yang menyala, dan suhu 67°C digunakan4 bola lampu yang menyala. Kemudian dilakukanpengambilan data respon dan rugi daya yang terbacapada OTDR. Rugi daya yang dianalisa pada penelitianini adalah rugi daya dari serat optik berstrukstur SMS.Sedangkan parameter-parameter pengukuran OTDRyang digunakan dalam pengukuran ini dipilih sebagaiberikut :OTDR Type:Agilent Mini OTDRE6000CWavelength: 1314 nmPulsewidth: 300 nsRange: 0-2 kmMarking: A = 275,0 mB= 320,8 kmB-A = 45.8 mOptimize: DynamicAveraging Time : 10 sSampling Distance : 15,90 cmindex of refraction : 1,47180Oleh karena serat optik peka terhadap pengaruhsuhu lingkungan, maka perubahan suhu dapatmengakibatkan error pengukuran pergeseran.Sehingga rugi daya yang terjadi pada serat optik tidakhanya disebabkan pergeseran tetapi juga disebabkankarena adanya pengaruh suhu lingkungan pada sistempengukuran. Oleh karena itu, pada penelitian inidilakukan kajian pengaruh perubahan suhulingkungan terhadap pengukuran pergeseran dandikaji koreksinya.3.3 Metode Analisa DataData hasil penelitian berupa loss daya yangditimbulkan akibat adanya pergeseran yang terjadipada serat optik dan pengaruh suhu lingkungan padasistem pengukuran menggunakan OTDR.Untuk menghitung besarnya besarnya nilaipergeseran dan suhu yang terbaca pada OTDR, makadapat digunakan persamaan :ΔO 1 = a 1 ΔP + b 1 ΔT (3.1)ΔO 2 = a 2 ΔP + b 2 ΔT (3.2)Dimana O 1 merupakan loss yang di timbulkan padaserat optik SMS yang pertama, O 2 merupakan lossyang ditimbulkan pada serat optik SMS yang kedua,a 1 merupakan rata-rata slope pergeseran pada sensoryang pertama, b 1 merupakan rata-rata slope suhu padasensor yang pertama a 2 merupakan rata-rata slopepergeseran pada sensor yang kedua, b 2 merupakanslope suhu pada sensor yang kedua. Oleh karena O 2hanya fungsi terhadap suhu, maka nilai konstanta a 2sama dengan nol. Persamaan (3.1) dan (3.2) dapatditulis menjadi matriks berorde 2 x 2 sebagai berikut: ΔP−1ΔT = a 1 b 1 ΔO 1 (3.3)0 b 2 ΔO 2Dimana P merupakan nilai pergeseran dan Tmerupakan nilai suhu.HASIL DAN PEMBAHASAN4.1. Pengaruh Suhu pada Pengukuran PergeseranHubungan rugi daya pada serat optik berstrukturSMS sebagai sensor pergeseran dengan panjang seratoptik multimode 5,5 cm dan 6 cm serta variasi suhupada panjang gelombang 1310 nm diperlihatkan padaGambar 4.1.(a)(b)Gambar 4.1. Grafik hubungan rugi daya pada serat optikberstruktur SMS sebagai sensor pergeseran dengan variasi suhupada panjang gelombang 1310 nm pada panjang serat optikmultimode (a) 5,5 cm dan (b) 6 cm.Sedangkan Hubungan rugi daya pada serat optikberstruktur SMS sebagai sensor pergeseran denganpanjang serat optik multimode 6,5 cm dan 7 cm sertavariasi suhu pada panjang gelombang 1310 nmdiperlihatkan pada Gambar 4.2C 10

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(a)(b)Gambar 4.2. Grafik hubungan rugi daya pada serat optikberstruktur SMS sebagai sensor pergeseran dengan variasi suhupada panjang gelombang 1310 nm pada panjang serat optikmultimode (a) 6,5 cm dan (b) 7 cmBerdasarkan Gambar 4.1, menunjukkan bahwapada panjang multimode 5,5 cm dan 6 cm terjadigrafik kenaikan. Semakin bertambahnya pergeseran,maka rugi daya yang ditimbulkan semakin besar.Sedangkan pada Gambar 4.2, panjang multimode 6,5cm dan 7 cm menunjukkan bahwa terjadi grafikpenurunan. Semakin bertambahnya pergeseran, makarugi daya yang ditimbulkan samikin mengecil.Perbedaan grafik seperti ini, dikarenakan adanya titikre-imaging pada panjang multimode tertentu.Besarnya titik re-imaging dapat ditentukan denganmenggunakan persamaan berikut (Qian Wang et al,2008) :L RZ = 16n co a 2 / λ (4.1)Dimana L RZ merupakan ukuran panjang multimodeyang mengalami titik re-imaging, n co merupakanbesarnya nilai indeks bias pada lapisan core dari seratoptik yang berstruktur multimode dalam hal inibesarnya adalah 1.445, a merupakan besarnya jari-jaripada lapisan core dari serat optik multimode 62,5µm, dan λ merupakan panjang gelombang yangdigunakan dalam penelitian ini yaitu sebesar 1310nm, nilai panjang gelombang tersebut digunakankarena memiliki rugi daya yang kecil untuk jenisbahan silica yang merupakan bahan dari serat optik.Berdasarkan nilai-nilai di atas, didapatkan bahwabesarnya titik re-imaging pada jenis serat optikmultimode yang digunakan dalam penelitian iniadalah 6,89 cm. Dimana pada titik ini terjadiC 11interferensi minimum terhadap banyaknya moda yangdilewatkan pada serat optik multimode tersebut,sehingga dapat menyebabkan penurunan pada rugidaya serat optik.Perbedaan antara grafik pada panjang multimode5,5 cm dan 6 cm terletak pada pengaruh suhu danbesarnya rugi daya yang ditimbulkannya. Padapanjang multimode 5,5 cm mempunyai rugi dayayang lebih besar daripada panjang multimode 6 cm.Sedangkan pengaruh suhu pada panjang multimode5,5 cm nilainya sebanding dengan perubahanpergeseran. Semakin bertambah besar nilaipergeseran, semakin bertambah besar nilai suhunya.Akan tetapi, pengaruh suhu pada panjang multimode6 cm nilainya berbanding terbalik dengan perubahanpergeseran. Semakin bertambah besar nilaipergeseran, semakin bertambah kecil nilai suhunya.Hal ini disebabkan karena adanya penurunanintensitas pada panjang multimode 6 cm sampaimenuju titik re-imaging pada panjang 6,89 cm.Berdasarkan Gambar 4.1 dan Gambar 4.2menunjukkan bahwa range daerah yang paling linearterletak pada pergeseran 300 µm sampai 700 µm.Oleh karena itu, untuk menentukan adanya error padapengukuran pergeseran dapat dilihat pada rangedaerah tersebut. Hal ini dikarenakan pada rangedaerah yang paling linear, error yang dihasilkanakibat perubahan suhu menjadi lebih kecil.Contohnya, pada pergeseran 500 µm error yangterjadi pada pengukuran akibat perubahan suhusebesar 10°C (antara 47°C sampai 57°C)diperlihatkan pada Tabel 4.2. berikut.Tabel 4.1. Hubungan error pengukuran pergeseran terhadapmasing-masing panjang serat optik multimodePanjang (cm) 5,5 6 6,5 7Error (µm) 36,8 133,3 366,7 254,2Berdasarkan tabel 4.1 di atas, menunjukkanbahwa adanya error yang berbeda pada pengukuranpergeseran akibat pengaruh suhu. Oleh karena itu,untuk mengatasi adanya error akibat pengaruh suhupada pengukuran pergeseran, maka harus dilakukanmetode koreksi terhadap pengukuran pergeseran padaserat optik berstruktur SMS tersebut.4.2. Koreksi Sensor Serat Optik Berstruktur SMSKoreksi ini dilakukan untuk mengetahui errorakibat adanya pengaruh suhu pada pengukuranpergeseran pada serat optik berstruktur SMS. Olehkarena itu, dibuat dua sensor serat optik berstrukturSMS. Pada sensor pertama, merupakan sensor yangdigunakan untuk pengukuran pergeseran danpengaruh suhunya secara bersamaan. Sedangkan padasensor yang kedua hanya digunakan untuk mengukursuhu saja. Dalam hal ini, fungsi dari sensor yangkedua adalah sebagai koreksi dari sensor yangpertama. Berdasarkan grafik dari hasil penelitian diatas, sensor yang digunakan untuk mengukurkoreksinya adalah pada sensor serat optik berstruktur

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SMS dengan panjang multimode 6 cm. Hal inidikarenakan pada panjang multimode 6 cmmempunyai koefisien korelasi yang lebih linear diantara panjang multimode yang lainnya, sehinggaerror yang ditimbulkan pada pengukuran lebih kecildari panjang multimode yang lainnya. Bentuk displayrespon logaritmik pada OTDR yang menunjukkanadanya rugi daya pada serat optik berstruktur SMSdengan menggunakan dua sensor diperlihatkan padaGambar 4.4.terhadap rugi daya dan pada hubungan suhu terhadaprugi daya diperlihatkan pada Tabel 4.2 berikut.Tabel 4.2. Hasil perhitungan nilai regresi rata-rata masing-masingslope untuk setiap daerah linear pada hubungan pergeseran terhadaprugi daya dan pada hubungan suhu terhadap rugi daya.Slope Pergeseran SuhuI 4,73×10 -4 -5,27×10 -3II 3,25×10 -4 -2,27×10 -3III 2,66×10 -4 -2,99×10 -3Sedangkan hasil pengukuran rata-rata variasisuhu sensor kedua pada serat optik berstruktur SMSyang merupakan kompensator dari sensor yangpertama diperlihatkan pada Gambar 4.5.Gambar 4.3. Respon logaritmik pada OTDR yang menunjukkanadanya rugi daya pada serat optik berstruktur SMS denganmenggunakan dua sensor.Gambar 4.5. Grafik hubungan rugi daya (dB) terhadap suhu (°C)pada sensor serat optik berstruktur SMS yang kedua.Hubungan rugi daya pada serat optik berstrukturSMS sebagai sensor pergeseran dengan panjang seratoptik multimode 6 cm dan variasi suhu pada panjanggelombang 1310 nm yang digunakan untukmengkoreksi pengaruh suhu pada pengukuranpergeseran diperlihatkan pada Gambar 4.2.Gambar 4.4. Hubungan rugi daya pada serat optikberstruktur SMS sebagai sensor pergeseran dengan variasisuhu pada panjang gelombang 1310 nm pada panjang seratoptik multimode 6 cm.Berdasarkan grafik pada Gambar 4.4. dapatdibagi menjadi 3 range daerah linear. Untuk daerahlinear ke-1 terletak pada range pergeseran antara 0sampai 200 µm, daerah linear ke-2 terletak padarange pergeseran antara 300 µm sampai 600 µm, dandaerah linear ke-3 terletak pada range pergeseranantara 700 µm sampai 1000 µm. Hasil perhitungannilai regresi rata-rata masing-masing slope untuksetiap daerah linear pada hubungan pergeseranC 12Persamaan rugi daya pada output sensor yangkedua digabungkan dengan masing-masingpersamaan rugi daya pada output sensor yang pertamauntuk mendapatkan nilai pergeseran dan suhuberdasarkan hasil analisa dengan menggunakanpersamaan matriks. Untuk daerah linear ke-1persamaan matrik yang diperoleh adalah : ΔP = 4.73× 10−4 −5.27 × 10 −3 −1ΔT 0 −3.04 × 10 −3 ΔO 1 (4.2)ΔO 2Untuk daerah linear ke-2 persamaan matrik yangdiperoleh adalah : ΔO 1ΔO 2 ΔPΔT = 3.25 × 10−4 −2.27 × 10 −3 −10 −3.04 × 10 −3(4.3)Untuk daerah linear ke-3 persamaan matrik yangdiperoleh adalah : ΔPΔT = 2.66 × 10−4 −2.99 × 10 −3 −10 −3.04 × 10 −3 ΔO 1ΔO 2(4.4)Dengan memasukkan nilai perubahan rugi daya untukmasing-masing sensor, sehingga didapatkan nilai hasilperubahan pergeseran dengan adanya koreksiterhadap pengaruh suhu.Agar tidak terjadi error yang lebih besar, makasensor yang kedua harus diletakkan di dekat sensoryang pertama, sehingga pengaruh suhu pada keduasensor dapat menghasilkan nilai yang sama.Sedangkan output hasil pengukuran pada sensor yangkedua tidak saling mempengaruhi terhadap outputhasil pengukuran pada sensor yang pertama. Namun,informasi suhu yang diperoleh dari sensor yang keduadapat digunakan untuk mengkoreksi error hasilpengukuran sensor yang pertama. Dengan adanya

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8koreksi ini, maka pengaruh suhu yang dapatmenyebabkan error pada pengukuran pergeserandapat direduksi menjadi lebih kecil. Contohnya, padapergeseran 500 µm error pengukuran akibat kenaikansuhu sebesar 10°C ( dari 47°C ) sebesar 49,60 µmdapat direduksi menjadi 45,95 µm.KESIMPULANDari hasil pengujian, pengamatan, serta hasil danpembahasan yang telah dilakukan dalam penelitianini, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :1. Pengaruh suhu dapat menyebabkan error padapengukuran pergeseran berbasis sensor seratoptik berstruktur SMS dan OTDR. Untuk seratoptik dengan panjang multimode 5,5 cm, padapergeseran 500 µε error pengukuran akibatperubahan suhu sebesar 10°C ( antara 47°Csampai 57°C ) sebesar 36,8 µm.2. Untuk memperkecil error pada pengukuranpergeseran yang disebabkan oleh pengaruh suhu,maka dilakukan penambahan sebuah sensor suhu.Hal ini dibuat untuk mengetahui suhu danmengkoreksi hasil pengukuran pergeseran.Contohnya, pada pergeseran 500 µm errorpengukuran akibat kenaikan suhu sebesar 10°C (dari 47°C ) sebesar 49,60 µm dapat direduksimenjadi 45,95 µε.PUSTAKAGholamzadeh, Bahareh and Nabovati,Hooman. 2008.Fiber Optic Sensors. World Academy ofScience, Engineer. and Technol. 42.Hatta, Agus M. et al. 2010 . Pergeseran sensor basedon a pair of singlemode-multimode–singlemode fiber structures in a ratiometricpower measurement scheme. Appl. Opt. Vol.49. No. 3, 536 – 541.Kumar, Arun et al. 2003. Transmissioncharacteristics of SMS fiber optic sensorstructures. Opt. Communicat. 219, 215 – 219.Li, Enbang. 2007. Temperature compensation ofmultimode interference-based fiber devices.Opt. Lett. Vol. 32, No. 14, 2064 – 2066.Wang, Qian, Farrell, Gerald and Yan, Wei .2008.Investigation on Singlemode-Multimode-Singlemode Fiber Structure. J. LightwaveTechnol.Vol.. 26, No. 5. 512-518.Ziemann, Olaf et al. 2008 . POF Handbook-OpticalShort Range Transmission Systems.Springer :Berlin.C 13

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PERGESERAN MIKRO FIBER OPTIK PADA VARIASI GANDENGANBadrul Wajdi 11 Program Studi pendidiksn Fisika STKIP HAMZANWADI Selong Lombok TimurJln TGKH M.Zainuddin Abdul Majid No.70 Pancor-selong Lombok Timur NTBbadrulwajdi82@gmail.comABSTRAKTelah Dilakukan Fabrikasi Setup Alat Pergeseran Mikro Untuk Pengambilan Data Tentang PengaruhPergeseran Mikro Terhadap Intensitas Sinar Dengan Variasi Gandengan Receiving Outpur Fiber TerhadapInput Fiber. Variasi Gandengan Terdiri Dari Gandeng 1, Gandeng 2, Gandeng 3 Dan Gandeng 4 ReceivingOutput Fiber Pada Input Fiber. Metode Yang Digunakan Adalah Metode Eksperimen Dengan MelakukanVariasi Pada Skala Pergeseran Mikro Dan Variasi Gandengan. Komponen Pendukung Setup Alat PergeseranMikro Tersebut Adalah fiber optik multimode type SOF-3 warna tranparant dari Halance, Laser Klasse-2 DIN58126- 632,8 nanometer, Osilloscope Yokogawa DL1520, optical chopper merk New Focus, Inc. made in USA,dua buah detektor merk New Focus, Inc made in USA model 2031 dan merk Newport model 818-BB-21. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa untuk variasi gandengan, semakin banyak jumlah gandengannya maka semakinbesar intensitas sinyal cahaya yang dideteksi oleh detektor. Puncak grafik untuk variasi gandengan cendrungtetap berada pada skala yang sama pada skala pergeseran mikro. Setelah dilakukan normalisasi, secara umumselisih perbedaan slope antara satu gandeng dengan gandeng lainnya lebih kecil dari 0,05, artinya tingkatkemiringan semua gandengan cendrung sama.Kata Kunci: Fiber optik, variasi gandengan, intensitas sinarPENDAHULUANSerat optik merupakan media transmisi yangterbuat dari bahan kaca atau plastik yang digunakanuntuk mentransmisikan sinyal cahaya dari suatutempat ke tempat lain. Prinsip dasar dalam serat optikmenggunakan prinsip pemantulan sempurna yangmemanfaatkan perbedaan indeks bias antara satumedia dengan media lainnya. Penggunaan serat optikselain sebagai media transmisi dalam bidangtelekomunikasi dan informasi, serat optik juga banyakdigunakan untuk keperluan pembuatan berbagaimacam sensor seperti sensor getaran [1], Sensortekanan [2,3], sensor berbasis interferometer [4,5,6],sensor suhu, dan lain sebagainya. Pembuatan berbagaimacam sensor tersebut banyak memanfaatkankarakteristik yang ada pada serat optik, misalnyadengan memanfaatkan rugi-rugi yang ada di dalamfiber optic [7] dan karakteristik refleksi sinyal cahayapada serat optic sebagai dasar pembuatan sensorpergeseran mikro. Sensor-sensor yang memanfaatkanpergeseran mikro ini banyak digunakan dalam industrikemasan, pemrosesan sinyal dan multiprocessing sertapenanggulangan bencana alam seperti tanah longsordan lain sebagainya.Tujuan penelitian ini adalah mengetahuipengaruh pergeseran mikro terhadap intensitas sinarlaser yang ditransmisikan pada fiber optik jenismultimode dengan variasi gandengan, yaitu gandeng1, 2, 3, dan gandeng 4 receiving output fibre terhadapinput fiber terhadap receiving ouput fiber yaitu jarak 0mm, 1 mm, 2 mm, dan 3 mm. Dalam penelitian inijenis fiber optik yang digunakan adalah jenis multimode fibre (MMF) type SOF-3 warna transparentberdiameter 3 mm dari Halance China. Sumbergelombang cahaya yang digunakan berasal dari sinarlaser yang panjang gelombangnya sebesar 632,8nanometer.Variasi-variasi yang dilakukan dalam penelitianini adalah variasi skala pergeseran mikro pada daerahkerja mulai dari skala 0 mm hingga skala 10 mm.Selanjutnya pengambilan data dilakukan tiap 0,1 mmpergeseran mikro pada tiap-tiap pengambilan data danhal itu dilakukan secara berulang sebanyak tiga kalipengulangan. Kemudian variasi berikutnya adalahvariasi gandengan receiving output fibre yangdilakukan dengan bertahap mulai dari 1 gandengan, 2gandengan, 3, gandengan, dan 4 gandengan.Jenis laser yang digunakan adalah Laser Klasse-2 DIN 58126 dengan panjang gelombang 632,8nanometer. Kemudian komponen pendukung lainnyaadalah Osilloscope Yokogawa DL1520, opticalchopper merk New Focus, Inc. made in USA, dan duabuah detektor merk New Focus, Inc made in USAmodel 2031 dan merk Newport model 818-BB-21C 14TEORIa. Struktur Fiber OpticKabel Fiber Optic terdiri dari core, Claddingdan coating. Secara lengkap struktur Fiber Opticdapat dilihat pada gambar 1. Core atau inti berfungsisebagai media utama perambatan cahaya dari satuujung ke ujung yang lain. Core memiliki diameter 2mikrometer sampai 125 mikrometer. Ukuran coresangat mempengaruhi karakteristik Fiber Optic.Cladding (lapisan selubung dari core) berfungsisebagai cermin untuk memantulkan cahaya agar dapatmerambat ke ujung lainnya. Cladding terbuat daribahan glass dengan indeks bias lebih kecil dari core.Hubungan indeks bias antara core dengan Claddingakan mempengaruhi kelakuan perambatan cahayapada core (termasuk mempengaruhi sudut kritis).

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Coating (jacket) terbuat dari bahan plastic berfungsisebagai pelindung mekanik dan tempat kode warna.Fungsi utamanya adalah untuk melindungi FiberOptic dari kerusakan [8]CoatinCladdiGambar 1. Struktur Fiber OpticCoreb. Jenis-Jenis Fiber OpticFiber Optic (fiber optik) secara umum dibagiberdasarkan 3 kategori pembagian, yaitu berdasarkanmode perambatannya dan berdasarkan indeks biascore nya, serta berdasarkan berdasarkan mode danukuran indeks bias corenya. Berdasarkan bentuk ataumode perambatannya dibedakan menjadi 2, yaituSingle mode dan Multi mode. Berdasarkan indeks biaspada core (inti), fiber optik dibedakan menjadi 2,yaitu Step index dan Graded index. Kemudianberdasarkan mode dan indeks bias pada core, fiberoptik dibedakan menjadi 3, yaitu single mode fiberstep index, multi mode fiber step index, dan multimode fiber gradded index.Pada fiber optic hanya sudut-sudut tertentu (θ i )yang dapat diterima dan ditransmisikan. Sudut-suduttersebut adalah sudut-sudut yang nilainya tidakmelebihi sudut maksimum (θ max ) atau kurang darisudut kritis (θ c ) seperti yang terlihat pada gambar 2.Gambar 3. Gambar desain alat pergeseran mikro fiber optik.Pada microposition tersebut terdapat fiber optikyang berperan sebagai input fiber. Pecahan pertamasinar laser tersebut langsung diterima oleh osiloskop(8) untuk dijadikan sebagai pengontrol untuk melihatkesatabilan tegangan yang ada dalam laser. Pecahankedua sinar tersebut ditransmisikan dari input fibermenuju alat pergeseran mikro (9) selanjutnya diterimaoleh receiving output fiber kemudian dideteksi olehdetektor (6) dan di baca oleh osiloskop (8).Input fiberReceiving output fiberGambar 4. Skema pengambilan data pada pergeseran mikroMetode pengambilan data dalam penelitian inidilakukan setiap pergeseran cermin pada setiappergeseran sebesar 0,1 mm dan dilakukan berulangsebanyak 3 kali pengulangan. Skema perinsippengambilan data dapat dilihat pada gambar 4.HASIL DAN PEMBAHASANCerminHasil penelitian berkaitan dengan pergeseranmikro (micro-displacement) yang terjadi pada fiberoptik dapat dilihat pada gambar 5.Gambar 2. Bentuk transmisi sinar pada fiber optikTATAKERJA (BAHAN DAN METODE)Setup alat pergeseran mikro dengan variasigandengan dalam penelitian ini dapat dilihat padagambar 3. Pada gambar 3, perambatan sinyal cahayayang ditransmisikan pada setup alat di atas berawaldari Laser (1) yang kemudian dicacah oleh opticalchopper (2) menuju beam splitter (3) untuk dipecahmenjadi 2 dengan nilai intensitas yang sama. Pecahanpertama (4) dideteksi langsung oleh detektor danditeruskan ke osiloskop untuk dibaca, sedangkanpecahan kedua akan ditransmisikan menujumicroposition (5).Gambar 5. Grafik hubungan antara pergeseran mikro dengantegangan puncak-puncakC 15

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Bentuk grafik pada gambar 5 sesuai dengan teoriseperti yang tampak pada gambar 6.Kemudian Tren grafik yang terlihat pada gambar5 dianalisis lebih lanjut dengan software originPro8.0, yaitu melakukan fitting terhadap grafik padagambar 5 tersebut, maka grafik hasil fittingnya dapatdilihat pada gambar 9.Gambar 6. Bentuk grafik sensor pergeseran mikro berdasarkanrefleksi [9]Jumlah mode yang diterima oleh semuareceiving output fiber pada bentuk desain gandenganyang difabrikasi, adalah sama antara receiving outputfiber yang satu dengan receiving output fiber yanglainnya hal ini disebabkan oleh jarak antara pusatmasing-masing receiving output fiber terhadap pusatinput fiber adalah sama. Gambaran tentang jaraktersebut dapat dilihat pada gambar 7.Gambar 7. Geometrik letak posisi receiving output fiber (b)terhadap input fiber (a)Selanjutnya jika grafik pada gambar 5dinormalisasikan maka diperoleh bentuk grafik barusebagaimana yang terlihat pada gambar 8. Darigambar 8, tampak bahwa kemiringan antara grafikpada gandeng 1, gandeng 2, gandeng 2, dan gandeng4 berbeda satu dengan lainnya walaupun kelihatanhampir sama, baik kemiringan pada sebelah kiri darinilai maksimum, maupun sebelah kanan dari nilaimaksimum.Gambar 8 Bentuk normalisasi grafik tegangan puncak-puncakdengan pergeseran mikro pada variasi gandenganGambar 9. Hasil fitting Grafik hubungan antara pergeseran mikrodengan tegangan puncak-puncak pada gandeng 1KESIMPULAN.Pergeseran mikro dengan skala pergeseransebesar 0,1 mm tiap variasi memiliki pengaruh yangsignifikan terhadap intensitas sinyal cahaya yangditransmisikan. Hal itu terlihat dari tren ataukecendrungan grafik yang terbentuk. Kemudian untukpergeseran mikro dengan variasi gandengan, yaknigandengan 1, gandengan 2, gandengan 3, dangandengan 4 disimpulkan bahwa semakin banyakjumlah gandengannya maka semakin besar intensitassinyal cahaya yang dideteksi oleh detektor dansebaliknya. Bentuk pergeseran grafik untuk variasigandengan dari gandeng 1, gandeng 2, gandeng 3 dangandeng 4, cendrung bergeser keatas dengan nilaitegangan puncak-puncak maksimumnya berada padaskala yang sama pada skala pergeseran mikro.UCAPAN TERIMAKASIHUcapan terimakasih kami sampaikan kepadaketua Jurusan fisika FMIPA UNS yang memberikanijin penggunaan laboratorium optic untuk pelaksanaanpenelitian,DAFTAR PUSTAKASouto, J.A.G., Rivera, H. L. Optical Society ofAmerica. Vol. 14, No. 21 / OPTICS EXPRESS9679 (2006).Edwards, A.T. Thesis the faculty of the VirginiaPolytechnic Institute and State University.Blacksburg, Virginia (2000).Lee, B. Korea. Journal Of Optical Fiber Technology 957–79 (2003).Lee, H.J., Moonsu Oh., Kim,Y. Journal of TheKorean Physical Society Vol 22 N0 4Desember (1989).Mercado.J.T., Khomenko.A.V. Journal Of LightwaveTechnology, Vol. 19, No. 1, (2001) 103C 16

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Sathitanon, N., Pullteap,S. International Journal ofComputer Science and Engineering 2:2 (2008)Fegadolli, W.S., Oliveira, J. E. B., Almeida, V. R.2008. Plastic Optical Fiber MicrobendSensors. PIERS Proceedings, Cambridge,USA, July 2{6, 2008Crisp, J. 2001. Introduction To Fiber Optics 2ndEdition. Newnes New Delhi. IndiaKulkarni, V.K., Lalasangi, A. S., Pattanashetti, I. I.,Raikar,U.S. Journal Of Optoelectronics AndAdvanced Materials Vol. 8, No. 4, P. 1610 –1612. (2006)C 17

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pengukuran Kadar Glukosa dalam Air Destilasi Menggunakan Fiber CouplerFina Nurul Aini 1 , Samian 1 , dan Moh. Yasin 1 .1 Program Studi S1 Fisika, Departemen Fisika, FST Universitas Airlangga, Surabaya 60115.Email : noo2.donutz@gmail.comAbstrakPengukuran kadar glukosa dalam air destilasi pada penelitian ini menggunakan prinsip sensor pergeseran fibercoupler berbasis modulasi intensitas. Pengukuran dilakukan dengan variasi konsentrasi larutan glukosa 0%,5%, 10%, 15%, 20% dan 25% dalam pelarut air destilasi. Konsentrasi larutan glukosa dinyatakan dalam persenmassa per volume pelarut. Sumber cahaya yang digunakan adalah laser He-Ne panjang gelombang 632,5 nm.Penelitian ini dilakukan dengan memanfaatkan larutan glukosa sebagai medium rambatan cahaya antara fibercoupler dan cermin pemantul. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa nilai kemiringan slope pergeseran padarentang 2300-3000 µm meningkat secara linier terhadap peningkatan konsentrasi larutan glukosa denganresolusi pengukuran 3,5 %.Kata kunci : fiber optic, fiber coupler probe dan larutan glukosa.PENDAHULUANSerat optik (fiber optic) adalah pemandugelombang cahaya (light wave guide) dari bahantransparan. Perkembangan serat optik yang pesatmenyebabkan aplikasi serat optik saat ini tidak hanyadimanfaatkan sebagai media transmisi cahaya namunjuga sebagai sensor. Keunggulan serat optik sebagaisensor dibandingkan sensor lainnya antara lain adalahtidak kontak langsung dengan obyek pengukuran,tidak menggunakan listrik sebagai isyarat, akurasipengukuran tinggi, relatif kebal terhadap induksilistrik maupun magnetik, dapat dimonitor dari jarakjauh, dapat dihubungkan dengan sistem komunikasidata melalui perangkat antar muka (interface) sertalebih kecil dan ringan (Krohn, 2000). Berbagaiparameter fisis dapat diukur dengan menggunakansensor serat optik, antara lain pergeseran, suhu,tekanan, kelembaban, laju aliran fluida, laju rotasi,konsentrasi suatu zat, medan listrik, medan magnet,serta analisis kimia (Krohn, 2000).Sensor pergeseran serat optik telah banyakdikembangkan untuk aplikasi yang lebih luas, antaralain sebagai sensor pergeseran, sensor tekanan, sensorsuhu serta sensor parameter fisis lainnya (Crisp danElliot, 2008). Penggunaan fiber coupler sebagaisensor pergeseran telah dilakukan oleh Samian, dkk,2008. Sistem sensor pergeseran fiber coupler puntelah dikembangkan untuk aplikasi lain yang lebihluas, salah satunya untuk mengukur koefisien muaitermal logam (Sholikan, 2009).Pengukuran kadar glukosa dalam air destilasimenggunakan serat optik berbasis sensor pergeserantelah dikembangkan oleh Yasin, dkk, 2010 denganmenggunakan probe bundel. Glukosa merupakansumber energi utama bagi tubuh. Namun penggunaanglukosa secara berlebihan pun akan memberikandampak negatif bagi tubuh, seperti kebutaan, gagalginjal, kerusakan saraf periferal serta diabetes. Olehkarena itu, pengontrolan penggunaan glukosa sangatpenting dilakukan terutama bagi penderita diabetes.Pada jurnal ini akan disajikan pengukuran kadarglukosa dalam air destilasi berbasis sensor pergeseranserat optik menggunakan fiber coupler. Perubahanindeks bias larutan seiring dengan perubahankonsentrasinya diharapkan dapat menyajikanparameter sensor pergeseran yang berbeda untukmasing-masing konsentrasi larutan glukosa.METODOLOGI PENELITIANPerangkat penelitian terdiri dari laser He-Ne(Thorlabs, 632,5 nm, 5 mW), fiber coupler 2×2(50:50), detektor optik 818-SL (Newport), chopperdan chopper controler (SR540, Stanford ResearchSystem, Inc.), Lock-in amplifier (SR510 StanfordResearch System, Inc.), cermin panjang gelombangcahaya tampak (5101-Vis, New Focus), mikrometerposisi (Newport), PC, serta perangkat pendukung lain.Sebelum melakukan pengukuran kadar glukosadalam air destilasi, fiber coupler yang akan digunakandikarakterisasi terlebih dahulu untuk mengetahuikinerjanya sebagai sensor pergeseran.Gambar 1. Set-up eksperimen karakterisasi fiber coupler sebagaisensor pergeseran.Gambar 2. Set-up eksperimen pengukuran kadar glukosa dalam airdestilasi menggunakan Metode I.C 18

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pengukuran dimulai saat fiber couplermenempel dengan cermin, yakni pada pergeseran z=0.Fiber coupler yang ditempatkan pada mikrometerposisi digeser tiap 50 µm. Pada tiap posisi pergeseran,tegangan keluaran detektor diukur sehingga diperolehdata berupa tegangan luaran detektor sebagai fungsipergeseran fiber coupler.Pengukuran dilakukan terhadap beberapavariasi konsentrasi larutan glukosa, antara lain 0, 5,10, 15, 20 dan 25 %.HASIL DAN PEMBAHASANData penelitian yang diperoleh berupa teganganluaran detektor sebagai fungsi pergeseran fibercoupler.a) Karakterisasi fiber coupler sebagai sensorpergeseranTabel 1. Parameter sensor pergeseran fiber coupler.ParameterNilaiStep pergeseran (µm) 50Daerah linier (µm) 0-1200Daerah pergeseran (µm) 1-6000Sensitivitas (mV/µm) 0,0027Tegangan maksimal (mV) 4,65b) Pengukuran kadar glukosa dalam air destilasiGambar 3. Grafik tegangan keluaran detektor sebagai fungsipergeseran fiber coupler dengan target cermin datar.Karakterisasi fiber coupler dilakukan untukmengetahui kinerja fiber coupler sebagai sensorpergeseran. Kinerja fiber coupler sebagai sensorpergeseran dapat dilihat dari parameter-parametersensor pergeserannya. Parameter sensor pergeserandiperoleh dengan terlebih dahulu menentukan daerahlinier tegangan keluaran detektor terhadap pergeseranfiber coupler.Gambar 4. Grafik daerah linier karakterisasi fiber coupler sebagaisensor pergeseran.Berdasarkan grafik daerah linier teganganluaran detektor terhadap pergeseran fiber couplerpada Gambar 5. Diperoleh parameter-parametersensor pergeseran dari fiber coupler yang diberikanpada Tabel 1.Gambar 5. Grafik tegangan keluaran detektor sebagai fungsipergeseran fiber coupler.Data berupa tegangan luaran detektor sebagaifungsi pergeseran fiber coupler untuk masing-masingkonsentrasi diplot dalam grafik pada Gambar 5.Grafik pada Gambar 5. menunjukkan bahwa semakintinggi konsentrasi larutan glukosa yang digunakansemakin tinggi pula tegangan luaran detektor yangterukur. Hal ini dapat dipahami dari nilai NumericalAperture (NA) serat optik yang digunakan. Jikamedium antara serat optik dan cermin adalah udara,maka nilai NA hanya dipengaruhi oleh nilai indeksbias core (n 1 ) dan cladding (n 2 ) seperti diberikanpada persamaan 1.222NA = n 1 − n(1)Namun jika medium antara serat optik dancermin diganti dengan larutan glukosa, maka nilai NAakan dipengaruhi pula oleh indeks bias larutanglukosa yang digunakan (n).21 −2n n2NA =n(2)Semakin tinggi konsentrasi larutan glukosa yangdigunakan, semakin tinggi pula indeks biasnya.Sehingga, nilai NA akan semakin kecil. Nilai NAyang semakin kecil memberikan berkas laser yangtertangkap kembali oleh serat optik semakin banyaksehingga tegangan luaran detektor semakin tinggipula.Karena tegangan luaran detektor berubahterhadap perubahan konsentrasi larutan glukosa, makakemiringan slope grafik pada Gambar 5. akan berubahpula. Nilai kemiringan slope grafik pada Gambar 5.pada rentang pergeseran 2300-3000 µm sebagaifungsi konsentrasi larutan glukosa disajikan padaGambar 6. Selain itu, diperoleh pula resolusiC 19

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8pengukuran kadar glukosa dalam air destilasimenggunakan fiber coupler sebesar 3,5%.Kemiringan slope (mV/µm)0,000600,000580,000560,000540,000520,00050Gambar 6. Grafik nilai kemiringan slope masing-masingkonsentrasi pada rentang 2300-3000 µm.KESIMPULANSensor pergeseran fiber coupler dapat digunakanuntuk melakukan pengukuran kadar glukosa dalam airdestilasi dengan resolusi pengukuran 3,5 %. Nilaikemiringan slope per geseran merupakan fungsikonsentrasi larutan glukosa. Semakin tinggikonsentrasi larutan glukosa, nilai kemiringan slopepada rentang 2300-3000 µm akan semakin tinggi pula.DAFTAR PUSTAKAy = 0,0000035x + 0,0005018R² = 0,97467050,000480 5 10 15 20 25 30Konsentrasi (%)Binu, S., V. P. Mahadevan Pillai, V. Pradeepkumar,B. B. Padhy, C. S. Joseph, N. Chandrasekaran,2009, Fibre Optic Glucose Sensor, MaterialsScience and Engineering C.Crisp, John dan Elliot, Barry, 2008, Serat Optik:Sebuah Pengantar, Erlangga, Jakarta.Fraden, Jacob, 2004, Handbook of modern sensors :physics, designs, and applications, Sringer-Verlag Inc., New York.Guenther, Robert D., 1990, Modern Optics, JohnWiley and Sons, USA.Krohn , DA, 2000, Fiber Optik Sensor, Fundamentaland Application, Third Edition, ISA, USA.Pramono, Yono Hadi, Ali Yunus Rohedi dan Samian,2008, Aplikasi Directional Coupler SeratOptik sebagai Sensor Pergeseran, JurnalFisika dan Aplikasinya, Vol. 4, No. 2.Rahman, H. A., S. W. Harun, M. Yasin, H. Ahmad,2011, Non-Contact Refractive IndexMeasurement Based on Fiber Optic Beam-Through Technique, Optoelectronics andAdvanced Materials – Rapid Communications,Vol. 5, No. 10 (page: 1035-1038).Rahman, H. A., S. W. Harun, M. Yasin, H. Ahmad,2012, Fiber Optic Salinity Sensor Using Beam-Through Technique, Optik.Samian, Yono Hadi Pramono, Ali Yunus Rohedi,Febdian Rusydi dan A. H. Zaidan, 2009,Theoretical and Experimental Study of Fiber-Optic Displacement Sensor Using MultimodeFiber Coupler, Journal of Optoelectronics andBiomedical Materials, Vol. 1, Issue 3 (page:303-308).Sholikhan, Muhammad, 2009, PemanfaatanDirectional Coupler Serat Optik dalamPenentuan Koefisien Ekspansi Termal LogamAluminium, Skripsi S-1, Universitas Airlangga,Surabaya.Yasin M., Harun S. W., Yang H. Z. dan Ahmad H.,2010, Fiber Optic Displacement Sensor forMeasurement of Glucose Concentration inDistilled Water, Optoelectronics and AdvancedMaterials – Rapid Communications, Vol. 4,No. 8 (page: 1063-1065).Yasin M., S. W. Harun, Pujiyanto, Z. A. Ghani, andH. Ahmad, 2010, Performance Comparisonbetween Plastic-Based Fiber Bundle andMultimode Fused Coupler as Probes inDisplacement Sensors, Laser Physics, Vol. 20,No. 10 (page: 1890-1893).C 20

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DESIGN AND OPERATION OF FIBER OPTIC VIBRATION SENSOR USINGFIBER COUPLER PROBEM. Yasin 11 Department of Physics, Faculty of Science and Technology, Airlangga University, Surabaya 60115,Indonesia.Email: yasin@unair.ac.id & yasinn@fst.unair.ac.id.AbstractA simple design and operation of vibration sensor using fiber coupler probe based on intensity modulationtechnique is investigated. The proposed sensor is capable of measuring vibration frequency of a load speakerranging from 350 to 500 Hz. The load speaker is placed within a linear range of the sensor’s displacementcurve, which is from 0 to 1300μm. The measured frequency is observed to be a linear function of the inputfrequency with slope angle of 46.40 and a linearity of more than 99%. The output waveform measured at port 2of the coupler is observed to be identical to the input waveform plus additional noise. The Fast Fouriertransform (FFT) spectrum of the response clearly shows that the output from the vibration sensor can beresolved into corresponding characteristic frequencies of vibration. The simplicity of design, high degree ofsensitivity, dynamic range and the low cost of fabrication are attractive attributes of the sensor that lend supportto real field applications.Keywords: fiber optic, fiber optic displacement sensor, vibration fiber sensor.INTRODUCTION:Fiber optic sensor offers the possibility ofdeveloping a variety of physical sensors for a widerange of applications such as displacement, pressure,temperature, electric field etc. (Yasin et al., 2008; Limet al., 2010; Lee, 2003). The advantages of fiber opticsensors are their all dielectric construction thatprovides electrical isolation and immunity fromelectromagnetic fields, small dimension, andcompatibility with optical fibre technology. One ofthe important applications offered by fiber sensors isin the area of vibration analysis. To date, varioustypes of fiber-optic vibration sensors have beenreported in the literature such as fiber interferometric(Jose et al., 2006), fiber Bragg grating (Zhang et al.,2005), and over-coupled fused-coupler (OCFC) (Chenet al., 2004). However, the first type of sensors israther expensive, complicated to implement on-site,and is susceptible to temperature fluctuations (Fisheret al., 2008). The second type must use mechanicaldevices to enhance their sensitivity while the thirdtype require three fiber lines to transmit the input andoutput of the sensor, making it difficult to implementfor practical use. Furthermore, when one fiber isplaced in an ambient condition different from theothers, error in measurement may occur.Plastic optical fibers (POFs) are in a greatdemand for the transmission and processing of opticalsignals in optical fiber communication systemcompatible with the Internet. POFs also have potentialapplication in WDM systems, power splitters andcouplers, amplifiers, sensors, scramblers, integratedoptical devices, frequency up-conversion, and etc.(Yasin et al., 2009; Yang et al., 2011). Recently, anintensity modulated fiber optic displacement sensorshave been demonstrated to be efficient for differentapplications. They are relatively inexpensive, easy tofabricate and suitable for employment in harshenvironments. In this paper, a rugged, low cost andvery efficient fiber optic displacement sensor isproposed for the measurement of frequency ofvibration of a load speaker. The proposed sensoroperation is based on the intensity modulationtechnique using a POF-based coupler with 50:50splitting ratio as a probe.EXPERIMENTAL SETUP:The schematic experiment for vibration sensor isshown in Fig. 1. The sensor is consist of a fiber-opticdisplacement sensor with a 3 dB multimode fibercoupler as a probe. A 543nm He-Ne beam is launchedinto port 1 of the coupler. Light travels to the port 3and is scattered when it exits the fiber end. It is thenreflected by a mirror which is pasted on a loadspeaker. The port 3 probe is held in positionperpendicular to the mirror so that the reflected lightfrom the mirror can be easily launched back into thesame port. The collected light is sent to port 2 by the3dB coupler and measured by a silicon photodetector.The detector converts the light into electricalsignal, which is then processed by the digital storageoscilloscope.In the movement stage, the static displacement ofthe probe is achieved by mounting it on apiezoelectric displacement meter, which is rigidlyattached to a vibration free table. Firstly, the outputfrom port 2 at zero point is measured, where themirror and the probe are in close contact. Then thespeaker is moved away from the probe in 10μm stepC 21

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8and at each position, under vibrationless condition,the output voltage is recorded. A graph ofdisplacement (gap) against output voltage is drawnand a linear range on the graph is identified. Aposition at the center of the linear range is chosen andthe gap between the probe and the speaker is fixed atthe chosen displacement point. Then an experiment iscarried out where the speaker is turned on to emitsignals of different frequencies of vibration rangingfrom 350 to 500 Hz.Fig 2. Output voltage versus displacement of the speaker.Table 1. The Performance of fiber optic displacement sensor usingthe speakerFig. 1: Experimental setup for the proposed vibration sensor using aPOF-based coupler.RESULTS AND DISCUSSIONS:Fig. 2 shows the variation of the output voltagewith displacement of the probe from the mirror whenthe speaker is off. When the gap between the tip offiber probe and the mirror is zero, the fiber receivesthe maximum light and thus the measured intensity ofthe reflected light is maximum as shown in the figure.However, the measured intensity of the reflected lightdecreases almost linearly as the distance or gapincreases especially for close distance target.Theoretically, the distance and the reflected powervary according to the inverse square law and the ratiobetween the reflected power and the transmittedpower is given by,P r d=2...... (1)P t (2x tan θ) 2Fig. 3 shows the measured frequency of the speakeragainst the input driving frequency of the audiogenerator. In the experiment, the gap between themirror and fiber tip of port 3 is fixed at 800 μm,which is within the linear range of the displacementresponse when the speaker is off. The speakerfrequency is then varied from 350 Hz to 500 Hz. Asshown in Fig. 3, the measured frequency is a linearfunction of the input frequency with slope angle of46.4 0 and a linearity of more than 99%. Theperformance of the fiber optic vibration sensor issummarized in Table 2.where P r , P t , d, x, and θ are the reflected power,transmitted power, core diameter, axial displacementand fiber’s acceptance angle, respectively. Thecharacteristic of the displacement curve issummarized in Table 1 where the sensitivity isobtained at 0.0005mV/μm and the slope shows a goodlinearity of more than 99% within the displacementrange of 1300 μm. The displacement sensor isobserved to be very stable with the measurement errorof less than 1.5%.Fig. 3: The output frequency versus input frequency.Table 2. The Performance of the vibration sensor using FODS.Figs. 4(a) and (b) compare the input and output(measured) frequency spectrum of the proposed fibervibration sensor at the speaker frequency settings ofC 22

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8350 Hz and 500 Hz, respectively. The fast Fouriertransform (FFT) spectra are also shown in bothfigures. The input signal is measured at the audiospeaker while the output signal comes out from port 4of the coupler. As shown in both figures, both inputand output waveforms have the same frequency withthe output signal shows a higher noise content. TheFFT spectral responses clearly show that the outputfrom the vibration sensor can be resolved intocorresponding characteristic frequencies of vibrationfor mechanical vibrations corresponding to 350 Hzand 500 Hz, respectively. The possible sources oferror in the sensor operation can be due to light sourcefluctuation, stray light and possible mechanicalvibrations. To reduce these effects a well-regulatedpower supply is used for the green He-Ne laser andthis minimizes the fluctuation of source intensity. Thesensor fixture is also designed so that the stray lightcannot interfere with the source light and room lightdoes not have any effect on the output voltage. Toreduce the mechanical vibrations, the experimentalset-up is arranged on a vibration free table.Fig. 4 (b): The 500 Hz spectrum of (a) input (b) output frequnecyand FFT.CONCLUSIONS:An simple design of vibration sensor isdemonstrated for a fiber optic displacement sensorbased on a multimode POF coupler to measure avibration frequency ranging from 350 to 500 Hz. Thedisplacement curve has a sensitivity of 0.0005 mV/μmand a linearity of more than 99% within ameasurement range between 0 to 1300 μm. Byplacing the load speaker within the linear range, themeasured frequency is observed to be a linearfunction of the input frequency with a slope angle of46.40 and a linearity of more than 99%. The outputwaveform measured at port 2 of the coupler isobserved to be identical to the input waveform withadditional noise. FFT spectral responses clearly showthat the output from the vibration sensor can beresolved into corresponding characteristic frequenciesof vibration. The simplicity of the design, high degreeof sensitivity, dynamic range of operation and the lowcost of the fabrication make it suitable for real fieldapplicationsFig. 4 (a): The 350 Hz spectrum of (a) input (b) output frequencyand FFT.C 23

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8ACKNOWLEDGMENT:I thank Prof. H. Ahmad and Prof. S. W. Harun, ofthe Photonic Research Centre for their support in datacollection. I also thank H. A. Rahman for her expertreview of the report.REFERENCES:Byoungho Lee, “Review of the Present Status ofOptical Fiber Sensors,” Opt. Fiber Technol.,Vol. 9, pp. 57–79 (2003).H. Z. Yang, S. W. Harun and H. Ahmad, “Theoreticaland experimental studies on concave mirrorbasedfiber optic displacement sensor,” SensorReview, Vol. 31, pp. 65- 69 (2011).Jose A., Garcia-Souto and Horacio Lamela-Rivera,“High Resolution (

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SENSOR KETINGGIAN ZAT CAIRMENGGUNAKAN SERAT OPTIK YANG DIPOLESSupadiDepartemen Fisika Fakultas Sain dan Teknologi Universitas AirlanggaE-mail: supadi@unair.ic.idAbstrakTelah dilakukan penelitian pengaruh ketinggian zat cair terhadap rugi daya optis pada selubung kupasan seratoptik dari bahan serat optik plastik step index multimode tipe FD−620−10. Penelitian ini menggunakan seratoptik dengan panjang 60 cm dan panjang serat optik yang dikupas 10 cm, berfungi sebagai probe sensorketinggian zat cair, serta laser He-Ne sebagai sumber optik. Hasil percobaan menunjukkan probe sensor mampumendeteksi perubahan intensitas cahaya yang diterima detektor optik terhadap perubahan ketinggian zat cair.Dalam pengambilan data menggunakan dua cairan diperoleh hubungan linier antara perubahan tegangandengan perubahan ketinggian kedua zat cair. Untuk sampel aquades diperoleh daerah kerja sensor berada padalevel 0 – 10 cm dengan sensitivitas sebesar 0,212, sedangkan pada cairan etanol 96% berada pada level 1 – 10cm dengan sensitivitas sebesar 1,264.Kata kunci: serat optik plastik step index multimode, pengupasan, probe sensor, Laser He − Ne.PENDAHULUANPenerapan serat optik sebagai sensor telahberkembang demikian pesatnya sehingga mampumendeteksi berbagai parameter fisis yang ada.Parameter fisis tersebut diantaranya adalah ketinggianair, perubahan suhu, getaran, dan masih banyak lagiparameter fisis lainnya. Penggunaan serat optiksebagai sensor memiliki kelebihan dibandingkandengan sensor lain karena serat optik memiliki ukurankecil sehingga mudah dalam instalasinya. Selain itu,tidak selalu kontak langsung dengan obyek yangdiukur, akurasi pengukuran yang tinggi, tidakmenggunakan sinyal listrik, tahan terhadapinterferensi elektromagnetik dan radiasi cahaya(Krohn, 2000).Dewasa ini penelitian mengenai pengukuran ataumonitoring perubahan ketinggian atau volume zat cairdalam suatu tabung merupakan salah satu hal yangpenting, khususnya bahan kimia atau zat berbahayalain dalam industri. Semakin banyaknya penggunaanbahan kimia atau bahan berbahaya lain dalamkehidupan manusia mengharuskan pemilihanperangkat sensor ketinggian yang akurat, efisien,sederhana, dan murah. Konsep sensor ketinggian zatcair menggunakan serat optik antara lain sightglasses, force (buoyancy), pressure (hydrostatichead), reflective survace, dan refractive index change(Krohn, 2000).Berdasarkan uraian di atas, maka pada penelitianini kami mencoba mengembangkan serat optikdengan mengupas bagian selubung (cladding) panjangtertentu sebagai probe sensor dengan menggunakankonsep refractive index change. Prinsip kerja sistemsensor ketinggian zat cair menggunakan serat optikyang dikupas adalah mengukur perubahan intensitasdaya optik yang direfleksikan sebagai fungsi dariperubahan indeks bias cairan yang digunakan. Sistemini lebih sederhana karena tidak menggunakan teknikmodulasi untuk mengolah sinyal, melainkan hanyamembutuhkan peralatan sumber optik (laser He-Ne),serat optik yang dipoles, dan detektor optik.DESAIN DAN MEKANISME KERJA SENSORDesain sensor ketinggian zat cair menggunakanserat optik yang dikupas dapat ditunjukkan gambarberikut.Gambar 1. Diagram skematik sensorKomponen utama sensor terdiri dari laser He-Ne,serat optik berdiameter 1,0 mm dengan panjang 60cm, tabung cairan, detektor optik, mikrovoltmeter,dan bagian serat optik yang dikupas yang beradadalam tabung yang berfungsi sebagai probe.Berdasarkan gambar di atas terlihat bahwa, ketikaberkas cahaya laser He-Ne disalurkan melalui salahsatu ujung serat optik akan diteruskan sepanjang serat.Kemudian, berkas cahaya tersebut akan melewatiprobe sensor yang berada dalam tabung cairan denganketinggian tertentu (h 1 ). Berkas cahaya yang keluardari ujung serat optik lainnya akan ditangkap olehdetektor optik, selanjutnya akan diubah dalam bentuktegangan yang dapat dibaca oleh mikrovoltmeter.Fenomena perubahan tegangan keluaran yang terukurC 25

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8pada mikrovoltmeter sebagai akibat rugi daya padaprobe sensor ketinggian akan diamati untukmendeteksi perubahan ketinggian cairan yangdigunakan.EKSPERIMENSebelum cairan aquades dituangkan dalamtabung, terlebih dahulu dilakukan pengukurantegangan keluaran pada sistem sensor. Hasilpengukuran ini kemudian dicatat sebagai teganganacuan. Sampel aquades dan cairan etanol dituangkandalam tabung secara bergantian mulai dari ketinggian1 cm sampai dengan ketinggian 10 cm dari dasartabung. Hasil penelitian berupa perubahan tegangankeluaran yang terukur pada detektor optik sebagaifungsi ketinggian level cairan dalam tabung (probe).Percobaan ini dilakukan sebanyak 3 kali pengulangan,hasilnya dirata-rata, kemudian hasilnya dibuat grafikplot tegangan keluaran tegangan optis terhadapketinggian zat cair pada probe sensor. Dari grafiktersebut akan diperoleh daerah kerja, linearitas, dansensitivitas sensor. Sensitivitas sensor diperoleh darikemiringan grafik.HASIL DAN PEMBAHASANHasil penelitian berupa data tegangan keluarandetektor optis sebagai fungsi dari ketinggian zat cair.Grafik plot tegangan keluaran detektor optis terhadapketinggian cairan untuk aquades dan etanol dapatditunjukkan pada gambar berikut.Gambar 2. Grafik tegangan keluaran detektor optis sebagai fungsiketinggian aquadesRentang ketinggian yang terdeteksi untuk cairanaquades adalah 0 – 10 cm, sedangkan untuk etanol90% berada pada rentang 1 – 10 cm. Grafik 2menunjukkan bahwa grafik tegangan keluarandetektor optis sebagai fungsi perubahan ketinggiandiperoleh persamaan y = 0,212x + 2,456, dan R 2 =0,999, sehingga diperoleh faktor konversi sebesar0,212.Gambar 3. Grafik tegangan keluaran detektor optis sebagai fungsiketingian etanolGrafik 3 menunjukkan bahwa untuk etanol 96%grafik tegangan keluaran detektor optis sebagai fungsiperubahan ketinggian diperoleh persamaan y = 1,264x+ 3,302, dan R 2 = 0,992, sehingga diperoleh faktorkonversi sebesar 1,264.Perbedaan tegangan yang terukur pada detektoroptik disebabkan perbedaan indeks bias cairan yangdigunakan. Indeks bias etanol lebih besardibandingkan aquades, yaitu aquades sebesar 1,33 danetanol sebesar 1,42. Semakin besar indeks bias cairanyang digunakan, maka semakin besar pula berkascahaya optik direfleksikan kembali pada daerah intiserat optik.KESIMPULANSerat optik step indeks multimode tipe PD-620-10, diameter 1,0 mm, dan bagian selubung (cladding)dikupas sepanjang 10 cm yang berfungsi sebagaiprobe sensor dapat digunakan sebagai sensorketinggian zat cair. Daerah kerja sensor ketinggian zatcair diperoleh 0 – 10 cm untuk aquades, dan 1 – 10cm untuk etanol 96%, sedangkan sensitivitas sebesar0,212 untuk cairan aquades dan etanol sebesar 1,264.DAFTAR PUSTAKABelanger, Pierre-A., 1993, “Optical Fiber Theory”,World Scientific, Canada.Crip, John, Elliot, Barry., 2006, “Pengantar SebuahSerat Optik”, Erlangga, JakartaKrohn, D.A., 2000, Fiber Optik Sensor, Fundamentaland Aplication, 3 rd , ISA, New York.Samian, Supadi, Pujiyanto, 2012, Deteksi TemperaturBerbasis Sensor Pergeseran Serat OptikMenggunakan Logam Sebagai Probe, JurnalMIPA, Vol. 15, No.1, hal. 7 – 10.Samian dan Supadi, 2011, Sensor Ketinggian AirMenggunakan Multimode Fiber Coupler,Fisika da Aplikasinya, Vol. 7, No.2, hal.110203-1 - 110203-4.C 26

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8OPTIMASI INTERFEROMETER MICHELSON REAL TIME UNTUK DETEKSIKOEFISIEN MUAI TERMAL COMPOSITE NANOFILLERErsti Ulfa A 1 , Retna Apsari 1 , Yhosep Gita Y.Y 1 .1 Program Studi S1 Fisika, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas AirlanggaEmail : erstiatma@gmail.comAbstrakPenelitian bertujuan untuk mendeteksi koefisien muai termal composite nanofiller menggunakan metodeinterferometer Michelson real time. Penelitian ini menggunakan sumber laser He-Ne dengan panjanggelombang 632,8 nm, alat bantu rangkaian sensor suhu, mikrokontroler AT Mega 8535, program Delphi dancomposite nanofiller Filtek Z350. Bahan composite nanofiller yang telah ditipiskan diletakkan pada salah satulengan interferometer Michelson kemudian dipanasi mengunakan solder pada suhu 30 o C-60 o C. Sensor suhu LM35 diletakkan pada bahan composite nanofiller untuk mengetahui suhu pada bahan akibat pemanasan. Outputsensor suhu LM 35 yang berupa analog harus diubah menjadi digital menggunakan ADC mikrokontroler ATMega 8535. Mikrokontroler AT Mega 8535 juga berfungsi untuk komunikasi serial agar suhu bahan dapatditampilkan ke Laptop dengan software Delphi. Software pada Delphi memiliki 4 fungsi yaitu merekam frinjipada saat suhu 30 0 sampai dengan 60 0 C dengan menggunakan webcam, menampilkan suhu, menghitung jumlahcacahan frinji yang berdenyut, dan untuk menghitung koefisien muai termal suatu bahan. Hasil penelitianmenunjukkan bahwa kinerja sensor suhu adalah 99,6% dan kinerja software sebesar 98,17%. Waktu tunda(delay) yang dihasilkan sistem adalah (1,1±0,1) detik. Koefisien muai termal bahan composite nanofiller sebesar(70±4)x10 -6 / o C.Delay yang dihasilkan lebih kecil 38.9 % dibanding literatur, sedangkan nilai koefisien muaitermal memiliki beda 31,1% dibanding literatur.Kata kunci : interferometer Michelson, real time, Koefisien muai termalPENDAHULUANSurvey kesehatan yang dilakukan DepartemenKesehatan RI menunjukkan bahwa angka kerusakangigi di Indonesia tinggi. Kerusakan gigi yang seringadalah gigi berlubang. Upaya untuk meminimalisirgigi berlubang adalah dengan menambal gigi. Cara initermasuk paling banyak digemari karena efektifmengurangi rasa sakit akibat gigi berlubang. Olehkarena itu penting untuk mengetahui jenis materialtambal gigi yang cocok. Teknik fabrikasi materialtambal gigi baru terus dikembangkan. Untukpemilihan bahan tambal gigi ada beberapa sifat yangharus dipertimbangkan, antara lain biokompatibilitas,sifat fisik kimia, karakteristik penanganan, estetika,dan ekonomis (Philips, 2003).Material tambal gigi memiliki ketahanan tertentuterhadap berbagai perlakuan salah satunya dengantermal. Gigi biasanya digunakan untuk makan atauminum yang panas. Penyakit yang ditimbulkan terkaitpanas adalah infeksi syaraf gigi karena adanyapemuaian pada material gigi. Pemuaian inimenyebabkan terlepasnya ikatan antar atom antaramaterial dengan gigi .Oleh karena itu penting bagikita untuk mengetahui koefisien muai termal bahan.Mahalnya pengukuran koefisien muai termalmenggunakan DTA mendorong perlunya dilakukanpenelitian untuk mencari metode alternatif. Salah satumetode alternatif diantaranya menggunakan metodeoptik dengan interferometer Michelson. Dengankeunggulannya yaitu ketelitian tinggi, bersifat noninvasif, menggunakan sumber non destructivesehingga minim efek samping, dan dapat diamatisecara visual (Apsari, 2007). Berdasarkan penelitianWolff et. al (1993) menyatakan bahwa interferometerMichelson telah banyak dan berhasil digunakan dalampengukuran koefisien muai termal dari silica, materialcomposite, dan keramik.Penelitian School dan Liby (2009) menggunakaninterferometer Michelson untuk mengukur koefisienmuai termal tembaga. Metode interferometri jugadapat digunakan untuk mengukur koefisien muaitermal bahan tipis kristal ZnSe (Hua Shu et. all,2009). Penelitian juga dilakukan oleh Ariyanti (2008)yaitu menggunakan interferometer michelson realtime untuk mendeteksi deformasi gigi akibat suhu,dengan kelemahan penelitian ini adalah terdapat delay(waktu tunda) sebesar) detik danpengamatan frinji secara visual. Kekurangan yangterdapat pada interferometer Michelson dioptimasidengan menggunakan sensor suhu LM 35 dan ATMega 8535 serta penggunaan image processingdeteksi gerak pada Delphi dalam pengolahan frinji.METODOLOGI PENELITIANPenelitian ini menggunakan seperangkatinterferometer Michelson, Laser He-Ne, Laptop,Webcam, rangkaian sensor suhu LM 35 danmikrokontroler AT Mega 8535. Bahan tambal gigiyang digunakan dalam penelitian adalah compositenanofiller Filtek Z350 dari 3M ESPE. Keseluruhanalat dan bahan penelitian disajikan pada Gambar 1.C 27

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8HASIL DAN PEMBAHASANHasil perancangan hardware disajikan padaGambar 3.ACGambar 1. Keseluruhan alat dan bahan penelitianTahapan penelitian disajikan pada diagram blok Gambar 2.BDGambar 3. Hasil Perancangan HardwareKeterangan:A : Sensor suhu LM 35B : Rangkaian penguat sensor suhuC : Minimum sistem AT Mega 8535D : Power SupplyUntuk hasil perancangan software pada Delphidisajikan pada Gambar 4.ABDCGambar 2. Diagram blok penelitianDalam penelitian terlebih dahulu dirancanghardware yang meliputi rangkaian sensor suhu LM35, minimum sistem AT Mega 8535 dan powersupply. Sedangkan software Delphi memiliki 4 fungsiyaitu:merekam frinji, menghitung cacahan frinji,penampil suhu dan menghitung koefisien muai termal.Kemudian hardware dan software yang telah dibuatdirancang digabung dengan interferometer Michelson.Sistem interferometer Michelson real time inilah yangdigunakan untuk mengambil jumlah denyut frinjipada suhu 30 o C-60 o C. Dengan mengetahui jumlahcacahan frinji dan rentang suhu maka koefisien muaibahan dapat ditentukan.Gambar 4. Hasil Perancangan SoftwareKeterangan:A : Program merekam frinjiB : Program mencacah denyut frinjiC : Program penampil suhuD : Program menghitung koefisien muai termalSetelah tahap perancangan selesai selanjutnyaadalah kalibrasi. Kalibrasi ini dilakukan untukmengetahui kinerja dari hardware dan software.Kalibrasi hardware yaitu rangkaian sensor suhu,kalibrasi ini dilakukan untuk mengetahui hubungansuhu terhadap tegangan keluaran sensor. Padakalibrasi ini juga dapat diketahui nilai konversi suhu.Hasil kalibrasi hardware disajikan Gambar 5 dan 6.Hasil kalibrasi pada Gambar 5 menunjukkanhubungan yang linier antara tegangan dan suhudengan koefisien regresi sebesar 0,997. Hal ini sesuaidengan datasheet LM 35 dimana suhu memilikihubungan yang linier terhadap tegangan.C 28

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Rumus untuk menghitung cacahan frinji:Keterangan:z = cacahan frnjiÄd = pergeseranë = panjang gelombangsehingga,Gambar 5. Grafik tegangan terhadap suhuNilai konversi suhu diperoleh dari persamaanregresi antara data digital dari ADC mikrokontrolerdan suhu yang tertampil pada termometer digital.Nilai konversi suhu ini dimasukkan ke sintaks padaDelphi. Hal ini agar nilai suhu dapat langsungtertampil pada program Delphi sehingga mudahdiamati kenaikan suhunya. Grafik disajikan padaGambar 6.Laser He-Ne yang digunakan memiliki panjanggelombang 632,8 nm, sedangkan berdasarkan rumus(4) diperoleh nilai panjang gelombang laser He-Neadalah 621,2 nm. Hasil pengukuran panjanggelombang memiliki beda 1,83%, sehingga kinerjasoftware adalah sebesar 98,17%.Tahap kalibrasi untuk hardware dan softwareselesai dilakukan maka selanjutnya digabungkan kedalam satu sistem menjadi interferometer Michelsonreal time. Sistem perlu diuji untuk mengetahui kinerjasensor dan waktu tunda (delay) sistem. Kinerja sensordisajikan pada Gambar 8.Gambar 6. Konversi suhuUntuk selanjutnya adalah kalibrasi software,kalibrasi ini dilakukan dengan mengukur panjanggelombang Laser He-Ne dengan penghitungancacahan frinji menggunakan software yang telahdirancang. Frinji direkam dengan Webcam kemudiandengan prinsip deteksi gerak maka program akanmencacah frinji yang berdenyut. Pengukuran panjanggelombang dilakukan dengan menghitung cacahanfrinji yang berdenyut setiap pergeseran 10 µm. Grafikkalibrasi software disajikan pada Gambar 7.Gambar 7. Kalibrasi softwareGambar 8. Grafik perbandingan termometer digital dan sensor suhuBerdasarkan grafik pada Gambar 8 diperoleh kinerjasensor sebesar 99,6%.Pengujian sistem selanjutnya adalah pengukuranwaktu tunda (delay) sistem. Delay merupakan bedawaktu suhu yang tertampil pada termometer digitaldan yang tertampil pada program Delphi. Diperolehnilai delay sebesar (1,1±0,1) detik. Delay yangdihasilkan sistem lebih baik 38,9% dibandingkanpenelitian Ariyanti (2008) yang memiliki delaysebesar (1,8±0,7) detik. Penurunan delay dikarenakandalam penelitian digunakan sensor suhu LM 35 danmikrokontroler AT Mega 8535.Tahap selanjutnya adalah pengambilan data,sistem yang telah diuji dapat digunakan untukmenghitung koefisein muai termal. Set Upinterferferometer Michelson real time disajikan padaGambar 9.C 29

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 9. Set Up interferometer Michelson real timeDalam penelitian diperoleh data jumlah cacahandenyut frinji pada suhu 30 o C-60 o C. Data dapat dilihatpada Tabel 1. Untuk menghitung koefisien muaitermal maka dibuat grafik seperti pada Gambar 10.Tabel 1. Data interferometer Michelson real timeNo ΔT (Rentang suhu)n (Jumlah denyutfrinji)1 30 12 35 33 40 44 45 55 50 66 55 77 60 8Gambar 10. Koefisien muai termalRumus koefisien muai termal:Dapat dituliskan,Sehingga,............................................. (8)Berdasarkan perhitungan diperoleh nilai koefiseinmuai bahan composite nanofiller adalah sebesar(70±4)x10 -6 / o C. Nilai koefisien muai termal inimemilki beda 31,1 % dibandingkan literatur. Hal inididuga karena pemanas yang digunakan untukmemberikan kalor memiliki daya terlalu besar 30-40watt, interferometer Michelson sensitif terhadapgoncangan dan perlu dilakukan pengujian koefisienmuai termal menggunakan TMA (Thermomechanicalanalysis).KESIMPULANSistem interferometer Michelson real time dapatdioptimalkan dengan menggunakan sensor suhu LM35, rangkaian penguat non inverting mengunakan LM358 dan minimum sistem AT Mega 8535menggunakan fitur ADC dan komunikasi serialdengan penterjemah frinji adalah deteksi gerak.Sistem interferometer Michelson real time dapatdigunakan untuk deteksi koefisien muai termaldengan hasil yang diperoleh adalah (70 ± 4)x10 -6 / o C.Kinerja rangkaian sensor suhu sebesar 99,6%, kinerjasoftware adalah 98,17% dan delay sistem adalah(1,1±0,1) detik. Koefisien muai termal yangdihasilkan memiliki beda sebesar 31,1%dibandingkan penelitian Park et,al (2011) dan delaypenelitian lebih baik 38,9% dari penelitian Ariyanti(2008)DAFTAR PUSTAKAAndi W, 2009, Panduan Praktis Delphi 2009, WahanaKomputer:JakartaApsari, R. 1998, Penentuan Koefisien Difusi LarutanDengan Teknik Interferometer Holografi.Tesis, Universitas Gadjah Mada Yogyakarta,1998.Ariyanti, R, 2008, Pengembangan InterferometerMichelson Real Time Untuk DeteksiDeformasi Suhu Pada Gigi, Skripsi, JurusanFisika Universitas Airlangga. Surabaya.FadlisyFadlisyah, Fauzan, Taufiq, Zulfikar,2008,Pengolahan Citra Menggunakan Delphi, GrahaIlmu,YogyakartaFuhaid N, 2004, Pemanfaatan Perangkat KomputerUntuk Menentukan Koefisien Muai PanjangBenda Menggunakan InterferometerMichelson. Skripsi, Jurusan Fisika UniversitasAirlangga, Surabaya.Hua Shu C, Shari Feth, S,L Lehoczky, 2009, ThermalExpansion Coefficient Crystal Between 17 o-1080o by interferometry. vol 63.Kawuryan U, 2010, Hubungan Pengetahuan TentangKesehatan Gigi Dan Mulut Dengan KejadianKaries Gigi Anak. Skripsi ilmu keperawatanUniversitas Muhammadiyah, Surakarta.Kishen, Murukeshan, Krishnakumar, Asundi, 2001,Analysis On The Nature Of Thermally InducedDeformation In Human Dentine By ElectronicSpeckle Pattern Interferometry (ESPI), journalof dentistry 29. Biomedical EngineeringResearch Center, Nanyang TechnologicalUniversity, Singapore.C 30

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Kurniawan D, 2011, Mahir Pemrograman Webcamdengan Delphi, eBook, Bandung.Park, JK, Bock Hur, ching-chang, Franklin,HyungKim, Yong Hoon, 2011, Effect of Light-curingUnits on the Thermal Expansion of ResinNanocomposites. Journal Dental. Vol 23 issue6 (331-334).Philips, R.W, 2003, Ilmu Bahan Kedokteran Gigi,Edisi 10, WB Saunders Co, Philadelphia,Pennsylvania.Scholl and Bruce will, 2009, Using a MichelsonInterferometer to Measure Coefficient ofThermal Expansion of Copper. Journal ThePhysics Teacher.Vol 47.Tipler, Ralph, 2008, Modern Physics, W.H FreemanCompany: New york.Wardhana L, 2006, Mikrokontroler AVR Seri ATMega 8535 Simulasi, Hardware dan Aplikasi.Andi:Yogyakarta.Winoto A, 2010, Mikrokontroler AVR Atmega8535dan pemrogaramannya dengan Bahasa C padaWinAvr.Informatika,Bandung.Wolff E.G and Peng G.S, 1993, Processing ofInterferometric Signal for a CTE Measurementsystem. Journal elsevier.C 31

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SISTEM DETEKSI FITUR WAJAH MENGGUNAKAN PUSTAKA TERBUKA(OPENCV) DAN KAMERA WEB PADA RENTANG CAHAYA TAMPAKY.G.Y. YhuwanaProgram Studi D3 Otomasi Sistem Instrumentasi, Fakultas Sains dan Teknologi,Universitas Airlangga, Surabaya 60115Email : yoseph@unair.ac.idAbstrakTelah dilakukan penelitian sistem deteksi fitur wajah dengan menggunakan kamera web dan pustaka terbuka.Deteksi fitur wajah ini menggunakan kaidah-kaidah pengolahan citra sebagai alat bantunya (tools). Sistemdeteksi fitur wajah ini dapat digunakan sebagai alat bantu interaksi antara manusia dan komputer. Prosesdeteksi fitur wajah dibagi menjadi dua tahap, yaitu : deteksi area wajah dan area mata serta hidung, digunakanmetode Viola-Jones, dengan menggunakan serangkaian proses pengolahan citra yang dibangun dengan pustakasumber terbuka OpenCV. Proses pengolahan citranya adalah : konversi ruang warna BGR menjadi greyscale,thresholding dan deteksi tepi. Implementasi deteksi fitur wajah ini pada komputer portabel dengan prosesorIntel Pentium IVD 915 2.8 Ghz, memori 2 GB, dengan sistem operasi Ubuntu 10.4, bahasa program C/C++.Pustaka yang digunakan adalah OpenCV 2.3. Jarak efektif antara wajah dengan kamera adalah 30-40 cm,dengan disertai pencahayaan merata.Kata kunci : kamera web, fitur wajah, opencv dan metode viola jonesPENDAHULUANSistem deteksi fitur wajah manusia yang mudah,murah dan nyaman sangat diperlukan saat ini.Kamera web dan metode pemrosesan citra daripustaka sumber terbuka (open source) digunakansebagai komponen utama dalam penelitian ini.Interaksi manusia dengan komputer (HCI:Human Computer Interaction) semakin menjadibagian penting dari kehidupan kita sehari-hari. Salahsatu yang memiliki potensi yang efisien untukantarmuka komputer adalah gerakan mata penggunakomputer. Gerakan mata pengguna dapat digunakansebagai basis masukan yang nyaman (convinient) danalami (natural). Dengan melacak fitur wajah manusiaarah pandang pengguna, interaksi komunikasi daripengguna ke komputer dapat ditingkatkan (Kim,1999).Sistem pelacakan arah pandang mata adalahmendeteksi sekaligus mengikuti arah pandang mataseseorang. Hal ini dapat digunakan sebagai mediainteraksi antara manusia dan komputer. Aplikasi yangdapat diterapkan dari sistem ini adalah : sebagai alatbantu studi untuk meningkatkan efektivitaspenempatan iklan pada halaman web (Back, 2005),media cetak, dan video. Sistem ini dapat puladigunakan untuk meningkatkan kegunaan (usability)halaman web, desain label produk (product labeldesign), dan memperkaya tayangan televisi(television enhacements) (Duchoswki, 2007).Penelitian ini untuk membangun suatu sistemdeteksi fitur wajah yang mendasari pengukuran sudutrotasi bola mata (arah pandang mata) yang relatiflebih mudah, murah dan nyaman. Area citra matadiambil dari citra warna sekuen (video) yangditangkap (capture) dengan menggunakanwebkamera. Fitur-fitur wajah yang diidentifikasi daricitra warna sekuen ada dua fitur yaitu : areamata, dan hidung. Sedangkan metode komputasi yangdigunakan adalah metode komputasi yang sederhanadan tidak kompleks, sehingga dapat mempercepatproses komputasi dan dapat direalisasikan padakomputer personalMETODEUntuk implementasi dan pengujian sistem akandigunakan komputer portabel dengan prosesor IntelPentium IVD 915 2.8 Ghz, memori 2 GB.Webkamera Logitech Quickcam Orbit/Spheredigunakan untuk menangkap citra frame video padakecepatan sampai 30 frame perdetik dengan resolusi640 x 480 piksel.Sedangkan perangkat lunak yang digunakanadalah : (1) Sistem operasi menggunakan UbuntuLinux 10.4 (Intrepid Ibex) (2) Bahasa programmenggunakan bahasa C/C++ (3) Kompilasi programmenggunakan GNU GCC 3.4 (4) Sunting dandebugging program C/C++ menggunakanCode::Blocks 8.02 (5) Pustaka yang digunakanadalah OpenCV 2.3.Gambar 1. Menunjukkan set-up alat yangdiperlukan pada penelitian ini.Gambar .1. Set-up alatC 32

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Proses deteksi yang dilakukan terbagi menjadi 3tahap, yaitu: deteksi area wajah dan deteksi dua mata,serta deteksi area hidung. dideteksi dengan metodeAdaboost learning (Viola, 2003).Deteksi wajah pada citra dilakukan denganmenggunakan pemilah (haar classifier) yangsederhana dan efisien kemudian dilatih denganmetode Adaboost learning. Pemilah ini sekaligusberfungsi untuk memilih fitur–fitur yang penting darisebuah citra wajah. Kemudian pemilah akanmemisahkan (cascade) area latar citra (backgroundregion) dengan area wajah.Gambar .2. Hasil deteksi wajah menggunakan metode Adaboostlearning (Viola , 2003)Pada ekstraksi fitur-fitur wajah, sistemmelakukan serangkaian proses operasi yaitu : (1)Proses konversi ruang warna sub citra wajah, dariBGR (Blue Green Red) menjadi HSV (HueSaturation Value). (2) Proses tresholding yangberfungsi sebagai pemisah antara area wajah dan latar(bacground). (3) Proses deteksi tepi untuk ekstraksititik-titik citra sebagai acuan dari transformasiHough. (4) Proses transformasi Hough lingkaran(circle Hough transform) digunakan untukmendapatkan titik tengah tengah wajah.HASIL DAN PEMBAHASANHasil penelitian berupa data citra dari kameraweb dapat ditunjukkan pada gambar berikut.Gambar 4. Hasil Deteksi Fitur wajahUntuk mendapatkan hasil deteksi yang baikpengambilan gambar sebaiknya dilakukan padaruangan dengan pencahayaan yang bagus dan merata.Ditambahkan penerangan dengan bola lampu 60 Wattdi belakang kamera web. Hanya terdapat satu obyekwajah dalam pengambilan citra video.Wajah yangdijadikan obyek identifikasi tidak tertutupi atauterhalangi oleh sesuatu.KESIMPULANHasil dari penelitian ini diharapkan dapatmemberikan beberapa nilai manfaat, antara lain:Dapat memberikan pemahaman sertapengetahuan algoritma pengolahan citra yangdigunakan untuk sistem deteksi fitur wajah.Dapat digunakan untuk membantu danmempermudah interaksi antara manusia dankomputer dan memberikan kontribusi berupa alatbantu (tools) pada studi dan interpretasi perilakumanusiaGambar 3a. Hasil capture citra wajah dari kamera webC 33

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8UCAPAN TERIMAKASIHTerimakasih kepada OpenCV dan Linux UbuntuFoundation, atas tersedia pustaka dalam penelitianini.DAFTAR PUSTAKAArai K., Computer input system based on viewingvector estimation with iris center detectionfrom the image of users acquired withrelatively cheap web camera allowing usermovements, Saga University, 2007Back, D, Neural Network Gaze Tracking using WebCamera, Linköping University, 2005Chien-Cheng, T, A Curved Lane Marking DetectionAlgorithm Using Modified Hough Transformand Smoothing Filter. University of Scienceand Technology, Kaohsiung, Taiwan.Duchowski, A. T., Eye Tracking Methodology:Theory and Practice, 2nd ed, ClemsonUniversity, Clemson, SC, USA, 2007Kim D.H, Et al, A Human-Robot Interface UsingEye-Gaze Tracking System for People withMotor Disabilities, Transaction on Control,Automation, and Systems Engineering Vol. 3,No. 4, December, 2001Phillips Dwayne. Image Processing in C, SecondEdition. R &D Publications. Kansas. 1994.Viola,P and Jones, M, Rapid Object Detection usinga Boosted Cascade of Simple Feature,Conference On Computer Vision And PatternRecognition, 2001C 34

FISIKA INSTRUMENTASIPENGUKURANSEMINAR NASIONAL FISIKA TERAPAN III (2012)

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8APLIKASI METODE KONTROL OPTIMALPADA SISTEM KONVERSI ENERGI TENAGA ANGINAhmad Nadhir 1 , Agus Naba 1 , Takashi Hiyama 21 Jurusan Fisika FMIPA Universitas Brawijaya2 Dept. of Electrical Engineering and Computer Science Kumamoto UniversityEmail : anadhir@ub.ac.idAbstrakTelah dilakukan simulasi untuk membandingkan dua metode kontrol optimal dengan menggunakan FuzzyInference System (FIS) untuk memaksimalkan energi listrik yang dihasilkan sistem konversi energi tenaga angin(SKETA) yang merupakan suatu cara untuk mengubah energi angin menjadi energi listrik. Kontrol optimalpertama menggunakan pendekatan maximum power point tracking (MPPT) ditambah dengan sistem fuzzy(MPPTFIS) yang mana bertujuan mempertahankan laju perubahan daya dan kecepatan sudut rotor tetapberharga nol. Sistem kontrol akan mengatur kecepatan sudut rotor untuk dipercepat/diperlambat berdasarkaninformasi laju perubahan yang terjadi. Dengan mempertahankan laju perubahan berharga nol maka dapatdipastikan energi angin yang digunakan betul-betul dapat terserap secara optimal. Kontrol optimal yang keduamemanfaatkan ANFIS untuk memodelkan kurva daya. Persamaan hubungan antara daya maksimal dengankecepatan angin didapatkan dari model kurva daya sehingga dapat digunakan untuk membuat kontrol umpanbalik linear (LCANFIS) yang hanya memerlukan satu informasi pengukuran yaitu kecepatan angin sesaat saja.Perbandingan performansi kedua metode dilakukan dengan cara memperhatikan perubahan koefisien daya C pdan kurva garis MPE selama proses simulasi dengan menggunakan profil angin yang sama.Kata kunci : kontrol optimal, energi angin, FIS, MPPTPENDAHULUANPerhatian masyarakat dunia dalam upayapengurangan polusi udara memotivasi banyak penelitiuntuk pengembangan serta pencarian sumber energibaru dan terbarukan yang dapat membangkitkan listriksehingga dapat mengurangi ketergantungan energilistrik yang dibangkitkan dari bahan bakar fosil. Dariberbagai jenis energi terbarukan yang tersedia darialam, angin merupakan sumber energi yang mudahdidapatkan. Pengembangan teknologi dalam konversienergi sehingga diharapkan dapat menurunkan biayaproduksi listrik serta memenuhi tingkat keekonomianbagi konsumen (Heir, 1998).Desain pengontrol sistem konversi energi tenagaangin (SKETA) bertujuan untuk menghasilkanpembangkit listrik yang menghasilkan dayasemaksimal mungkin dari hembusan angin yangmenggerakkan baling-baling. Pengontrolan kecepatanrotor turbin yang dihubungkan dengan generatormemiliki target untuk mendapatkan daya yangmaksimum dari angin yang tersedia. Berdasarkankarakteristik turbin angin yang menyatakan bahwasetiap kecepatan angin akan memiliki kecepatan sudutrotor yang mana akan menghasilkan daya maksimum(Munteanu, 2008).Beberapa pendekatan kontrol telah diterapkanuntuk menyelesaikan permasalahan yang timbul padasaat mendesain SKETA. Salah satu pendekatan yangumum diterapkan dalam adalah sistem yangberbasiskan teknik maximum power point tracking(MPPT), dimana sangat baik pada sistem yangmemerlukan antisipasi perubahan parameter (Wang,2004). MPPT memiliki kemampuan dalam halmengikuti perubahan parameter yang terjadi akibatdinamika sistem, akan tetapi pendekatan menggunakanMPPT ternyata memerlukan waktu yang cukup lamauntuk mencapai harga konvergensi yang optimal.Akan dibahas perbandingan dua metode kontroloptimal pada SKETA dimana kecepatan anginbervariasi terhadap waktu. Kontrol optimal dapat jugaditerapkan untuk SKETA yang mana parameterkoefisien daya C P beserta parameter kecepatan putarandiujung baling-baling tidak diketahui secara pasti.Sistem fuzzy digunakan untuk kedua metode kontroldengan tujuan supaya memudahkan pada saatmendesain sistem kontrol optimal.Sistem Konversi Energi Tenaga AnginGambar 1. Daerah kerja SKETABerdasarkan kecepatan angin yang tersedia,SKETA dapat beroperasi pada tiga daerah kerjasebagaimana tampak pada gambar 1. Pada kondisidaerah kerja 1 tidak dihasilkan energi listrik karenaangin tidak mampu menggerakkan baling-baling untukD 1

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8berputar. Pada daerah kerja 2 kecepatan angin telahmampu menggerakkan baling-baling, meskipun dayalistrik yang di hasilkan bervariasi tergantung dengankecepatan angin yang menggerakkan baling-baling.Mekanisme kontrol optimal digunakan pada daerah iniagar didapatkan daya maksimal. Pada daerah kerja 3kecepatan rotor dibuat konstan meskipun angin yangtersedia bervariasi sehingga didapatkan daya yangsesuai dengan batasan yang telah ditetapkan, bahkanbila kecepatan angin terlalu berlebihan maka SKETAharus dihentikan dengan cara melakukan pengeremanrotor sehingga baling-baling akan berhenti berputar.Pada saat SKETA difokuskan bekerja pada daerahkerja 2, diperlukan pengontrol dengan tujuan utamaadalah memaksimalkan energi angin yang dapat dikonversi menjadi listrik. Besarnya daya yangdihasilkan oleh pembangkit listrik dipengaruhi olehbeberapa faktor: daya angin yang tersedia,karakteristik kurva daya, serta kemampuan generatordalam merespon variasi kecepatan angin. Daya dantorsi yang dihasilkan dari angin memenuhi persamaan:Kontrol Optimal Pada SketaSistem kontrol optimal yang dibahas dalammakalah ini tampak sebagaimana pada gambar 3dimana berisi dua buah sistem kontrol optimal untukdibandingkan. Kedua sistem kontrol tersebut memilikitarget untuk maksimalkan daya yang dihasilkan turbindengan cara membuat C p bernilai maksimal sehinggadaya yang dihasilkan turbin berada pada sekitar garisMPE sebagaimana yang telah disebutkan pada gambar2. Dua buah skema kontrol yang digunakanan adalah:aplikasi FIS dalam pengontrol MPPT (MPPTFIS) sertapenggunaan ANFIS dalam pengontrol umpan baliklinier (LCANFIS).dimana V w menyatakan kecepatan angin, R merupakanjari-jari, menyatakan kerapatan udara, l adalahkecepatan sudut rotor, C p adalah koefisien daya rotor,C menyatakan koefisien torsi. Kedua koefisien dapatdihubungkan dengan persamaan C P ()=C (),dimana menyatakan rasio kecepatan yangdinyatakan denganSalah satu tujuan aksi kontrol optimal SKETA adalahmendapatkan daya maksimal meskipun kecepatanangin yang menggerakkan baling-baling bervariasi.Berdasarkan karakteristik turbin yang menyatakanbahwa untuk setiap kecepatan angin ternyata terdapatkecepatan sudut rotor yang akan menghasilkan dayamaksimal yang diindikasikan dengan harga C pmax ,sehingga dengan mengatur kecepatan rotor selalumemenuhi kriteria C pmax berarti secara tidak langsungakan membuat daya yang dihasilkan SKETA selalumaksimal sebagaimana tampak pada gambar 2Gambar 3. Skema kontrol optimalTeknik MPPT dipakai untuk menentukan dayamaksimal dengan cara mengetahui laju perubahandaya dan kecepatan sudut rotor. Dengan mengetahuiinformasi laju perubahan dua besaran ini maka akandapat diketahui posisi kecepatan sudut rotorsebagaimana tampak pada gambar 4 sehingga aksipercepatan atau perlambatan rotor pada langkahberikutnya dapat ditentukan. Proses percepatan atauperlambatan pada rotor bergantung dengan kecepataanrotor saat pengukuran. Bila posisi kecepatan di sebelahkiri nilai daya maksimal maka rotor harus dipercepat,sementara bila rotor berada di sebelah kanan nilai dayamaksimal maka rotor harus diperlambat. Tabel 1memberikan ringkasan tentang aturan percepatan atauperlambatan yang dapat pula digunakan rule olehsistem fuzzy (Simoes, 1997).Gambar 2. GarisMaximmum Power Extraction (MPE)Gambar 4. Laju perubahan daya dan kecepatan sudut rotorSistem fuzzy juga dapatdigunakan untukmemodelkan persamaan kurva daya. Denganmendapatkan model kurva daya yang didapatkanmenggunakan ANFIS maka akan dapat diaplikasikanD 2

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8pada kontrol linear. Informasi kecepatan angin sertakecepatan sudut rotor digunakan untuk melakukanpelatihan dalam ANFIS sehingga didapatkan modelkurva daya serta persamaan yang menghubungkannyauntuk keperluan desain kontrol linear. Denganmenggunakan regresi linear selanjutnya akan diperoleh hubungan antara kecepatan angin dengankecepatan sudut rotor yang optimal yang mana akandigunakan sebagai kecepatan referensi putaran rotorsebagaimana pada metode kontrol yang pertama.Gambar 4 menunjukkan blok sistem optimal kontrolpada SKETA yang disimulasikan.TABEL ILogika MPPT untuk fuzzy rule l /tP wt /t< 0 > 0< 0 * l (kasus a) * l (kasusb)> 0 * l (kasus c) * l (kasusd) = = dipercepatdiperlambatHASIL SIMULASI DAN PEMBAHASANGambar 5. Sistem blok pada simulasi SIMULINKSimulasi desain kontrol optimal menggunakansoftware SIMULINK MATLAB telah dilakukan. Blokmodul sistem disusun sebagaimana tampak padagambar 5 yang meliputi: data profil angin, sistemmekanik, sistem elektromekanik, sistem pengontrol,dan display hasil simulasi. Profil angin dapatdibangkitkan dengan menggunakan persamaan Vander Hoven dengan cara memasukkan beberapaparameter yang disesuaikan dengan kondisi dilapangan. Pemodelan sistem elektromekanikdidasarkan pada persamaan yang berlaku padagenerator jenis SCIG, sedangkan pemodelan sistemmekanik menggunakan persamaan yang menjelaskanhubungan antara energi angin yang diubah menjadidengan torsi pada bagian rotor. Simulasi dilakukanselama 1.000 detik dengan profil angin sebagaimanapada gambar 6 yang memiliki kecepatan rata-rata 7m/s dengan spektrum standar IEC serta parameterD 3lainnya = 1,25 kg/m 3 , R = 2,5 m, opt = 7, dan C pmax= 0,47.Untuk mengetahui performansi desain sistemkontrol optimal yang diusulkan dilakukan dengan caramemperhatikan perubahan parameter C P selamasimulasi berlangsung dimana kecepatan anginnyabervariasi. Kedua pendekatan kontrol optimaldisimulasikan secara terpisah sehingga hasilnyamemungkinkan untuk dibandingan diantara keduanya.Data training untuk menurunkan model kurva dayadiambilkan sebagain dari dari proses simulasi padatahap pertama. Gambar 7-9 merupakan contoh datapencuplikan yang akan digunakan dalam prosestraining ANFIS untuk mendapatkan model kurva dayayang selanjutnya digunakan untuk mendapatkanpersamaan linier hubungan antara kecepatan angindengan kecepatan sudut rotor yang optimal untukmemperoleh daya maksimal SKETA yang kecepatananginnya bervariasi.Untuk mengetahui performansi desain sistemkontrol optimal yang diusulkan dilakukan dengan caramemperhatikan perubahan parameter C P selamasimulasi berlangsung dimana kecepatan anginnyabervariasi. Kedua pendekatan kontrol optimaldisimulasikan secara terpisah sehingga hasilnyamemungkinkan untuk dibandingan diantara keduanya.Data training untuk menurunkan model kurva dayadiambilkan sebagain dari dari proses simulasi padatahap pertama. Gambar 7-9 merupakan contoh datapencuplikan yang akan digunakan dalam prosestraining ANFIS untuk mendapatkan persamaan linierhubungan antara kecepatan angin dengan kecepatansudut rotor yang optimal untuk memperoleh dayamaksimal SKETA yang kecepatan anginnyabervariasi.Gambar 10 menunjukkan perubahan harga C Ppada saat simulasi selama 1.000 detik. Denganmengetahui perubahan harga C p maka dapat digunakanuntuk membandingkan performasi kedua kontroloptimal. Tampak bahwa harga C P pada MPPTFIS danLCANFIS nilainya berubah mengikuti pola perubahankecepatan angin dimana nilainya mencapai maksimalpada saat kecepatan angin sekitar 6-8 m/s yang manamengindikasikan daerah kerja 2 sebagaimana telahditampilkan pada gambar 1. Dengan mengetahui lajuperubahan daya dan kecepatan sudut rotor dapatdigunakan untuk menentukan kecepatan rotor optimalpada tahap berikutnya. Performansi simulasi skemaLCANFIS memberikan hasil yang lebih baikdibandingkan dengan MPPTFIS dimana nilai C Psepanjang waktu hampir berada di sekitar hargaoptimalnya sebesar 0,47.Cara lain untuk membandingkan hasil desainkontrol optimal untuk sistem pembangkit listrik tenagaangin adalah dengan memperhatikan garis MPE.Gambar 11 menunjukkan perbandingan diantara keduakontrol optimal yang diusulkan dimana idealnya garisdaya mendekati dengan garis MPE. Sekali lagi inimenujukkan bahwa LCANFIS lebih baikdibandingkan MPPTFIS.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 6. Profil angin selama simulasi selama 1.000 sGambar 10. Perubahan harga Cp selama proses simulasiGambar 7. Data daya yang digunakan untuk proses trainingGambar 8 Data angin yang digunakan untuk proses trainingGambar 9. Data kecepatan rotor yang digunakan untuk prosestrainingGambar 11. Perbandingan hasil simulasi dengan garis MPEKESIMPULANKontrol optimal untuk memaksimal-kan dayayang dihasilkan sistem konversi energi tenaga angintelah dilakuan. Daya optimal turbin angin yangdihasilkan dipengaruhi kecepatan sudut rotor dankecepatan angin. Kontrol pertama dan kontrol keduadapat digunakan untuk menentukan kecepatan rotoroptimal sehingga sistem pembangkit listrik tenagaangin memproduksi daya maksimal meskipun anginbervariasi. Sistem fuzzy dapat digunakan untukmendeteksi laju perubahan daya dan kecepatan sudutrotor sehingga dapat bekerja pada daerah optimalnya.Sistem fuzzy juga dapat digunakan untuk identifikasikurva daya sehingga dapat digunakan pada sistemkontrol linear SKETA yang mana hanyamengandalkan satu variabel pengukuran: kecepatanangin.DAFTAR PUSTAKAS. Heier (1998), Grid Integration of Wind EnergyConversion Systems, John Wiley and Sons Ltd,EnglandI. Munteanu, A.I. Bratcu, N.A. Cutululis, and E. Ceang(2008), Optimal Control of Wind EnergySystems: Towards a Global Approach,Springer-Verlag London Limited.D 4

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Q. Wang, and L. Chang (2004), An intelligentmaximum power extraction algorithm forinverter-based variable speed wind turbinesystems, IEEE Transactions On PowerElectronics, Vol.19, No.5, pp. 1242-1249.M.G. Simoes, B.K. Bose, and R.J. Spiegel (1997),Fuzzy logic based intelligent control of avariable speed cage machine wind generationsystem, IEEE Transactions On PowerElectronics, Vol.12, No.1, pp. 87-95D 5

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGEMBANGAN SISTEM INSTRUMEN PORTABEL BERBASIS PC & µCUNTUK ALAT BANTU EKSPERIMEN DAN PENGAJARAN FISIKADidik R. SantosoJurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas BrawijayaEmail: dieks@ub.ac.idAbstrakTujuan dari kegiatan ini adalah mengembangkan suatu sistem instrumen portabel biaya murah sebagai alatbantu untuk eksperimen dan pengajaran fisika, khususnya yang memerlukan perekaman dan analisis data.Dengan adanya peralatan ini, diharapkan siswa/mahasiswa akan dapat memahami gejala riil fisika denganlebih mudah, sehingga proses pembelajaran fisika dapat terlaksana dengan lebih baik. Sistem instrumendibangun berbasis sebuah komputer (PC) dan mikrokontroler (uC), dengan disertai beberapa modul sensor. PCberfungsi sebagai unit pengendali utama, penyimpan, penampil, dan pengolah data dari eksperimen fisika yangdilakukukan baik secara on-line maupun off-line. Mikrokontroler berfungsi sebagai sistem akuisisi data (DAQ)dan antarmuka (interface) antara modul sensor dan PC. Jenis sensor dibangun secara spesifik tergantung padasistem fisis yang akan diperagakan atau dieksperimenkan. Dari hasil implementasi yang telah dilakukan, sisteminstrumen yang dikembangkan telah mampu merepresentasikan beberapa eksperimen fisika dengan baik danbenar, diantaranya getaran, rambatan panas, dan kelistrikan. Pengolahan dan analisis data menunjukkanbahwa hasil eksperimen sesuai dengan teori fisika yang ada.Kata kunci : pengajaran fisika, alat bantu, PC, mikrokontroler, sensor.PENDAHULUANPada saat ini, metode pengajaran ilmu fisikaumumnya masih mengacu pada pola pendekatankonvensional teoritis-matematis. Metode pendekatansemacam ini seringkali dapat menyebabkan kesalahandalam memahami konsep (misconception) padahakekat ilmu fisika itu sendiri, dimana ilmu fisikapada hakekatnya adalah mempelajari perilaku alamsebagai ciptaan Tuhan YME, dan bukan mempelajarirumusan matematika belaka. Rumus matematik hanyamerupakan sebuah tool yang dipergunakan untukmengejawantahkan bagaimana alam berperilaku.Salah satu cara untuk mereduksi kelemahan darimetode pembelajaran konvensional semacam iniadalah dengan melakukan percobaan/ eksperimen dilaboratorium dengan menggunakan peralatan standar.Namun sayangnya hal ini seringkali tidak dilakukankarena terkendala oleh terbatasnya fasilitaslaboratorium, termasuk sumber daya manusia danbahan habis pakainya.Saat ini komputer (PC) merupakan salah satusarana yang efektif sebagai alat bantu (media)pembelajaran. Kelebihan PC dibanding media lainnyaadalah pada kemampuannya untuk diprogram danmengerjakan proses perhitungan secara berulangdengan cepat. PC memungkinkan menampilkanberbagai efek yang dapat membuat prosespembelajaran menjadi lebih interaktif dan tidakmembosankan. Namun demikian, sejauh inipemanfaatan PC dalam proses pembelajaran fisikamasih kurang maksimal. Umumnya PC dipakai hanyasebatas untuk program latihan (drill and practice),program tutorial, serta program demonstrasi dalambentuk simulasi dan animasi. Pemanfaatan PC sebagaiperaga riil dari suatu sistem fisis masih kurangdikembangkan.Di lain pihak, pengembangan sistem instrumenyang berbasiskan pada piranti mikrokontroler dan PCmenjanjikan beberapa keunggulan diantaranya adalahsimpel, bersifat universal, ukurannya kecil, dapatdiprogram serta berharga relatif murah, sehingga telahbanyak diterapkan dalam beberapa bidang aplikasi(Aldehar, 2001 dan Sandip et.al, 2004). PC adalahsebuah peralatan multifungsi yang sempurna baikharware maupun software. Sebuah PC adalahperangkat pemroses data yang baik. Sebuah PC telahdilengkapi peralatan I/O standar yang menjadikannyasebagai unit pengontrol yang sangat sempurna.Dalam rangka meningkatan pemahaman dalampembelajaran fisika dan juga memberikan alternatifmetode pengajaran fisika, maka pada kegiatan inidikembangkan sebuah sistem instrumen berbasis PCdan uC sebagai alat bantu pengajaran fisika. Sisteminstrumen berfungsi untuk peragaan atau eksperimensistem fisis secara nyata, bukan hanya simulasi dananimasi. Dengan bantuan peralatan ini diharapkansiswa/mahasiswa akan dapat memahami gejala fisisdengan lebih baik.RANCANG-BANGUN SISTEM INSTRUMENBlok diagram desain sistem instrumen yangdikembangkan diberikan pada Gambar 1. Blokdiagram ini merupakan desain standar yang biasanyadigunakan dalam desain suatu sistem instrumentasi(Bentley, 1995 dan Morris, 2001). Pada gambartersebut, sistem fisis adalah gejala/fenomena fisikayang akan dieksperimenkan atau diperagakan. Banyaksekali gejala fisika yang bisa diperagakan ataudieksperimenkan, yang dalam hal ini umumnyaD 6

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dikategorikan dalam mekanika, panas/kalor, listrikmagnet,dan optik (Giancoli, 2004 dan Tipler, 2007).Gambar1. Sistem instrumen yang dikembangkan.Dalam makalah ini hanya akan diberikanbeberapa beberapa saja, yaitu rambatan panas,getaran/vibrasi, dan kelistrikan kapasitor. Sedangkaneksperimen gejala fisis yang lain dapat dilakukandengan mudah dengan cara memodifikasi ataumengganti jenis sensor dan software akuisisi datanya.Sistem fisis dalam bentuk gejala fisika inilah yangakan dipelajari dan dimengerti dalam pembelajaranfisika.Sistem Sensor dan Pengkondisi SinyalSensor merupakan unit yang penting danberhubungan secara langsung dengan sistem fisisyang akan diukur atau diperagakan. Jenis atau tipesensor tergantung pada jenis besaran fisis yang akandisensing. Sensor berfungsi mengubah besaran fisisyang dideteksi menjadi besaran listrik ekivalennya,yang umumnya berupa tegangan listrik (Sinclair,2004). Beberapa modul sensor yang digunakan ataudikembangkan dalam kegiatan ini diantaranya adalahsensor suhu, sensor getaran, dan sensor tekanan,seperti tampak pada gambar 2. Penambahan danpengembangan jenis sensor yang lain dapat dilakukansesuai dengan kebutuhan.Gambar 2. Contoh beberapa jenis & modul sensorDalam aplikasinya, output (tegangan atau arus)dari sensor umumnya terlalu kecil, sehingga tidakdapat digunakan untuk menggerakkan peralatanberikutnya. Untuk itu perlu dibuat suatu rangkaianpengkondisi sinyal (PS) (Webster dan Areny, 2001).Rangkaian PS berfungsi menguatkan tegangan atauarus keluaran sensor, dan juga mengatur level sinyal.Perlu dikemukakan di sini bahwa komputer danperalatan sistem akuisisi data umumnya hanyamengenali tegangan positif pada kisaran harga 0-5volt (Thompkins, 1987). Untuk itu rangkaianpengkondisi sinyal juga bertugas menyesuaiakandengan kondisi ini.Modul Akuisisi DataModul akuisisi data (Data Acquisition, DAQ)memegang peranan yang penting dalam keseluruhansistem kerja perangkat keras. Komponen utama yangdipakai dalam modul ini adalah sebuah chipmikrokontroler keluaran Microchip, PIC16F876. Chipini mempunyai keistimewaan antara lain: mempunyai5 saluran ADC internal resolusi 10 bit, 2-buahTIMER, sebuah USART, 8K×14 words flashprogram memory dan 368×8 bytes RAM (Microchip).Gambar 3 menunjukkan module DAQ yangdikembangkan dalam kegiatan ini. Pada gambar ini,n-saluran sinyal analog dari modul sensordihubungkan ke n-saluran ADC pada DAQ. ADCinternal mikrokontroler mengubah sinyal-sinyalanalog ini menjadi sinyal-sinyal digital denganresolusi 10 bit dan selanjutnya dikirim ke PC viaantarmuka komputer. Antarmuka komputer dalamproyek ini menggunakan standar RS-232. Sebagaialternatif dapat juga digunakan interface RS-485.Gambar 3. Modul Akuisisi Data (DAQ)Modul antarmuka (interface)Fungsi dari antarmuka komputer adalah untukmenghubungkan komputer dengan peralatan di luarsistem komputer. Dalam proyek ini Modul DAQdihubungkan ke PC via RS-232 interface adapter,yang dibentuk oleh IC HIN232ACP. PC mengambilsinyal-sinyal data digital dalam format tertentu dariDAQ, menampilkan pada layar dan menyimpannyauntuk keperluan analisa lebih lanjut. Analisis sinyaldapat berupa yang sederhana misalnya penentuanamplitudo, dan juga bisa juga yang agak kompleksmisalnya penentuan frekuensi dan pemfilteran sinyalsecara digital. Sinyal Request To Send (RTS), yangmerupakan salah satu sinyal kontrol dari port serialPC, digunakan untuk melakukan proses sinkronisasiantara PC dan mikrokontroler.Perangkat Lunak (Software)Perangkat lunak diperlukan paling tidak untukdua hal, yaitu untuk pengendali sistem perangkatkeras (hardware system driving) dan untuk pemrosessinyal (signal processing). Pengendali perangkatD 7

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8keras berhubungan dengan pengorganisasian dansinkronisasi perangkat keras. Sementara pemrosessinyal melingkupi mengatur penampilan numeris dangrafis serta pemrosesen data (data processing).Sehubungan dengan perangkat keras yangdigunakan, kami mengembangkan dua jenis perangkatlunak pengendali sistem. Yang pertama adalahperangkat lunak untuk mikrokontroler dan yang keduaadalah perangkat lunak untuk PC. Perangkat lunakuntuk mikrokontroler dipakai untuk pengendali sistemseperti aktivasi I/O (input/output) dan pengaturanmemori. Sedangkan perangkat lunak untuk PCdigunakan untuk mengatur perangkat keras dan jugapemroses sinyal. Perangkat lunak untukmikrokontroler dibuat dengan menggunakanMPLAB-V8.33, sedangkan perangkat lunak untuk PCdibuat dengan menggunakan Delphi ver.7.Software untuk pemroses sinyal menawarkanbeberapa prosedur yang dapat digunakan untukperhitungan amplitudo, menentukan frekuensi danpemfilteran sinyal secara digital. Gambar 4menunjukkan tampilan program utama yangdihasilkan dalam kegiatan ini.Gambar 4. Tampilan utama software akuisisi dataHASIL DAN IMPLEMENTASIGambar 5 adalah modul utama sistem yangdibuat dan gambaran penerapannya. Dalam gambartersebut, rangkaian PS, DAQ, dan interface dikemasmenjadi satu box. Sedangkan modul sensor dikemasdalam box terpisah.Eksperimen Getaran pada PegasSistem pegas merupakan salah satu contoh darigerak harmonis sederhana (GHS). Pada sistem ini adadua gaya yang bekerja (dengan catatan gaya gesekanpada bidang dan udara diabaikan), yaitu: gaya luardan gaya pemulih (restorasi) pegas.kmF G =mgF=-kxGambar 6. Eksperimen pegasBesarnya gaya pemulih suatu pegas (gambar 6)sebanding dengan regangan x dengan konstantakesebandingan k, dan dinyatakan dalam F = kx.Selanjutnya berlaku:22d xd x km kxatau x 022dtdt m(1)Kalau kita mengamati GHS yang ada, ternyata gerakharmonis mempunyai amplitude yang semakinberkurang dan lama-kelamaan akan menjadi nol(berhenti). Hal ini karena GHS yang kita amati adalahdalam kondisi teredam. Redaman yang terjadibiasanya diakibatkan oleh gesekan dengan udara ataugesekan dengan medium/partikel lain, dimanabesarnya redaman sebesar b akan memberikan gayasebesar F d bv , dimana F d Gaya redaman, bkonstanta redaman, dan v kecepatan getaran. Sehinggapersamaan geteran teredam dalam kasus ini dapatdinyatakan sebagai:2d x b dx k x 02dt m dt m(2)Penyelesaian persamaan ini adalah:bmtx Ae2 cos( 't )dimana2xkm(3)k b ' m 2m(4)Gambar 7 merupakan grafik dari getaran harmonikteredam.Gambar 5. Foto Hardware Sistem PeralatanD 8

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8 bmAe 2 tdTH kAdx(5)Dari perhitungan data yang didapatkan, untuk nilaikonstanta perpindahan panas pada besi adalah 167,57J/s, untuk kuningan sebesar 218,21 J/s, dan untuktembaga sebesar 796,92 J/s. Hasil ini sesuai denganteori yang ada.Gambar 7 Grafik getaran harmonik teredam.Hasil eksperimen dengan mengunakan peralatan yangdikembangkan diberikan pada gambar 8 di bawah ini.Tampak jelas bahwa hasil eksperimen menunjukkankesesuaian dengan teori.Gambar 9. Setup eksperimen pengukuran rambatan panasGambar 8 Hasil eksperimen GHS teredam.Eksperimen Rambatan PanasPada percobaan ini dilakukan pengukuran suhudengan sensor suhu LM35 yang diterapkan untukpercobaan perpindahan panas pada batang logamsecara konduksi. Percobaan menggunakan batanglogam tembaga, besi dan kuningan, dengan maksuduntuk membandingkan waktu yang dibutuhkan logamuntuk perambatan panasnya. Pengukuran dilakukandengan menempel-kan sensor suhu pada bagianbatang logam. Pemanas ditempelkan pada ujunglogam berfungsi sebagai sumber pemanas. Setupeksperimen diberikan pada gambar 9, dan hasilpengukuran diberikan pada gambar 10.Data hasil pengukuran tersebut menunjukkanbahwa pada satu waktu tertentu, pada jarak yang samadari sumber panas, Tembaga memiliki suhu yanglebih tinggi dari Kuningan dan Besi, sedangkanKuningan memiliki suhu lebih tinggi dari Besi. Daridata hasil pengukuran didapatkan pada saat t=600sekon, suhu yang didapatkan untuk batang Besi 35,61⁰C, batang Kuningan 40,91⁰C, dan batang Tembaga46,79⁰C. Luas penampang (A) seluruh batang logamadalah sama yaitu dengan diameter batangnya adalah4 mm. Dari data tersebut juga diketahui perbandingannilai perpindahan panasnya dari pengolahan datadengan menggunakan rumus perpindahan panassebagai berikut (Tipler, 2001):Gambar 10. Hasil eksperimen pengukuran rambatan panasEksperimen Pengisian-Pengosongan Muatan padaKapasitorKapasitor adalah suatu piranti yang dapatdigunakan untuk menyimpan muatan listrik. Jikakapasitor dengan kapasitansi C farad, dihubungkandengan sumber tegangan V volt, maka setelahbeberapa waktu di dalam kapasitor akan terkumpulmuatan Q (coulomb) sebanyak Q CV. Muatan Qini merupakan muatan maksimum yang dapatdisimpan oleh sebuah kapasitor.Banyaknya muatan listrik yang mengisi kapasitorselama t detik dapat diturunkan dari definisi arus, dandidaptan hasil rumusan:t / RCI I0. e(6)Pada gambar 11 terlihat, pada proses pengisiankapasitor, saat t=0, kapasitor belum terisi muatansehingga V C (t) = 0 dan I=V 0 /R. Dan pada prosesmengosongan kapasitor berlaku sebaliknya. Gambar12 menunjukkan grafik pengisisian dan pengosonganmuatan kapasitor sebagai fungsi waktu dengantetapan = RC berdasarkan teori.D 9

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8V RRV 0CV CSGambar 11. Pengisian dan pembuangan muatan kapasitorGambar 14. Grafik pelepasan muatan pada kapasitor.VV 00,63 V 0Gambar 15. Perbandingan hasil pengukuran dan perhitungan secarateori pada proses pengisian kapasitor 1000uFRCtGambar 12. Grafik pengisian muatan pada kapasitorHasil eksperimen pada pengisisan dan pembuanganmuatan pada kapasitor diberikan pada gambar 13 dan14. Gambar 13 menunjukkan bahwa pengisian muatanpada saat t=0 memiliki muatan kosong yangditunjukkan dengan nilai tegangan 0V yang akansemakin meningkat seiring pertambahan waktu secaraeksponensial. Pada gambar 14 menunjukkan bahwapada saat t=0 memiliki tegangan sebesar 4V yangmenurun secara eksponensial hingga 0V seiringpertambahan waktu. Laju naik dan laju turunditentukan oleh besarnya resistor dan kapasitor yangdigunakan. Untuk memberikan gambaran yang lebihjelas, gambar 15 dan 16 menunjukkan perbandingandata teori dengan data eksperimen yang dilakukan.Gambar 13. Grafik pengisian muatan pada kapasitorD 10Gambar 16. Perbandingan hasil pengukuran dan perhitungan secarateori pada proses pengosongan kapasitor 1000uFDari masing-masing grafik dapat diketahui hasilpengukuran memiliki kemiripan nilai hasil teori.Perbedaan yang ada dikarenakan adanya nilaitoleransi dari masing-masing komponen resistormaupun kapasitor.KESIMPULANDalam kegiatan ini telah dikembangkan alatperaga berbasis PC dan uC untuk alat bantupengajaran fisika. Alat peraga yang dimaksud adalahsebuah sistem peralatan yang dapat digunakan untukmemperagakan sistem fisis secara nyata. Beberapameteri ajar yang berhasil didemokan diantaranyaadalah rangkaian listrik dasar, rambatan kalor, danvibrasi-gelombang. Dampak yang diharapkan darikegiatan ini adalah terjadi proses dan hasilpembelajaran yang lebih baik, yang antara laindiindikasikan oleh tercapainya tujuan pembelajarankefisikaan yang lebih baik, munculnya motivasibelajar mahasiswa dan kemauan untuk belajar

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8kefisikaan dengan lebih baik, serta prosespembelajaran kefisikaan menjadi lebih lancar, efektifdan efisien.Ucapan Terima KasihTerimakasih penulis sampaikan kepada pihakPHKI-UB atas pendanaan yang telah diberikan dalamskema Hibah Pengajaran PS Fisika tahun 2011.Kepada Bagus Aprianto yang telah membantu dalampengerjaan hardware, dan Dr. Abdurrouf yangmemberikan masukan jenis materi eksperimen.DAFTAR PUSTAKAA.H.G. Al-Dhaher (2001), Integrating hardware andsoftware for the development of microcontrollerbased systems, Microprocessors andMicrosystems, 25: 317-328.Anonimous (2001), PIC16F87X Data Sheet 28/40-pin8-bit CMOS Flash Microcontroller, MicrochipTechnology Inc.A.S. Morris (2001), Measurement and InstrumentationPrinciples, ElsevierD.C. Giancoli (2004), Physics: Principles withApplications, 6th Ed. Prentice Hall.I.S. Sinclair (2004), Sensors & Transducers 3rd.Ed.,NewnesP.A. Tipler, G. Mosca (2007), Physics For ScientistsAnd Engineers 5th.Ed., W H Freeman & Co.J.P. Bentley (1995), Principles of MeasurementSystem, Prentice Hall.P. Sandip, A. Rakshit, (2004), Development ofnetwork capable smart transducer interface fortraditional sensors and actuators, Sensor andActuator A, 112: 381-387.R.P. Areny, J.G. Webster (2001), Sensor and SignalConditioning 2nd.Ed., John WileyW.J. Thompkins (1988), Interfacing Sensor to IBMPC, Prentice HallD 11

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SISTEM INSTRUMENTASI SINYAL ELECTROCARDIOGRAPHY UNTUKANALISA DINAMIKA JANTUNGEko Agus Suprayitno, Achmad ArifinBidang Keahlian Teknik Elektronika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember60111 Surabaya, IndonesiaEmail: eco_maw@yahoo.co.idEmail : arifin@ee.its.ac.idAbstractKlasifikasi sinyal jantung sangat penting untuk mengetahui penyakit jantung yang seringkali datang secara tibatiba.Untuk mendukung pentingnya klasifikasi sinyal jantung, maka beberapa pekerjaan pendahuluan terkaitpembuatan instrumentasi pendeteksian sinyal jantung (Electrocardiography) dihasilkan informasi bahwa hasilpenguatan rata-rata instrumentasi Diferensial Amplifier ECG didapatkan sebesar (279.65 ± 14.66) kali. UntukLow Pass Filter Analog Orde 4 dengan frekuensi cutoff 100 Hz dihasilkan penguatan -3 dB di area frekuensi120 Hz. Hasil uji Notch Filter 1 dan Notch Filter 2 menghasilkan tegangan output (Vout) terkecil di frekuensi 50Hz dengan besar Vout masing-masing (0.14 ± 0.00) volt dan (0.094 ± 0.009) volt serta Quality factor (Q)keduanya sama yaitu 6.28. Analisa sinyal jantung (ECG) dengan menggunakan DFT memberikan informasibahwa pada sinyal jantung, area frekuensinya terjadi di area 3 Hz sampai 26 Hz. Penelitian ini selanjutnyaakan dikembangkan pada Multimodal Cardiac Analysis dengan menampilkan sinyal ECG, sinyalPhonocardiography (PCG) dan sinyal Tekanan Darah (diwakili sinyal Carotid Pulse) secara simultan untukmendapatkan informasi anatomi dan fisiologi jantung yang lebih kompleks.Keywords- Electrocardiography; Low Pass Filter; Notch Filter; Discrite Fourier Transform.PENDAHULUANPenyakit jantung merupakan penyakit yangsangat membahayakan. Bahkan saat ini di Indonesiapenyakit jantung menempati urutan pertama sebagaipenyebab kematian. Salah satu metode untukpendeteksian awal dari penyakit jantung yangberkaitan dengan ketidaknormalan katup-katupjantung dapat dilakukan dengan teknik auskultasi.Untuk mengetahui penyakit jantung yang seringkalidatang secara tiba-tiba sangat diperlukan klasifikasisinyal jantung. Untuk itu, pengenalan secara diniterhadap penyakit jantung dengan prosedur danpenanganan lanjutan dapat mencegah peningkatanresiko fatal dari serangan jantung. Informasi seputarkerja jantung dapat diperoleh melalui prinsipkelistrikan pada jantung menggunakan sebuahinstrumen medis yang disebut Electrocardiography(ECG). Pentingnya klasifikasi sinyal jantungdidukung oleh banyaknya penelitian yang sudahdilakukan. Salah satunya klasifikasi dan analisadengan memanfaatkan karakteristik yang sinkronantara suara jantung (Phonocardiography) dan ECGserta hubungan prinsip utama komponen suarajantung terhadap waktu dapat di ilustrasikan dalamtampilan sinyal suara jantung dan sinyal jantungsecara simultan untuk mengklasifikasikan danmenjelaskan aktivitas mekanik jantung [1]. SelainPhonocardiography (PCG), sinyal ECG juga dapatmemberikan informasi terkait aktivitas mekanikjantung.Untuk mendukung pentingnya klasifikasi sinyaljantung, maka dalam paper ini penulis mencobaD 12menyampaikan hasil dan analisa dari beberapapekerjaan pendahuluan pendeteksian sinyal jantung(Electrocardiography), yaitu bagian instrumentasielektronik yang digunakan. Bagian ini memerlukaninformasi penting seperti posisi peletakan elektrodepada tubuh untuk mengasilkan sinyalElectrocardiography (ECG) dan pengetahuanrangkaian elektronik untuk mendisain instrumentasiECG. Penelitian ini akan didukung juga denganmetode Discrite Fourier Transform (DFT) untukmengetahui area nilai frekuensi sinyal ECG yang dihasilkan..SINYAL JANTUNGJantung adalah otot yang bekerja terus menerusseperti pompa. Setiap denyut jantung dibentuk olehgerakan impuls listrik dari dalam otot jantung. Sel-selpacemaker merupakan sumber bioelektrik jantung.Ada tiga sumber utama pacemaker, yaitu SA Node,AV Node dan serabut punkinje / otot ventrikel.Electrocardiograph (ECG) merupakan metodayang umum dipakai untuk mengukur kinerja jantungmanusia melalui aktivitas elektrik jantung. Sinyaljantung (ECG) merupakan sinyal biomedik yangbersifat nonstationer, dimana sinyal ini mempunyaifrekuensi yang berubah terhadap waktu sesuai dengankejadian fisiologi jantung. Informasi seputar kerjajantung dapat diperoleh melalui prinsip kelistrikanpada jantung. ECG memiliki peran penting dalamproses pemantauan dan mencegah serangan jantung.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 2. Diagram blok pembuatan istrumentasi ECG besertaanalisa sinyal ECG dengan DFTGambar 1. Sinyal ECGSinyal ECG (Gambar 1) terdiri dari tigagelombang dasar P (depolarisasi atrium), kompleksQRS (depolarisasi ventrikel) dan gelombang T(repolarisasi ventrikel) [2]. Gelombang P padaumumnya berukuran kecil dan merupakan hasildepolarisasi otot atrium. Gelombang kompleks QRSialah suatu kelompok gelombang yang merupakanhasil depolarisasi otot ventrikel, dan Gelombang Tmenggambarkan repolarisasi otot ventrikel.DISCRETE FOURIER TRANSFORM (DFT)Untuk dapat menganalisa sinyal kedalam domainfrekuensi, sinyal terlebih dahulu harus ditransformasimenggunakan Fourier. Transformasi Fourier (TF)direpresentasikan kedalam persamaan matematisseperti pada Persamaan 1. TF berjalan sesuai dengantranslasi suatu fungsi dalam domain waktu kedalamfungsi dari domain frekeunsi. Hasil perhitungan daritransformasi fourier dapat dijadikan bahan dalammenganalisa sinyal, karena nilai-nilai dari koefisienfourier merupakan hasil dari frekuensi-frekuensi sinusdan cosinus yang digunakan dalam TF. Untuk datadiskrit, TF disebut sebagai Discrite FourierTransform (DFT). DFT direpresentasikan kedalammatematis, seperti pada Persamaan 2. j tF x t X x t e(1) dt DFTMETODExnX kN 1n 0x(n)e2 j knN(2)Gambar 2 merupakan diagram blok pembuatanistrumentasi ECG beserta analisa sinyal ECG denganDFT. Pengambilan data dengan elektroda pada ECGdilakukan dengan memasang elektroda jepit yangdiberi lapisan gel pada lapisan penjepitnya.Pemasangannya elektrode dilakukan padapergelangan tangan kanan dan pergelangan tangan kirisebagai input tegangan positif, sedangkan pergelangankaki kanan atau kiri difungsikan sebagai grond.Kemudian sinyal dari Diferensial Amplifierdilewatkan ke pengkondisian sinyal menujuOsiloskop Agilent tipe 54621A untuk mendapatkandata .txt.Gambar 3. Rangkain Diferensial Amplifier instrumentasi ECGOsiloskop Agilent tipe 54621A memilikifrekuensi maksimum 60 MHz dan kemampuan ADCmaksimum 200 MSa/s. Data .txt yang dihasilkankemudian diolah menggunakan Discrite FourierTransform (DFT) melalui Program Delphi 7 untukdidapatkan informasi frekuensi.A. Pembuatan Instrumentasi Electro-cardiography(ECG).‣ Perancangan Diferensial Amplifier instrumentasiECG(3)Nilai R1 = R2; R4 = R5 dan R6 = R7, untukmencari nilai dari Vout menggunakan Persamaan(3). V2 dan V1 didapat dari beda potensial yang dihasilkan pada tubuh.‣ Perancangan Rangkain Low Pass Filter Orde 4frekuensi Cutoff 100 HzRangkain Low Pass Filter orde 4 dibentuk dari 2buah rangkaian Low Pass Filter orde 2 Sallen-KeyTopology sebagaimana diagram blok Gambar 4dan rangkaiannya ditunjukkan sebagaimanaGambar 5. Nilai a1 = 1.8478; b1 = 1.0000; a2 =0.7654 dan b2 = 1.0000 merupakan koefisienButterworth untuk orde 4. Low Pass Filter orde 2pertama dapat dihitung dengan Persamaan (4) dan(5) dengan nilai C 1 = 47 nF. Low Pass Filter orde2 kedua dihitung menggunakan persamaan (4) dan(5) dengan mengganti R1 menjadi R3 ; R2menjadi R4 ; C1 menjadi C3; C2 menjadi C4 ; a1menjadi a2 ; b1 menjadi b2.Gambar 4. Susunan tahapan Low Pass Filter orde 4D 13

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 5. Rangkain Low Pass Filter orde 4 frekuensi cutoff 100HzGambar 6. Rangkain Notch Filter(4)(5)‣ Perancangan Notch FilterRangkaian Notch Filter pada penelitian inidigunakan untuk menghilangkan noise jala-jalafrekuensi 50 Hz pada supplay tegangan maupunyang di timbulkan Osiloskop. Rangkaian NotchFilter di tunjukkan seperti Gambar 6. Nilai C1yang digunakan sebesar 1 µF, RA = 1kΩ danfrequency cut off f o = 50 Hz. Nilai centerfrequency r , nilai quality factor Q, R2, R1 danRB dihitung dengan Persamaan (6), (7), (8), (9)dan (10). r = 2f o (6)B. Posisi Perekaman Sinyal Electro-cardiography(ECG)Sinyal ECG direkam dengan bantuan elektroda yangterpasang pada tiga titik tubuh, yaitu Right Arm (RA),Left Arm (LA), dan Left Leg (LL) sesuai aturansegitiga Einthoven sebagaimana Gambar 7.Instrumentasi ECG yang sudah terbuat kemudiandihubungkan ke osiloskop untuk ditampilkan bentuksinyalnya dan mendapatkan file data .txt untukselanjutnya diolah dengan Discrite Fourier Transform(DFT) dengan bantuan program Delphi 7.C. Analisa Sinyal Electrocardiography (ECG)dengan DFT dan secara Anatomi Fisiologis.Sinyal ECG dan informasi frekuensi sinyal yangdihasilkan pada hasil perekaman dan analisa denganDFT kemudian akan dijelaskan secara anatomi danfisiologis untuk mendapatkan makna dari hasil risetyang sudah dilakukan.HASIL EKSPERIMENA. Hasil Uji Pembuatan Instrumentasi ECG‣ Hasil Uji Diferensial Amplifier instrumentasi ECGDari tabel dapat dijelaskan bahwa berdasarkanhasil uji alat dengan variable tetap frekuensi 1 Hz,variable berubahnya tegangan input (Vin) yangbervariasi dari 0.002 volt hingga 0.090 voltdengan increment 0.001 volt dan percobaan yangdilakukan sebanyak 5 kali. Dihasilkan besarpenguatan minimumnya sebesar (242.22 ± 1.57)kali yang terjadi pada Vin 0.090 volt, dan besarpenguatan maksimumnya sebesar (318.50 ± 3.35)kali yang terjadi pada Vin 0.002 volt. Untukpenguatan rata-rata instrumentasi DiferensialAmplifier didapatkan sebesar (279.65 ± 14.66)kali.‣ Hasil Uji Perancangan Rangkain Low Pass FilterOrde 4 frekuensi Cutoff (fc) 100 Hz.Dari hasil uji Intrumentasi Low Pass Filter analogOrde 4 frekuensi Cutoff (fc) 100 Hz denganvariable tetapnya tegangan input (Vin) sebesar 1volt dan variable berubahnya adalah frekuensi dari1 Hz sampai 10.000 Hz dengan banyaknyapengujian alat sebanyak 5 kali dihasilkan tampilangrafik sebagaimana Gambar 8. Penguatan -3 dBatau (0.7548 ± 0.008) kali terjadi di frekuensi 120Hz.(7)(8)(9)(10)Gambar 7. Posisi elektrode pada perekaman sinyal ECGD 14

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Frekuensi= 1 HzTabel 1. Hasil uji Diferensial Amplifier instrumentasi ECG.Vout/Vin Diferensial AmplifierPercobaan ke-Rata- StandarVin (V) 1 2 3 4 5 rata Deviasi0.002 312.50 320.00 320.00 320.00 320.00 318.50 3.350.003 208.33 306.67 293.33 303.33 303.33 283.00 42.040.004 297.50 297.50 290.00 292.50 292.50 294.00 3.350.005 290.00 290.00 284.00 288.00 288.00 288.00 2.450.006 286.67 286.67 283.33 286.67 286.67 286.00 1.490.007 282.86 282.86 278.57 281.43 282.86 281.71 1.860.008 283.75 281.25 281.25 278.75 281.25 281.25 1.770.009 265.56 281.11 277.78 277.78 280.00 276.44 6.260.010 277.00 278.00 277.00 278.00 277.00 277.40 0.550.020 275.00 275.00 278.00 275.00 278.00 276.20 1.640.030 286.67 286.67 275.00 273.00 273.00 278.87 7.170.040 282.50 282.50 271.75 271.75 271.75 276.05 5.890.050 282.00 282.00 270.00 270.00 270.00 274.80 6.570.060 273.33 273.33 278.33 273.33 273.33 274.33 2.240.070 274.29 274.29 274.29 274.29 274.29 274.29 0.000.080 270.00 271.25 271.25 271.25 271.25 271.00 0.560.090 244.44 243.33 241.11 241.11 241.11 242.22 1.57Rat* 276.02 283.08 279.12 279.78 280.26 279.65St Dev** 22.55 16.19 15.27 16.45 16.42 14.66* rata –rata penguatan** Standar deviasi‣ Hasil Uji Perancangan Notch Filter.Berdasarkan hasil uji Notch Filter 1 denganfunction generator, untuk variable tetapnya adalahtegangan input (Vin) 1 volt dan variableberubahnya adalah besarnya frekuensi dari 1 Hzsampai 600 Hz dengan pengujian alat sebanyak 5kali, dihasilkan tegangan output (Vout) terkecilterjadi di frekuensi 50 Hz dengan besar Vout (0.14± 0.00) volt sebagaimana Tabel 2 dan Qualityfactor (Q) yang dihasilkan sebesar 6.28. Hasiltampilan grafinya ditunjukkan sebagaimanaGambar 9. Sedangkan hasil uji Notch Filter 2dengan perlakuan yang sama dihasilkan teganganoutput (Vout) terkecil terjadi di frekuensi 50 Hzdengan besar Vout (0.094 ± 0.009) volt danQuality factor (Q) yang dihasilkan sebesar 6.28.Tabel 2. Hasil uji Notch Filter 1 instrumentasi ECGVin* Vout Notch Filter Percobaan ke- Rata- StandarFrek (Hz) 1 2 3 4 5 rata Deviasi1 1 1 1 1 1 1 05 1 1 1 1 1 1 010 1 1 1 1 1 1 015 1 1 1 1 1 1 020 1 1 1 1 1 1 025 1 1 1 1 1 1 030 1 1 1 1 1 1 035 1 1 1 1 1 1 040 0.970 0.970 0.970 0.970 0.970 0.970 0.00045 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.800 0.00047 0.630 0.630 0.630 0.630 0.630 0.630 0.00050 0.140 0.140 0.140 0.140 0.140 0.140 0.00052 0.420 0.420 0.440 0.420 0.420 0.424 0.00955 0.730 0.750 0.730 0.750 0.730 0.738 0.01160 0.910 0.910 0.910 0.910 0.920 0.912 0.00465 0.970 0.970 0.970 0.970 0.970 0.970 0.00070 0.980 0.980 0.980 0.980 0.980 0.980 0.00075 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 0.00080 1 1 1 1 1 1 085 1 1 1 1 1 1 090 1 1 1 1 1 1 095 1 1 1 1 1 1 0100 1 1 1 1 1 1 0200 1 1 1 1 1 1 0300 1 1 1 1 1 1 0400 1 1 1 1 1 1 0500 1 1 1 1 1 1 0600 1 1 1 1 1 1 0Vin* = Vinput (Peak to peak ) = 1 voltGambar 9. Grafik Hasil Uji Notch Filter 1Gambar 8. Grafik Hasil Uji Low Pass Filter fc 100 HzGambar 10. Sinyal ECGD 15

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 11. Tampilan hasil DFT sinyal ECGB. Hasil Posisi Perekaman Sinyal Electrocardiography(ECG)Hasil perekaman sinyal sinyal ECG dengan bantuaninstrumentasi ECG pada pasien jantung normal yangberjenis kelamin laki-laki, usia 33 tahun, berat badan63 Kg dan tinggi badan 169 cm dengan banyaknyaperekaman 4 kali, menghasilkan dua siklus sinyalECG seperti Gambar 10. Data .txt yang diperolehdiolah dengan DFT melalui program Delphi 7hasilnya di tunjukkan pada Gambar 11.Pada Gambar 10 dihasilkan sinyal ECG yang smooth,hasil sinyal ini didapatkan setelah melewati 2 buahNotch Filter. Ketika sinyal melewati 1 Notch Filterdidapatkan sinyal yang tidak smooth dan masihbanyak terpengaruh noise frekuensi 50 Hz, inidibuktikan dengan hasil DFT. Pada posisi 50 Hzmasih menampilkan magnitude yang tinggi hampirmelebihi area frekuensi sinyal ECG. Setelah melewati2 buah Notch Filter dihasilkan sinyal seperti Gambar10 dan meminimalkan magnitude pada frekuensi 50Hz sebagaimana pada Gambar 11. Dari hasil DFTpada sinyal ECG memberikan informasi bahwa sinyalECG area frekuensinya di antara 3 Hz sampai 26 Hz.C. Hasil Analisa Sinyal Electrocardio-graphy(ECG) dengan DFT dan secara AnatomiFisiologi.Hasil DFT pada sinyal ECG memberikan informasibahwa sinyal ECG area frekuensinya di antara 3 Hzsampai 26 Hz. Sehingga sistem konduksi jantungdalam menghasilkan sinyal ECG dalammenggambarkan beberapa peristiwa, sepertidepolarisasi atrium yang ditunjukkan terjadinyagelombang dasar P pada sinyal ECG, depolarisasiventrikel yang di tunjukkan terjadinya gelombangkompleks QRS pada sinyal ECG dan repolarisasiventrikel yang ditunjukkan terjadinya gelombang Tpada sinyal ECG [2], keseluruhan peristiwa tersebutbekerja di area frekuensi antara 3 Hz sampai 26 Hz.Next plan penelitian ini akan di lanjutkan keMultimodal Cardiac Analysis dengan menampilkansinyal ECG, sinyal Phonocardiography (PCG) dansinyal Tekanan Darah (diwakili sinyal Carotid Pulse)secara simultan dan dianalisa dengan metode tertentuseperti time frequency analysis yaitu ContinuousWavelet Transform (CWT) untuk mendapatkaninformasi frekuensi dan waktu pada sinya yangdianalisa serta informasi dinamika jantung yang lebihkompleks baik secara anatomi maupun fisiologi.KESIMPULANUntuk mendukung pentingnya klasifikasi sinyaljantung, maka hasil beberapa pekerjaan pendahuluanterkait pendeteksian sinyal jantung(Electrocardiography) menggunakan instrumentasiECG dihasilkan informasi bahwa hasil penguatanrata-rata instrumentasi Diferensial Amplifier ECGsebesar (279.65 ± 14.66) kali. Untuk Low Pass FilterAnalog Orde 4 dengan frekuensi cutoff 100 Hzpenguatan -3 dB terjadi di area frekuensi 120 Hz.Sedangkan hasil uji Notch Filter 1 dihasilkantegangan output (Vout) terkecil di frekuensi 50 Hzdengan besar Vout (0.14 ± 0.00) volt dengan Qualityfactor (Q) sebesar 6.28. Serta untuk Notch Filter 2dihasilkan tegangan output (Vout) terkecil difrekuensi 50 Hz dengan besar Vout (0.094 ± 0.009)volt dan Quality factor (Q) yang dihasilkan sebesar6.28. Analisa sinyal jantung (ECG) denganmenggunakan DFT memberikan informasi bahwapada sinyal jantung, area frekuensinya di antara 3 Hzsampai 26 Hz. Sehingga sistem konduksi jantungdalam menghasilkan sinyal ECG dalammenggambarkan beberapa peristiwa, sepertidepolarisasi atrium yang ditunjukkan terjadinyagelombang dasar P pada sinyal ECG, depolarisasiventrikel yang di tunjukkan terjadinya gelombangkompleks QRS pada sinyal ECG dan repolarisasiventrikel yang ditunjukkan terjadinya peristiwagelombang T pada sinyal ECG [2], keseluruhanperistiwa tersebut bekerja di area frekuensi antara 3Hz sampai 26 Hz. Penelitian ini selanjutnya akandikembangkan pada Multimodal Cardiac Analysisdengan menampilkan sinyal ECG, sinyalPhonocardiography (PCG) dan sinyal Tekanan Darah(diwakili sinyal Carotid Pulse) secara simultan untukmendapatkan informasi anatomi dan fisiologi jantungyang lebih kompleks. Serta dianalisa dengan metodetertentu seperti time frequency analysis yaituContinuous Wavelet Transform (CWT) untukmendapatkan informasi frekuensi dan waktu padaketiga sinyal yang dihasilkan.REFERENCESJ.P. de Vos, and M.M. Blanckenberg, “AutomatedPediatric Cardiac Auscultation”, IEEE Trans.Biomed. Eng., vol. 54, pp. 244-252, 2007.Hampton, The ECG Made Easy, ChurchillLivingstone, 6th edition. 2003Jaakko Robert, “Bioelectromagnetism: Principles andApplications of Bioelectric and BiomagneticFields,” New York, OXFORD UNIVERSITYPRESS, pp.167-179, 1995.Ranagayyan, “Biomedical Signal Analysis A Case-Study Approach,” IEEE Press, John Wiley &Sons, INC, Canada, 2002.D 16

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8E.A. Suprayitno, R.Hendra, A. Arifin, “Analisa SinyalElectrocardiography dan PhonocardiographySecara Simultan Menggunakan ContinuousWavelet Transform,” Proceedings of the The6th – EECCIS Seminar 2012 at BrawijayaUniversity, Malang, pp. B18-1 - B18-6, 2012D 17

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8RANCANG BANGUN MISO (MULTI INPUT SINGLE OUTPUT) CONVERTERPADA SISTEM HYBRID 48 VOLTUNTUK PROYEK RUMAH DC (DIRECT CURENT)Erna Istiqamah 1*) ,Satwiko S 2) , Taufik 3)1,2 Universitas Negeri Jakarta, Jalan Pemuda 10 Rawamangun, Jakarta Timur 132203 California Polytechnic State University, San Luis Obispo, CA 93407* ) Email: er_mione1101@yahoo.co.idAbstrakDC House menggunakan arus searah sebagai sumber energi listrik, beberapa sumber pembangkit listrik sebagaiinputnya, energi surya, energi angin, energi air. Penggabungan sumber-sumber energi tersebut, dinamakanMISO converter. MISO (Multi Input Single Output) converter adalah sistem pengendali arus dengan 2 sumbermasukan atau lebih dan 1 keluaran. Keluaran MISO menghasilkan arus searah 48 volt Pada penelitian inidirancang MISO kompitabel sebagai kontrol pada DC house.Kata kunci : Rumah DC, MISO, Sistem Hybrid.PENDAHULUANPada saat ini, tidak ada aktivitas tanpa adanyaenergi, oleh karena itu energi sangat dibutuhkan.Sebagian besar energi digunakan pada saat ini berasaldari fosil, tidak bisa diperbaharui (non-renewableenergy), yang tentunya akan habis jika digunakansecara terus menerus. Semakin menipisnya persediaanenergi fosil, menyebabkan banyak penelitian yangdifokuskan pada energi alternatif atau energi yangdapat diperbaharui (renewable energy). Pada saat inienergi listrik sangat dibutuhkan, sedangkan menurutdata International Energy Agency (IEA), tahun 2005,sektor kelistrikan adalah penyumbang terbesar emisikarbon dunia (41%), disusul transportasi (23%),industri (19%), rumah tangga (7%), dan lain-lain(10%). Dimana emisi karbon tersebut menyebabkanpemanasan global, dengan demikian, makapemanfaatan sumber energi terbarukan harus ramahlingkungan seperti pemanfaatan sumber energimatahari dengan menggunakan sel surya, pemanfaatansumber energi angin dengan menggunakan turbinangin, dll.Indonesia merupakan salah satu negara kepulauanterletak di garis khatulistiwa. Hal tersebutmenyebabkan Indonesia memiliki potensi angin yangbesar serta mendapatkan sinar matahari sepanjangtahun, dengan demikian sangat menguntungkan bagiIndonesia untuk pememanfaatan energi matahari danenergi angin sebagai sumber energi alternatif.Salah satu ukuran performansi dari sel surya danturbin angin adalah efisiensi. Yaitu prosentasiperubahan energi cahaya matahari menjadi energilistrik. Tetapi pada kenyataannya, efisiensi dari selsurya yang ada saat ini masih rendah. Untuk sel suryajenis monocrystalline silicon efisiensinya 12-15 %,jenis multiycrystalline silicon 10-13 %, amorphoussilicon 6-9 %. Untuk efisiensi turbin angin 30-40 %.Energi SuryaIndonesia yang merupakan daerah sekitarkatulistiwa dan daerah tropis dengan luas daratanhampir 2 juta km 2 , dikaruniai penyinaran mataharilebih dari 6 jam sehari atau sekitas 2.400 jam dalamsetahun. Energi surya dimuka bumi Indonesiamempunyai intensitas antara 0.6 − 0.7kW / m 2 ,betapa melimpahnya energi yang sebagian besarterbuang sia-sia ini. Tantangan, bagaimanamengembangkan pemanfaatan sumber energi ini.Bagi Indonesia upaya pemanfaatan energi suryamempunyai berbagai keuntungan yang antara lainadalah : Energi ini tersedia dengan jumlah yang besardi Indonesia Sangat mendukung kebijakan energi nasionaltentang penghematan, diversifikasi danpemerataan energi. Memungkinkan dibangun di daerah terpencilkarena tidak memerlukan transmisi energimaupun transportasi sumber energi.Karakteristik Panel SuryaSel Surya diproduksi dari bahan semikonduktoryaitu silikon berperan sebagai isolator pada temperaturrendah dan sebagai konduktor bila ada energi danpanas. Sebuah Silikon Sel Surya adalah sebuah diodeyang terbentuk dari lapisan atas silikon tipe n (silicondoping of “phosphorous”), dan lapisan bawah silikontipe p (silicon doping of “boron”) seperti gambar 1.Elektron-elektron bebas terbentuk dari millionphoton atau benturan atom pada lapisan penghubung(junction= 0.2-0.5 micron4) menyebabkan terjadinyaaliran listrik.D 18

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 1. Diagram dari sebuah potongan Sel Surya (PV sel).Sangat sulit untuk memahami karakteristik selsurya dengan menggunakan persamaan matematis, halini dikarenakan sel surya merupakan alat yang nonlinear,sehingga lebih mudah memahami karakteristiksel surya dalam bentuk grafik. Sifat elektrik sel suryadapat diamati berdasarkan arus dan tegangan yangdihasilkan sel surya pada kondisi cahaya dan bebanyang berbeda-beda. Karakteristik ini biasanyadigambarkan oleh kurva arus-tegangan terminalnya(kurva I-V). Kurva I-V sel surya dapat digambarkanseperti Gambar 2 yang mempunyai 3 titik utama yaituarus hubungan singkat Isc tegangan hubungan tebukaVoc serta titik daya maksimum P.Gambar 2. Kurva Karakteristik Elektrik Sel SuryaHasil tegangan dari sel surya bergantung daribahan semikonduktor yang dipakai. Jika menggunakanbahan silikon, maka tegangan yang dihasilkan darisetiap sel surya berkisar 0.5 V. Tegangan yangdihasilkan dari sel surya bergantung dari temperatursel surya, makin besar temperatur tegangan berkurangsekitar 0.0023 volt/ o C untuk crystalline silicon atausekitar 0.0028 volt/ o C untuk teknologi thin film. Dayalistrik juga mengalami penurunan sampai 0.5%/ o Cuntuk crystalline silicon atau sekitar 3%/ o C untuk thinfilm.Untuk arus yang dihasilkan dari sel suryabergantung dari luminasi (kuat cahaya) penyinaran.Sebagai contohnya setiap 100 cm 2 sel silikon dapatmeningkatkan intensitas arus maksimum berkisar 2Apada waktu intensitas radiasi matahari 1000 W/m 2 .Gambar 3. Kurva I-V Yang Berbeda. Arus (A) Berubah TerhadapPenyinaran dan Voltase (V) Berubah Terhadap SuhuOutput dari sel surya yang berupa arus dantegangan juga bergantung dari temperatur yangdihasilkan dari sel surya. Temperatur tinggimenyebabkan nilai Isc meningkat, sedangkan nilaiVoc menurun (tetapi penurunannya tidak signifikan).Besar dari Isc juga dipengaruhi olehbeberapa faktor lain:a. Intensitas cahaya matahari yang mencapai sel suryab. Jumlah sel surya yang ada di dalam sebuah PVmodulc. Luas area dari tiap sel suryad. Tipe silikon yang digunakane. Efek rugi-rugi yang ada pada sistem, seperti darikabel yang digunakan dan blocking diodeEnergi Angin dan Turbin AnginAngin adalah udara yang bergerak yangdiakibatkan oleh rotasi bumi dan juga karena adanyaperbedaan tekanan udara disekitarnya. Angin bergerakdari tempat bertekanan udara tinggi ke bertekananudara rendah. Apabila dipanaskan, udara memuai.Udara yang telah memuai menjadi lebih ringansehingga naik. Apabila hal ini terjadi, tekanan udaraturun karena udaranya berkurang. Udara dingindisekitarnya mengalir ke tempat yang bertekananrendah tadi. Udara menyusut menjadi lebih berat danturun ke tanah. Diatas tanah udara menjadi panas lagidan naik kembali. Aliran naiknya udara panas danturunnya udara dingin ini dikarenakan konveksi.Angin adalah salah satu bentuk energi yangtersedia di alam, Pembangkit Listrik Tenaga Anginmengkonversikan energi angin menjadi energi listrikdengan menggunakan turbin angin atau kincir angin.Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yangmemutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotorpada generator dibelakang bagian turbin angin,sehingga akan menghasilkan energi listrik. Energilistrik ini biasanya akan disimpan kedalam bateraisebelum dapat dimanfaatkan.D 19

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 4. Foto satelit gerakan angin. (Wikipedia, 2010)Tenaga angin menunjuk kepada pengumpulanenergi yang berguna dari angin. Pada tahun 2005,kapasitas energi generator tenaga angin adalah 58.982MW, hasil tersebut kurang dari 1% pengguna listrikdunia. Meskipun masih berupa sumber energi listrikminor dikebanyakan Negara, penghasil tenaga anginlebih dari empat kali lipat antara 1999 dan 2005.Kebanyakan tenaga angin dihasilkan dalambentuk listrik dengan mengubah rotasi dari pisauturbin menjadi arus listrik dengan menggunakangenerator listrik. Pada kincir angin energi angindigunakan untuk memutar peralatan mekanik untukmelakukan kerja fisik, seperti menggiling ataumemompa air. Tenaga angin banyak jumlahnya, tidakhabis-habis, tersebar luas dan bersih.Turbin angin adalah kincir angin yang digunakanuntuk membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin inipada awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhanpara petani dalam melakukan penggilingan padi,keperluan irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyakdigunakan di Denmark, Belanda, dan Negara-negaraEropa lainnya dan lebih dikenal dengan windmill.Kini turbin angin lebih banyak digunakan untukmengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, denganmenggunakan prinsip konversi energy danmenggunakan sumber daya alam yang dapatdiperbaharui yaitu angin. Walaupun sampai saat inipenggunaan turbin angin masih belum dapatmenyaingi pembangkit listrik konvensional (Co:PLTD, PLTU, dll), turbin angin masih lebihdikembangkan oleh para ilmuan karena dalam waktudekat manusia akan dihadapkan dengan masalahkekurangan sumber daya alam tak terbaharui (Co:batubara dan minyak bumi) sebagai bahan dasar untukmembangkitkan listrik.Karakteristik Kerja Turbin AnginBerdasarkan gambar 5 ini, daerah kerja angindapat dibagi menjadi 3, yaitu (a) cut-in speed (b)kecepatan kerja angin rata-rata (kecepatan nominal)(c) cut-out speed.Gambar. 5 menunjukan pembagian daerah kerja dari turbin angin.Secara ideal, turbin angin dirancang dengankecepatan cut-in yang seminimal mungkin, kecepatannominal yang sesuai dengan potensi angin lokal, dankecepatan cut-out yang semaksimal mungkin. Namunsecara mekanik kondisi ini sulit diwujudkan karenakompensasi dari perancangan turbin angin dengannilai kecepatan maksimal (Vcut-off) yang besar adalahVcut dan Vrated yang relatif akan besar pula.Rumah DCGambar 6. Diagram DC HouseRumah DC ialah suatu rumah dimana semuaperangkat elektroniknya menggunakan prinsip arussearah (DC-Direc Current). Listrik Rumah DCdibangkitkan dari beberapa sumber dan disimpandalam sebuah baterai yang selanjutnya dipakai untukmengoperasikan peralatan elektronik. Keuntunganmenggunakan sistem DC terutama untuk distribusilokal membawa kita pada gagasan mendirikan rumahDC di daerah pedesaan. Daerah ini tidak memilikigedung-gedung tinggi untuk memblokir cahayamatahari dan aliran angin, sehingga energi dapatdipanen sepenuhnya. Juga, desa-desa dekat sungaijuga dapat mengambil keuntungan dari tenaga airsebagai sumber lain. Sumber DC berbasis PV panel,hidro-turbin dan turbin angin dapat dipasang di setiaprumah. Untuk memperluas jaringan, setiap rumah jugadapat terhubung secara paralel melalui bus DC tunggalyang lebih besar. Cara ini juga bisa dilakukan ketikaada permintaan supply listrik yang tinggi dalam saturumah, jadi daya tambahan dapat dengan mudahdipenuhi dari tetangga pada DC bus yang sama.D 20

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Dengan DC bus, sumber DC lainnya dapatdimanfaatkan sebagai sumber input daya.Namun, untuk mengumpulkan energi dari sumbersumbermenggunakan DC, DC-DC converterdiperlukan untuk mengubah tenaga langsung darisumber energi terbarukan dengan tegangan yangdiinginkan untuk DC bus serta beban DC individuseperti lampu dan komputer. MISO converter harusdirancang agar efisien untuk rumah DC. Padaakhirnya, dengan memiliki sistem DC rumah yanghandal dan efisien, ketergantungan kita pada jaringanlistrik PLN bisa dihilangkan dan pada akhirnya rumahDC dapat menyediakan listrik bagi masyarakat dipedesaan dan daerah terpencil untuk meningkatkankualitas hidup mereka.DESAIN ALAT PENELITIANSeperti disebutkan sebelumnya, tujuan penelitianini adalah untuk merancang (MISO) DC-DC converteruntuk proyek rumah DC. Sistem efisiensi secarakeseluruhan dari konverter dianggap sebagai kesatuan,sehingga tidak hanya berlaku pada DC-DC converter,tetapi juga komponen dalam sistem harus diteliti dandioptimalkan untuk menghasilkan tegangan operasiyang paling efisien. Untuk studi ini, maka akandiasumsikan bahwa efisiensi keseluruhan maksimumuntuk perangkat ini dicapai pada tegangan output 24V.Oleh karena itu, tegangan input dari yang diusulkanMISO didasarkan pada nilai ini. Diasumsikan bahwadalam tahap awal proyek rumah DC, sebanyak duasumber akan dipekerjakan. Setiap keluaran sumberterbarukan juga diasumsikan memiliki dayamaksimum 250W, sehingga total input maksimumkekuatan diusulkan DC-DC converter adalah 500W.Beban utama dalam rumah DC yang diusulkanperangkat dengan daya yang rendah, seperti cahayalaptop, televisi dan LED. Asumsi lain yaitu perangkatini ditentukan untuk beroperasi pada teganganmasukan 48V untuk mencapai efisiensi tertinggi. Olehkarena itu ditentukan untuk output daya maksimum350W ke rumah DC pada 48V.Gambar 7. Rangkaian MISO ConverterGambar 8. Diagram Trafo MISOPROSEDUR PENELITIANa. Studi literatur.b. Membuat rangkaian MISO.c. Merangkai MISO Converterd. Memberikan input daya pada MISO dengansimulasi menggunakan 2 power supply (sebagaisumber daya)e. Mengukur tegangan serta arus pada output MISO.f. Mengolah data, menganalisa serta mengambilkesimpulan.DAFTAR PUSTAKAChaides, Jesicca E.2011.DC House Modeling andSystem Design.Electrical EngineeringDepartment, California Polytechnic StateUniversity: CaliforniaDewi, Regina. 2012. Pengukuran Arus danTegangan Pada Sistem Pembangkit ListrikHybrid di FMIPA UNJ. Jakarta: Jurusan FisikaFakultas Matematika dan Ilmu PengetahuanAlam Universitas Negeri Jakarta.Fatmawati, Iis.2012.Studi Karakteristik Turbin AnginTipe Horizontal Tiga Sudu Berdiameter 1,6Meter di FMIPA UNJ. Skripsi, Program StudiFisika, Universitas Negeri Jakarta.Syahrul, 2010. PROSPEK PEMANFAATAN ENERGIANGIN SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF DIDAERAH PEDESAAN. Malang : UNMKathirvel, C; Porkumaran, K. 2010. Analysis andDesign of Hybrid Wind-Diesel System withEnergy Storage for Rural Application. IPECConference Proceedings , pp.250-255.Kwasinski, A. 2009. “Identification of FeasibleTopologies for Multiple-Input DC–DCConverters” Power Electronics, IEEETransactions on Volume: 24 , Issue: 3, pp.851-861.Wong, Taffy. 2011. Multi-input DC-DC ConverterDesign for DC House. Electrical EngineeringDepartment, California Polytechnic StateUniversity: CaliforniaD 21

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGGUNAAN ENCLOSED SPRING MOUNTINGSEBAGAI PEREDAM GETARAN PADA NAIL MAKER MACHINEDENGAN METODE TRANSMISIBILITASGalih Anindita 1 , Edy S. 21,2 Politeknik Perkapalan Negeri SurabayaEmail : galihpoliteknik@gmail.comAbstrakSumber getaran yang menerpa tubuh manusia memberikan dampak berbahaya bila terpapar terlalu lama danterus menerus. Efek getaran berdampak secara akut (dalam waktu yang singkat) maupun kronis (dalam waktuyang lama). Untuk menghindari hal tersebut dengan melakukan pengendalian teknik yang merupakan salah satualternatif terbaik dibandingkan harus menggunakan alat pelindung diri. Hasil perhitungan perpindahan secaravertikal dan horisontal pada frekuensi 20,617 Hz dengan tingkat getaran mencapai perpindahan 30,06 x 10 -6 mdan 51,4 x 10 -6 m. Perhitungan perpindahan secara aksial pada frekuensi 12,635 Hz dengan tingkat getaranmencapai perpindahan 81 x 10 -6 m. Menurut Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 49 tahun 1996termasuk kategori mengganggu dan harus dilakukan pengendalian. Pengendalian getaran mesin denganmenggunakan metode transmisibilitas untuk mengetahui jenis peredam yang sesuai dengan nilai konstantapegas yang terbesar. Hasil perhitungan menunjukan peredam yang sesuai dengan metal spring jenis enclosedspring mounting adalah WSA-1320H, WSA-1500H, WSA-1650H dengan nilai konstanta pegas k 838185,7N/m.Kata Kunci : getaran, efek getaran, transmisibilitas, metal spring, enclosed spring mountingPENDAHULUANGetaran adalah gerakan yang teratur dari bendaatau media dengan arah bolak-balik dari kedudukankeseimbangannya (Kepmenaker No. 51/MEN/1999tentang NAB faktor fisika) (DPKK, 2005). Pada kasustertentu getaran tidak diinginkan karena menimbulkanbunyi, merusak bagian mesin, memindahkan gayayang tidak diinginkan dan menggerakkan benda yangada di dekatnya.Menurut Keputusan Menteri Negara LingkunganHidup N0. 49 Tahun 1996 nilai baku tingkat getaranuntuk kenyamanan dan kesehatan dalam satuan6mikron (10 meter) dengan batas aman yangdisarankan untuk pengukuran 20,617 Hz adalah < 206mikron (10 meter). Jika ditinjau dari hasilpengukuran getaran mesin dilapangan pada frekuensi620,617 Hz memiliki nilai tingkat getaran 81x10 msudah melebihi nilai ambang batas sehingga perludilakukan pengendalian teknik.Banyaknya mesin dengan tingkat getaran yangtinggi, dan dari getaran yang tinggi tersebut merambatkelantai kerja juga akan menimbulkan kebisingan.Tempat kerja yang penuh getaran dapat mengganggukeseimbangan para pekerja. Gangguan yang tidakdicegah maupun diatasi dapat menimbulkankecelakaan baik kepada pekerja maupun sekitarnya.Sehingga hal ini perlu diperhatikan untukmenghindari kecelakaan kerja maupun penyakitakibat kerja.Metode yang digunakan pada penelitian iniadalah dengan menggunakan transmisibilitas. Karenapada saat awal pemasangan mesin seharusnyamemperhatikan nilai transmisibilitas harus 1.Apabila pada sistem timbul getaran dengan nilaitransmisibilitas < 1, maka ini merupakan daerahvibration isolation atau daerah yang harus dilakukanisolasi terhadap getaran yang ditimbulkan oleh mesin.Kenyataan dilapangan, mesin yang terpasang tanpaada peredam akan menimbulkan getaran mesin yanglangsung merambat ke lantai kerja. Hal ini perludikendalikan sehingga dapat mengurangi tingkatgetaran. Penelitian ini dilakukan untuk getaran yangmerambat ke kaki atau getaran yang mengenai bagiantubuh saja.TINJAUAN PUSTAKAPengendalian GetaranMesin yang bekerja pasti menimbulkan getaran,dan terkadang jika getaran yang terlalu tinggi dapatmempengaruhi cara kerja mesin dan mengganggutempat kerja. Banyak cara yang dilakuan untukmelakukan pengendalian getaran mesin. Pengendaliangetaran ini bermaksud untuk meningkatkan kinerjamesin maupun untuk mendapatkan tempat kerja yangnyaman.Fungsi peredam getaran adalah untuk meredamgetaran karoseri dan aksel, sehingga jalannyakendaraan dapat memberikan kenyamanan padapenumpang. Energi gerak dari bagian yang bergetardirubah melalui gerakan menjadi panasPada mesin yang bekerja sering kali mengalamigetaran. Jika getaran yang dialami tidak terlalu besarmungkin dapat diabaikan, tetapi jika terlalu tinggidapat menyebabkan kerusakan pada mesin dan mesinlain disekitarnya melalui perambatan strukturalnya.D 22

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Oleh karena itu untuk mengurangi getaran mesindapat dilakukan dengan membuat isolasi yang seringdisebut dengan Vibration Isolation (isolasi getaran).Meskipun getaran sangat sulit dihilangkan namunsetidaknya getaran tersebut dapat dikurangi. Untukmengurangi getaran tersebut dilakukan denganmenambah pegas dan peredam. Gaya yang diteruskanlewat pegas dan peredam adalah:22c2F T ( kx) ( cx) kX 1( )k(1)Karena amplitudo x yang timbul karena gaya Fosin tdiberikan oleh persamaan (1) dengan membagipembilang dan penyebutnya dengan k sehinggamenjadi:x p =Fokm2 c2( k ) ( )k ksehingga persamaannya menjadiF TFoc21( )k222 m c1 k k 2 12 n2 1 n 22 2 n2(2)(3)Apabila redaman dapat diabaikan maka persamaantransmisibilitas menjadi:1TR 2(4) 1 nSecara umum untuk menganalisa isolasi vibrasi terdiridari 2 macam bentuk yaitu mengurangi magnitudogaya yang akan ditransmisikan pada pondasi keras(tidak bergerak) dan mengurangi gerak yangditransmisikan dari pondasi bergerak.Transmisibilitas dan Ratio DumpingKurva menunjukkan hubungan antara rasioperedam dan transmisibilitas serta perbandinganantara frekuensi angular dan frekuensi natural dapatdilihat pada Gambar 1.Gambar 1. Rasio Peredam dan Transmisibilitas serta Rasio antarafrekuensi angular dan natural.Dari grafik dapat dilihat bahwa:1. daerah isolasi vibrasi dimulai pada 2n,karena rasio transmisibilitas kurang dari 1 untukisolasi vibrasi. Jadi untuk setiap frekuensi, perludiperhatikan isolator yang akan digunakan agarfrekuensi natural n akan kurang dari karena2n k maka isolator biasanya lebih kecil darimmassa sistem, maka pemilihan isolator didasarkan atastingkat kekakuannya. Namun terkadang juga sistemutama ditambahkan ketika frekuensi eksitasi sangatrendah.2. karena transmisibilitas bergerak menurun sebagaiakibat dari yang bertambah naik dalam daerahnisolasi, maka dengan kekakuan yang rendah saja dariisolator dapat meningkatkan efisiensi dari sistemisolasi. Meskipun peredam sering kali mengurangiefisiensi isolasi, namun kegunaannya masih sangatdiperlukan terutama untuk mengurangi respon-responyang tinggi. Hal ini dikarenakan sistem sewaktuwaktudapat menimbulkan resonansi terutama selamastart up atau start down.3. ketika 3nkurva peredam akan terlihatsama untuk nilai-nilai peredam dibawah 20% (ξ

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-822 x = Asint Asin(t )Dari percepatan getaran diintegralkan untukmemperoleh nilai kecepatan massa m dalam waktu tadalahx =Acost Asin(.t )2Jadi untuk perhitungan displasmentnya adalahintegral dari kecepatanx = A sin ωtPerhitungan Isolasi GetaranMeskipun getaran sangat sulit dihilangkan namunsetidaknya getaran tersebut dapat dikurangi. Untukmengurangi getaran tersebut dilakukan denganmenambah pegas sebagai peredam. Gambar 1 rasioperedam dan transmisibilitas serta rasio antarafrekuensi angular dan frekuensi natural menunjukkanbahwa transmisibilitas lebih kecil dari satu untukTR 1 . Dengan demikian memantapkan bahwaisolasi getaran hanya mungkin untuk TR 1 ,sehingga pengisolasian dilakukan sampai nilaimendekati atau diatas 1 (daerah aman terhadapgetaran) dengan rumusan TR 1.Dimana:ω merupakan frekuensi angular ( rad ) = 2πfskωn merupakan frekuensi natural (Hz) =mTR 1 n 21 1(5) 2. f 2n22 fk 2mk 2 m.(6)Dari penjabaran rumus diatas, maka dapat diketahuibahwa harga k dipengaruhi oleh massa mesin danfrekuensi.Pemilihan Metal SpringF m.gk xxDimana,k = konstanta pegas (N/m)(7)m = massa (kg)g = grafitasi bumi (9,8 m/s 2 )x = defleksi pegas (m)Perhitungan Defleksi( Load(kg)x)= Pr ecompression(mm)Spring rate(kg / mm)(8)Dimana load, spring rate dan precompression dariSpring Style (SS) Version tentang enclosed springmounting (William, 1992)Getaran di Tempat KerjaTempat kerja yang bising dan penuh getaran bisamengganggu pendengaran dan keseimbangan parapekerja. Gangguan yang tidak dicegah maupun diatasibisa menimbulkan kecelakaan, baik pada pekerjamaupun orang di sekitarnya. Masalah ini perlu lebihdiperhatikan untuk menghindarkan kecelakaan danpenyakit akibat kerja.Efek GetaranGetaran yang menerpa tubuh manusia dibedakandalam 2 jenis yaitu:1.Getaran mengenai sebagian anggota tubuh misalnyatangan/kaki2.Getaran mengenai seluruh anggota tubuhSumber getaran yang menerpa pada tubuhmanusia disamping bersumber dari alam (gempa)pada umumnya berasal dari peralatan/mesin kerjakerja dan kendaran yang digunakan oleh manusia.Efek getaran akan semakin meningkat jika frekuensigetaran dari sumber getaran sama dengan frequensialami dari bagian tubuh mnusia. Dari beberapapenelitian efek dari getaran akan berdampak secaraakut (dalam waktu singkat) maupun kronis (dalamwaktu yang lama).Tabel.1 adalah Baku mutu untuk kenyamanandan kesehatan dari berbagai variasi frekuensi terhadapnilai getaran dari Keputusan Menteri NegaraLingkungan Hidup No. 49 Tahun 1996.Tabel 1. Baku Tingkat Getaran Untuk Kenyamanan danKesehatanFrekuensi(Hz)MasihdiijinkanNilai Tingkat Getaran (10 -6 m)Meng Tidakganggu NyamanMenyakitkan4 < 100 100-500 >500-1000 >10005 < 80 80-350 >350-1000 >10006,3 < 70 70-275 >275-1000 >10008 < 50 50-160 >160-500 >50010 < 37 37-120 >120-300 >30012,5 < 32 32-90 >90-220 >22016 < 25 25-60 >60-120 >12020 < 20 20-40 >40-85 >8525 < 7 17-30 >30-50 >5031,5 < 2 12.-20 >20-30 >3040 < 9 9.-15 >15-20 >2050 < 8 8.-12 >12-15 >1563 < 6 6.-9 >9-12 >12D 24

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Getaran Pada Motor BakarGetaran merupakan bentuk energi sisa dan padaberbagai kasus tidak diinginkan. Khususnya hal inibenar pada mesin-mesin, karena getaran menimbulkanbunyi, merusak bagian mesin dan memindahkan gayayang tidak diinginkan dan menggerakan benda yangada didekatnya(Thomson, 1986)Getaran mesin ini terjadi karena gaya putar yangtidak imbang, dan perubahan dalam tekanan gas, gayakelembaman dan momen puntir. Kalau gaya yangberubah-ubah dalam mesin ini terjadinya padakecepatan yang sama dengan getaran frekwensipribadi dari struktur mesin atau salah satu bagiannya,maka hasil keadaan resonansi dapat memperbesaramplitudo getaran sampai sedemikian besar sehinggaakan terjadi kerusakan yang gawat.(Maleev, 1991)Ketika suatu mekanisme kerja sedangberlangsung dalam suatu mesin, gaya-gaya yangterjadi dapat menimbulkan terjadinya getaran. Getaranini akan ditransmisikan keluar dan menimbulkangetaran permukaan luar dan menimbulkan bunyi.Bunyi ini yang dapat menyebabkan terjadinyakebisingan(Lyon, 1987).. Analisa Getaran danKebisingan Motor Diesel 4 Tak Berbahan BakarCampuran Solar dan Minyak Tanah ternyata denganputaran mesin yang semakin tinggi, menimbulkangetaran mesin yang juga semakin tinggi (Thomson,1986).METODE PENELITIANTahap PertamaPengumpulan Data.a. Studi Literatur, pengukuran getaran mesinpembuat paku dengan menggunakanaccelerometer pada frekuensi 4–63 Hz danpenulisan penelitian ini berdasarkan literatur,jurnal dan spesifikasi mesin.b. Survey Lapangan, untuk mengetahui kondisi ditempat kerja terhadap tingkat getaran oleh mesin.Tahap KeduaPengolahan DataSetelah diperoleh hasil pengukuran di lapangan,hasilnya dibandingan dengan nilai ambang batas(NAB) getaran berdasarkan Keputusan MenteriNegara Lingkungan Hidup No. 49 Tahun 1996. Darihasil pengukuran terlihat lebih dari NAB, makagetaran tersebut perlu dilakukan Vibration Isolation(Isolasi Getaran) dengan menggunakan metodetransmisibilitas.Tahap KetigaPengendalian getaran dengan metode transmisibilitasdengan menetapkan nilai TR 1 yang merupakannilai batas aman terhadap getaran mesin.Tahap KeempatMenghitung nilai konstanta pegas dan memilih isolasigetaran dengan menggunakan enclosed springmounting sesuai standar Spring Style (SS) Version(Lyon, 1987)Tahap KelimaPembahasan Hasil Penelitian.Dibahas apakah hasil transmisibilitas

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dan kesehatan seperti yang terlampir pada tabel.1,maka dari hasil pengukuran perlu dilakukanperhitungan untuk mengetahui tingkat getaran yangterpapar pada pekerja. Apabila getaran masuk kekategori yang mengganggu tingkat kenyamanan dankesehatan, maka perlu dilakukan pengendalian.Perhitungan displacement dari hasil pengukuranyang telah dilakukan pada Tabel.2, diperoleh data Vm3(kecepatan Amplitudo) = 2,454 x 10 m dansuntuk RPM diperoleh dari Tabel. 4RPM = 780 → f = 780 = 13 Hz60ω = 2. π. f= 2. 3,14 . 13 = 81.64 radsecDari data yang diketahui diatas untuk mencaridisplacement maka harus diketahui nilaiamplitudonya, sehingga dari persamaan diperolehnilai amplitudo :A =Vm = 2 ,454 = 30,06 x 10 -6 m. 81, 64Displacement = x = 30,06 x 10 -6 m.NoTabel 4. Hasil Perhitungan PerpindahanArahPengukuranPerpindahanaktual (m)Standarmaksimumperpindahan(m)1 Vertikal 30,06 x 10 -6 20 x 10 -62 Horizontal 51,4 x 10 -6 20 x 10 -63 Axial 81 x 10 -6 32 x 10 -6Dari hasil perhitungan perpindahan pada tabel.4secara vertikal dan horisontal pada frekuensi 20,617Hz dengan tingkat getaran mencapai perpindahan30,06x10 -6 m dan 51,4x10 -6 m. Menurut keputusanmenteri lingkungan hidup pada tabel.1 pada frekuensi20 Hz nilai tingkat getaran maksimum yang diijinkan6adalah 20x10 m. Perhitungan perpindahan secaraaksial pada frekuensi 12,635 Hz dengan tingkatgetaran mencapai perpindahan 81x10 -6 m. Menurutkeputusan menteri lingkungan hidup pada tabel.1pada frekuensi 12,5 Hz nilai tingkat getaran6maksimum yang diijinkan adalah 32x10 m.Dari hasil perhitungan displacement dandisesuaikan dengan keputusan menteri lingkunganhidup, ternyata semua nilai baik dari aksial, horisontaldan vertikal, memiliki tingkat getaran mesin(perpindahan) yang melebihi nilai ambang batas yangdiijinkan, sehingga perlu dilakukan pengendalian agarnilai displacement semakin kecil atau sesuai denganstandart yang diijinkan sehingga pekerja dapat bekerjadengan aman dan nyaman. Penentuan standarmaksimum perpindahan dari masing masing keadaanhanya ditentukan oleh tingkat frekuensi ketika terjadiamplitudo maksimum.Perhitungan Isolasi GetaranPerhitungan konstanta pegas (k) untuk arahvertikal dengan f = 20,617 Hz, sebagai berikut:23 2m 1x10(2f)k =2 2321x10(2.20,617)=2k 8381856,739 NmHasil perhitungan aksial dan horisontal dapat dilihatpada Tabel.5.Tabel 5. Hasil Perhitungan Isolasi PeredamNo.ArahUkurk minimum (N/m)1. Vertikal 8381856,7392. Horizontal 8381856,7393. Axial 3148036,682Penentuan isolasi getaran mesin dari perhitungannilai k yang telah diperoleh menggunakan hasilperhitungan konstanta pegas (k) yang tertinggi denganasumsi jumlah spring 10 terpasang paralel dengan8381856,739kebutuhan tiap pegas adalah=10838185,7 N/m.Pemilihan Metal SpringPemilihan metal spring didasarkan pada loadmesin dengan asumsi jumlah spring 10 buah.Sehingga masing-masing spring menerima massam 1000 kgmesin = 100 kg untuk tiap spring.10 10Pemilihan enclose spring mounting dengan load lebihdari 100 kg.Perhitungan defleksi dan konstanta (k) tipe WSA-270M dengan load = 270 kg.Defleksi =270 kg 10mm= 0,015 m10,8 kg / mm2270kg.9,8m/ s k 0,015 = 176400 N/mHasil perhitungan isolasi peredam yang diijinkanuntuk nilai k 838185,7 N/m, enclosed springmounting yang sesuai dengan nilai k pada tabel .6adalah WSA-1320H, WSA-1500H, WSA-1650H.D 26

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tabel 6. Hasil Perhitungan Defleksi dan Konstanta Enclosed SpringMountingTipeWSALoad(kg)Springrate(kg/mm)PrescisiDeflecTion (m)k(N/m)500H 500 20 10 0.015 326666.67550H 550 22.2 10 0.015 364810.98630H 625 25 10 0.015 408333.33720H 720 28.8 10 0.015 470400875H 875 35 10 0.015 571666.671000H 1000 40 10 0.015 653333.331125H 1125 45 10 0.015 7350001200H 1200 48 10 0.015 7840001250H 1250 50 10 0.015 816666.671320H 1320 52.8 10 0.015 8624001500H 1500 60 10 0.015 9800001650H 1600 64 10 0.015 1045333500DH 500 10 25 0.025 196000-550DH 550 11 25 0.025 215600-630DH 630 12.6 25 0.025 246960-720DH 720 14.4 25 0.025 282240875DH 875 17.5 25 0.025 3430001000DH 1000 20 25 0.025 3920001125DH 1125 22.5 25 0.025 4410001200DH 1200 24 25 0.025 4704001250DH 1250 25 25 0.025 4900001320DH 1320 26.4 25 0.025 5174401500DH 1500 30 25 0.025 5880001650DH 1650 33 25 0.025 646800KESIMPULAN1. Dari hasil pengukuran, mesin pembuat pakumelebihi nilai ambang batas (NAB) tingkat bakumutu getaran untuk kenyamanan dan kesehatanmenurut keputusan Menteri negara lingkunganhidup N0. 49 tahun 1996.2. Hasil perhitungan perpindahan secara vertikaldan horisontal pada frekuensi 20,617 Hz dengantingkat getaran mencapai perpindahan 30,06x10 -6m dan 51,4x10 -6 m. Menurut keputusan menterilingkungan hidup pada frekuensi 20 Hz nilaitingkat getaran maksimum yang diijinkan adalahsebesar 20x10 6m.3. Hasil perhitungan perpindahan secara aksial padafrekuensi 12,635 Hz dengan tingkat getaranmencapai perpindahan 81x10 -6 m. Menurutkeputusan menteri lingkungan hidup padafrekuensi 12,635 Hz nilai tingkat getaranmaksimum yang diijinkan sebesar 32x10 6m.4. Dari hasil perhitungan displacement dandisesuaikan dengan keputusan menterilingkungan hidup, ternyata semua nilai baik dariaksial, horisontal dan vertikal, memiliki tingkatgetaran mesin yang melebihi batas baku yangdiijinkan.5. Jumlah Spring diasumsikan 10 buah dandisesuaikan dengan bentuk pondasi Nail MakerMachine.6. Redaman yang sesuai dengan metal spring jenisenclosed spring mounting adalah WSA-1320H,WSA-1500H, WSA-1650H dengan nilaikonstanta pegas k 838185,7 N/m.DAFTAR PUSTAKADirektorat Pengawasan Keselamatan Kerja. 2005.Himpunan Peraturan perundang-undanganKeselamatan Kerja. Departemen Tenaga Kerjadan Transmigrasi Republik Indonesia, Jakarta.Keputusan Menteri Lingkungan Hidup no. 49 . 1996.Baku Mutu Tingkat Getaran.Lyon R. H. 1987. Machinery Noise and Diagnostics.Maleev M.E., Priambodo B.1991. Operasi DanPemeliharaan Mesin Diesel, Erlangga.Thomson, William T. 1986. Theory of Vibration withApplication. Department of Mechanical andEnvironmental Engineering University ofCalifornia, 2nd Edition.Widodo A., Ariana I.M, Siswanto.A. 2005. AnalisaGetaran dan Kebisingan Motor Diesel 4 TakBerbahan Bakar Campuran Solar dan MinyakTanah.W. Seto, William. 1992. Getaran Mekanis. ErlanggaJakarta.www.vibrationiso.com/html/prod1.htm 14 Februari2008. Enclosed Spring Mounting SS Version.D 27

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGEMBANGAN POTENSI SALURAN IRIGASIUNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKROHIDRO DI PEDESAAN(STUDI KASUS DESA ANDUNGBIRU KECAMATAN TIRIS KABUPATENPROBOLINGGO)Hari Siswoyo 1 , Teguh Utomo 2 , Sugiarto 3 , Maftuch 4 , Mohammad Bisri 5 , Sholeh Hadi P 61, 5 Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang2, 6 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang3 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang4 Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan Universitas Brawijaya Malange-mail : hari_siswoyo@ub.ac.idAbstrakHingga saat ini masih banyak desa-desa terpencil yang belum ataupun sulit dijangkau oleh jaringan listrik dariPLN. Salah satu daerah dengan kondisi tersebut adalah Desa Andungbiru, Kecamatan Tiris, KabupatenProbolinggo, Jawa Timur. Namun demikian pada daerah tersebut terdapat potensi sumber daya air dalam halini saluran irigasi yang memiliki potensi debit dan tinggi jatuh yang dapat dikembangkan untuk PembangkitListrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH). Pengembangan PLTMH secara umum bertujuan mendukung programnasional untuk mewujudkan desa mandiri energi dan secara khusus bertujuan menyediakan fasilitas listrik bagimasyarakat daerah setempat. Metodotologi dalam pembangunan suatu PLTMH secara garis besar meliputitahapan pelaksanaan studi dan perencanaan, pelaksanaan konstruksi, dan kegiatan operasional danpemeliharaan. Hasil pembangunan PLTMH di lokasi kegiatan dapat membangkitkan energi listrik dengankapasitas terpasang sebesar 16 kVA.Kata kunci : saluran irigasi, listrik, mikrohidro.PENDAHULUANHingga saat ini masih sering dijumpai desa-desaterpencil yang belum ataupun sulit dijangkau olehjaringan listrik dari PLN. Salah satu dari desa-desadengan kondisi tersebut adalah Desa Andungbiru(khususnya di Dusun Sumber Kapung), KecamatanTiris, Kabupaten Probolinggo, Provinsi Jawa Timur.Oleh karena itu perlu dicarikan upaya-upaya yangstrategis untuk membantu mengurangi masalahpenyediaan energi listrik tersebut, yang diarahkandengan memanfaatkan potensi sumber energiprimer lokal di daerah khususnya sumber energibaru terbarukan sesuai dengan arah kebijakanenergi nasional. Pemanfaatan energi lokal sepertisumber daya air untuk pembangkit listrikdiharapkan dapat menunjang program pemerintahdaerah dalam upaya penyediaan dan pemenuhankebutuhan energi listrik yang lebih merata bagimasyarakat, terutama bagi masyarakat pedesaan.Usulan pembangunan Pembangkit ListrikTenaga Mikrohidro (PLTMH) pada skala kecil telahdiajukan oleh Tim Badan Penelitian dan PengabdianKepada Masyarakat Fakultas Teknik UniversitasBrawijaya Malang melalui Program BinaLingkungan PT. Perusahaan Gas Negara/PGN(Persero) untuk dapatnya dibangun listrikmikrohidro di Dusun Sumber Kapung, DesaAndungbiru, Kecamatan Tiris, KabupatenProbolinggo, Provinsi Jawa Timur. Hasil wawancaraterhadap warga yang belum memasang listrik PLNdi tempat tersebut, pada umumnya wargamenyatakan minatnya untuk mendapatkan listrikmikrohidro oleh karena: (1) Pada lokasi calonkegiatan belum berlistrik/tidak ada listrik (2) Tidakada jaringan listrik PLN pada calon lokasi kegiatantersebut (3) Warga sangat berminat dan sangatmendukung apabila program pembangunan listrikmikrohidro dibangun di lokasi tersebut (4)Pemerintah Daerah setempat juga sangat mendukungatas dibangunnya listrik mikrohidro pada calonlokasi tersebut.Oleh karenanya berdasarkan beberapapertimbangan tersebut di atas serta berdasarkanpotensi (sumber daya energi air pada calon daerahkegiatan yang berupa saluran irigasi denganketinggian yang cukup untuk menggerakkan turbinair) dan kebutuhan wilayah maka dibangun PLTMHdi Dusun Sumber Kapung, Desa Andungbiru,Kecamatan Tiris, Kabupaten Probolinggo. Tujuandari kegiatan pembangunan PLTMH Andungbiruadalah sebagai berikut:1. Mendukung program pemerintah (Desa MandiriEnergi) melalui pembangunan PembangkitListrik Tenaga Mikrohidro (PLTMH)2. Menyediakan energi listrik bagi masyarakat dipedesaan yang murah dalam pengadaannya sertamudah dalam pengoperasiannya3. Menyediakan energi listrik bagi masyarakat yangdapat menimbulkan multiple effect pada bidanglainnya, seperti: sarana dan prasarana,D 28

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8pendidikan, kesehatan, lingkungan dan ekonomimasyarakat.4. Mengembangkan Desa Andungbiru, KecamatanTiris, Kabupaten Probolinggo sebagai DesaMandiri Energi Listrik.METODOLOGITahapan umum studi dan perencanaan PLTMHmeliputi :1. Studi literatur dan pengumpulan data sekunder,dilakukan untuk mendapatkan gambaran daninformasi awal baik secara teoritik maupunkondisi empirik di lapangan terkait denganpotensi sumberdaya air yang ada.2. Studi hidrometri, dimaksudkan untukmengetahui secara hidrologis di lapangan tentangpotensi sumber daya air khususnya terkait debitair dan tinggi jatuh.3. Studi topografi, dimaksudkan untuk mengetahuisecara topografi dari lokasi potensi sumber dayaair yang akan dimanfaatkan untuk PLTMHbeserta lokasi/daerah yang nantinya akanmendapatkan pelayanan fasilitas listrik.4. Studi geoteknik, dimaksudkan untukmendapatkan informasi yang lebih jelasmengenai kondisi tanah khususnya pada calonlokasi bangunan air untuk PLTMH.5. Analisis hidrologi, dilakukan untuk mengetahuikarakteristik hidrologi baik secara kuantitatifmaupun kualitatif dari potensi sumber daya airyang ada.6. Analisis hidrolika dan stabilitas bangunan air,dilakukan terkait dengan kebutuhan atasbangunan sipil dalam pembangunan suatu unitPLTMH berdasarkan kondisi lapangan.7. Perhitungan daya listrik yang dihasilkan PLTMHdengan memperhitungkan efisiensi turbin danefisiensi generator: P = 9,81 . η T . η G . Q . H.8. Analisis dan desain hidromekanikal, dalam halini terkait dengan perencanaan konstruksi turbindan kebutuhan generator.9. Analisis dan desain elektrikal, yang mencakup:jaringan listrik, gardu trafo tiang (GTT),pengaman yang diperlukan pada jaringan listrikdan pada pembangkitan, lampu penerangan, danpanel listrik.10. Analisis kebutuhan listrik rumah tangga danbeban pembangkitan, dilakukan untukmengetahui sejauhmana PLTMH dapatmelayani kebutuhan listrik dari daerah yangdirencanakan untuk mendapatkan aliran listrik.Dari analisis ini akan dapat diketahui beraparumah yang dapat terlayani listrik dariPLTMH.Tahapan di atas, disesuikan dengan kondisi eksistingpada tiap lokasi kegiatan/pembangunan PLTMH.Tahapan umum pembangunan PLTMHmeliputi:1. Pembangunan bangunan sipil berdasarkan hasilperencanaan sesuai kondisi lapangan.2. Pembuatan mesin pembangkit dalam hal initurbin dan pengadaan generator.3. Pembangunan jaringan listrik besertakelengkapan kelistrikan lainnya.4. Pemberdayaan masyarakat setempat dari aspeksosial, ekonomi, dan kelembagaan.PEMBAHASANPLTMH pada dasarnya memanfaatkan duaaspek potensi sumber daya air sebagai energi baruterbarukan yaitu debit air dan ketinggian jatuh air.1. Untuk lokasi dengan debit air dan tinggi jatuhyang mencukupi (desain PLTMH menggunakanturbin)2. Untuk lokasi dengan debit air yang cukup tetapitidak memiliki tinggi jatuh yang mencukupi(desain PLTMH menggunakan kincir air)Semakin besar debit air dan tinggi jatuhan air makasemakin besar energi potensial air yang dapat diubahmenjadi energi listrik.Desa Andungbiru Kecamatan Tiris KabupatenProbolinggo memiliki potensi baik debit maupuntinggi jatuh air yang mencukupi. Potensi tersebutterdapat pada saluran irigasi yang diambil secarabebas (free intake) dari Sungai Pekalen.Gambar 1. Saluran dan Bangunan Irigasi Yang Dikembangkan Untuk PLTMHD 29

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Berdasarkan hasil studi di lapangan terhadappotensi saluran irigasi yang ada maka dapatdikembangkan menjadi PLTMH dengan desainmenggunakan turbin. Upaya teknis yang dilakukanguna mengkondisikan potensi aliran air pada saluranirigasi tersebut adalah dengan melakukan perbaikansaluran dan mengkondisikan sistem pembagian airpada bangunan irigasi dengan cara pembuatan pintuair.Sistem konversi energi dari PLTMH di lokasikegiatan adalah diawali dari pengambilan air secarabebas (free intake) dari Sungai Pekalen denganmenggunakan saluran yang telah ada yang berfungsisebagai saluran irigasi (gambar 2). Saluran irigasiyang ada dan diperbaiki dikondisikan denganmembuat kolan penenang (gambar 3). Padabangunan irigasi yang ada, aliran air dikondisikandengan pembuatan pintu air untuk mengarahkanaliran tersebut ke dalam pipa pesat (gambar 4). Pipapesat yang berfungsi untuk mengalirkan air daribangunan irigasi yang ada menuju rumahpembangkit (gambar 5). Aliran air yang menujurumah pembangkit digunakan untuk memutar turbinyang selanjutnya menggerakkan generator gunamembangkitkan energi listrik (gambar 6), setelah itualiran air tersebut kembali lagi ke saluran irigasi.Energi listrik yang dihasilkan diatur oleh panellistrik untuk selanjutnya didistribusikan melauijaringan listrik (gambar 7).Hasil pembangunan PLTMH dengan memanfaatkanpotensi saluran irigasi dari kegiatan Program BinaLingkungan berdasarkan kerjasama PT. PerusahaanGas Negara (Persero) Tbk. dengan Fakultas TeknikUniversitas Brawijaya Malang dengan dukungan danperan serta dari warga Desa Andungbiru KecamatanTiris Kabupaten Probolinggo dapat ditunjukkan padagambar-gambar berikut:Gambar 2. Pengambilan bebas (free intake)Gambar 3. Pengkondisian Saluran Irigasidari Sungai Pekalen untuk kebutuhan irigasiGambar 4. Pengambilan air untuk keperluanPLTMHGambar 5. Pipa pesat untuk mengalirkan airmenuju ke PLTMHD 30

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 6. Turbin dan Generatordi dalam rumah pembangkitPengembangan potensi sumberdaya air padasaluran irigasi di lokasi kegiatan dengan nilai debit =0,18 m 3 /detik dan tinggi jatuh efektif = 11 meter,memiliki kapasitas turbin terpasang sebesar 10 kWtipe Cross Flow C4-20 dengan nilai efisiensi t =0,7 dan saluran = 0,7. Generator yang dipilih adalahGenerator Sinkron 3 dengan kapasitas 16 kVA,putaran 1500 rpm, sistem 3 fasa, frekuensi 50 Hzpada rated tegangan 220/380 V. Bila beban padapelangan adalah 50% saja dari kapasitas terpasanggenerator (8 kVA) dan bila masing-masingpelanggan rumah tangga dapat menggunakan listrikmikrohidro dengan rata-rata pemakaian 100 VAyang terdiri dari: 3 lampu untuk penerangan dalamrumah, 1 lampu untuk penerangan luar rumah danmenyalakan 1 buah televisi/radio-tape makadiharapkan keberadaan listrik mikrohidro dapatmenerangi ± 80 rumah/KK.Pemanfaatan listrik yang dihasilkan daripengembangan potensi saluran irigasi ini diharapkanbukan hanya untuk keperluan rumah tangga saja,tetapi juga untuk penerangan jalan desa sertadigunakan untuk meningkatkan ekonomi masyarakatdesa, peningkatan fungsi pelayanan pendidikan dankesehatan, serta peningkatan fungsi lingkunganhidup (menimbulkan kesadaran pelestarian hutan).Kegiatan operasional dan pemeliharaan darikeberadaan PLTMH ini diserahkan ke pendudukdesa setempat dengan bimbingan tim dariUniversitas Brawijaya Malang.PENUTUPKesimpulanPengembangan potensi sumberdaya air padasaluran irigasi untuk Pembangkit Listrik TenagaMikrohidro di lokasi kegiatan mampu menghasilkankapasitas daya terpasang sebesar 16 kVA.Pemanfaatan listrik diharapkan bukan hanya untukkeperluan penerangan saja, namun juga untukmeningkatkan taraf ekonomi, pendidikan, kesehatan,Gambar 7. Jaringan Listrikdan kesadaran pelestarian hutan. Dampak positifdengan adanya kegiatan ini adalah terbukanyawawasan dari masyarakat tentang pemanfaatanenergi baru terbarukan khususnya sumber daya airuntuk pembangkit listrik sehingga dapat menjadilangkah awal dalam mewujudkan desa mandirienergi.SaranGuna menunjang pelaksanaan pembangunankhususnya dalam mewujudkan keberadaan desadesamandiri energi, maka pemanfaatan energi baruterbarukan dalam hal ini potensi sumber daya airuntuk dikonversi menjadi energi listrik melaluipembangunan PLTMH seperti disebutkan di atasperlu ditumbuhkembangkan di seluruh wilayahnusantara.Ucapan Terima KasihDengan terselesaikannya kegiatan ini, timpenulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnyakepada PT. Perusahaan Gas Negara(Persero) Tbk., Pemerintah Daerah KabupatenProbolinggo, serta Perangkat dan Warga DesaAndungbiru Kecamatan Tiris KabupatenProbolinggo.DAFTAR PUSTAKAArismunandar, A. dan S. Kuwahara. (2004). TeknikTenaga Listrik (Jilid I: PembangkitanDengan Tenaga Air). Cetakan Kedelapan.PT. Pradnya Paramita. Jakarta.Badan Pertimbangan Penelitian Fakultas TeknikUniversitas Brawijaya. (2007). LaporanAkhir Studi Potensi dan Detail Desain AirBaku Untuk PLTM di Provinsi Papua. BadanPertimbangan Penelitian Fakultas TeknikUniversitas Brawijaya dan Dinas PekerjaanUmum Provinsi Papua. Malang.D 31

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Santoso, H., R.N. Hasanah., dan H. Siswoyo. (2009).Pembangunan Pembangkit Listrik TenagaMikrohidro Kincir Air : Upaya PenyediaanEnergi Listrik Pedesaan Menuju DesaMandiri Energi. Laporan KegiatanPengabdian Kepada Masyarakat dibiayai olehDirektorat Jenderal Pendidikan TinggiDepartemen Pendidikan Nasional sesuaidengan Surat Perjanjian Pelaksanaan HibahKompetitif Pengabdian Kepada MasyarakatBerbasis Riset Dalam Publikasi DomestikBatch II Nomor: 216/SP2H/PPM/DP2M/IV2009. Universitas Brawijaya. Malang.Siswoyo, H., S. Marsudi., H. Santoso., T. Utomo.,dan R.N. Hasanah. (2011). PengembanganPotensi Sumber Daya Air Untuk PembangkitListrik Tenaga Mikrohidro di DaerahPedesaan. Prosiding Seminar NasionalEnergi Baru Terbarukan dan KonservasiEnergi. ISBN 978-602-8856-60-7. PoliteknikNegeri Jember. Jember, 26 April 2011.Siswoyo, H., T. Utomo, H. Santoso, dan R.N.Hasanah. (2011). Upaya Mewujudkan DesaMandiri Energi Melalui PengembanganPLTM Tipe Kincir Air. Prosiding SeminarNasional Competitive Anvantage I. ISBN978-602-99020-1-3. Universitas PesantrenTinggi Darul ’Ulum Jombang. Jombang, 1Oktober 2011.Utomo, T., R.N. Hasanah., H. Santoso., dan H.Siswoyo. (2008). Kaji Tindak PerbaikanKualitas dan Kuantitas Listrik Mikrohidro(PLTM) Check Dam V Kalijari Dusun JariSukomulyo Kabupaten Blitar. LaporanKegiatan Pengabdian Kepada Masyarakatdibiayai oleh Dana Pembinaan Pendidikan(DPP) Fakultas Teknik Universitas Brawijayadengan Kontrak Nomor:17/J10.1.31/PM/2008. Fakultas TeknikUniversitas Brawijaya. Malang.Utomo, T., H. Santoso., R.N. Hasanah, dan H.Siswoyo. (2010). Pembangunan PembangkitListrik Tenaga Mikrohidro Kincir AirSebagai Bentuk Pengabdian Fakultas TeknikUniversitas Brawijaya Pada PenyediaanEnergi Listrik Masyarakat di Pedesaan.Laporan Kegiatan Pengabdian KepadaMasyarakan dibiayai oleh Dana DIPAUniversitas Brawijaya dengan KontrakNomor: 02/J.10.1.31/PM/2010. FakultasTeknik Universitas Brawijaya. Malang.Wijayanti, D. (2009). Perencanaan PLTM di DistrikNinia Kabupaten Yahukimo Provinsi Papua.Skripsi. Tidak Dipublikasikan. FakultasTeknik Universitas Brawijaya. Malang.D 32

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DETEKSI SINYAL ECG IRAMA MYOCARDIAL ISCHEMIADENGAN JARINGAN SARAF TIRUANMuchammad Taufiq Bachrowi 1 , Welina Ratnayanti Kawitana 2 , Endah Purwanti 31,2,3 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : taufiq.fallcon@gmail.comAbstrakTelah dilakukan penelitian dengan judul “Deteksi Sinyal ECG Irama Myocardial Ischemia Dengan JaringanSaraf Tiruan” tujuan penelitian ini merancang perangkat lunak untuk mendeteksi penyakit myocardial ischemiadengan menganalisa grafik potensial sinyal ECG sehingga nantinya membantu kerja pakar medis (dokter)dalam pendiagnosaan pasien penyakit myocardial ischemia serta diharapkan dengan metode JST bisamendapatkan hasil diagnosa yang lebih akurat. Pada perancangan perangkat lunak deteksi sinyal ECGMyocardial Ischemia terdapat tahapan-tahapan proses antara lain proses persiapan data, proses pengolahancitra sinyal ECG, proses pelatihan pada model jaringan saraf tiruan (JST) backpropagation, proses testingmodel jaringan saraf tiruan backpropagation dan yang terakhir proses klasifikasi dimana menentukan hasildiagnosa dari grafik sinyal ECG. Pada penelitian ini parameter JST optimal deteksi sinyal ECG MyocardialIschemia adalah dengan menggunakan hidden layer berjumlah 11 dimana nilai akurasi pelatihan mencapai100% dan MSE mendekati nilai konstan. Jaringan syaraf tiruan backpropagation mampu mendeteksi kondisijantung normal, ischemia dan abnormal variasi melalui analisis citra sinyal ECG dengan akurasi pengenalandata uji sebesar 89%.Kata kunci : Jaringan syaraf tiruan, backpropagation, myocardial ischemia, pengolahan citraPENDAHULUANMyocardial ischemia didefinisikan sebagaiberkurangnya suplai darah ke otot jantung. Penyebabpenyakit myocardial ischemia sering kalidiakibatkan karena aterosklerosis (penyumbatanakut arteri koronaria). Jika dibiarkan, akan memacuterjadinya myocardial infarction (serangan jantung)dimana suplai darah ke otot jantung betul-betulterhambat yang dapat berakibat pada kematian.WHO memperkirakan pada 2002 terdapat 12,6persen kematian di dunia diakibatkan ischemichearth diseases. Bahkan di Amerika didapatkan datasetiap 65 detik terjadi kematian karena penyakitjantung (Artificial Intelligent Med, 2011).Setiap ketidaknormalan pada jantung dapatdiamati dari adanya perubahan grafik PQRST padasinyal ECG, myocardial ischemia akanmenyebabkan penyimpangan(depresi) segmen STdan atau perubahan pada gelombang T. Denganmengamati perubahan inilah maka myocardialischemia dapat dideteksi (Papaloukas et al, 2002).Solusi dari permasalahan tersebut adalahmembuat suatu perangkat lunak pendeteksi penyakitjantung berdasarkan grafik pola ECG. Dalampenelitian ini dianalisis performansi jaringan syaraftiruan backpropagation untuk mengenali pola ECGmyocardial ischemia.Penelitian ini bertujuan merancang perangkatlunak pendeteksian penyakit jantung myocardialischemia dengan menggunakan artificial neuralnetworks (jaringan saraf tiruan). Jaringan saraf tiruan(JST) merupakan salah satu kecerdasan buatan yangdapat digunakan dalam mendeteksi myocardialischemia.Metode JST adalah sistem komputasi, dimanaarsitektur dan operasi diilhami dari pengetahuantentang sel syaraf biologi di dalam otak (Yani,2005). JST sama seperti manusia, belajar dari suatucontoh. JST dibentuk untuk memecahkan suatumasalah tertentu seperti pengenalan pola atauklasifikasi dari proses pembelajaran. Kelebihan JSTterletak pada kemampuan belajar yang dimilikinya.Dengan kemampuan tersebut pengguna tidak perlumerumuskan kaidah atau fungsinya. JST akanbelajar mencari sendiri kaidah atau fungsi tersebut.Dengan demikian JST mampu digunakan untukmenyelesaikan masalah yang rumit dan ataumasalah yang terdapat kaidah atau fungsi yang tidakdiketahui.PROSEDUR PENELITIANProsedur penelitian ini akan akan dilaksanakandalam beberapa tahap pelaksanaan. Adapun tahapantahapantersebut disajikan pada Gambar 1. Tahappertama adalah persiapan data yakni melakukanpemotongan citra sinyal ECG dengan ukuran lebar157 pixel. Data untuk input JST berasal dari sadapanlead 3. Data selanjutnya dibagi menjadi 2 macamdata yakni training data dan testing data, masingmasingdata terdiri dari data jantung normal,ischemia dan abnormal variasi jantung.Selanjutnya, proses pengolahan citra ECGdilakukan untuk memperoleh fitur citra. Langkahlangkahpengolahan citra disajikan pada Gambar 2.D 33

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 1. Diagram alir prosedur penelitianGambar 2. Diagram alir pengolahan citraSecara detail diagram alir pengolahan citra diatasdari mulai dari preprocessing data sampai ekstraksifitur (input JST), dijelaskan sebagai berikut:a. Proses GrayscalePengubahan citra digital ECG per sandapandalam format RGB (meliputi red, green, blue)menjadi proses citra gray (hitam-putih) dengandiambil dari rata-rata RGB.b. Koreksi Gamma (Gamma Corection)Proses Gamma correction berfungsimemperbaiki citra hasil proses graysacle agarobyek citra ditampilkan secara akurat.c. Proses TresholdingProses tresholding mengubah tampilan wilayah(region) objek dengan wilayah latar belakangmenjadi beda dimana wilayah (region) objekmenjadi warna putih (1),sedangkan latar ataubackground warna hitam (0). Data hasil prosestresholding merupakan citra biner.d. Proses DilasiProses ini memperbaiki hasil citra biner dariproses tresholding yakni dengan “penumbuhan”atau “penebalan” dalam citra biner tersebut.e. Proses ErosiProses ini mengecilkan atau menipiskan obyekcitra biner hasil proses dilasi, berbeda dengandilasi yang melakukan penumbuhan/penebalan.Proses erosi dapat dianggap sebagai operasimorphological filtering dimana detail citra yanglebih kecil dari strel akan difilter (dihilangkan)dari citra.f. Ekstraksi fiturProses ekstraksi fitur merupakan proses untukmendapatkan ordinat potensial sinyal ECG yangakan menjadi masukan dalam JST. Dimanavariabel pada penelitian ini adalah potensialcitra sinyal ECG.Perancangan SoftwareSecara detail, pelatihan dengan menggunakanmetode Backpropagation melalui langkah-langkahsebagai berikut :Langkah 0 :Penginisialan bobot dan bias. Nilaibobot dan bias dapat diset secara acak,biasanya disekitar angka 0 dan 1 atau–1 (bias positif atau negatif ).Langkah 1 :Bila pada stopping condition nilaiyang didapat masih belum sesuaiseperti yang diharapkan, makaditempuh langkah 2 sampai 9.Langkah 2 : Pada setiap data training, ditempuhlangkah 3 sampai 8.Umpan maju ( Feed forward )Langkah 3 :Masing-masing unit input( X i, i 1,2,.., n)menerima sinyalx imasukan . Sinyal masukandikirim ke seluruh unit hidden. Masukanx iyang dipakai adalah input trainingdata yang sudah melalui penyekalaan.Nilai tertinggi dan terendah dari inputyang dipakai dalam sistem kemudiandicari. Skala yang digunakandisesuaikan dengan fungsi aktivasinya.Bila menggunakan binary signoiddengan harga terendah = 0 dan hargatertinggi = 1, nilai input terendah jugadianggap = 0 dan nilai tertinggidianggap = 1. Nilai-nilai diantaranyabervariasi antara 0 dan 1. Sedangkanbila menggunakan bipolar signoid,range nilainya juga bervariasi mulai –1sampai dengan 1.Langkah 4 :Masing-masing unit hidden( Z j, j 1,2,..., p)merupakanpenjumlahan sinyal-sinyal input yangtelah diberi bobot beserta biasnya,dengan persamaan :nZ _ in V X V ….......…...….(1)j0 ji1Untuk menghitung nilai sinyal output dari unithidden, digunakan fungsi aktivasi yangsudah dipilih, dengan persamaan :iijZ f Z _ in ) …………...…....….(2)j(jx iD 34

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Kemudian sinyal output dari unit hidden dikirim kesetiap unit output.Langkah 5 :Masing-masing unit output( , k 1,2,..., m)merupakanY kpenjumlahan sinyal-sinyal input yangtelah diberi bobot beserta biasnya,dengan persamaan :pY _ in W Z W .……............(3)k0kj1jUntuk menghitung nilai sinyal outputdari unit output, digunakan fungsiaktivasi yang sudah dipilih, denganpersamaan :Y f Y _ in ) .……………….......(4)k(kPropagasi error ( backpropagation of error )Langkah 6 :Masing-masing unit output( Y k, k 1,2,..., m)menerima suatutarget pattern ( output yang diinginkan )sesuai dengan input training patternuntuk menghitung besar error antaratarget dengan output, denganpersamaan :k ( tkYk) f '( Y _ ink) ……...…....(5)Seperti input training data, outputtraining data ( t k) juga melaluipenyekalaan sesuai dengan fungsiaktivasi yang digunakan.Faktor kberfungsi untuk menghitungkoreksi error ( Wjk) yang akandipakai dalam pembaharuan nilai W jk. Wjk kZj……………............(6)Koreksi bias ( W0k) yang akandipakai dalam pembaharuan nilai W 0k,juga dihitung.W0 k k.…………………......(7)Faktor kkemudian dikirim ke layerpada langkah 7.Langkah 7 : Input delta ( dari layer pada langkah 6 )yang diberi bobot, dijumlahkan padamasing-masing unit hidden( , j 1,2,..., p).Z jm _ in j Wk 1kjkjk…..….……..........(8)Agar dapat menghasilkan faktor koreksierror j , hasil dari persamaan ( 2 – 8 )dikalikan dengan turunan fungsi aktivasiyang digunakan. _ in ) f '( Z _ in ) ................(9)j(jjfaktor jdigunakan menghitungkoreksi error ( Vij) yang akan dipakaipada pembaharuan nilai V ij, dengan : Vij jXi.......………..........(10)Koreksi bias ( V0 j) yang akan dipakaipada pembaharuan V 0 j, juga dihitung,dengan :V0 ………………..........(11)jPembaharuan bobot ( adjustment ) dan bias.jLangkah 8 :Masing-masing unit output( Y k, k 1,2,..., m)akan dipakai padapembaharuan nilai bias dan bobot darisetiap unit hidden ( j 0,1,...,p).Wjk( baru) Wjk( lama) W.......(12)jkMasing-masing unit hidden( Z j, j 1,2,..., p)juga akan dipakai padapembaharuan nilai bias dan bobot darisetiap unit input ( i 0,1,..., n).Vij( baru) Vij( lama) V......….....(13)ijLangkah 9 : Pemeriksaan stop condition.Bila stop condition dapat dipenuhi, pelatihanJaringan Syaraf dapat dihentikan.Dalam pengujian data, dilakukan 2 proses yaituproses training data yakni proses pelatihan databasesinyal ECG pada software jaringan saraf tiruanbackpropagation, flowchart proses training dataditunjukkan pada Gambar 3.3.Proses yang kedua adalah proses testing datayakni proses pengujian data sinyal ECG yang manamembandingkannya dengan nilai target sehinggamenghasilkan hasil klasifikasi software jaringansaraf tiruan backpropagation nantinya, flowchartproses testing data ditunjukkan pada Gambar 4.Gambar 4. Flowchart Algoritma testing dataD 35

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Dari tabel diatas pada jumlah hidden layer dari 3sampai 100, berpengaruh pada nilai MSE dimanasemakin banyak jumlah hidden layer maka nilaiMSE semakin mendekati nilai konstan (kovergen).Hasil optimum didapatkan pada hidden layerberjumlah 11 dimana nilai keakurasian mencapai100 % dan MSE mendekati nilai konstan. Hasiltraining dapat dilihat pada grafik MSE terhadapepoch disajikan pada Gambar 5.Gambar 3. Flowchart algoritma training dataHASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANA. Hasil Pelatihan (Training) Pada ModelJaringan Saraf Tiruan (backpropagation)Hasil pelatihan (training) menggunakan metodetrial dan error dalam pengujian ini. Dimana variabelhidden layer selama pelatihan berubah-ubah.Pengaruh jumlah hidden layer terhadap lamanyapelatihan, hubungan Jumlah hidden layer, epoch danMSE disajikan pada Tabel I :No.Tabel I. Hubungan Jumlah hidden layer, epoch dan MSE.HiddenLayerEpochMSEAkurasi(%)1. 3 11000 0,405 74,24242. 6 11000 0,0231 98,4848ambar 5 Grafik MSE terhadap Epoch.B. Hasil Testing Model Jaringan Saraf Tiruan(Backpropagation)Hasil testing yang dilakukan adalah bobot baruhasil dari proses training dibuat sebagai masukan(input) untuk proses testing, kemudian dengantarget data testing yang telah ditentukan. Data diolahpada jaringan saraf tiruan (JST), outputmenghasilkan diagnosa dari citra ECG tersebut.Hasil deteksi citra ECG oleh jaringan saraf tiruanbackpropagation dibandingkan dengan identifikasihasil medis disajikan pada Tabel II.Kesalahan deteksi software adalah 3 kalikesalahan dari 26 data yang diuji cobakan terhadapsistem, dengan kata lain tingkat akurasinyamencapai 89%. data jumlah data tidak validakurasi jumlah totalx100% total jumlah data26 3akurasi 26 x 100%23akurasi 26 x 100% = 88,461 %Hasil tampilan jaringan syaraf tiruan yang telahdibuat seperti pada Gambar 6 dan 7.G3. 9 11000 3,25e-05 1004. 11 8731 9,98e-06 1005. 22 904 9,93e-05 1006. 40 1558 9,86e-05 1007. 50 1328 9,97e-06 1008. 60 6328 9,97e-06 100Gambar 6. Form pelatihan (training)9. 80 5682 9,98e-06 10010. 100 3415 9,91e-06 100D 36

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 7. Form uji testingTabel II. Hasil Uji software dibandingkan dengan hasilidentifikasi medisD 37KESIMPULAN1. Pada penelitian ini fitur citra sinyal ECGdidapat melalui proses pengolahan citra dimulaidari proses grayscale, gamma corection,threshold, dilasi, erosi dan ekstrasi fiturpotensial sinyal ECG.2. Pada penelitian ini parameter optimal deteksisinyal ECG Myocardial Ischemia adalah denganmenggunakan hidden layer berjumlah 11dimana nilai akurasi pelatihan mencapai 100 %dan MSE mendekati nilai konstan.3. Jaringan syaraf tiruan backpropagation mampumendeteksi kondisi jantung normal, ischemiadan abnormal variasi melalui analisis citrasinyal ECG dengan akurasi pengenalan data ujisebesar 89%.DAFTAR PUSTAKAAzhar, A.N, Suyanto, 2009, Studi Identifikasi SinyalECG Irama Myocardial Ischemia denganPendekatan Fuzzy Logic, Jurusan TeknikFisika, Fakultas Teknologi Industri, InstitutTeknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.Febrianty, Devi, Dewanto, Aradea R.A, 2007,Analisis Jaringan Syaraf Tiruan Rprop UntukMengenali Pola Elektrokardiografi DalamMendeteksi Penyakit Jantung Koroner,Jurusan Teknik Informatika, Fakultas Teknik,Universitas Siliwangi Tasikmalaya.Exarchos, T.P, Tsipouras, M.G, Exarchos, C.P,Papaloukas, C., Fotiadis, D.I, Michalis, L.K,2007, A Methodology for the AutomatedCreation of Fuzzy Expert Systems for

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Ischaemic and Arrhythmic BeatClassification Based on a Set of RulesObtained bya Decision Tree. ArtificialIntelligent Med. 40 (3).Rubenstein, D, 2007, Kedokteran Klinis. PenerbitErlangga, Jakarta.Irianto, K, 2008, Struktur dan Fungsi TubuhManusia untuk Paramedis, Yrama Widya,Bandung.Papaloukas, C, Fotiadis, D.I., Likas, A., Michalis,L.K, 2001, An Ischemia Detection MethodBased on Artificial Neural Networks.Papaloukas, C, Fotiadis, D.I, Likas, A, Stroumbis,C.S, Michalis, L.K, 2002, Use of a novelrule-based expert system in the detection ofchanges in the ST segment and the T wave inlong duration ECGs. Jurnal Electrocardiol 35(27–34).Anil K. Jain, 1989, Fundamentals of Digital ImageProcessing, Prentice-Hall International.Jones, Shirley A, 2007, ECG Notes: Interpretationand Management Guide. F.A. DavisCompany: Philadephia.Karim, S.K, Peter, 1996, EKG. Penerbit FKUI,Jakarta.Meurs, Arntzenius,1990, Elektrokardiografi Praktis.Penerbit Hipokrates.Mattu, Amal, Brady,William,2003, ECGs for theEmergency Physician. BMJ PublishingGroup, London.Yani, Eli, 2005, Pengantar Jaringan Saraf Tiruan.Artikel Kuliah. http://trirezqiaariantoro.file.wordpress.com/2007/05/jaringan_syaraf_tiruan.pdf(akses 25 Desember 2011).Puspitaningrum, Diyah, 2006, Pengantar JaringanSaraf Tiruan. Penerbit Andi. Jogjakarta.Siang, Jong Jek, Drs, M.Sc, 2009, Jaringan SarafTiruan dan Pemrogramannya MenggunakanMATLAB. Penerbit Andi. Jogjakarta.Sutoyo, T, S.Si., M.Kom, Mulyanto, Edi, S.Si.,M.Kom, Suhartono, Vincent, Dr., Nurhayati,Oky Dwi, MT, Wijanarto, M.Kom, 2009,Teori pengolahan Citra Digital, Diterbitkanatas kerjasama Penerbit Andi Yogyakartadengan UDINUS Semarang.Munir, Rinaldi, 2006, Aplikasi Image ThresholdingUntuk Segmentasi Objek, Teknik Elektro danInformatika, Institut Teknologi Bandung.Klabunde, Richard A., PhD. 2007.Electrocardiogram (EKG, ECG). diambildari:http://www.cvphysiology.com/arrhythmias/A009.htm [22 Maret 2010].Nugroho, Muhammad Rifki., 2011, Operasi Morfologi CitraDengan Matlab, Departemen Teknik Elektro,Fakultas Teknik Universitas IndonesiaKampus Baru UI, Depok, Jakarta.Waslaluddin , Setiawan, Wawan , Wahyudin, Asep,2011, Klasifikasi Pola Sinyal ElektrikJantung Pada Elektrokardiograf (EKG)Menggunakan Jaringan Saraf Tiruan BerbasisMetode Backpropagation, JurusanPendidikan Fisika Program Studi IlmuKomputer, Universitas Pendidikan Indonesia,Bandung.Julian, Asti Rahma, Suciati, Nanik, Herumurti,Darlis, 2011, Klasifikasi Aritmia EKGMenggunakan Jaringan Syaraf TiruanDengan Fungsi Aktivasi Adaptif, TeknikInformatika, Fakultas Teknologi Informasi,ITS.Endarko, Afandy, Farid, Aplikasi Pengolahan CitraElektrokardiograf dan Jaringan Syaraf Tiruanuntuk Identifikasi Penyakit Jantung Koroner,Jurusan FISika, FMIPA, lnstitut TeknologiSepuluh Nopember (ITS) Surabaya.D 38

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK AUDIOMETER NADA MURNI DANTUTUR UNTUK DIAGNOSIS PENDENGARANSabrina Ifahdini S 1 , Adri Supardi 2 , Franky Chandra 31,2,3 Program Studi Teknobiomedik Fakultas Sains dan TeknologiUniversitas AirlanggaEmail: sabrina.biomedical@yahoo.com 1 , adri@unair.ac.id 2 ,frankysatria@gmail.com 3AbstrakHingga saat ini Audiometer yang digunakan untuk memeriksa ambang pendengaran atau gangguanpendengaran manusia adalah Audiometer konvensional berbentuk hardware analog. Kelemahan dariAudiometer tersebut adalah rangkaian yang rumit dan tidak praktis sehingga sulit dibawa dari satu tempat ketempat yang lain. Harga Audiometer yang relatif mahal dan diharuskan membeli dengan impor membuat hanyainstansi tertentu yang mampu membelinya. Beberapa tahun belakangan ini penelitian yang melibatkan PC(Personal Computer) sudah mulai banyak dikembangkan. Dari sudut ekonomi perangkat lunak ini relatif lebihterjangkau karena tidak membutuhkan banyak biaya yang harus dikeluarkan. Dari penelitian ini, telahdihasilkan suatu perangkat lunak Audiometer nada murni maupun tutur yang lebih praktis, efektif, dan efisiendan mampu menampilkan hasil diagnosis gangguan pendengaran pasien pada frekuensi 250 Hz hingga 8 kHzsecara langsung dan disimpan dalam database. Perangkat lunak audiometer ini memiliki rata-rata persentasekesalahan sebesar 0,6% dengan tingkat ketepatan alat sebesar 99,4% untuk headphone kanan dan persentasekesalahan sebesar 0,55% dengan tingkat ketepatan alat sebesar 99,45% untuk headphone kiri.Kata kunci : audiometer nada murni, audiometer tutur, perangkat lunak, diagnosis pendengaran.PENDAHULUANKetulian termasuk salah satu masalah yangbanyak beredar di masyarakat. Damayanti (2010)mengatakan bahwa angka ketulian telah mencapai16,8% dari jumlah penduduk Indonesia dan 0,4%untuk ketulian dengan kelompok tertinggi di usiasekolah (7-9 tahun). Disamping itu diperkirakansetiap tahunnya akan ada sekitar 5200 bayi lahir tuli.Angka tersebut yang menempatkan Indonesiatermasuk negara yang memiliki angka ketulian yangtinggi di Asia Tenggara. Tingkat penurunankemampuan pendengaran (ambang pendengaran)pada individu dapat diketahui dengan berbagai jenistes pendengaran diantaranya tes bisik, tes garputala,tes audiometri (Miyoso, 1985). Hingga saat ini telahberkembang audiometer dengan berbagai jenis,diantaranya adalah Audiometer nada murni danAudiometer tutur.Namun dari pemeriksaan ketulian denganmenggunakan audiometer tersebut masih terdapatbeberapa kekurangan dan keterbatasan. Audiometerpada umumnya hanya menyediakan tampilan hasildata yang mentah sehingga hanya orang yang ahlidalam bidang audiologi yang mampu mendiagnosasecara penuh. Tampilan data tersebut berupaaudiogram yang menunjukkan berapa tingkat tarafintensitas yang menunjukkan ambang pendengaranpasien. Selain itu, audiometer umumnya berupaaudiometer dengan rangkaian yang rumit danberbentuk hardware analog audiometer dan tidakpraktis untuk dibawa dari satu tempat ke tempatyang lain.Kelebihan penggunaan PC dari penelitian iniadalah proses menganalisa dari hasil audiogramyang akan diolah kembali menggunakan ProgramDelphi akan menghasilkan hasil diagnosis yang lebihakurat dan mudah dioperasikan. Alat uji ini hanyaberupa suatu program yang relatif lebih praktis jikadibandingkan dengan alat uji audiometer padaumumnya yang terdiri dari rangkaian yang tersusundengan ukuran yang besar. Dari sudut ekonomi jugaalat ini relatif lebih terjangkau karena tidakmembutuhkan banyak komponen yang harus dibeli.DASAR TEORI1. Audiometer1.1 Audiometer nada murniAudiometer nada murni adalah suatu alat ujipendengaran dengan yang dapat menghasilkan bunyinada-nada murni dari berbagai frekuensi 250 Hz,500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz, 8000 Hz dantaraf intensitas dalam satuan (dB). Bunyi yangdihasilkan disalurkan melalui headphone ke telingaorang yang diperiksa pendengarannya.Derajat ketulian dan nilai ambang pendengaranmenurut ISO 1964 (Acceptable audiometric hearinglevels) dan ANSI 1969 (Standard ReferenceThreshold Sound-Pressure Levels for Audiometers)pada frekuensi nada murni (Gatot, 2011):D 39

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-81. Jika peningkatan ambang dengar antara 0 - 25 dB,disebut normal2. Jika peningkatan ambang dengar antara 26 - 40dB, disebut tuli ringan3. Jika peningkatan ambang dengar antara 41 - 60dB, disebut tuli sedang4. Jika peningkatan ambang dengar antara 61 - 90dB, disebut tuli berat5. Jika peningkatan ambang dengar > 90 dB, disebuttuli sangat berat1.2 Audiometer tuturAudiometer tutur adalah alat uji pendengaranmenggunakan kata-kata terpilih yang telahdibakukan dan dikaliberasi, untuk mengukurbeberapa aspek kemampuan pendengaran. Prinsipaudiometri tutur hampir sama dengan audiometrinada murni, hanya disini alat uji pendengaranmenggunakan daftar kata terpilih yang dituturkanpada penderita. Kata-kata tersebut dapat dituturkanlangsung oleh pemeriksa melalui mikrofon yangdihubungkan dengan audiometri tutur, kemudiandisalurkan melalui headphone ke telinga yangdiperiksa pendengarannya secara langsung, ataukata-kata direkam terlebih dahulu dan disimpan didalam file PC, kemudian diputar kembali dandisalurkan melalui headphone penderita. Penderitadiminta untuk menebak dan menirukan dengan jelassetiap kata yang didengar.Pemeriksa mencatat presentase kata-kata yangditirukan dengan benar dari tiap denah pada tiaptaraf intensitas. Hasil ini dapat digambarkan padasuatu diagram yang absisnya adalah taraf intensitaskata-kata yang didengar, sedangkan ordinatnyaadalah persentase kata-kata yang ditebak denganbenar. Dari audiogram tutur dapat diketahui dua titikpenting yaitu (Asroel, 2009):• Speech Reception Threshold (SRT) adalah batasminimum penerimaan percakapan dan bertujuanuntuk mengetahui kemampuan pendengaranpenderita dalam mengikuti percakapan sehari-hariatau disebut validitas sosial. Titik SRT inidiperoleh bila penderita telah dapat menirukansecara benar 50% dari kata-kata yang disajikan.Dengan SRT ini, kita dapat memperoleh gambaranketulian secara kuantitatif.• Speech Discrimination Score (SDS) untukmengetahui kemampuan pendengaran penderitadalam membedakan bermacam-macam kata yangdidengar. Normalnya adalah 90%-100%.Menurut Hopkinson dan Thomson (1967)interpretasi hasil pemeriksaan Audiometer tuturuntuk SDS :• Normal atau tuli konduktif memliki SDS 90%-100%• Tuli campuran, presbiakusis memliki SDS 50%-80%• Kelainan koklea memliki SDS 22%-40%• Kelainan retrokoklea memliki SDS

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 4. Diagram alir menu utama programGambar 5. Diagram alir menu audiometer nada murni2. KalibrasiGambar 6. Diagram alir menu audiometer tuturKalibrasi pada umumnya merupakan prosesuntuk menyesuaikan keluaran atau indikasi darisuatu perangkat pengukuran agar sesuai denganbesaran dari standar yang digunakan dalam akurasitertentu. Kalibrasi dimaksudkan sebagai tindakanuntuk menyesuaikan bunyi yang dibangkitkan olehaudiometer, sehingga sesuai dengan ketentuan ataukebutuhan pemeriksaan. Pada audiometer nadamurni, bunyi yang dibangkitkan terdiri atas duaparameter, yaitu taraf intensitas dan frekuensi.Sedangkan pada audiometer tutur, suara yangdibangkitkan juga terdiri dari dua parameter, yaitutaraf intensitas dan jenis kata. Untuk mengetahuiseberapa besar penyimpangan bunyi/suara dalamtaraf intensitas yang dibangkitkan oleh audiometeradalah dengan melakukan pengukuran denganmenggunakan sound level meter. Selainmengkalibrasi variabel taraf intensitas, variabelfrekuensi juga akan dikalibrasi. Pada kalibrasifrekuensi, dibutuhkan suatu osiloskop yang akandisambungkan pada PC.3. PengujianPengujian dimaksudkan untuk mengetahuikesesuaian perangkat lunak yang dirancang dengansoundcard pada komputer pribadi denganaudiometer yang telah berstandar dan digunakan dipasaran. Pengujian ini dilakukan dengan caramengujikan program perangkat lunak audiometerD 41

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8yang telah dibuat pada penelitian ini ke beberapasampel pasien yang diambil secara acak.Setelah dilakukan pengujian ke beberapa pasien,maka tahap berikutnya adalah membandingkankedua hasil dari pemeriksaan pasien. Diharapkan,bahwa kedua pemeriksaan tersebut memiliki hasilyang sama sehingga dapat disimpulkan bahwaprogram yang dibuat dari penelitian telah memenuhistandar alat medis pada umumnya.HASIL DAN PEMBAHASAN1. Hasil PerancanganPerancangan sistem yang berhasil dibuat dalampenelitian ini adalah perancangan perangkat lunak(software) aplikasi beserta rancangan pendukungnyayang telah mampu menghasilkan gelombang sinusdalam bentuk nada-nada murni dari berbagaifrekuensi dan taraf intensitas (dB) untuk audiometernada murni. Selain nada murni, telah dibuat suaturekaman tutur yang dapat diubah taraf intensitasnya(dB) untuk audiometer tutur. Selanjutnya nada-nadamurni dan rekaman tutur tersebut akan digunakansebagai parameter diagnosis gangguan pendengaranpasien.Perancangan program aplikasi audiometer nadamurni maupun tutur pada penelitian ini telah berhasildibuat dengan bahasa Pascal menggunakan softwareDelphi 6.0. Program audiometer ini terdiri dariempat form menu yakni form tampilan depan danmenu utama, form pengisian data pasien, formtampilan audiometer nada murni, dan form tampilanaudiometer tutur.1.1 Tampilan Data PasienFungsi dari form ini adalah untuk menyimpandata identitas pasien serta hasil diagnosispendengaran sehingga akan memudahkan pemeriksauntuk mencari hasil rekam medis saat dibutuhkankembali. Tampilan data pasien ini dapatdiperlihatkan pada Gambar 4.2.1.2 Tampilan Audiometer Nada MurniTampilan/form ini digunakan untuk memeriksapendengaran pasien dengan cara pasien akanmendengarkan beberapa nada murni dari berbagaifrekuensi maupun taraf intensitas. Fungsi dariaudiometer nada murni adalah untuk mendiagnosisambang dengar pasien sehingga dapat diketahuiapakah pasien memiliki gangguan pendengarantertentu atau tidak.Gambar 9. Tampilan Menu Audiometer Nada Murni1.3 Tampilan Audiometer TuturPemeriksaan dengan audiometer tutur ini perludilakukan karena kelemahan audiometer nada murniyang hanya memeriksa berupa nada-nada saja, tidakbahasa. Oleh karena itu, pada audiometer tutur inidisajikan beberapa kata-kata. Kata-kata yangdigunakan adalah kata-kata yang biasa diucapkanpada percakapan. Kata-kata ini berupa kata-katabaku dari UGM atau biasa disebut UGM PB List(Phonetically Balanced List). Namun dalampenelitian ini, rekaman kata tidak diambil darirekaman asli UGM melainkan rekaman yang dibuatsendiri namun tetap menggunakan kata-kata yangtelah dibakukan.Gambar 8. Tampilan data pasienGambar 10. Tampilan Menu Audiometer Tutur2. Hasil Uji Kinerja Program dan Analisis DataPengujian dilakukan untuk mengetahuikesesuaian perangkat lunak audiometer nada murnidan tutur yang telah dirancang dengan KomputerPribadi. Terdapat dua parameter yang harus diujikalibrasi yakni parameter frekuensi dan parametertaraf intensitas (dB).D 42

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-82.1 Hasil Uji FrekuensiParameter frekuensi yang telah dibangkitkanoleh program Delphi diuji dengan menggunakanosiloskop untuk mengetahui ketepatan nilaifrekuensi yang telah dihasilkan dengan cara melihatdari bentuk gelombang pada layar osiloskop. Nilaifrekuensi yang dihasilkan oleh program diharapkansama dan sesuai dengan frekuensi pada umumnya.Pengukuran frekuensi dengan osiloskop inidilakukan sebanyak lima kali yang selanjutnyadiambil rata-rata dan nilai error seperti pada Tabel4.2.Tabel 4.2 Hasil pengukuran frekuensiFrek(Hz)Osiloskop (Hz)Rata(Hz)Error(%)250 250 250 250 250 250 250 0500 500 500 500 500 500 500 01000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 02000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 04000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 08000 8000 8000 8000 8000 8000 8000 0Rata-rata kesalahan/error 0Berdasarkan hasil pengujian frekuensi padaTabel 4.2, maka dibuat grafik linieritas antarafrekuensi yang terukur dengan frekuensi yangdiinginkan sehingga dapat diperoleh persamaanlinieritasnya. Grafik persamaan linieritas frekuensidapat dilihat pada Gambar 4.8.Frekuensi terukury = x8000R 2 = 1700060005000400030002000100000 2000 4000 6000 8000Frekuensi inputSeries1Gambar 11. Grafik linieritas untuk frekuensi2.2 Hasil Uji Taraf Intensitas (TI)Linear (Series1)Pada pengujian taraf intensitas, programdijalankan pada nilai dB mulai dari 30 hinggamaksimal dB di tiap frekuensi yang berbeda-bedadengan penambahan kelipatan sebesar 5 dB dandiukur dengan menggunakan sound level meteruntuk mengetahui kesesuaian nilai taraf intensitasyang dihasilkan program dengan nilai yangdiharapkan. Pengujian ini harus dilakukan dalamkondisi tenang dan tidak ada suara (noise).Data hasil uji taraf intensitas dapat dilihat padaTabel 4.3 untuk keluaran headphone sebelah kirisedangkan Tabel 4.4 untuk keluaran headphonesebalah kanan.Tabel 4.3 Hasil pengukuran taraf intensitas Headphone kananFrekuensi(Hz)2505001000200040008000TI Audiometer(dB)TI Sound level meter(dB)Error(%)30 30.7 30.7 30.6 2.2235 35 34.9 35 0.1040 40.1 40 40 0.0845 45.2 45.1 45.1 0.3050 47.6 48 47.8 4.4030 30.9 30.8 30.8 2.7835 35.3 35.3 35.3 0.8640 40 40 40 0.0045 45.2 45 45.2 0.3050 50 50 50.1 0.0730 31 30.9 31 3.2235 35.3 35.3 35.3 0.8640 40.1 40. 40 0.0845 45.3 45.3 45.2 0.5950 50.2 50.2 50.2 0.4055 55.1 55.1 55.1 0.1830 30.9 31 31 3.2235 35 35 35 0.0040 39.7 39.8 39.8 0.5845 44.9 44.9 45 0.1550 50.2 50.2 50.1 0.3355 55.2 55.2 55.1 0.3030 31 31 30.9 3.2235 34.5 34.7 34.8 0.9540 40.3 40.2 40.2 0.5845 45.5 45.4 45.4 0.9650 49.9 50 49.9 0.1355 54.8 55 55 0.1260 60.3 60.3 60.2 0.4430 30.8 31 30.8 2.8935 34.5 34.7 34.8 0.9540 40.8 40.8 40.7 1.9245 45.6 45.6 45.6 1.3350 50.5 50.4 50.3 0.8055 55.5 55.5 55.4 0.8560 60.4 60.4 60.3 0.6165 65.4 65.4 65.4 0.62Rata-rata error (%) 0.602.3 Hasil Uji PasienPengujian yang dilakukan disini bersifatsimulatif dalam arti pasien diambil secara acaksehingga tidak semua pasien yang diuji benar-benarpasien yang mengalami gangguan pendengarantertentu. Namun pengujian ini dilakukan dengantujuan menghasilkan hasil pemeriksaan audiogramyang sesuai dengan gangguan pendengaran yangdiharapkan. Alasan dilakukan pengujian secarasimulatif ini karena sulitnya menemui pasien dengangangguan pendengaran yang sesuai dengan yangdibutuhkan.Setelah dilakukan pemeriksaan ambang dengardengan audiometer nada murni konvensionalkemudian dibuat grafik audiogram secara manual.Sedangkan pemeriksaan ambang dengar denganperangkat lunak audiometer, grafik secara otomatis.Selanjutnya pasien tersebut diperiksa denganaudiometer tutur dan pasien diharuskan dapatmenebak kata-kata yang muncul. Kemudian darikata-kata yang benar diambil persentasenyasehingga dapat diambil audiogram tutur.D 43

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pada penelitian ini diambil tujuh pasien secaraacak dengan hasil nilai ambang dengar (AD) besertahasil diagnosis dari pemeriksaan dengan audiometernada murni dapat dilihat pada Tabel 4.6. Sedangkanhasil diagnosis dari pasien dengan pemeriksaanaudiometer tutur dapat dilihat pada Tabel 4.7.Tabel 4.4 Hasil pengukuran taraf intensitas Headphone kiriFrekuensi(Hz)2505001000200040008000TI Audiometer(dB)TI Sound level meter(dB)Error(%)30 31 30.8 30.9 3.0035 35.1 35 35 0.1040 40.2 40.2 40.1 0.4245 45.2 45 45.2 0.3050 48.1 48.3 48.2 3.6030 31 31 30.9 3.2235 35.2 35.2 35 0.3840 39.8 39.9 40 0.2545 44.8 44.8 44.9 0.3750 50.2 50 50.2 0.2730 31 31 31 3.3335 35.1 35 35.1 0.1940 40 40 40 0.0045 45 45 45 0.0050 49.9 50 50.1 0.0055 54.9 54.9 55 0.1230 31 31 30.9 3.2235 35 34.9 35 0.1040 39.9 40 40 0.0845 44.9 44.9 45 0.1550 50.2 50.2 50.1 0.3355 55.2 55 55.1 0.1830 30.9 31 31 3.2235 35.5 35.4 35.3 1.1440 39.9 39.9 40 0.1745 45.4 45.4 45.4 0.8950 49.8 50 49.8 0.2755 55.2 55.2 55.2 0.3660 60.2 60.2 60.1 0.2830 31 30.9 30.9 3.1135 34.9 35 35 0.1040 40.6 40.4 40.4 1.1745 45.2 45.1 45.2 0.3750 50.1 50.1 50 0.1355 55 55 55.1 0.0660 60 60 60 0.0065 65 65 65 0.00Rata-rata error (%) 0.55Tabel 4.6 Perbandingan hasil diagnosis dengan audiometer nadamurniAudiometer Audiometer NadaStandarMurniNo PasienNilaiNilaiDiagnosisDiagnosisADAD1 A 40 dBTuliTuli40 dBRinganRingan2 B 45 dBTuliTuli45 dBSedangSedang3 C 50 dBTuliTuli50 dBSedangSedang4 D 20 dB Normal 30 dB Normal5 E 30 dB Normal 35 dB Normal6 F 20 dB Normal 30 dB Normal7 G 30 dB Normal 30 dB NormalTabel 4.7 Perbandingan hasil diagnosis dengan audiometer tuturNo PasienDiagnosis Audiometer TutursebelumnyaPersentase Diagnosis1 ATuliTuli100%KonduktifKonduktif2 BTuliTuli90%KonduktifKonduktif3 CTuliTuli90%KonduktifKonduktif4 D Normal 100% Normal5 E Normal 100% Normal6 F Normal 100% Normal7 G Normal 100% NormalDari kedua hasil tersebut dapat diketahui bahwadari uji pasien, perangkat lunak audiometer nadamurni dan tutur tersebut dapat mendiagnosis sesuaidengan yang diharapkan. Meskipun padapemeriksaan dengan audiometer nada murni, bentukaudiogram dan nilai ambang dengar di tiapfrekuensinya tidak mutlak sesuai, namun perangkatlunak audiometer telah dapat mendiagnosis sesuaidengan hasil diagnosis dengan alat audiometer yangstandar.KESIMPULAN DAN SARAN1. KesimpulanDari analisis data dan pembahasan yangdilakukan dalam penelitian ini dapat diperolehkesimpulan sebagai berikut :1. Perangkat lunak audiometer nada murnidan tutur telah dibuat dan dapat berjalan denganbaik. Perangkat lunak ini memiliki kemampuanmenampilkan dan mencetak hasil pemeriksaandalam bentuk grafik audiogram serta menampilkanhasil diagnosis pendengarannya denganpembangkitan frekuensi pada perangkat lunakaudiometer nada murni sebesar 250 Hz, 500 Hz, 1kHz, 2 kHz, 4 kHz, dan 8 kHz.2. Rata-rata persentase kesalahan sebesar0,6% dengan tingkat ketepatan alat sebesar 99,4%untuk headphone kanan dan persentase kesalahansebesar 0,55% dengan tingkat ketepatan alat sebesar99,45% untuk headphone kiri.2. SaranBerikut adalah beberapa saran yang dapatdipertimbangkan untuk penyempurnaan penelitianlebih lanjut :1. Pengembangan berikutnya diharapkan rentangnilai taraf intensitas maksimal yang dapatdibangkitkan mencapai 120 dB sehinggaaudiometer dapat digunakan untuk mendiagnosissegala jenis gangguan pendengaran/ketulian.2. Pengujian pada pasien dilakukan menggunakanpasien yang memiliki gangguan pendengaranyang sebenarnya dan lebih bervariasi.3. Pengembangan untuk penelitian denganaudiometer nada murni diantara seperti mengarahD 44

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8ke yang lebih spesifik misal pasien denganpengaruh lingkungan yang bising (biasa padaindustri) dan sebagainya.4. Pengembangan untuk penelitian denganaudiometer tutur diantaranya seperti padapembuatan rekaman kata yang dapat diaturfrekuensinya sehingga parameter yang diukurdapat bervariasi.DAFTAR PUSTAKAAndi. 2003. Seri Panduan Pemrograman BorlandDelphi 7 (Jilid 1). Andi Offset. Yogyakarta.Andriani, Dina. 2011. Perancangan Perangkat LunakPelayanan Rawat Inap Rumah Sakit AdamMalik Dengan Menggunakan Visual Basic6.0. Universitas Sumatra Utara. Medan.Anggraeni, Dya. 2011. Fisika Medik. Program StudiIlmu Keperawatan Universitas Sriwijaya.Palembang.Anonim, 2011. Bafo USB to Parallel Printer Adapter(USB-A/Cent36-M).(online)(http://hellotrade.com diakses pada tanggal17 November 2011)Aras, Vineet P. 2003. Audiometry techniques,circuits, and systems. M. Tech. CreditSeminar Report, Electronic Systems Group,EE Dept, IIT Bombay.Aritmoyo, Dullah. 1985. Pengertian Umum TentangAudiometri. Cermin Dunia Kedokteran No39. International Standard Serial Number:0125-913x. Penerbit: Pusat Penelitian danPengembangan PT. Kalbe Farma.Asroel, Harry. 2009. Audiologi. Bagian THTFakultas Kedokteran Universitas SumatraUtara. Medan.Bachtiar, Syaiful. 2011. Audiometer BerbasisSoundcard Pada Komputer Pribadi. ProgramStudi Teknik Elektro. UniversitasDiponegoro. Semarang.Cameron, John R, Skofronik, James G., Grant,Roderick M. 2006 Fisika Tubuh Manusia.Edisi Kedua. EGC. Jakarta.Damayanti, Soetjipto. 2010. Komite NasionalPenanggulangan Gangguan Pendengaran DanKetulian, (Online). (http://www.ketulian.com, diakses 17 November 2011).Davis, Don, Eugene, Patronis. 2006. Sound SystemEngineering. Edisi Ketiga. Focal Press.Burlington, USA.Estu, Devy. 2011. Borland Delphi. Materi DelphiGrafik. Modul TIK SMA Negeri 3Yogyakarta.Gabriel, J. F. 1988. Fisika Kedokteran. EdisiPertama. EGC. Denpasar.Gatot, Wempy. 2011. Rancang Bangun AudiometerDengan Tampilan Audiogram DigitalBerbasis Mikrokontroler AVR Atmega 8535.Program Studi Fisika. Universitas AirlanggaSurabaya.Handajadi, Wiwik. 2009. Pembacaan OutputTimbangan Digital Jarak Jauh DenganMenggunakan Pemprograman Visual Basic6.0. Jurnal Teknologi 2(1) : 96-107.Harahap. 2011. Sistem Pengontrolan LevelKetinggian Air Secara OtomatisMenggunakan Mikrokontroler ATMega8535Dengan Sensor Ultrasonik. Program StudiTeknik Elektro. Universitas Sumatera Utara.Medan.Hermanto. 2010. Membangun Kesadaran BunyiAnak Tunarungu Melalui Pembelajaran BinaPersepsi Bunyi Dan Irama Di Sekolah.Universitas Negeri Yogyakarta.Latifah, Melly. 2010. Implikasi Assessment DanDiagnosis Pada Anak Penderita GangguanPendengaran Terhadap Treatment DanPendidikannya. Program Studi Ilmu Keluargadan Pangan. IPB Bandung.Marcus, Teddy. 2003. Pemrograman Delphi untukPemula : IDE dan Struktur Pemrograman.(Online) (http:/maranatha.edu diakses padatanggal 17 November 2011)Miyoso, Dwi Priyo. 1985. Diagnosis KekuranganPendengaran. Cermin Dunia Kedokteran No39. International Standard Serial Number:0125-913x. Penerbit: Pusat Penelitian danPengembangan PT. Kalbe Farma.Utami, Ema. 2005. 10 Langkah Belajar Logika DanAlgoritma. Menggunakan Bahasa C Dan C++Di Gnu/Linux. Penerbit CV Andi Offset.Yogyakarta.Pearce, Evelyn. 2009. Anatomi dan Fisologi untukParamedis. Penerbit PT. Gramedia PustakaUtama. Jakarta.Prasetina, Retna, Catur. 2004. Teori dan Praktekinterfacing Port Paralel dan Port SerialKomputer dengan Visual Basic 6.0. Andi.Yokyakarta.Riantiningsih, Wahyu. 2009. Pengamanan RumahBerbasis Microcontroller Atmega 8535Dengan Sistem Informasi DenganMenggunakan Pc. Program Studi TeknikElektro. Universitas Sumatra Utara. Medan.Saladin. 2003. Anatomy and Physiology. The unityof form third edition. Mcgrawhill. New York.Solihat, Muthiah, Choirina, Halimah. 2008. PortParalel. Program Studi Matematika.Universitas Islam Bandung.Suhardiyana. 2010. Peningkatan KemampuanKognitif Anak Melalui Permainan KartuAngka Dan Gambar Siswa Kelas PersiapanTunarungu Wicara SLBN Kendal Tahun2009 / 2010. Universitas Negeri Semarang.Syaiffudin. 2004. Anatomi Fisiologi untukMahasiswa Keperawatan. Edisi ketiga. EGC.Jakarta.D 45

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Syndhuwardhana, Felisiano. 2010. PengendalianATCS Dengan CCTV Dinamis Melalui PortParalel. Program Studi Teknik Elektro.Universitas Katolik Soegijapranata.Semarang.D 46

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENCACAH FREKUENSI RESOLUSI 0.1PPMMENGGUNAKAN IC TUNGGAL MIKROKONTROLLERSetyawan P. SaktiJurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas BrawijayaEmail : sakti@ub.ac.idAbstrakSalah satu dari banyak teknologi yang dipergunakanan dalam pengembangan biosensor adalah pemanfaatanQCM sebagai transducer yang sensitive mendeteksi perubahan massa sampai dengan order nanogram. Untukmendapatkan hasil pengukruan yang sensitive, penggunaan pencacah frekuensi dengan ketelitian dan stabilitasyang tinggi merupakan salah satu faktor penting. Pencacah frekuensi dengan ketelitian sebesar 0.1ppm ataulebih baik diperlukan agar dalam system pendeteksian dengan QCM perubahan frekuensi sebesar 1Hz darifrekuensi fundamental 10MHz dapat diukur dengan baik. Dalam penelitian ini sebuah pencacah frekuensi yangmengandalkan penggunaan mikrokontroller sebagai system tunggal telah dapat dikembangkan sebagai salahsatu kandidat system QCM dengan biaya murah. Optimasi algoritma dilakukan dengan memanfaatkan fungsifungsiinternal mikrokontroller dikombinasikan dengan system pembangkit frekuensi yang stabil. Pencacahfrekuensi yang dikembangkan menggunakan mikrokontroller PIC16F877 dengan memanfaatkan fungsi timeryang tersedia di dalam mikrokontroller. Hasil optimasi dalam algoritma program yang ditanamkan dalammikrokontroller dapat menghasilkan ketelitian pencacahan sampai dengan 1 Hz untuk pencacahan frekuensisampai dengan 20MHz. Dari penelitian juga didapatkan bahwa ketepatan yang diperoleh sangat tergantungpada system osilator yang dipergunakan untuk menjalankan instruksi-instruksi dalam mikrokontroller.Ketepatan pencacahan frekuensi sampai dengan 0.035% dapat dicapai dengan optimasi algoritma. Ketepatanini ditentukan oleh factor signal pewaktu mikrokontroller yang dipergunakan sebagai pembangkit gerbanggerbang waktu 1 detik.Kata kunci : Mikrokontroller, Pencacah FrekuensiPENDAHULUANSensor merupakan suatu piranti yang utamadalam suatu proses pengukuran maupunpengendalian. Salah satu dari berbagai jenis sensoradalah biosensor. Dari beragam biosensor yang ada,salah satunya adalah biosensor yang menggunakanteknik pendeteksian perubahan masa per satuan luas,yaitu dengan menggunakan Quartz CrystalMicrobalance (QCM). QCM biosensor memiliki suatupotensi untuk dikembangkan menjadi salah satubiosensor yang dapat dipergunakan untuk berbagaikeperluan termasuk diagnostic cepat (Marx, 2003;Cooper & Singleton, 2007).Dari berbagai biosensor yang dikembangkan,QCM biosensor memiliki daya tarik dalam halkarakteristiknya yang berbeda dengan mekanismebiosensor yang lain (amperometrik, potensiomterikmaupun optik). QCM biosensor dapat bekerja untukmendeteksi reaksi antar molekul tanpa harusmemerlukan penanda (marker). Selain dapat bekerjapada fase gas, QCM memiliki kelebihan khususnyauntuk dapat dipergunakan pada media cair (Sakti,2001).Dalam penggunaannya QCM sensor salah satuperangkat untuk dapat menunjukkan hasil perubahanfrekuensinya adalah frekuensi counter. Frekuensicounter ini diperlukan untuk pengukuran perubahanfrekuensi pada saat terjadi proses reaksi pendeteksiandan perubahan frekuensi pada saat proses pelapisanpermukaan sensor. Untuk keperluan dalam prosespelapisan, maka ketelitian frekuensi counter tidakharus sampai dengan orde Hz, namun dapatdipergunakan sampai dengan orde puluhan Hz.Sedangkan untuk keperluan pengukuran pendeteksian,ketelitian pengukuran frekuensi sampai dengan Hzdiperlukan karena perubahan frekuensi yang dideteksikecil (Arnau, 2008). Untuk sensor dengan frekuensifundamental sebesar 10MHz maka kemampuanmembedakan frekuensi sampai dengan 1Hz akanmemberikan resolusi pengukuran massa sebesar 4.2ngdi permukaan sensor seluas 1cm 2 .Pencacah frekuensi yang dipergunakan untukkeperluan QCM sensor memerlukan karakteristikyang berkaitan dengan portabilitas, stabilitas danketelitian. Penggunaan persamaan Sauerbrey yangdipergunakan untuk melakukan penghitungan reaksiberdasarkan perubahan frekuensi memberikankeuntungan pada aspek ketidak tergantungan padaketepatan pengukukuran nilai frekuensi dari waktu kewaktu, namun lebih pada aspek ketelitian pengukuranfrekuensi dari waktu ke waktu.Pencacah frekuensi diketahui dapat disusundengan menggunakan perangkat elektronik diskrit,dengan menggunakan komponen digital dengandensitas tinggi (CPLD, FPGA) dan dapatdikembangkan dengan menggunakan mikrokontroller(Auge dkk, 1995; Pathan, 2000; Johansson, 2006).Dalam penggunaan untuk pencacahan frekuensisensor QCM, frekuensi yang dicacah perlu disimpanD 47

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dari waktu ke waktu sampai dengan pencatatan setiapdetik dalam rentang waktu yang lama. Dengankeperluan tersebut maka diperlukan system pencacahfrekuensi yang dapat dihubungkan secara langsung kecomputer untuk penyimpanan data sehingga dapatberperan sebagai system akusisi data frekuensi.PERANGKAT KERAS SISTEM PENCACAHDalam percobaan dilakukan disain rangkaianperangkat keras, disain perangkat lunak danpengukuran. Bahan utama yang dipergunakan adalahmikrokontroller PIC16F877A dari Microchip sertakomponen-komponen elektronik pendukung.Sistem pencacah frekuensi pada dasarnyatersusun atas sebuah gerbang untuk membatasi waktupulsa dicacah (gerbang AND) dan pencacah digital(figital counter). Frekuensi yang dicacah menyatakanjumlah pulsa yang tercacah selama waktu T yangbiasanya diambil 1 detik atau nilai lain yangdiketahui. Dalam sebuah konsep sederhana sebuahpencacah dapat digambarkan menurut blok diagrampada Gambar 1.Dalam disain ini Kristal resonator dipilih sebagaisumber pembangkit pulsa pewaktu denganpertimbangan bahwa Kristal osilator memilikistabilitas terhadap suhu yang sangat baik sertamemiliki ketelitian osilasi yang memadai. AT-CutKristal resonator dipasang bersama-sama dengankapasitor yang sesuai sebagai bagian osilator internalmikrokontroller.Dari spesifikasi teknis PIC16F877, jugadiketahui bahwa pencacahan frekuensid dapatdilakukan dengan menggunakan perintah interupsipada program counter ataupun dengan menggunakansystem timer/counter. Dari percobaan ini penggunaantimer/counter 1 dipilih dikombinasikan denganpengaturan perangkat lunak untuk mendapatkansystem pencacah frekuensi sampai dengan 20MHzdengan resousi 1Hz.Penyimpanan data hasil pencacahan tidakdisimpan di perangkat keras namun dirancang untuksecara langsung dikirimkan ke host computer untukdiproses dalam system perangkat lunak computermelalkui jalur komunikasi data serial (RS-232). Blokdiagram system ditunjukkan seperti apda Gambar 2.Gambar 1. Blok diagram pencacah frekuensiDengan demikian rancangan pencacah denganmikrokontroller harus dapat menirukan konseppencacah frekuensi seperti Gambar 1. Implementasifungsi kerja harus dapat tersusun baik denganmengkombinasikan aspek hardware dan softwaredengan memperhatikan fitur yang dimiliki olehmikrokontroller.Mikrokontroller PIC16F877A dipilih untukdipergunakan karena kesederhanaan dalampenggunaan perintah yang ada. Dari sisi fitur,mikrokontroller ini memiliki 2 buah timer/counter 8bit (Timer 0 dan Timer 2) dan 1 buah timer/counter16 bit (Timer 1) yang memberikan kemungkinanpemanfaatannya untuk dipergunakan sebagai systempencacah frekuensi. PIC16F877 memiliki dua jalurpewaktu yang juga sekaligus dapat dipergunakansebagai masukan untuk signal pewaktu.Dalam disain yang direncanakan seperti padagambar 1, dapat dilihat bahwa ketelitian daripencacahan frekuensi dari signal yang masukditentukan oleh ketelitian dari gerbang waktu 1 detik.Hal ini dapat disediakan dengan memanfaatkan signalpewaktu yang dipergunakan untuk menjalankanmikrokontroller. PIC16F877 menyediakan alternativepembangkitan signal osilasi pewaktu dalam beberapamode pembangkitan yaitu pembangkitan internal daneksternal. Signal pewaktu eksternal sepernuhnyamenggunakan rangkaian osilator eksternal. Sedangkanuntuk pewaktu internal menggunakan rangkaian RCinternal dari mikrokontroller atau menggunakankristal resonator (X-TAL).Gambar 2. Blok diagram system pencacah frekuensi daninterkoneksi pinPERANGKAT LUNAK SISTEM PENCACAHRancangan perangkat lunak yangdiimplementasikan di dalam system mikrokontrollermeliputi 3 bagian utama, yaitu: system delay untukmenghasilkan waktu 1 detik, up counter dengan reset,pengirim data ke computer melalui salurankomunikasi serial RS 232.Pewaktu 1 detik disusun dengan menggunakanperintah looping tanpa proses kerja di dalammikrokontroller. Pewaktu 1 detik ini diatur dandisesuaikan dengan penggunaan frekuensi kerja dariosilator. Perhitungan pewaktu dengan mengacu padajumlah clock dalam setiap siklus instruksi yangdipergunakan. Pada percobaan yang dilakukanosilator yang dipergunakan adalah osilator 4MHz.Dengan mengacu pada spesifikasi instruksi yang adadiketahui untuk instruksi terpendek CLRW (clearregister W) memerlukan 1 langkah instruksi yangmemerlukan 4 pulsa signal pewaktu. Dengandemikian setiap instruksi CLRW akan memakanwaktu 4*0.05uS = 0.2uS. Dengan cara ini maka akandidapatkan set isntruksi untuk menghasilkanpenundaan operasi selama 1 detik.D 48

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8TidakTidakStartSet TMR1L=0TMR1H=0TMR1O=0Start Looping 1detik pada OSC 0Signal ClockPada Timer 1YaNaikkan nilai Timer1TMR1L=FFh &TMR1H=FFH ?Looping = 1detik ?StopYaSelesaiYaYaTMR1O=TMR1O+1Hitung frekuensiKirim via RS 232Gambar 3. Flow chart perangkat lunak counterPencacahan pulsa yang masuk melalui kaki 15dari mikrokontroller PIC16F877 dilakukan denganmemanfaatkan Timer 1 yang diatur sebagai counter16 bit (Timer High (TMR1H) dan Timer Low(TMR1L)) dan mengaktifkan system pencatatankondisi overflow. Setiap Timer 1 mencapai kondisioverflow berari setara dengan sejumlah 2 16 atau 65536pulsa yang masuk. Sehingga pada setiap saat counter1 telah mencapai nilai 65536 apabila ada satu lagipulsa maka nilai pencacah akan di kembalikanmenjadi 0 dan nilai overflow pencacah dinaikkan satu.Setelah kondisi 1 detik dicapai, maka nilai frekuensipulsa dihitung. Perhitungan nilai frekuensi denganmenggunakan nilai-nilai register yang menyimpanjumlah overflow, byte atas timer dan byte bawahtimer. Frekuensi pulsa dihitung dengan menggunakanrumus :f Overflow65536TMR1H 256TMR1LHASIL DAN PEMBAHASANPengukuran kinerja system yang dikembangkandilakukan dengan menggunakan pembangkitgelombang presisi tinggi yang dibangkitkan dengansystem DDS. Untuk keperluan ini dipergunakanpembangkit gelombang BK Precision 4071 yangmampu menghasilkan gelombang sinus dan signalTTL.Dengan menggunakan rancangan perangkatlunak menurut Gambar 3 pengaturan delay untukgerbang 1 detik disusun dengan mengatur perintahlooping. Perbandingan nilai keluaran frekuensi daripembangkit gelombang dan pencatatan frekuensi olehsystem pencacah frekuensi ditunjukkan pada Gambar4. Pada Gambar 4 didapatkan adanya perbedaanabsolut nilai frekuensi dari sumber dan pencatatan.Diperoleh hasil adanya perbedaan absolut yangsemakin besar untuk frekuensi yang semakin besar.Meskipun telah dilakukan proses optimasi denganmelakukan penalaan pada system penunda waktu 1detik, masih ada perbedaan antara frekuensi sumberdan hasil pencacahan. Pada hasil pentalaan optimummasih didapatkan adanya perbedaan pencatatan yanglebih rendah dari seharusnya. Hal ini disebabkankarena hasil looping untuk menghasilkan gerbangwaktu 1 detik masih lebih singkat dari seharusnya.Karena nilai frekuensinya lebih rendah dari yangseharusnya maka delai ditambah dengan peri ntah 1clock. Namun ternyata, penambahan penundaangerbang waktu dengan menambah instruksi terpendeksebanyak 1 clock (4 pulsa) menghasilkan kesalahanpencacahan yang lebih besar dengan hasil pencacahandi atas yang seharusnya.Analisis lebih lanjut dilakukan dengan melihatnilai kesalahan relative hasil pencacahan terhadapnilai frekuensi sumber ditunjukkan pada Gambar 5.Pengukuran dilakukan untuk rentang frekuensi dari1Hz sampai dengan 20MHz.Dari data pengukuran untuk frekuensi sampaidengan 10KHz tidak ada perbedaan antara frekuensisumber dan frekuensi tercatat, sehingga pencacahmemberikan ketepatan pencacahan 100%. Padafrekuensi sumber 2KHz pencacah memberikan datakeluaran pencacahan sebesar 2999Hz, terdapatperbedaan sebesar 1Hz sehingga memberikanperbedaan relative sebesar 0.03%. Untuk frekuensifrekuensiyang semakin besar perbedaan relative hasilpencacahan dan frekuensi sumber berada padaperbedaan sebesar 0.02%.Peningkatan ketepatan hasil pengukuran ddapatditingkatkan dengan menggunakan sumber pewaktu(clock) dengan frekuensi yang lebih tinggi. Denganpenggunaan frekuensi pewaktu mikrokontroller yanglebih tinggi maka ketelitian system pewaktu denganperintah penundaan dalam mikrokontroller akanmemiliki ketelitian waktu yang lebih baik.Selisih pencacahan / Hz8,0007,000OptimumOptimum + 1 clock6,0005,0004,0003,0002,0001,000‐(1,000)(2,000)(3,000)1.E+04 1.E+05 1.E+06 1.E+07Frekuensi sumber / HzGambar 4. Perbedaan absolut frekuensi hasil pengukuran denganpencacah frekuensi dan frekuensi sumber (BK Precision 4071)D 49

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Kesalahan0.040%0.035%0.030%0.025%0.020%0.015%0.010%0.005%0.000%‐0.005%1.00E+00 1.00E+01 1.00E+02 1.00E+03 1.00E+04 1.00E+05 1.00E+06 1.00E+07Frekuensi / HzGambar 5. Perbedaan hasil pencacahan terhadap keluaran frekuensisignal generatorFrekuensi / Hz100005441000054310000542100005411000054010000539100005381000053710000536100005359:50:24 AM 10:19:12 AM 10:48:00 AM 11:16:48 AMWaktuGambar 6. Respon frekuensi tercatat menggunakan pencacahfrekuensi untuk frekuensi sumber tetapPada pengujian pencacahan frekuensi terhadapwaktu untuk frekuensi sumber yang tetap didapatkanstabilitas pencacahan untuk frekuensi sumber 10MHzsampai dengan 1Hz. Gambar 6 menunjukkan grafikfrekuensi tercatat terhadap waktu pencatatan untukselang waktu pencatatan 2 jam. Stabilitas hasilpencatatan frekuensi ini diperkirakan didapat daristabilitas system pewaktu yang menggunakan Kristal.KESIMPULANDari hasil percobaan disain ini didapatkankesimpulan bahwa mikrokontroller PIC16F877Adapat dipergunakan sebagai system tunggal pencacahfrekuensi dengan tingkat stabilitas dan ketelitian yangtinggi. Ketelitian sampai dengan 1Hz dari pengukuranabsolute 10MHz, yang berarti adalah 0.1ppm dapatdiperoleh dengan mudah dengan menggunakansystem pewaktu berbasis Kristal. Penentuan lebarpulsa waktu pencacahan sebesar 1 detik dapatdiperoleh dengan mengatur fungsi penundaan padamikrokontroller. Namun demikian ketelitian waktudibatasi oleh ketelitian pulsa dari pewaktu.DAFTAR PUSTAKAArnau, A. (2008), A Review of Interface ElectronicSystems for AT-cut Quartz CrystalMicrobalance Applications in Liquids, Sensors,8, 370-411Auge, J.; Hauptmann, P.; Hartmann, J.; Rösler, S.;Lucklum, R. (1995), New Design for QCMsensors in liquids, Sensors and Actuators B 24- 25, 43 - 48.Becker, J. (2000), PIC-GEN FrequencyGenerator/Counter, EPE Magazine, Edisi Juli2000, 508-527Cooper, M.A. dan Singleton, V.T. (2007), A surveyof the 2001 to 2005 quartz crystalmicrobalance biosensor literature: applicationsof acoustic physics to the analysis ofbiomolecular interactions, Journal ofMolecular Recognition. 2007; 20: 154–184Marx, K.A. (2003), Quartz Crystal Microbalance: AUseful Tool for Studying Thin Polymer Filmsand Complex Biomolecular Systems at theSolution-Surface Interface, Biomacromolecules,Vol. 4, No. 5, 1099-1120Johansson, S. (2006), Measure Frequency with Time-Stamping Counters, Microwave & RF, 45(5),115-122Pathan, F. (2000), C makes effective frequencycounter, EDN, Nov 2000, 165-166Sakti, S.P.; Hauptmann, P.; Bühling, F.; Ansorge, S.(2001), Disposable TSM-immunosensor basedon the viscosity changes of the contactingmedium, Biosensors & Bioelectronics, 16,1101 – 1108D 50

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8OPTIMASI KONTROL MULTI-OBJECTIVE PADA SISTEM KENDALI IKLIMGREENHOUSE MENGGUNAKAN PARTICLE SWARM OPTIMIZATION (PSO)Son Haji, Katjuk Astrowulan, Rusdihanto E.AK.Jurusan Teknik Elektro, ITS, Surabaya, Indonesia,email: Alhajj1977@gmail.comemail: katjuk@elect-eng.its.ac.idemail: Ditto@ee.its.ac.idAbstrakTeknologi Greenhouse adalah dibuat untuk memenuhi kebutuhan tanaman agar dapat tumbuh berkembangsecara optimal. Salah satu kebutuhan tanaman adalah faktor iklim, antara lain Suhu, kelembaban, kadar C02.Agar tersedia kondisi iklim yang sesuai dengan kebutuhan tanaman, maka harus dilakukan upaya pengendalian.Berbagai teknik pengendalian telah dilakukan oleh para ahli mulai dari yang konvensional sampai dengan caramodern. Namun kebanyakan yang diterapkan dalam mengendalikan iklim lingkungan greenhouse masihmengandalkan teknik konvensional yaitu kontroler PID. Permasalahan dari kontroler PID adalah bagaimanamelakukan tuning parameter PID agar optimal sehingga diperoleh kontroler dengan performansi yang bagus.Dalam makalah ini dilakukan tuning parameter dengan menggunakan metode Particle Swarm Optmization(PSO) untuk kontroler PID dengan tujuan ganda (multi-objective) yaitu performansi dinamik yang baik danoperasi kontrol yang halus, sehingga dapat mengendalikan iklim pada greenhouse secara optimal. Metode PSOmemiliki beberapa keunggulan, yaitu implementasinya mudah, konvergensinya stabil, algoritmanya sederhanadan efisien dalam komputasi. Sistem iklim greenhouse dimodelkan dalam Simulink dan algoritma PSOdiimplentasikan dalam MATLAB.Hasil simulasi menunjukkan metode tuning cerdas menggunakan PSO menghasilkan kontrol denganperformansi dinamik yang bagus ditandai dengan minimnya error dan sinyal kontrol yang halus.Kata kunci : Particle swarm optimization, sistem kendali iklim greenhouse, kontroler PID, optimasi multiobjectivePENDAHULUANPengendalian iklim mikro dilingkungangreenhouse adalah hal yang sangat penting demiterciptanya kondisi yang sesuai dengan kebutuhantanaman. Berbagai teknik telah dikembangkan olehpara ahli untuk pengendalian iklim lingkungangreenhouse, diantaranya adalah Cunha [1]pengontrolan suhu udara pada greenhousemenggunakan kontroler PID (Cunha, 2003),pengontrolan iklim greenhouse menggunakan kntrolfuzzy (Miranda et al., 2006), pengontrolan iklimlingkungan greenhouse menggunakan sistem hybrid(Arias et al., 2002), dan masih banyak yang lain.Walaupun perkembangan metode kontroler modernsedemikian pesat, tetapi penerapan metode-metodetersebut tidak mudah karena memerlukan dasar teoridan perhitungan yang kompleks. Oleh karena ituteknik kontrol pada greenhouse masih banyakdipakai kontroler PID, karena strukturnya yangsederhana, performansinya robust. Kesulitan utamadari kontroler PID adalah pada proses tuning, yaitumenentukan parameter K p , K i , dan K d .Tuning PID secara konvensional efektif untukmasalah yang sederhana namun hampir gagal ketikaberhadapan dengan sistem yang kompleks nonlinear.Dalam makalah ini di coba implementasi PSO untukmemecahkan masalah tuning parameter padaD 51kontroller PID untuk kendali iklim pada lingkungangreenhouse. Sistem greenhouse adalah sistem yangkompleks, nonlinier dan MIMO system sehinggaprose tuning menjadi tidak mudah dan makan waktu.TINJAUAN PUSTAKAParticle Swarm Optimization (PSO)Particle Swarm Optimization (PSO) adalahteknik optimasi berbasis populasi yangdikembangkan oleh james Kennedy dan RussEberhart pada tahun 1995. Teknik ini terinspirasioleh tingkah laku social pada kawanan burung yangterbang berduyun-duyun (bird flocking) ataugerombolan ikan yang berenang berkelompok (fishschooling).PSO memiliki banyak kesamaan dengan teknikteknikevolutionary computation yang lain, sepertiGenetic Algorithms (GA), Evolutionary Strategies(ES), Evolutionary Programming (EP), dansebagainya.Sebagai contoh misalkan terdapat sekelompokburung secara acak sedang mencari makanan disuatu area. Hanya terdapat satu potong makanan diarea tersebut. Semua burung tidak tahu di manalokasi makanan yang sebenarnya. Tetapi, merekatahu berapa jauh makanan tersebut pada setiapiterasi. Bagaimana strategi terbaik untukmenemukan makanan? Cara paling efektif adalah

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8mengikuti burung yang paling dekat denganmakanan.(suyanto, 2010).PSO belajar dari skenario tersebut untukmenyelesaikan permasalahan optimasi. Pada PSO,satu “burung” menyatakan satu solusi di dalamruang masalah. Agar lebih umum istilah “burung”diganti dengan “partikel”. Setiap partikel memilikinilai fitness yang dievaluasi menggunakan fungsifitness untuk di optimasi. Setiap partikel jugamemiliki vektor velocity yang berupa kecepatan danarah “terbang”. Partikel “terbang” di dalam ruangmasalah mengikuti partikel-partikel yang optimumsaat ini .Tidak seperti EAs, partikel (individu) padaPSO tidak pernah mati. Partikel dapat dipandangsebagai suatu agent sederhana yang terbang di dalamruang pencarian dan menyimpan solusi terbaik yangditemukan. Pertanyaannya, ” Bagaimana partikelterbang dari suatu posisi ke posisi lainnya?” Hal inidi lakukan secara sederhana dengan menambahkanv- vector ke x – vector untuk mendapatkan x –vector yang baru, yang dirumuskan sebagai X i = X i+ V i . Begitu partikel mendapatkan X i yang barumaka dia akan mengevaluasi posisi barunya. Jika x-fitness lebih baik dari pada p-fitness, maka P i =X iand p-fitness = x – fitness.PSO dimulai dengan sekumpulan partikel(solusi) yang dibangkitkan secara acak. Setiappartikel kemudian dievaluasi kualitasnyamenggunakan fungsi fitness. Selanjutnya. Partikelpartikelakan terbang mengikuti partikel yangoptimum. Pada setiap generasi, setiap partikel di–update mengikuti dua nilai “terbaik”. Yang pertamaadalah fitness terbaik yang dicapai oleh satu partikelsaat ini. Nilai fitness ini dilambangkan dengan p dandisimpan di memory. Sedangkan nilai “terbaik” yangke dua adalah fitness terbaik yang dicapai olehsemua partikel dalam topology ketetanggaan. Indeksg digunakan untuk menunjuk partikel dengan fitnessterbaik tersebut. Setelah menemukan dua nilai”terbaik”, suatu partikel i pada posisi Xi mengupdatevektor velocity dan kemudian meng-updateposisinya menggunakan persamaan berikut:wrGreenhouse= bobot inersia= bilangan acak (random) dalaminterval [0,1].Faktor yang mempengaruhi iklim padagreenhouse diantaranya adalah radiasi matahari,suhu, kelembaban, kadar CO 2 seperti yangditunjukkan pada Gambar 1. Dalam makalah iniyang dikendalikan adalah suhu dan kelembabandalam ruangan, sementara gangguan yangdipertimbangkan adalah radisi matahari, suhu dankelembaban luar ruangan.Ventilation [VR(t)]Spraying [Qfog(t)]CO2 injectionInputsDisturbanceSolar Outside Outsideradiation Temperatur humidityCropsGreenhouseWind speed,……..Co2 ……..concentration,etcInside temperature[Tin(t)]Inside humidity[Hin(t)]CO2 concentrationOutputsGambar 1. Model dinamis iklim greenhouse (Haigen et al., 2011)Untuk persamaan matematisnya adalah seperti padapersamaan 3 dan 4 (pasgianos, 2003).IMPLEMENTASI PID-PSO(3)(4)Dari model matematika diatas dibuat state space[5]:(5)(1)(2)di manai = partikel ke – i;d = dimensi ke – d;c 1 = laju belajar (learning rates) untukkomponen cognition (kecerdasanindividu) ;c 2 = laju belajar untuk komponen social(hubungan sosial antarindividu);P = vektor nilai fitness terbaik yangdihasilkan sejauh ini;g = indeks dari partikel dengan fitnessterbaik di dalam topologiketetanggaan ;(6)dimanax 1 (t) suhu didalam ruanganx 2 (t) kelembaban mutlak,u 1 (t) tingkat ventilasi,u 2 (t) kapasitas air dari sistem pengkabutanvi (t); i = 1, 2, 3. Gangguan yaitu energiradiasi matahari, suhu luar,kelembaban mutlak luar ruangan.Skema tuning kontroler PID ditunjukkan padagambar 2.D 52

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 2. Diagram sistem kendali iklim greenhouse.Dimana ITSE dipakai untuk untuk menghitungindeks performansi 1 (J1) dan indeks performansi 2(J2).Fungsi obyektif atau fitness function yang akandioptimasi dinyatakan sebagai berikut:F(i) = α.J1(i) + β.J2(i)dimanaGambar 3 Respon plant dengan kontroler PID PSOJ1 = indeks performansi 1 Respon plant seperti ditunjukkan pada GambarJ2 = indeks performansi 23, suhu dengan nilai awal 32 0 C menuju set-pointα,β = faktor improvementPEMBAHASAN HASIL25 0 C, sedangkan untuk kelembaban dari kondisiawal 12g/kg menuju set-point 21g/kg.Dari persamaan 5 dan 6 dibuat blok padasimulink. Parameter – parameter algoritma PSOyang digunakan sebagai berikut:1. Jumlah partikel, n = 202. Jumlah iterasi, iter = 203. Konstanta akselerasi cognitive, c1= 1.54. Konstanta sosial, c2 = 1.55. Bobot inersia , w = 0.9Kondisi yang diinginkan pada greenhouseadalah suhu dalam ruangan 25 0 C, sedangkan untukkelembaban 21g/kg (setara dengan kelembabanrelatif sebesar 70 %). Untuk kondisi saat ini adalahsuhu dan kelembaban dalam ruangan adalah 32 0 Cdan 12 g/kg.Tabel 1 Parameter kontrol PID-PSOParameterNilaiKp1 -5Ki1 -2.5Kp2 -0.3401Ki2 -0.1900J1 9.267J2 0.013F (fitness value) 185.4Hasil tuning parameter PID dengan algoritmaPSO menunjukkan performansi J1 menunjukkanperformansi dinamik yang bagus, performansi J2menunjukkan operasi kontrol yang halus dengannilai yang sangat kecil.KESIMPULANDalam makalah ini telah membahas metodetuning kontroler PID dengan algoritma PSO yangdiimplementasikan pada kendali iklim greenhouse.Dengan menggunakan metode PSO didapatkanparameter PID yang optimal dengan cepat, sertaterpenuhi tujuan ganda yaitu performansi sistemyang bagus serta operasi kontrol yang halus.DAFTAR PUSTAKACunha, J.B. Greenhouse climate models: Anoverview. In Proceedings of EFITA 2003Conference, Debrecen, Hungary, 5–9 July2003; pp. 823–829.Miranda, R.C.; Ventura-Ramos, E.; Peniche-Vera,R.R.; Herrera-Riuz, G. Fuzzy greenhouseclimate control system based on a fieldprogrammable gate array. Biosyst. Eng.2006, 94, 165–177.Arias, A. Ramirez., J.Goddard*, I.Lopez Cruz. 2002.A Hybrid System for Optimal GreenhouseClimate Control using Artificial IntelligenceTechniques. Seventh InternationalConference on Computers in Agriculture.Orlando, FL, USA. October 26-30th 1998.Suyanto, 2010. Algoritma Optimasi deterministikatau Probabilistik. Graha Ilmu.YogyakartaHaigen Hu; Lihong Xu; Ruihua Wei; Bingkun Zhu.Multi-Objective Control Optimization forGreenhouse Environment Using EvolutionaryAlgorithms. Sensors 2011.Pasgianos, G.D.; Arvanitis, K.G.; Polycarpou, P.;Sigrimis, N. A nonlinear feedback techniquefor greenhouse environmental control.Comput. Electron. Agric. 2003, 40, 153–177..D 53

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8AUDIOMETER BERBASIS MIKROKONTROLLER AVR ATMEGA 8535Syevana Dita M, Triwiyanto, Bambang Guruh I.Jurusan Teknik ElektromedikPoliteknik Kesehatan Kementerian Kesehatan SurabayaEmail : syevana@gmail.comAbstrakAudiometer adalah alat medis yang dipergunakan untuk mengukur tingkat ambang pendengaran seseorang,dengan membangkikant bunyi dengan intensitas dan frekuensi tertentu. Pada audiometer sistem manual, prosespemeriksaan dilakukan dengan cara memilih berbagai intensitas dan frekuensi melalui penekanan tombol untukdiperdengarkan terhadap pasien menggunakan sepasang earphone, kemudian pasien akan mengacungkantangan sebagai tanggapan mendengar bunyi (Rukmini, 2000).Pada kesempatan ini penulis telah melakukan sebuah penelitian yaitu audiometer berbasis mikrokontroler AVRATmega 8535 sebagai alat ukur nilai ambang pendengaran. Alat ini dilengkapi dengan tampilan diagnosa yangditunjukkan pada LCD dan faktor koreksi sebesar 2 dB . Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui kemampuannilai maksimal taraf intensitas yang dihasilkan audiometer dan ketepatan nilai taraf intensitas tersebut.Penentuan nilai taraf intensitas tersebut dilakukan dengan mengukur audiometer menggunakan sound levelmeter. Frekuensi yang digunakan pada alat ini adalah 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1KHz, 2 Khz, 4KHz, dan 8 KHz..Naiknya tingkat dB dan frekuensi secara otomatis.Frekuensi yang dikeluarkan osilator adalah frekuensi yang terendah dengan pemilihan melalui multiplexer.Apabila terjadi interupsi external pertama berupa penekanan tombol pasien maka nilai frekuensi akan dikurangi10 dB selanjutnya akan mulai ditambah dengan 2 dB sebagai faktor koreksi. Selanjutnya apabila telah terjadiinterupsi ke dua maka frekuensi akan dinaikkan ke frekuensi yang berikutnya. Setelah nilai frekuensi dan dBmaksimal maka mikrokontroller akan mengeluarkan hasil diagnosa berupa tingkat ketulian seseorang.Pengukuran frekuensi dengan rata-rata tingkat error < 10%, yaitu 0% artinya outputan osilator frekuensi layakdigunakan . Demikian juga pengukuran tingkat daya (dB) mempunyai rata-rata tingkat error < 10% yaitu4,47% sehingga layak digunakan untuk diagnosa ambang pendengaran seseorang.Kata Kunci : Audiometer, Frekuensi, dB, Mikrokontroller AVR ATmega 8535PENDAHULUANDalam bidang audiologi diketahui bahwa tidaksemua proses diagnosa intensitas ambang dengarmanusia berjalan dengan lancar. Adakalanya operatormengalami kesulitan dalam mendiagnosa karena alatyang digunakan (audiometer) hanya berupa tampilandata mentah sehingga hanya orang yang ahli dalambidang audiologi yang bisa mendiagnosa secara penuhdan perangkat audiometer yang digunakan cenderungterintegrasi dengan komputer sebagai tampilan padahasil tes pendengaran, sehinga diaggap kurang praktisdalam penggunaannya. Selain itu kenaikan tarafintensitas pada setiap frekuensi ditinjau terlalu besarsehingga sensitifitas pada rentan nilai tertentu masihkurang, maka diperlukan audiometer dengansensitifitas yang lebih baik. Dengan melihat hal diatasdan juga modul pada tahun 2008, yang telahdilakukan penelitian dan pembuatan audiometerberbasis mikrokontroler menggunakan IC AT89s51oleh Fanny Joseph.Maka hal tersebut menjadi dasar penelitian iniyaitu membuat alat ukur ambang pendengaranberbasis mikrokontroler. Alat ini berupa audiometerdengan menggunakan IC mikrokontroler sebagaipengatur dan pengolah data yang nantinya akanditampilkan pada LCD. IC mikrokontroler yangD 54digunakan adalah tipe AVR ATmega 8535, yangmemiliki kemampuan mengeksekusi program lebihcepat dari pada tipe mikrokontroler yang lain. Padaaudiometer berbasis mikrokontroler ini ditambahkanfaktor koreksi (2 dB) pada setiap satu skala kenaikanintensitas (10dB), harapannya semua nilai yangditunjukkan pada audiometer dapat digunakan untukmendiagnosa pada sistem pendengaran pasienTINJAUAN PUSTAKAAudiometriAudiometri dilakukan untuk menguji kemampuanseseorang untuk mendengar frekuensi suara yangdiperlukan untuk berbicara. Tes ini dilakukan olehseorang spesialis yang terlatih disebut audiologdengan alat yang disebut Audiometer.Audiometer adalah alat elektronik pembangkitbunyi dalam intensitas dan frekuensi tertentu, yangdipergunakan untuk mengukur tingkat ambangpendengaran seseorang. Ambang pendengaran ialahbunyi terlemah. Pada audiometer sistem manual,proses pemeriksaan dilakukan dengan cara memilihberbagai intensitas dan frekuensi melalui penekanantombol untuk diperdengarkan terhadap pasienmenggunakan sepasang earphone, kemudian pasienakan mengacungkan tangan sebagai tanggapanmendengar bunyi (Rukmini, 2000).

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 1 AudiometerHasil tes yang diplot oleh audiolog disebutaudiogram dan biasanya menunjukkan frekuensirendah di satu ujung dan frekuensi tinggi di ujunglain. Sebuah khas audiogram juga melaporkan hasiluntuk telinga baik kiri dan kanan, karena tidak jarangtingkat sensitivitas terhadap suara berbeda dari satutelinga yang lain. Audiogram berfungsi untukmengeplot volume nada yang digunakan untukpengujian, mulai dari suara yang tenang di bagian atasplot dan untuk suara keras di bagian bawah.Pungukuran ambang pendengaran yang tercetak padaaudiogram hanya berdasarkan kenyaringan suara yangdisebut decibel. Desibel (dB) merupakan unit skalalogaritmik dari intensitas suara(www.earinfo.com).Sebagian besar suara yang terkait dengan polabicara yang normal biasanya ditemukan di kisaran 20-50 desibel. Seorang dewasa dengan pendengarannormal bisa mendeteksi nada antara 0-20 desibel.Pemeriksaan lainnya yang mungkin telah dilakukandengan audiometri nada murni juga dilaporkan padaaudiogram tersebut.Gambar 2 Audiogram (http://www.firstyears.org/lib/howtoread.htm)Ada beberapa skala desibel yang berbeda yangdigunakan dalam mengukur suara dan pendengaran.Ketika mengukur tingkat suara pada frekuensi yangberbeda di lingkungan, skala tingkat tekanan suarayang digunakan, dan hasil penelitian dicatat dalam dBSPL. Ketika mengukur ambang pendengaranseseorang, skala tingkat pendengaran digunakan, danhasil penelitian dicatat dalam dB HL. Sebuahpengukuran dari 30 dB SPL tidak sama denganpengukuran dari 30 dB HL.Akhirnya, penting untuk dicatat bahwapengukuran 0 dB tidak berarti bahwa tidak ada suarasama sekali - seperti suhu 0 ° F tidak berarti bahwatidak ada panas sama sekali. Ada suara yang lebihtenang dari 0 dB, dan suara-suara diukur dalamdesibel negatif dengan cara yang sama bahwa suhulebih dingin dari 0 ° diukur dalam derajat negatif.(National Health and Nutrition Examination Survey,January 2003).Gambar 3 Perbandingan antara SPL dan HL(Basic Physics of Sound & the Decibel Scale, Tahani Alothman,2009)TuliTuli merupakan salah satu dari jenis gangguanpendengaran, tuli merujuk pada seseorang yangketidakmampuan pendengarannya mencegahkeberhasilan memproses informasi bahasa melaluipendengaran, dengan atau tanpa alat bantupendengaran (Wong, 2009). Tuli dapatdiklasifikasikan menjadi dua kelompok yaitu tulisensorineural dan tuli konduktif, pada tuli sensoneuralterdapat kerusakan koklea atau saraf pendengaransedangkan pada tuli konduktif terdapat pada disfungsitelinga tengah (Hull, 2008). Dari audiogram dapatdilihat apakah seseorang memiliki pendengarannormal atau tuli, derajat ketulian dapat dihitungmelalui ambang dengar hantaran udara (AC) atauhantaran tulang (BC). Dalam menentukan derajatketulian, yang dihitung hanya ambang dengarhantaran udara (AC) saja.Derajat ketulian dan nilai ambang pendengaranmenurut ISO 1964 (Acceptable audiometric hearinglevels) dan ANSI 1969 (Standard ReferenceThreshold Sound-Pressure Levels for Audiometers)pada frekuensi audio:1. Jika peningkatan ambang dengar antara 0 - 25dB, disebut normal2. Jika peningkatan ambang dengar antara 26 - 40dB, disebut tuli ringan3. Jika peningkatan ambang dengar antara 41 - 60dB, disebut tuli sedangD 55

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-84. Jika peningkatan ambang dengar antara 61 - 90dB, disebut tuli berat5. Jika peningkatan ambang dengar antara > 90 dB,disebut tuli sangat berat(Soepardi, 1998).KERANGKA KONSEPTUALBlok Diagramtertentu maka perlu dikoreksi dengan menekantombol interupsi yang kedua. Semua data interupsiyang telah diberikan pasien melalui penekanantombol interup akan disimpan sementara olehmikrokontroller dan diolah. Selanjutnya, hasildiagnosa keadaan ambang pendengaran pasientersebut ditampilkan ke LCD.Diagram Alir AudiometerGambar 4. Blok diagram AudiometerCara kerja blok diagramSaat menyalakan sistem audiometer ini makasecara otomatis akan menyalakan program padasistem minimum mikrokontroler dan menyalakanketujuh osilator gelombang sinus. Keluaran darirangkaian osilator berupa gelombang sinus padafrekuensi – frekuensi tertentu kemudian diteruskan kerangkaian switching frekuensi untuk menunggugiliran dipilih oleh mikrokontroller.Gelombang sinus pada frekuensi tertentu yangtelah dipilih oleh mikrokontroler kemudian diteruskanke rangkaian DC volume kontrol untuk dikuatkantegangannya. Lalu mikrokontroler mengatur nilai bityang akan diberikan ke DAC untuk diubah menjaditegangan analog. Tegangan analog yang dihasilkanDAC pada nilai bit tertentu akan digunakan olehrangkaian DC volume kontrol untuk mengaturbesarnya penguatan.Setelah itu gelombang sinus pada frekuensitertentu dan yang telah diperkuat tegangannyasehingga menghasilkan kenaikan taraf intensitas (dB)pada nilai tertentu diteruskan menuju ke headphoneuntuk didengarkan oleh pasien.Saat pasien mendengar gelombang sinus padaheadphone yang artinya menyatakan nilai ambangdengar, maka pasien akan menekan tombol interupsiyang pertama. Pada kenaikan taraf intensitas (dB)Gambar 5. Diagram Alir AudiometerD 56

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8HASIL DAN ANALISAHasil Pengukuran Data FrekuensiTabel 1 Hasil Outputan dari OsilatorGambar 8. Grafik Hasil Outputan dari 40dBGambar 9. Grafik Hasil Outputan dari 50dBGambar 6. Grafik Hasil Outputan dari OsilatorChannel 2gelombang sinusmasukanChannel 1gelombangsinus keluaranGambar 7. Frekuensi 125 HzHasil Pengukuran Data dBTabel 2 Hasil Outputan dari dBGambar 10. Grafik Hasil Outputan dari 60dBGambar 11. Grafik Hasil Outputan dari 70dBD 57

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Hasil Pengukuran Diagnosa terhadap PasienTabel 3. Hasil Diagnosa untuk Telinga KananTabel 4. Hasil Diagnosa untuk Telinga KiriPEMBAHASANRangkaian Osilator Gelombang SinusRangkaian osilator, pada penelitian ini terdapat 7rangkaian yaitu 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1 kHz, 2kHz, 4 kHz, dan 8 kHz. Pada penentuan besarfrekuensi yang dihasilkan oleh satu rangkaian osilatorbergantung pada besar R (resistor) dan C (kapasitor).Pada rangkaian ini nilai kapasitor dibuat tetap yaitusebesar 100 nF sehingga hanya nilai hambatan padaresistor variabel yang diubah–ubah, untukmenghasilkan nilai frekuensi tertentu pada saturangkaian osilator. Pada penelitian ini, rangkaianosilator menggunaka IC LM 741. Rangkaian osilatorgelombang sinus dengan menggunakan IC LM 741dapat dilihat pada Gambar dibawah ini.R21 3210kvcc +12C2100nF71U221 3R610kC6100nF32R13+-451 326vcc -12AD74120kR9OSI2J71CON110kGambar 12. Grafik Pasien 1Gambar 13. Grafik Pasien 2Gambar 15. Rangkaian osilator dengan IC LM 741Rangkaian DACPada rangkaian ini menggunakan IC DAC 0808dan IC TL 071. Penambahan IC TL 071 padarangkaian DAC 0808 digunakan sebagai off set padabit 0, sehingga diharapkan saat rangkaian DAC 0808mengeluarkan tegangan keluaran 0V menunjukkantepat pada nilai tersebut. Tegangan referensi (V reff )pada rangkaian ini menggunakan 12 V dari powersupply dan bit data DAC diatur oleh mikrokontrolerpada port A. Rangkaian DAC tersebut dapat dilihatpada Gambar 16.Gambar 14. Grafik Pasien 3D 58

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-81PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA72121110987651415R135kU3A8A7A6A5A4A3A2A1VR+VR-DAC0808VCC13V+V-3IOUTIOUTCOMP4216C50,1uF2R7 1.5k1 3R8 100k -12v5k R923+12v+ C710uf+-4571TL0716U5J141CON1Saat DAC diberikan nilai 1000 0000 b diperolehturun 1 div yang artinya setengah dari posisi awal,sehingga rangkaian DAC dapat dinyatakan linier.Rangkaian Switching FrekuensiPada penelitian ini, rangkaian switching frekuensidigunakan sebagai pemilah frekuensi yang akandikeluarkan setelah mendapat perintah darimikrokontroler. Komponen pada rangkaian inimenggunakan multiplexer IC 4051. Penggunaan ICmultiplexer pada rangkaian ini sebagai saklar awaluntuk menghubungkan keluaran rangkaian osilatordengan rangkaian DC volume kontrol yang dikontrololeh mikro melalui Port D5,D4 dan D3,. Rangkaianini dapat dilihat pada Gambar 19.3+12vPOTR11-12v+12vGambar 16. Rangkaian DACPengujian DAC 0808 menggunakan masukkanlogika sebesar 8 bit, pengujian DAC menggunakandata biner dari 0 D -255 D . Hasil yang didapat adalahlinearitas pengukuran dari keluaran DAC. Untukmasukan 0000 0000 b keluaran tegangan adalah 0 volt(menggunakan V reff sebesar 12,02 volt dari powersupply). Keluaran berubah secara linear sampaimaksimum mendekati 12,02 volt saat masukan 11111111 b . Pengujian linearitas rangkaian ini juga dapatdilakukan dengan menggunakan osiloskop, yaitudengan menghubungkan probe channel CH1 padakeluaran DAC, dengan memberikan nilai masukkan1111 1111 b maka akan didapatkan hasil keluaran yangditunjukkan pada osiloskop seperti pada Gambar 17.osiJ312345678PD5PD4PD3131415121524611109U1X0X1X2X3X4X5X6X716INHABC40518VSSVDD7-12vVEEGambar 19. Rangkaian switching frekuensiX3osilatorJ41CON1Pengujian rangkaian ini menggunakan osiloskop,dengan melihat sinyal masukan dan keluarangelombang sinus pada frekuensi tertentu padarangkaian ini. Hasil pengujian didapatkan bentukgelombang tidak berubah setelah melalui rangkaiantersebut.Gambar 17. Tampilan osiloskop pada nilai DAC 1111 1111 bPada tampilan osiloskop didapatkan untuk nilaiDAC 1111 1111 b diperoleh kenaikan 2 div dari posisiawal. Saat nilai masukan 1000 000 b diberikan makaakan didapatkan hasil keluaran yang ditunjukkan padaosiloskop pada Gambar 18.Gambar 18. Tampilan osiloskop pada nilai DAC 1000 0000 bGambar 20. Gelombang sinus masukan dan keluaran padarangkaian switching frekuensi ( frekuensi 1000 Hz)Rangkaian DC Volume KontrolChannel 2gelombang sinusmasukanChannel 1gelombang sinuskeluaranRangkaian ini berfungsi sebagai pengaturbesarnya taraf intensitas yang dikeluarkan olehaudiometer, rangkaian ini merupakan penguattegangan yang penguatannya (gain) diatur melaluiperubahan tegangan DC yang diberikan oleh keluaranDAC. Rangkaian ini menggunakan IC LM 13600,yang didalamnya terdapat 2 Op-amp, namun padarangkaian ini hanya memanfaatkan 1 Op-amp pada ICD 59

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8LM 13600. Rangkaian DC volume control sebagaipengatur taraf intensitas pada audiometer dapat dilihatpada Gambar 21.J141DAC2R1730k1 3osilatorR145kR1030k+12vR1613k-12v116710152611AMPBIN1AMPBIN2BUFIN1BUF1N2DB2DB1U434IN1+13IN1-14IN2-IN2+VCC-VCC+LM13600OUT1OUT2BUFOUT1BUFOUT2512Gambar 21. Rangkaian DC volume kontrol89headR155k-12vPembahasan Analisa Data PengukuranData FrekuensiDari hasil data penelitian yang diperoleh,pengukuran outputan frekuensi 125Hz, 250Hz,500Hz, 1000Hz, 2000Hz, 4000Hz, dan 8000Hzdengan sebanyak 5 kali pengukuran ( Tabel 5.1 )mempunyai hasil rata-rata yang sama dengan inputanatau dengan kata lain hasil dari outputan rangkaianosilator dengan outputan pada rangkaian amplifiersama saat diukur menggunakan osiloskop. Dengandemikian tingkat kesalahan outputan frekuensi yangdihasilkan mendekati 0% untuk semua frekuensi.Gambar hasil outputan frekuensi lainnya terdapatpada lampiran 2.Data dBAnalisa data 40 dB dari tabel 4.2 untuk data 40dB didapat nilai rata-rata sebesar 38,21. Nilai 38,21merupakan nilai atau hasil pembagian dari 10 datayang diambil dari rata-rata outputan 40 dB pada tiapfrekuensi. Nilai % error sebesar 4,47 %. Sedangkannilai standart deviasi sebesar 3,35. Jika standarddeviasi semakin kecil maka data tersebut semakinpresisi. Untuk nilai ketidak pastian type A adalahsebesar 1,27. Semakin kecil nilai ketidakpastianartinya data yang disajikan semakin dipercaya.Analisa data 50 dB dari tabel 4.2 untuk data 50dB didapat nilai rata-rata sebesar 49,54. Nilai 49,54merupakan nilai atau hasil pembagian dari 10 datayang diambil dari rata-rata outputan 50 dB pada tiapfrekuensi. Nilai % error sebesar 0,91 %. Sedangkannilai standart deviasi sebesar 1,60. Jika standarddeviasi semakin kecil maka data tersebut semakinpresisi. Untuk nilai ketidak pastian type A adalahsebesar 1,06. Semakin kecil nilai ketidakpastianartinya data yang disajikan semakin dipercaya.Analisa data 60 dB dari tabel 4.2 untuk data 60dB didapat nilai rata-rata sebesar 61,94. Nilai 61,94merupakan nilai atau hasil pembagian dari 10 dataR1230kyang diambil dari rata-rata outputan 60 dB pada tiapfrekuensi. Nilai % error sebesar 3,23 %. Sedangkannilai standart deviasi sebesar 1,35. Jika standarddeviasi semakin kecil maka data tersebut semakinpresisi. Untuk nilai ketidak pastian type A adalahsebesar 0,51. Semakin kecil nilai ketidakpastianartinya data yang disajikan semakin dipercaya.Analisa data 70 dB dari tabel 4.2 untuk data 70dB didapat nilai rata-rata sebesar 72,24. Nilai 72,24merupakan nilai atau hasil pembagian dari 10 datayang diambil dari rata-rata outputan 70 dB pada tiapfrekuensi. Nilai % error sebesar 3,20 %. Sedangkannilai standart deviasi sebesar 1,85. Jika standarddeviasi semakin kecil maka data tersebut semakinpresisi. Untuk nilai ketidak pastian type A adalahsebesar 0,70. Semakin kecil nilai ketidakpastianartinya data yang disajikan semakin dipercaya.Dari data analisa diatas 40 dB memiliki tingkatpersentase error dan standart deviasi paling tinggidibandingkan yang lain sebesar 4,47% dan 3,35. Halini dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain :Pertama, pada tahap awal pengujian audiometerdilakukan dengan mengambil data hubungan antarasetiap kenaikan nilai DAC (0 D – 255 D ) denganbesarnya nilai taraf intensitas (dB) menggunakansound level meter. Keluaran nilai DAC diatur olehmikrokontroler dengan kenaikan 1 setiap rentangwaktu 8 detik mulai dari 0 hingga nilai maksimum255 (8 bit) pada frekuensi 1000Hz. Setelah itu datadiolah untuk mendapatkan suatu persamaan fungsiyang merupakan hubungan antara kenaikan data DACdengan besarnya nilai taraf intensitas. Seperti padagambar grafik 23.Gambar 23. Grafik hubungan DAC dengan taraf intensitasPada data yang telah diambil nilai DAC dari 0sampai 31 yaitu sebesar 48,53 dB. Nilai Tarafintensitas yang terukur tersebut adalah noise suarapada ruangan sehingga saat terjadi kenaikan nilaiDAC dari 0 sampai 14, nilai taraf intensitasnya masihkurang dari sama dengan 48,53 dB.Grafik hubungan dari data tersebut adalahlogaritmik sehingga persamaan hubungan dari keduadata tersebut digunakan sebagai penentuan nilai dBpada setiap kenaikan DAC. Pada Gambar 6.11didapatkan persamaan y = 17,91Ln(x) – 15,843,dengan sumbu-x merupakan DAC dan sumbu-yadalah taraf intensitas dB, sehingga Ln(x) = (y +15,843)/17,91, maka x = exp((y + 15,843)/17,91).Persamaan tersebut kemudian dimasukkan dalamD 60

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8program utama mikrokontroler yang nantinya akanmemproses nilai keluaran DAC pada taraf intensitastertentu.Kedua, persamaan fungsi yang digunakan adalahfungsi persamaan dari data frekuensi 1 KHz untukseluruh frekuensi sehingga menyebabkan outputandari headphone kurang sesuai pada saat frekuensiselain 1 KHz, sedangkan apabila kita lihat darigambar grafik 4.4, 4.5, 4.6, dan 4.7, output dB padaheadphone sudah hampir mendekati nilai intensitasyang diinginkan.Ketiga, penempatan sensor SLM (sound pressurelevel) pada headphone saat melakukan pengukuranmaupun pengambilan data juga berpengaruh besarKeempat, penggunaan headphone yang belumsesuai dengan standart juga dapat menyebabkanoutputan dB tidak sesuai.Kelima kondisi lingkungan saat pengambilan datajuga berpengaruh dalam hal ini. Karena saat noisedisekitar tinggi maka alat SLM tidak mungkin dapatmendeteksi dB rendah.Keenam, alat ukur sound level meter memilikispesifikasi hanya mampu mendeteksi dB minimanpada 30 dB. Hal ini juga berpengaruh, karena tidakdapat mengukur intensitas bunyi yang dihasilkankurang dari 30 dB.Data Hasil Diagnosa terhadap PasienDari data tabel analisa terhadap pasiendidapatkan hasil, dimana pasien pertama selamapengukuran sebanyak 3 kali diperoleh hasil rata-ratatelinga kanan sebesar 19 dB. Sedangkan untuk telingakiri rata-ratanya sebesar 17 dB. Sehinggamenghasilkan diagnose pendengaran normal padatampilan LCD. Jadi untuk telinga kanan dan telingakiri mampu mendengar pada intensitas terendahberkisar 0 dB – 25 dB. Sedangkan dari data grafikpasien pertama antara telinga kanan dan kiri memilikiintensitas dB yang besar pada frekuensi 4KHz. Untuktelinga kanan sekitar 34 dB dan telinga kiri 28 dB.Hal ini dapat menyebabkan melemahkan pendengaranpada kata-kata yang masuk pada frekuensi tinggitersebut.Dari pasien kedua selama pengukuran sebanyak 3kali diperoleh hasil rata-rata yang sama pada telingakanan dan kiri sebesar 17 dB. sehingga menghasilkandiagnose pendengaran normal pada tampilan LCD.Jadi untuk telinga kanan dan telinga kiri mampumendengar pada intensitas terendah berkisar 0 dB –25 dB. Sedangkan dari data grafik pasien kedua antaratelinga kanan dan kiri memiliki intensitas dB yangbesar pada frekuensi 4KHz dan 2KHz pada telingakanan saja. Untuk frekuensi 4KHz, telinga kanansekitar 28 dB dan telinga kiri 30 dB. Sedangkanfrekuensi 2KHz tepat pada 25 dB. Hal ini dapatmerugikan, karena menyebabkan melemahkanpendengaran pada kata-kata yang masuk padafrekuensi tinggi tersebut(consonant sound).Dari pasien ketiga selama pengukuran sebanyak 3kali diperoleh hasil rata-rata yang sama pada telingakanan dan kiri sebesar 20 dB. sehingga menghasilkandiagnose pendengaran normal pada tampilan LCD.Jadi untuk telinga kanan dan telinga kiri mampumendengar pada intensitas terendah berkisar 0 dB –25 dB. Sedangkan dari data grafik pasien kedua antaratelinga kanan dan kiri memiliki intensitas dB yangbesar pada frekuensi 4KHz dan 2KHz pada telingakanan saja. Untuk frekuensi 4KHz, telinga kanansekitar 33 dB dan telinga kiri 28 dB. Hal ini dapatmerugikan, karena menyebabkan melemahkanpendengaran pada kata-kata yang masuk padafrekuensi tinggi tersebut(consonant sound).KESIMPULANDari analisis data dan pembahasan yangdilakukan dalam penelitian ini dapat diperolehkesimpulan sebagai berikut :7.1.1 Telah dapat dibuat audiometer berbasismikrokontroler AVR ATmega 8535 dan dapatbekerja dengan baik dengan LCD karakter 2 x16 sebagai tampilan diagnosa .7.1.2 Audiometer ini mampu menghasilkan besar tarafintensitas hingga 70 dB.7.1.3 Rata-rata persentase kesalahan dari intensitasyang dimiliki audiometer ini adalah sebesar 4,47%. Sedangkan persentase kesalahan terhadapfrekuensi yang dimiliki audiometer ini adalahsebesar 0%, sehingga dapat disimpulkan untukaudiometer pada alat ini sudah memenuhistandart karena kurang dari ketentuan toleransierror sebesar 10%.7.1.4 Dari data hasil diagnosa dapat disimpulkanbahwa alat ini dapat menghasilkan diagnosaterhadap beberapa pasien yang ditampilkan padaLCD karakter 2x16. Hasil diagnose dari 3 pasienadalah normalUCAPAN TERIMA KASIHTerima kasih kepada kakak sepupuku WempyGatot S. yang telah meluangkan waktu untukmembantuku, dan memberikan saran-saran sehinggasaya dapat menyelesaikan skripsi ini. Dan tidak lupakepada dosen-dosenku, Pak Triwiyanto, dan PakDewa terima kasih atas masukkannya.DAFTAR PUSTAKAAfriani D.,Yussy. 2007. Presbiakusis. Seminar IlmuPenyakit Dalam. Bandung.Cameron, J.R., 2006, Fisika Tubuh Manusia,Diterjemahkan oleh Brahm U, pendit, Edisi 2,Penerbit Buku Kedokteran EGC , Jakarta.Gatot Sukowaloyo ,Wempy, 2011. Rancang BangunAudiometer dengan Tampilan AudiogamDigital Berbasis Mikrokontroler AVR ATmega8535, Skripsi, Departemen Fisika, FakultasSains dan Teknologi, Universitas Airlangga,Surabaya.Hull, David, 2008, Dasar-Dasar Pediatric, Ed,3,Penerbit Buku Kedokteran EGC, Jakarta.D 61

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Joseph, Fanny, 2008, Rancang Bangun AudiometerBerbasis Mikrokontroler AT89s51, TugasAkhir, Akademi Teknik Elektromedik,Surabaya.Rukmini, S., Herawati, S., 2000, Teknik PemeriksaanTelinga Hidung Tenggorok, Penerbit bukuKedokteran EGC, Jakarta.Tipler, P.A, 1998, Fisika untuk Sains dan Teknik JilidI, Erlangga, Jakarta.Triwiyanto . 2011. Petunjuk Praktikum AVR ,Jurusan Teknik Elektromedik, PoltekkesKemenkes Surabaya.National Health and Nutrition Examination Survey,January 2003.pdfBasic Physics of Sound & the Decibel Scale, TahaniAlothman, 2009.pdfD 62

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Rancang Bangun Sun Simulator Menggunakan Light Emitting Diode Untuk UjiKarakteristik Single Solar CellAri W. 1 , Hanjoko P. 2 , Hadi N. 3Program Studi Fisika Fakultas MIPA Universitas Negeri Jakarta, DKI Jakarta, 13220Email :sayariwz@yahoo.co.idAbstrakTelah dilakukan penelitian pada pengukuran arus dan tegangan untuk mengetahui karakteristik singel solar cellmenggunakan sun simulator. Light Emitting Diode dengan pancaran warna putih, biru, hijau dan merahdigunakan sebagai sumber pencahayaan dalam sun simulator. Perbedaan panjang gelombang daripencahayaan LED mengenai single solar cell mempengaruhi hasil konversi cahaya menjadi energi listrik.Pencahayaan LED berwarna putih memiliki hasil konversi cahaya tertinggi dengan nilai 39,36 mW kemudiandiikuti pencahayaan LED berwarna biru dengan nilai 34,38 mW, hijau dengan nilai 21,81 mW, dan merahdengan nilai 13,2 mW. Pancaran sinar LED tidak memiliki sifat panas sehingga arus dan tegangan dihasilkantidak berkurang karena panas. Sun Simulator dengan pencahayaan LED lebih baik digunakan untukkarakterisasi single solar cell karena kurva arus dan tegangan dihasilkan sesuai dengan kurva sel surya arusdan tegangan standard untuk sel surya.Kata Kunci: Single Solar Cell, Sun Simulator, Kurva Karakteristik Sel Surya, LEDPendahuluanPengembangan sel surya membutuhkanpengetahuan dari karakteristik sel surya yangdigunakan untuk mendapatkan hasil konversi energiyang maksimal. Karakteristik dari sel surya inidigambarkan oleh kurva arus dan tegangan (kurva I-V). Kurva ini dapat diukur dari efisiensi sel suryadalam mengubah energi dari cahaya matahari menjadienergi listrik. Sel surya bekerja maksimum padatingkat pencahayaan tertentu dari sumber cahayauntuk mengubah keluaran berupa arus listrik dantegangan. Pencahayaan yang diterima sebagiandiserap dan sebagian dipantulkan oleh bahan selsurya.Penelitian ini bertujuan untuk mensimulasikanpanjang gelombang terbaik hingga didapatkankeluaran makasimum dari sel surya. Penelitian inimenggunakan simulasi matahari buatan (SunSimulator) dengan menggunakan LED (LightEmitting Diode) untuk mendapatkan karakteristik selsurya pada kurva I-V. Hasil akhir kurva karakteristikpengamatan dibandingkan dengan kurva hasil modelsel surya untuk mengetahui ketepatan dari sunsimulator.Tinjauan PustakaSEL SURYASel surya adalah alat yang dapat mengkonversicahaya matahari secara langsung menjadi energilistrik. Sel surya tersusun atas sambungan pn (pnjunction). Sumber cahaya yang mengandung energifoton dikenakan pada sel surya yang memiliki celahenergi (Eg). Hal ini mengakibatkan elektron pada pitavalensi memiliki energi cukup untuk berpindah kepita konduksi dan meninggalkan lubang (hole). Selsurya bagian yang terdepan terkena pencahayaan lebihbanyak dari selsurya bagian belakang. Keadaan inimengakibatkan perbedaan konsentrasi hole danelektron yang dihasilkan lebih banyak di bagian depandaripada bagian belakang sel surya. Sehingga elektrondan hole bergerak berlawanan yang menghasilkanarus listrik. Jika sumber cahaya diperbesar maka arusyang mengalir pun menjadi lebih besar sehinggafenomena ini disebut photovoltaic.Arus dan tegangan yang dihasilkan sel suryadipengaruhi oleh bahan pembuatnya. Sel surya dibuatdari bahan semikonduktor dan pada umumnya adalahsilikon. Silikon monokristal memiliki efisiensi 15%dan secara visual sel surya warna merata. Silikonpolikristal memiliki efisiensi 12%-15% dan tersusundari banyak Kristal sehingga secara visual warna tidakmerata. Jenis amorf merupakan jenis sel suryaberbentuk lembaran dan memiliki efisiensi 5%-7%.Sifat karakteristik sel surya dapat diamatiberdasarkan kurva arus-tegangan yang dihasilkan olehsel surya pada kondisi pencahayaan dan beban yangberbeda.Gambar 1. Kurva karakteristik I-V sel suryaJika jumlah energi cahaya matahari yang diterimaoleh sel surya berkurang atau intensitas cahayamatahari melemah maka besar tegangan dan aruslistrik yang dihasilkan juga akan menurun. Penurunantegangan relatif lebih kecil dibandingkan penurunanD 63

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8arus listriknya. Hal ini dapat dilihat pada kurva dibawah ini.Gambar 2. Kurva karakteristik I-V sel surya terhadap intensitasSel surya bekerja maksimum pada suhu konstan(25 0 C) dan jika melebihi suhu tersebut maka akanterjadi mempengaruhi fill factor karena menurunkanteganan open circuit (V OC ). Keadaan inimempengaruhi dan menurunkan efisiensi dari selsurya yang bekerja. Namun keadaan pada suhu naikmembuat besarnya arus meningkat.Gambar 3. Kurva karakteristik I-V terhadap perubahan suhuSUN SIMULATORSun Simulator digunakan untukmensimulasikan cahaya matahari di ruangan tertutup.Ketika sun simulator digunakan maka penelitianterhadap karakteristik sel surya tidak lagi bergantungdengan matahari dan khawatir akan cuaca. AdalahLED (Light Emitting Diode) dimanfaatkan sebagaisumber cahaya pengganti matahari dalam penelitiansun simulator ini. LED dipilih karena cahaya keluarandari LED bersifat dingin dan tidak ada sinar lainseperti ultra violet atau pun energi panas yangdipancarkan. Sehingga hanya panjang gelombangyang dipancarkan melaui warna LED saja digunakanuntuk mengkarakteristik sel surya.Sun simulator tersusun atas rangkaian LEDsebagai sumber pencahayaan, reflektor berupa cermindatar yang mengelilingi rangkaian LED dan sel surya.LED difokuskan ke arah sel surya yang dikelilingireflektor dalam ruang tertutup. Guna ruang tertutupini adalah agar cahaya tidak keluar sehingga tidak adaenergi yang hilang.A. LED, Light Emitting DiodeLED, Light Emitting Diode, merupakan suatusemikonduktor sambungan PN yang memancarkancahaya jika diberi bias maju. Semikonduktor tipe Nmempunyai sejumlah elektron bebas. Sedangkansemikondukor tipe P memiliki sejumlah hole. Jikasemikonduktor tipe N dan P disambungkan akanterbentuk suatu celah energi. Hole maupun elektronbebas tidak memiliki cukup energi untuk salingmengisi. Apabila diberi suatu tegangan maju makabesarnya celah energi akan mengecil, sehinggaelektron bebas memiliki cukup energi untukberpindah melewati celah dan elektron akan turun kekulit terluar dan kemudian mengisi hole. Energi yangdilepaskan pada peristiwa itu akan diubah menjadienergi cahaya dalam bentuk foton.Keunggulan dari LED yaitu ukuran yang dimilikimini dan praktis. Cahaya keluaran dari LED bersifatdingin dan tidak ada sinar ultra violet maupun energipanas yang dipancarkan. Keistimewaan lain dari LEDadalah memiliki efisiensi energi yang lebih tinggidibandingkan dengan lampu lain, dimana LED lebihhemat energi 80 % sampai 90% dibandingkan lampulain. LED memilki waktu penggunaan yang lebihlama hingga mencapai 100 ribu jam. Umur LED puntidak terpengaruh jika menghidupkan danmenyalakannya secara terus menerus dan tidakmemancarkan sinar inframerah atau pun sinar ultraviolet. LED tersedia dalam beberapa warna. LED puntidak memerlukan reflektor sebagai mediapemantulnya karena LED telah didesain denganselubung plastik cembung sehingga cahaya lurus danmerata.TEORI WARNA CAHAYASir Isaac Newton mengungkapkan bahwa warnaadalah cahaya. Pernyataan ini berdasarkan padaeksperimennya menggunakan cahaya dan prisma.Cahaya putih matahari yang diloloskan pada sebuahcelah, kemudian cahaya itu dilewatkan pada sebuahprisma. Cahaya tersebut terurai menjadi cahaya yangberwarna merah, jingga, kuning, hijau, biru, nila danungu. Jika cahaya berwarna tersebut dikumpulkan dandilewatkan kembali ke prisma maka cahaya putih punkembali muncul. Kemudian warna-warna tersebutdikenal dengan spektrum warna.Gambar 4. Spektrum cahaya pada prismaJika melihat eksperimen Newton maka dapatdiambil kesimpulan bahwa cahaya putih mataharimemiliki panjang gelombang sekitar 400 nm - 760nm. Berikut ditampilkan tabel spektrum warna dangambar spektrum gelombang elektromagnetik:D 64

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Metodologi PenelitianTabel 1 : Spektrum warnaMetodologi yang digunakan adalah metodepengembangan penelitian sebelumnya yangmenggunakan Sun Simulator dengan pencahayaanlampu halogen. Penelitian dengan lampu halogenmenggunakan sumber daya cukup besar untukmenghidupkan lampu tersebut. Hal ini membutuhkanbiaya besar dan kurang efisien untuk karakterisasisolar cell. Penelitian ini menggunakan sun simulatorLED dengan disign seperti berikut:Gambar 5. Skema pengambilan data pada sun simulatormenggunakan LEDHasil dan PembahasanA. PENGARUH VARIASI PENCAHAYAANWARNA LED PADA SINGLE SOLAR CELLSel surya merupakan sebuah alat yang dapatmengubah energi cahaya menjadi energi listrik secaralangsung. Proses mengubah energi cahaya ini terjadimelalui efek fotolistrik. Efek fotolistrik adalahperistiwa terlepasnya elektron dari suatu logam yangdisinari dengan panjang gelombang tertentu. MenurutEinstein, cahaya dipandang sebagai sebuah paketenergi atau foton dan besar energinya bergantungpada frekuensi cahaya yang menyinarinya.Sel surya terbuat dari sambungan kedua jenissemikonduktor yaitu semikonduktor tipe n dan tipe p.Sambungan kedua jenis semikonduktor ini akanmembentuk persambungan (junction) PN. Pada batassambungan akan timbul sebuah celah energi (Eg)yang membatasi pita valensi dengan pita konduksi.Celah energi sebesar 1,11 eV, artinya bila elektronpada pita valensi memperoleh energi foton yang lebihbesar dari 1,11 eV maka elektron tersebut akanmampu melewati celah energi dan berpindah menujupita konduksi. Perpindahan elektron-elektron inimenyebabkan rjadinya aliran elektron pada pitakonduksi hingga terjadilah aliran arus listrik Arus dantegangan yang dihasilkan ketika sel suryamemperoleh penyinaran cahaya merupakankarateristik sel surya. Karakteristik i selaluditampilkan dalam grafik hubungan arus dantegangan.. Hasil yang didapat sesuai dengan refrensibahwa semakin besar panjang gelombang makasemakin kecil energi yang dihasilkan.B. KARAKTERISTIK SINGLE SOLAR CELLDENGAN PENCAHAYAAN LEDKarakteristik dari empat single solar cell yangdigunakan memiliki perbedaan pada konversi energi.Bahan penyusun dan luas penampang dari single solarcell memiliki pengaruh besar terhadap penyerapanenergi foton menjadi energi listrik. Semakin luaspermukaan single solar cell maka semakin besarkemampuan untuk menyerap energi foton yangmengenai permukaan single solar cell.1. Single Solar Cell Polikristal berukuran 25 cm 2Penggunaan sun simulator pada single solar cellpolikristal berukuran 25 cm 2 dengan pencahayaanLED bervariasi warna menghasilkan karakteristiksebagai berikut:Tabel 2. Hasil karakteristik single solar cell berukuran 25 cm 2Gambar 6. Grafik karaktereistik single solar cell denganpenyinaran variasi LED berwarna pada single solar cellGambar 7. Grafik karakteristik single solar cell berukuran 25 cm2Grafik di atas menggambarkan konversipencahayaan LED dengan variasi warna menjadienergi listrik pada hasil keluaran single solar cell.D 65

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pencahayaan dengan LED berwarna putih memiliki Tabel 4. Hasil karakteristik single solar cell berukuran 33.3 cm 2konversi daya tertinggi dikarenakan cahaya putihmerupakan cahaya tampak yang terdiri dari beberapawarna. Pengaruh bahan polikristal yang menyusun selsurya merupakan salah satu penyebab. Sel suryadengan jenis polikristal tersusun acak dari banyakkristal Pencahayaan dengan LED berwarna putihmenghasilkan daya maksimum 821.646 µWkemudian menurun tajam untuk pencahayaan warnaGrafik dan tabel di atas menujukan hasil konversiLED biru menghasilkan 156.646 µW.pencahayaan LED menggunakan sun simulator padasingle solar cell polikristal. Grafik di atas2. Single Solar Cell Polikristal berukuran 36 cm 2menggambarkan bahwa terdapat gangguan dari singleKarakteristik single soalr cell polikristal berukuransolar cell yang digunakan. Spektrum dari(0.6 x 0.6) m 2 menggunakan sun simulator denganpencahayaan dengan LED biru menunjukan grafikpencahayaan LED digambarkan dalam grafik dansedikit bergelombang. Kualitas yang kurang dari seltabel berikut:surya dan pengambilan data menjadi penyebab darihal ini. Tabel di atas menunjukan bahwa efisiensi darisingle solar cell ini termasuk kurang baik karenauntuk jenis poliskristal efisiensi dalam rentang 12%-15%.4. Single Solar Cell Monokristal berukuran 82.56cm 2Gambar 8. Grafik karakteristik single solar cell berukuran 36 cm 2Tabel 3. Hasil karakteristik single solar cell berukuran 36 cm 2Gambar 10. Grafik karakteristik single solar cell berukuran 82.56cm 2Tabel di atas menunjukan bahwa efisiensi single Tabel 5. Hasil karakteristik single solar cell berukuran 82.56 cm 2solar cell tidak berubah untuk karakterisasimenggunakan sun simulator dengan pencahayaanLED. Pencahayaan LED putih tetap menunjukankoversi daya tertinggi seperti pada single solar cellsebelumnya. Pencahayaan dengan LED putihmenghasilkan daya maksimum 16.06 mW dan 12.67mW untuk pencahayaan LED biru. Penurunan ini Karakterisasi single solar cell monokristaltidak terlalu tinggi yang menunjukan bahwa jenis menggunakan variasi warna LED menghasilkan nilaipolikristal yang dipakai tersusun dari banyak kristal efisiensi identik untuk semua pancaran warna LED.dengan kualitas baik. Kemudian efisiensi single solar Efisiensi dari single solar cell monokristal ini 14.88%cell polikristal berukuran (0.6 x 0.6)m 2 sebesar dan termsuk tinggi karena efisiensi untuk jenis ini14.44% untuk seluruh pencahayaan LED.berkisar 15%. Hasil daya keluran maksimum dari3. Single Solar Cell Polikristal berukuran 33.3 cm 2 single solar cell dengan pencahayaan LED berwarnaputih 39.363mW.Hasil karakterisasi single solar cell berukuran Karakterisasi single solar cell polykristal dengan33.3 cm 2 digambarkan pada grafik dan tabel berikut ukuran berbeda pun memiliki efisiensi sama padaini:sumber pencahayaan variasi warna LED. Luaspermukaan single solar cell yang terkena cahayamempengaruhi hasil konversi energi dari cahayamenjadi energi listrik. Semakin besar luas permukaansingle solar cell yang terkena cahaya maka semakinbesar arus dan tegangan dihasilkan. Pancaran cahayaputih dari LED yang digunakan sebagai pencahayaankarakterisasi single solar cell memiliki hasil konversitertinggi dari warna lainnya.Gambar 9. Grafik karakteristik single solar cell berukuran 33.3 cm 2D 66

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8C. PERBANDINGAN KARAKTERISTIKSOLAR CELL PENCAHAYAAN LED DENGANLAMPU HALOGENGambar 11. Grafik karakteristik solar cell dengan pencahayaanLED 12 W dengan suhu 27 0 CGambar 12. Grafik karakteristik solar cell dengan pencahayaanlampu halogen 1000W dengan suhu 34 0 CGrafik di atas menggambarkan karakteristik solarcell dengan pencahayaan LED dan lampu halogenGrafik karakteristik solar cell menggunakan lampuhalogen terlihat lebih menurun. Suhu memilikiperanan penting pada kurva kurva karakteristik solarcell. Komponen semikonduktor seperti diode sensitifterhadap perubahan suhu, begitu pula solar cell. Halini dikarenakan suhu menurunkan band gapsemikonduktor. Panas yang timbul akan mengurangikemampuan solar cell untuk mengkonversi cahayamenjadi energi listrik. Panas yang menyertaipencahayaan lampu halogen membuat daya berupaarus dan tegangan berkurang sehingga grafikmenurun.Karakterisasi solar cell menggunakan LEDmemiliki grafik karakteristik sesuai dengan referensi.Hal ini dikarenakan LED memiliki dapat mengubahenergi listrik menjadi cahaya sekitar 80%-90%.Pencahayaan dengan LED pada karakterisasi solarcell tidak mengubah suhu sekitar. Kemampuan solarcell maksimal untuk konversi energi foton cahayamenjadi energi listrik.KesimpulanKesimpulan dari hasil penelitian yang telahdilakukan adalah sebagai berikut:1. Sun Simulator menggunakan pencahayaan LEDdapat digunakan untuk karakterisasi single solarcell yang belum diketahui.2. Sun Simulator dengan LED baik digunakan untukkarakterisasi solar cell karena grafik hasilkeluaran berupa arus dan tegangan dari sel suryaD 67sesuai dengan kurva arus tegangan standar selsurya.Saran1. Penelitian untuk sun simulator denganpencahayaan LED selanjutnya dapat menggunaanLED Super Bright yang sudah terterakaraketeristik dari pencahayaan. Sehingga dapatdibandingkan dengan intensitas dalam rangkaiandan dalam karakteristik pembuatan.2. Penelitian selanjutnya dapat menambahkan sistemkontrol pada LED sun simulator agar membuatpengujian sel surya pada berbagai ukuran lebihmudah.Daftar PustakaAnonim. 2001. LED Information and Technical Data.http//www.theledlight.com (diakses padatanggal 2 Juni 2012 pada pukul 15.10.Bliss, M., T.R. Betts, R. Gootshalg. 2008.Advantages In Using LEDS As The mainLight Source In Solar Simulators ForMeasuring PV Device Characteristics. Proc.of SPIE.10148:1-11.Klein, Zach, Ali M. Bazzi, Kevin Kdan MicahSweeny. 2010. Solid Statte, Light Simulator.Gramger Center For Elektric Machinery andElectromechanics. 1-53.Kohraku S dan Kuraokawa K. 2006. A FundamentalExperiment for Discrete Wavelength LEDSolar Simulator. Solar Energi Materials andSolar Cells 90. 3364Kohraku S dan Kuraokawa K. 2003. New MethodsFor Solar Cells Measurement By LED SolarSimulator. Solar Energi Materials and SolarCells 1977-1980.Namin, Anon, Chaya Jlvacate, Dhlrayul Chenvldhya,Krlssanpong Klrtlkara dan JutturltThongron.2012. Constraction of TungstenHalogen, Pulsed LED, and CombinedTungsten Halogen-LED Solar Simulators forSolar Cell I-V Characterization and ElectricalParameters Determination. InternationalJournal of Photoenergy.527820.Sidopekso, Satwiko dan Vony Yumanda. 2010.Pegaruh Penggunaan Cermin Datar DalamRuang Tertutup Pada Sel Surya Silikon. ISSN.1410-9662.Siregar, Masbah T. 1998. Fundamental of Light Wave.Jakarta: Telkoma LIPISony. 2010. OLED, What Is It And How It Works.United State: Sony Electronics.Wibowo, Arymukti. 2011. Studi Rancang Bangun SunSimulator Untuk Pengukuran Karakteristik SelSurya Polycrystalline Si Tipe SX 50 U, Skripsi.Jakarta: Jurusan Fisika Fakultas Matematikadan Ilmu Pengetahuan Alam UniversitasNegeri Jakarta.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Rancang Bangun Mesin Pemerah Susu Sapidengan Sistem Elektro Pneumatikuntuk Meningkatkan Produktivitas Sapi Perah dan Kualitas Susu SapiArief Abdurrakhman 1 , Bambang Sampurno 21,2 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberEmail : arief_smile13@yahoo.comAbstrakSaat ini di Indonesia tingkat masyarakat untuk mengkonsumsi susu relatif rendah. Data yang dilansir olehKementerian Pertanian menyebutkan bahwa tingkat konsumsi susu oleh masyarakat Indonesia pada tahun 2011adalah 11 liter per orang per tahun. Hal ini berarti rata-rata orang Indonesia hanya minum susu lima tetes per hari.Angka ini lebih rendah dibandingkan dengan Malaysia (27 liter/tahun), Jepang (38 liter/tahun), ataupun AmerikaSerikat (84 liter/tahun), dan Belanda (123 liter/tahun). Salah satu faktor dari rendahnya tingkat konsumsi tersebutadalah Indonesia belum bisa swasembada susu dan masih impor, terutama dari Selandia Baru. Sehingga saat initerdapat beberapa upaya dari berbagai pihak untuk meningkatkan tingkat konsumsi tersebut, salah satunyaadalah penggunaan mesin pemerah susu sapi yang didatangkan dari luar negeri (impor).Mesin pemerah susu sapi merupakan salah satu cara untuk meningkatkan produktivitas pemerahan yang adasaat ini. Namun masih ditemui beberapa kekurangan yang terdapat pada mesin tersebut, antara lain : tidakadanya pembatasan waktu pemerahan, interval fase perah-istirahat yang hanya sejenis pada 1 tipe mesin, danharga mesin pemerah susu sapi impor yang relatif tinggi untuk kalangan peternak sapi perah di Indonesia. Untukitu dalam penelitian ini dirancang sebuah mesin pemerah susu sapi dengan sistem elektro pneumatik agar dapatmengatasi beberapa kekurangan diatas. Melalui sistem ini pemerahan dapat dilakukan dengan teratur sesuaikondisi ambing sapi.Dalam mekanisme kerjanya, aktuator yang digunakan pada mesin ini berupa membran karet yang terpasangpada tabung pemerah susu (liner barrel). Fase perah-istirahat terjadi melalui pergerakan dalam bentuk perubahandiameter dari membran karet tersebut. Adapun spesifikasi dari beberapa komponen utama dalam mesin iniadalah power supply DC 24 volt 5 ampere, motor servo DC 24 volt, timer, dimer, liner barrel berdiameter 12mm, electric vacuum pump dan katup 5/2 single solenoid. Hasil perhitungan teknis yang didapat dari mesin iniadalah : nilai vakum yang dibutuhkan sebesar 22 bar; kerja yang dilakukan oleh membran karet dalam linerbarrel sebesar 3,54 joule; debit aliran tekanan udara sebesar 0,0028 m 3 /min; besarnya daya adalah 740 watt.Kata kunci : mesin pemerah susu sapi, elektro pneumatik, electric vacuum pumpPENDAHULUANSeiring dengan meningkatnya aktivitas manusiadi era globalisasi ini, maka tercipta beragam teknologiuntuk mendukung berbagai aktivitas yang semakinkompleks tersebut. Teknologi dapat didefinisikansebagai suatu tindakan yang bertujuan untukmemecahkan masalah-masalah praktis sertamenciptakan barang / jasa yang dapat dipasarkan dandapat memenuhi berbagai kebutuhan masyarakat(Granger, 1979). Kemajuan teknologi pun akan lebihbermanfaat apabila bisa dinikmati oleh berbagailapisan masyarakat.Sebagian besar kemajuan teknologi berkaitan eratdengan bidang otomasi, mulai dari peralatan rumahtangga, peralatan medis, inovasi teknologi di bidangpemesinan, peternakan, dan lain sebagainya. Sistemotomasi tersebut telah banyak memenuhi kebutuhanyang semakin kompleks dalam masyarakat, dan telahmerubah aktivitas yang rumit menjadi suatu aktivitasyang praktis dan efisien.Atas dasar itulah, maka saat ini telah banyak upayauntuk memudahkan pekerjaan manusia denganD 68menggunakan bidang otomasi, salah satunya adalah dibidang peternakan sapi perah, yaitu denganterciptanya mesin pemerah susu sapi. Beberapakeuntungan yang dapat diperoleh dari penggunaanmesin dalam pemerahan susu sapi adalah : (1)meningkatkan produktivitas pemerahan dengansiklusnya perahnya yang teratur, (2) menjaga susuagar tetap hygienis saat keluar dari ambing, karenatidak mengalami kontak udara, (3) menghindariterjadinya peradangan pada ambing akibat kurangsterilnya tangan pemerah susu. Mesin ini telah dikenalsecara luas di wilayah Eropa, namun tidak demikiandengan situasi yang ada di Indonesia. Peternak sapiperah di Indonesia masih enggan untuk menggunakanmesin dalam melakukan pekerjaannya. Ada berbagaialasan yang dapat dikemukakan dari rendahnyakeinginan peternak untuk menggunakan mesinpemerah susu impor tersebut (yang juga menjadikekurangan dari mesin yang ada saat ini), yaitu (1)relatif besarnya biaya yang harus dikeluarkan untukmembeli mesin, (2) pencarian suku cadang mesinyang masih relatif sulit didapatkan di Indonesia, (3)satu tipe mesin kebanyakan tidak dapat menyesuaikan

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8kondisi ambing pada tiap sapi, (4) pada umumnyamesin pemerahan sapi tidak dilengkapi dengan bataswaktu proses pemerahan, sehingga dapatmemungkinkan liner barrel tetap melakukanpemerahan di saat susu pada ambing sudah tidakmengalir. Hal ini menyebabkan tidak sehatnyaambing sapi.Fenomena ini dapat menjadi salah satu penyebabkurangnya pasokan produksi susu segar dalam negeri(SSDN) untuk memenuhi permintaan nasional, yaituhanya sekitar 20% dari total permintaan nasional.Selain itu, mutu susu segar dalam negeri juga belummampu memenuhi Standar Internasional (SI)khususnya untuk Total Plate Count (TPC)

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 2. Penampang tabung perah (liner barrel)Adapun mekanisme kerja dari mesin pemerahsusu sapi konvensional (impor) yang ada saat ini dipasaran adalah sebagai berikut :bagian luar dari lingkaran benda yang terdapat udaravakum = π/4.Do 2 (in 2 ,m 2 ); Do adalah Diameter bagianluar dari lingkaran benda yang terdapat udara vakum(in,m); P suction adalah Tekanan vakum dari dalambenda dalam satuan (psia, Pa abs); Ai adalah Areabagian dalam dari lingkaran benda yang terdapatudara vakum = π /4.Di 2 (in 2 ,m 2 ); Di adalah Diameterbagian dalam dari lingkaran benda yang terdapatudara vakum (in,m)Rumus diatas dapat dianalisis melalui gambardibawah ini. Pada gambar ini dijelaskan jalurdistribusi dari tekanan vakum dan juga tekananatmosfer yang bekerja pada suatu benda, dimanadistribusi udara vakum keluar melalui diameter Diyang nantinya udara vakum itu berfungsi untukmenempelkan Diameter Do.Gambar 2. Diagram alir mekanisme kerja mesin pemerah susu sapikonvensionalMekanisme kerja mesin pemerah susu sapidengan sistem konvensional terpusat pada sebuah alatyang dinamakan pulsator. Fungsi alat ini selainberfungsi untuk memberikan rasio pulsasi pada karetinflasi yang terdapat pada liner barrel, pulsator jugaberfungsi untuk memberikan interval perbedaan udaravakum yang berada didalam karet inflasi pada linerbarrel serta yang berada antara karet inflasi dan tubesteel pada liner barrel. Interval perbedaan udaravakum ini terjadi dikarenakan pergerakkan katup yangterdapat pada pulsator.Dalam perancangan mesin pemerah susu sapiini, terdapat beberapa perumusan teknis sebagaiberikut :1. Sistem PneumatikPerhitungan gaya dan tekanan menggunakanmekanisme udara vakum (Esposito, 2003) :F = P atm . Ao – P suction . Ai ……… (1)F adalah Gaya keatas benda yang menempel padasuatu benda (lb,N); P atm adalah Tekanan atmosferdalam satuan absolut (psia, Pa abs); Ao adalah AreaD 70Gambar 3. Skema kerja mangkuk vakumPerhitungan kapasitas (Q) tekanan udara vakumadalah sebagai berikut (Esposito, 2003):….. (2)Dimana P in merupakan daya yang masuk dalamsistem, dan P out adalah daya yang dikeluarkan olehsistem untuk melakukan kerja.METODOLOGI PENELITIANDalam penelitian ini sistem dasar yangdigunakan adalah sistem pneumatik. Untuk sistemotomasinya menggunakan sistem elektro pneumatik.Diagram alir dari rancang bangun mesin ini adalahsebagai berikut :

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 4. Diagram alir mekanisme kerja mesin pemerah susu sapidengan sistem elektro pneumatikAdapun beberapa perbedaan antara mesinpemerah susu sapi konvensional dengan mesinpemerah susu sapi dengan sistem elektro pneumatik,seperti yang terdapat pada tabel berikut ini :Tabel IPerbandingan sistem mesin pemerah susu sapi konvensional dengansistem elektro pneumatikvakum ke claw, yang kemudian claw akanmendistribusikannya pada keempat liner barrel.Ketika motor servo menyentuh limit switch pertamamaka karet inflasi akan mengempis sehinggamenyebabkan ambing sapi terpencet dan terperah.Kemudian ketika motor servo menyentuh limit switchkedua maka karet inflasi kembali mengembang, danfase istirahat terjadi.Mekanisme pengembangan dan pengempisankaret inflasi, rasio pulsasinya diatur oleh rangkaianelektro pneumatik yang terdapat pada panel box, yangoperasionalnya dipengaruhi oleh perputaran motorservo yang nantinya akan bersentuhan pada 2 limitswitch, dimana putaran motor servo dikonversikanpada sebuah konverter logam yang berbentuk dasarberupa lingkaran. Ketika motor servo menyentuh limitswitch pertama maka karet inflasi akan mengempis,kemudian pada saat putaran pada motor servomenyentuh limit switch kedua pada katup singleselenoid, maka karet inflasi akan mengembangkembali.Setelah liner barrel menempel pada ambingsapi dan aliran air susu sapi keluar, maka claw akanmendistribusikan aliran susu sapi tadi ke dalamtabung penampung susu sapi. Rasio pulsasi defaultyang digunakan pada mesin pemerah susu sapidengan sistem elektro pneumatik ini sebesar 60:40,yaitu 60% untuk fase perah dan 40% untuk faseistirahat. Kemudian pada mesin pemerah susu sapi initerdapat sebuah timer yang berfungsi untukmenghentikan proses pemerahan secara otomatissesuai dengan waktu yang telah direncanakan.HASIL DAN PEMBAHASANPada penelitian ini perhitungan teknisdilakukan dengan menghitung terlebih dahulu totalbeban (W) dari beberapa komponen yang menjadibeban pada vakum, sehingga dapat dirinci sebagaiberikut :W = 29,4 NPatm (4 liner barrel) = 4 (101000) = 404000 Pa absDo (pada liner barrel) = 57.10 -3 mDi (pada liner barrel) = 25.10 -3 mPada pers. (1) didapatkan :Mekanisme kerja mesin pemerah susu sapidengan sistem elektro pneumatik dimulai setelahpompa vakum menyala, kemudian mengkondisikanbeberapa komponen pada mesin pemerah susu sapimenjadi hampa udara. Setelah pompa vakum menyalabeberapa detik, maka tabung penampung susu akanmempunyai udara vakum, kemudian vakum tersebutmengalir ke claw sehingga mengakibatkan keempatliner barrel mempunyai udara vakum yang berfungsiuntuk menempelkan ke 4 liner barrel pada ambingsapi. Setelah itu pompa vakum juga akan mengalirkanOleh karena terdapat 4 liner barrel, maka :D 71

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Sedangkan untuk perhitungan A atm adalah sebagaiberikut :Sedangkan untuk aliran susu yang mengalir dariambing sapi ke dalam tabung penampung sususebesar 1,2 l/menit.Sirkui pneumatik yang digunakan untuksiklus pemerahan dalam mesin ini adalah sebagaiberikut :Gambar 5. Free Body Diagram liner barrel dan clawSehingga didapatkan :Gambar 6. Sirkuit pneumatik untuk rasio pulsasiKeterangan:1.0 : Aktuator berbentuk Liner Barrel1.01: 5/2 Way Single Selenoid Valve0.1 : Vacuum Source (electric vacuum pump)0.2 : Service unit (regulator)Selanjutnya dilakukan perhitungan gaya angkat(F) yang dibutuhkan agar liner barrel tetap menempelpada ambing sapi :Dari perhitungan diatas, maka Ps sebesar 22 barakan dapat mengangkat beban sebesar 29,4N.Selanjutnya hasil perhitungan kapasitas aliran udaravakum berdasarkan pers. (2) adalah sebagai berikut :Gambar 7. Mesin pemerah susu sapi dengan sistem elektropneumatikKESIMPULAND 72Hasil perhitungan teknis yang didapat dari mesinini adalah : nilai vakum yang dibutuhkan sebesar 22bar; kerja yang dilakukan oleh membran karet dalam

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8liner barrel sebesar 3,54 joule; debit aliran tekananudara sebesar 0,0028 m 3 /min; besarnya daya adalah740 watt. Semakin besar vakum yang yang diberikanpada mesin ini, maka semakin kuat pula liner barrelmenempel pada ambing sapi, sehingga dapatmeminimalisir potensi jatuhnya liner barrel pada saatpemerahan.SARANPerlu eksperimen lebih lanjut unutk mengurangisuara bising yang ditimbulkan oleh mesin, sehinggasapi perah tidak terganggu saat pemerahanberlangsung.DAFTAR PUSTAKAEsposito, Anthony (2003), Fluid Power WithApplications:Sixth Editions. Oxford: PrenticeHall International Inc.Warring, R.H. (1982), Pneumatik Hand Book.England: Trade and Technical Press Ltd.Norton, Robert. (1996), Machine Design, AnIntegrated Approach. New Jersey, PrenticeHall International.Oviatt, Mark D. (1981), Industrial PneumaticSystem. Georgia : The Fairmont Press, Inc.Akam, D.N. and SB Spencer (1992), Designand Operation of Milking MachineComponents. Chapter 5, Machine Milkingand Lactation, Insight Books, HuntingtonVermont, USA. AJ Bramley, FH Dodd, GAMein and JA Bramley Editors.Patoch, J.W., GA Mein, and DJReinemann(1996), Design of Pulsator Airlines toReduce Vacuum Fluctuations in MilkingSystems. ASAE Annual InternationalMeeting Technical paper No. 963020,Pazzona, A., L.Murgia, L. Zanini, M.Capasso, and DJ Reinemann (2003), DryTests of Vacuum Stability in MilkingMachines with Conventional Regulators andAdjustable Speed Vacuum Pump Controllers.ASAE Annual International MeetingTechnical Paper No. 033013.Reinemann, DJ, GA Mein, and MAJohnson (2003), Milking Machine Research:Past, Present and Future. Proc. 43rd annualmeeting of the National Mastitis Council,Fort Worth, Texas.Bruckmaier, R.M. (2001), Milk ejection duringmachine milking in dairy cows. Livest.Prod. Sci. 70: 121-124.Gorewit, R.C.; Svennersten, K.; Butler, W.R.;Uvnäs-Moberg, K. (1992), Endocrineresponses in cows milked by hand andmachine. J. Dairy Sci. 75: 443-448.Mein, GA, DJ Reinemann, N Schuring and IOhnstad (2004), Milking Machines AndMastitis Risk: A Storm In A Teatcup. Proc.43rd annual meeting of the National MastitisCouncil.Granger, John Van Nuys (1979), Technology andInternational Relations. San Francisco,W. H. Freeman, cop.D 73

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Studi Eksperimental Pengaruh Variasi Tegangan Listrik,Konsentrasi Katalis, dan Temperaturterhadap Optimalisasi Sistem Elektrolisis Brown’s GasArief Abdurrakhman 1 , Harus Laksana Guntur 21,2 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberEmail : arief_smile13@yahoo.comAbstrakSistem elektrolisis Brown’s Gas adalah suatu sistem elektrolisis air yang ditambah dengan katalisator yangdapat menghasilkan hidrogen dan oksigen murni yang memiliki nilai kalor dan oktan yang tinggi. Dalambeberapa penelitian yang telah ada menunjukkan bahwa penerapannya pada kendaraan bermotor dapatmeningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar dan meningkatkan torsi. Gas yang dihasilkan juga mengandunguap air yang dapat mendinginkan mesin dan menurunkan emisi NOx.Pada penelitian ini pengujian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari sistemelektrolisis Brown’s Gas berkaitan dengan optimalisasi sistem tersebut dalam beberapa kondisi yang ada.Pengujian dilakukan dengan menggunakan katalis KOH dengan variasi tegangan listrik, 3 macam konsentrasikatalis, dan 3 macam temperatur. Sistem elektrolisis menggunakan 1 kotak tempat elektroliis dan Power Supplyyang memiliki 6 variasi tegangan listrik. Luas elektroda yang digunakan sebesar 800 cm 2 yang terbuat dari bahanstainless steel tipe SUS 316.Hasil pengujian dari sistem elektrolisis yang telah dibuat menunjukkan bahwa nilai laju produksi optimum(berdasarkan perhitungan daya maksimal) terletak pada konsentrasi 30%, temperatur 30 °C dengan nilai0,0009123 liter/s; pengurangan larutan minimum terjadi pada temperatur 30 °C, tegangan listrik 1,2 volt dengankonsentrasi 30%, yaitu pengurangan aquades sebesar 0,753 x 10 -3 ml/gr.menit; terjadi 0,012714 gram air yangdiuapkan setiap detik; total nilai laju massa air sebesar 0,024364 gram/s, sehingga dapat memberikan kontribusisebesar 14% kebutuhan tambahan air dari nilai optimalnya untuk AFR pada kondisi torsi terbaik; laju energiterbesar Brown’s Gas ada pada konsentrasi 30% dengan tegangan listrik 2,7 volt dan temperatur 30 °C, yaitusebesar 0,0001396 kcal/menit; efisiensi sistem elektrolisis yang dipakai dalam pengujian ini adalah sebesar74,08%.Kata kunci : Brown’s Gas, sistem elektrolisis, hidrogen, Air Fuel Ratio (AFR)PENDAHULUANPada saat ini kebutuhan energi dari fossil fuelcenderung mengalami peningkatan pada tiap tahunnya.Hal ini berdasarkan data dari IEA World EnergyStatistics and Balances pada periode 1960 – 20011.Pada data tersebut dapat disimpulkan bahwa sebagianbesar masyarakat di dunia masih bergantung padapenggunaan energi yang berasal dari fossil fuel. Fossilfuel merupakan energi yang tidak dapat diperbaharui,sedangkan kebutuhan terhadap bahan bakar tersebutmasih cenderung meningkat, sehingga hal iniberpotensi menurunkan persediaan fossil fuel seiringbertambahnya waktu.Pada skala nasional, data yang didapatkan daristatistik Kementerian ESDM tahun 2008menunjukkan adanya kecenderungan penurunanketersediaan fossil fuel di Indonesia dalam periode 7tahun terakhir. Kondisi tersebut mengakibatkansebuah permasalahan berupa tidak seimbangnyajumlah permintaan terhadap fossil fuel denganpersediaan yang ada, sehingga dapat berdampak padakelangkaan bahan bakar ataupun melonjaknya hargaminyak bumi.Berdasarkan data statistik KementrianESDM yang ada, maka dibutuhkan solusi dalammengatasi permasalahan tersebut, antara lain berupapenggunaan energi alternatif, maupun berbagai upayayang dapat meningkatkan efisiensi penggunaan energi.Salah satu upaya dalam efisiensi penggunaan energidengan menambahkan sistem Brown’s Gas (HHO)pada kendaraan bermotor. Brown’s Gas merupakansuatu sistem elektrolisis air yang ditambah dengankatalisator yang dapat menghasilkan hidrogen danoksigen murni yang memiliki nilai kalor dan oktanyang tinggi. Selain itu, hasil pembakaran daripencampuran dengan gas HHO dapat mengurangitingkat polusi (LIPI, 2008). Apabila gas tersebutditambahkan pada mesin bahan bakar solar ataubensin, maka akan dapat meningkatkan kualitaspembakaran yang disebabkan oleh nlai oktan bahanbakar yang naik dan uap air yang terbentuk mampumembuat mesin lebih dingin daripada pembakaranhanya menggunakan bahan bakar bensin atau solar.Penggunaan Brown’s Gas dapat meningkatkanoptimalisasi penggunaan energi, hal ini dapatdibuktikan dari beberapa penelitian yang telahdilakukan, antara lain penelitian dari Goldwitz danD 74

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Heywood (2005) yang mengoptimalkan kondisipembakaran mesin spark ignition denganmenambahkan hidrogen sebagai suplemen bahanbakar, sehingga menghasilkan efisiensi lebih dari 25%.Penelitian lain dilakukan oleh Verhelst dan Sierents(2001) yang telah membandingkan injeksi hidrogenpada mesin spark ignition dengan karburator danmesin dengan sistem injeksi. Dari penelitiannyadihasilkan sebuah kesimpulan bahwa mesin fuelinjection dengan penambahan hidrogen mempunyaidaya lebih besar dan resiko backfiring lebih kecil.Dari penelitian-penelitian tersebut dapat disimpulkanbahwa hidrogen dapat menjadi suplemen bahan bakaruntuk memperbaiki kualitas pembakaran, sehinggadapat meningkatkan performa mesin.Pada penelitian yang lain disebutkan bahwainjeksi air ke dalam saluran masuk suplai campuranbahan bakar juga dapat menaikkan performa mesin.Seperti yang telah dilakukan oleh LIPI pada tahun2008, yang diperoleh hasil bahwa dengan injeksi airpada uji coba kendaraan 225 cc spark ignitiondihasilkan penurunan emisi gas CO dan HC. Selainitu pada penelitian yang dilakukan oleh Chadwell danDingle (2008) didapatkan bahwa pada mesin disel,injeksi air dapat mengurangi emisi NOx sebesar 82%dan torsinya mengalami peningkatan. Pada penelitianLanzafame (1999) disebutkan bahwa injeksi air padamesin spark ignition dapat menghilangkan detonasidan mengurangi NOx lebih dari 50%; angka oktannaik lebih dari 50%; dan meningkatkan kerja mesinantara 30% - 50%.Berdasarkan beberapa penelitian diatas,dapat disimpulkan bahwa hidrogen dan uap air dapatmeningkatkan performa mesin (pada motor bensinmaupun motor diesel). Hal ini yang menyebabkansistem Brown’s Gas banyak digunakan dalam upayaefisiensi bahan bakar pada mesin. Akan tetapi sistemBrown’s Gas yang terdapat di pasaran saat ini masihbelum memiliki standar rasio yang tepat antarakandungan uap air dengan jumlah bahan bakar. Selainitu juga belum didapatkan kadar yang efektif (secarateoritis dan aplikatif) untuk konsentrasi katalis,tegangan kerja elektrolisis, dan temperatur kerjamesin yang dapat menghasilkan penigkatan performamesin yang paling optimal.Untuk itu dibutuhkan sebuah studieksperimen tentang pengaruh variasi konsentrasikatalis, tegangan kerja elektrolisis, dan temperaturkerja mesin (saat iddle dan berjalan) terhadap lajuproduksi gas HHO, serta korelasinya denganpeningkatan performa mesin dengan bahan bakarbensin.TINJAUAN PUSTAKABrown’s Gas merupakan gas hasil dari prosespemecahan air murni (H 2 O) dengan proseselektrolisis. Gas yang dihasilkan dari proseselektrolisis air tersebut adalah gas Hidrogen danOksigen, dengan komposisi 2 Hidrogen dan 1Oksigen (HHO) (Peter E.W Lowrie, 2005),sebagaimana terdapat pada Gambar 1. Oleh karenaitu Brown’s gas juga lebih dikenal dengan nama gasHHO, selain itu gas HHO juga dikenal dengansebutan oxy- hydrogen.Gambar 1. Proses pemecahan molekul air menjadi gas HHOAdapun perbandingan nilai energi yangdimiliki oleh hidrogen paling besar diantara fuel gasyang lain, seperti pada tabel dibawah ini :TABEL INilai Energi pada Fuel Gas1) nm 3 = normal cubic meter1 kJ/kg = 1 J/g = 0.4299 Btu/ lb m = 0.23884kcal/kgElektrolisis adalah suatu proses untukmemisahkan senyawa kimia menjadi unsur-unsurnyaatau memproduksi suatu molekul baru denganmemberi arus listrik (Anne Marie Helmenstine, 2001).Sedangkan elektrolisis air adalah proses elektrolisayang dimanfaatkan untuk memecah molekul air(H O) menjadi Hidrogen (H ) dan Oksigen (O ).2 2 2Elektrolisis air pada dasarnya dilakukan denganmengalirkan arus listrik ke air melalui dua buahelektroda (Katoda dan Anoda). Agar proseselektrolisa dapat terjadi dengan cepat maka airtersebut dicampur dengan elektrolit sebagai katalis.D 75

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Adapun beberapa bahan bakar memilikikarakteristik yang berbeda, seperti pad atabel dibawah ini :TABEL IIIKarakteristik Bahan Bakar (White, 2005)Gambar 2. Rangkaian dasar sistem elektrolitAdapun beberapa faktor yang dapatmempengaruhi produksi gas dalam elektrolisis,antara lain :1. Energi penguraian air2. Penggunaan katalisator3. Penggunaan energi panas4. Frekuensi resonansi5. Tegangan dan arus elektrolisis6. Fluida elektrolisisGas HHO (Brown’s Gas) terdiri dari gashidrogen dan oksigen, dengan perbandingankomposisi mol 2:1. Perbandingan ini adalahperbandingan yang sthoikiometri untuk terjadinyareaksi pembakaran (Oksidasi) gas hidrogen oleh gasoksigen.Reaksi pembakaran pada gas HHO padadasarnya adalah reaksi terikatnya kembali hidrogenpada oksigen untuk membentuk molekul air.Sebagaimana dapat dilihat pada persamaan reaksikimia berikut ini:2H2(g) + O2(g) → 2HO2(l)Persamaan reaksi kimia tersebut merupakankebalikan dari persamaan kimia pada elektrolisis air.Jika pada proses elektrolisa untuk memecah molekulair membutuhkan energi, maka sebaliknya pada reaksioksidasi hidrogen dihasilkan sejumlah energi. Gashidrogen mempunyai beberapa karakteristik yaitu :tidak berwarna, mudah terbakar (flameble), sangatringan, dan sangat mudah bereaksi dengan zat kimialainnya. Namun gas HHO pada kondisi normal tidakakan terbakar dengan sendirinya tanpa ada sulutanapi.TABEL IIPropeties Gas Hidrogen pada Kondisi Temperatur dan TekananStandar (Ken O’Connor , 2006)Pengaruh Air – Fuel Ratio (AFR)Mesin bahan bakar bensin akan mempunyai dayaterbesar pada rasio A/F udara (air) dan bahan bakar(fuel) 11,5 sampai 13. Pada rasio tersebut terdapatbahan bakar yang difungsikan sebagai pendingin danfluida kerja, sehingga terjadi penurunan temperaturyang berakibat penurunan emisi NOx danpeningkatan torsi. Pada rasio tersebut 10 - 15 % bahanbakar ekstra ditambahkan untuk mendinginkansilinder dan mencegah preignition. Bahan bakar initidak ikut terbakar dan dikeluarkan melalui gas buangsehingga emisi HC menjadi tinggiRasio A/F mempunyai nilai ekonomi tinggi jikapada kondisi 16 dibanding 1. Permasalahannya adalahbahwa pada kondisi rasio A/F lean (kearah miskinbahan bakar) mempunyai kecenderungan terjadipembakaran dini (preignition). Pada kondisi iniefeknya adalah kenaikan temperatur yang tinggi yangdapat membahayakan mesin dan memicuterbentukkan ikatan gas NOx. Untuk menggabungkanantara kebutuhan daya mesin dan nilai ekonomisdipilih nilai lamda (λ) sama dengan 1 yaituperbandingan udara dan bahan bakar 14,7dibanding 1.Gambar 3. Rasio bahan baker terhadap emisi gas buang (Dan-Labonte)D 76

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Parameter Performa Sistem Injeksi Brown’s GasPemasangan sistem injeksi Brown’s Gas padakendaraan bermotor ataupun generator-set haruslahmemeperhatikan beberapa hal, seperti seberapa besardaya yang dibutuhkan oleh sistem injeksi Brown’sGas. Sehingga dengan pemasangan sistem injeksiBrown’s Gas pada kendaraan tidak menyebabkansistem kelistrikan di kendaraan terganggu. Selaian ituyang paling penting adalah tujuan utama daripemsangan HHO, yaitu untuk menghemat bahanbakar. Dengan pemasangan sistem injeksi Brown’sGas pada kendaraan diharapkan bahwa kendaraanakan irit dalam pemakaian bahan bakar sehinggaanggaran belanja bahan bakar akan berkurang.Tentunya besarnya pengurangan anggaran belanjabahan bakar haruslah lebih besar dari biaya instalasidan perawatan dari sistem injeksi Brown’s Gas,sehingga pemilik kendaraan akan memperolehkeuntungan yang maksimal. Untuk memperoleh biayainstalasi dan perawatan sistem injeksi Brown’s Gasyang seminimum mungkin akan sangat dipengaruhioleh performa dari sistem injeksi Brown’s Gastersebut. Adapun parameter performa dari sisteminjeksi Brown’s Gas tersebut adalah :1. Daya yang dibutuhkan sistem injeksi Brown’sGas2. Laju produksi gas HHO (flow rate)3. Efisiensi Sistem injeksi Brown’s Gas4. Habisnya aquades persatuan waktu5. Massa anoda yang teroksidasiMETODOLOGI PENELITIANPada penelitian ini yang menjadi obyek penelitianadalah generatar HHO. Pada jenis ini generator HHOterdiri dari satu buah sel. Kontruksi dari padagenerator ini yaitu terdiri dari sebuah box dan logamsebagai elektrodanya. Mengingat jenis katalis yangdigunakan adalah KOH yang sangat bersifat korosif,maka elektroda yang dipilih dalam penelitian ini yaitujenis plat stainless steel type 316. Pemilihan stainlesssteel type 316 ini dikarenakan bahan tersbut memilikiketahanan korosi yang sangat tinggi.Penelitian ini dilakukan dengan menggunakanmetode eksperimental untuk mengetahui pengaruhvariasi tegangan, temperatur, serta konsentrasi larutankatalis terhadap jumlah produksi gas HHOGenerator HHO yang digunakan dalam penelitianini adalah tipe generator HHO yang menggunakanplat stainless steel sebagai elektroda. Terdiri atasempat buah generator yang disusun secara seri.Untuk mendapatkan referensi generator yangbaik, ada beberapa kriteria yang digunakan dalamperancangan dan pembuatan generator HHO. Kriteriatersebut antara lain:1. Elektroda yang digunakan terbuat darimaterial yang tahan terhadap korosi danmemiliki konduktifitas listrik yang baik.Disamping itu material tersebut juga harustersedia di pasaran dengan harga yang relatifterjangkau. Dalam hal ini dipilih stainlesssteel type 316.2. Box generator terbuat dari bahan yang tahanpanas hingga suhu 100 o C (berdasarkanpercobaan yang pernah dilakukan), dan tidakbereaksi dengan larutan elektrolit (KOH).3. Tertutup rapat dan tidak terdapat kebocoranpada box, sehingga gas HHO yangdihasilkan tidak bocor dan hanya keluarmelalui lubang output.Pengujian Performa Generator HHOPengujian laju produksi gas HHO ini untukmengetahui volume gas HHO yang dihasilkan olehGenerator HHO per detik dan besarnya daya listrikyang dibutuhkan dalam proses elektrolisis untukmenghasilkan gas HHO. Adapun skema pengujiannyaadalah sebagai berikut :AperemeterVoltmeteInstrumenpengukuranlajuproduksigasSistemelektroliserBrown’s Gasdengankonsentrasi katalis20%, 30%, 40%Kompor listrikdengantemperatur70°C, 90°CPower Supplydengan 1,2 V;1,8V; 1.9 V;2 V; 2,3 V;2,7 VListrikACGambar 4. Generator HHOGambar 5. Skema pengujianHASIL DAN PEMBAHASANBerdasarkan pada kebutuhan penilaian tentangkarektristik tersebut, maka untuk mengetahui nilaioptimal dari berbagai spesifikasi teknis yangdibutuhkan dalam sistem, dilakukan klasifikasipengujian berdasarkan prosentase konsentrasi larutanKOH dalam air.D 77

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Analisis Performa Sistem Elektrolisis Brown GasHubungan Daya Listrik dengan KonsentrasiKatalisArus listrik akan mengalir pada media yang bersifatkonduktor, semakin baik sifat konduktifitas mediatersebut maka akan semakin baik media tersebutmenghantarkan arus listrik. Larutan elektrolit dapatmenghantarkan arus listrik karena didalamnyaterkandung ion-ion yang dapat bergerak bebas.Dengan semakin banyaknya kandungan elektrolitkalium hidroksida dalam air, maka air tersebutsemakin baik dalam menghantarkan arus listrik.Karena kalium hidroksida (KOH) yang terlarut dalamair akan terurai menjadi anion K + dan kation OH - .Anion dan kation tersebut dapat menghantarkan aruslistrik di dalam air. Sehingga semakin banyak kaliumhidroksida yang terlarut dalam air akan semakin besarpula arus listrik yang dapat dihantarkan oleh larutanelektrolit tersebut. Ketika terdapat beda potensialdalam rangkaian yang melalui larutan elektrolit, makaenergi listrik akan digunakan untuk terjadinya reaksielektrolisis air.Kenaikan temperatur dapat menaikkan efisiensiproses elektrolisis, yaitu konsumsi energi listrik lebihrendah dan efek pemanasan oleh listrik akanberkurang. Sehingga dapat disimpulkan bahwa dayaminimum dalam sistem elektroliser ini adalah padatemperatur 90% dengan konsentrasi katalis 20%, yaitudaya sebesar 1,63 watt.Hubungan Laju Produksi Gas dengan KonsentrasiKatalisNilai laju produksi tertinggi berada pada temperatur90 °C, tegangan listrik 2,7 volt dengan konsentrasi30%, yaitu laju produksi sebesar 4 ml/menit. Untukanalisis hubungan antara laju produksi dengankonsentrasi katalis dalam larutan, maka dipilihvariabel tetap berupa data tegangan listrik sebesar 2,7volt dengan temperatur 90 °C pada tiap konsentrasikatalis.Hubungan Konsentrasi Katalis dengan HabisnyaAquades per Satuan WaktuSemakin besar temperatur kerja yang ada, makasemakin banyak larutan yang berkurang. Hal iniberkaitan dengan banyaknya penguapan yang timbulakibat temperatur yang meningkat. Demikian jugadengan pengaruh dari tegangan listrik yang ada.Semakin besar tegangan listrik yang digunakan dalamproses elektrolisis, maka semakin cepat pulapengurangan aquades dalam larutan.Dari data yang ada, dapat disimpulkan bahwapengurangan larutan minimum terjadi padatemperatur 30 °C, tegangan listrik 1,2 volt dengankonsentrasi 30%, yaitu pengurangan aquades sebesar0,753 x 10 -3 ml/gr.menit.Hubungan Konsentrasi Katalis dengan VolumeProduksi Hidrogen per Satuan Waktu BerdasarkanPerhitungan Daya MaksimalProduksi massa hidrogen memiliki hubungan linierdengan volume hidrogen yang dihasilkan. Hal initerklait dengan perumusan yang ada diatas antaravolume hidrogen dan massa hidrogen. Dari beberapatabel diatas juga didapatkan nilai laju produksimaksimum terletak pada konsentrasi 30%, temperatur30 °C, tegangan listrik 2,7 volt dengan nilai0,0000815 mg/s.Analisis Kebutuhan Rasio Bahan Bakar – Udarapada Kondisi Torsi TerbaikPada pembahasan diatas telah dijelaskan bahwarasio udara – bahan bakar (AFR) untuk kondisi torsiterbaik adalah dengan AFR sebesar 12,5:1. Kerugiandari kondisi rasio ini adalah bahan bakar yang boros,kenaikan emisi CO dan HC. Agar tidak terjadipemborosan dan penurunan kualitas emisi gas buang,maka bahan bakar tetap pada rasio target sebesar14,7:1 dan ditambahkan air atau uap air sebagaipengganti untuk mencapai perbandingan 12,5:1.Untuk menghitung laju tambahan air, maka digunakanacuan laju bahan bakar pada kecepatan kendaraan 60km/jam, yaitu sebesar 1 gr/detik. Jika massa udaraadalah m U , massa air adalah m A , dan massa bahanbakar adalah m B , maka :Sehingga :m Um B= 14,7m U = 14,7 m Bm Um B + m A= 12,5m U = 12,5 m B + 12,5 m A14,7 m B = 12,5 m B + 12,5 m Am A = 0,176 m BJadi dibutuhkan tambahan 0,176 gram air per detikDari hasil pengujian sistem elektrolisis yang telahdilakukan, didapatkan laju massa air sebesar 0,012714gram/s dan gelembung gas memiliki nilai setengahdari laju massa air, yaitu sebesar 0,01165 gram/s,sehingga totalnya adalah : 0,012714 gram/s + 0,01165gram/s = 0,024364 gram/s.Sehingga nilai tersebut sudah dapat memberikankontribusi sebesar 14% kebutuhan tambahan air darinilai optimalnya. Penambahan air juga dapatditingkatkan dengan penambahan temperatur padatempat elektroliser dan penggunaan bubbler, yaitupenggunaan gelembung udara yang dilewatkan air.Efisiensi Sistem Elektrolisis Brown’s GasD 78Efisiensi Sistem Elektrolisis Brown’s Gasdihitung dengan persamaan sebagai berikut :

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8ρ = massa jenis gas HHO [0,491167HHOgr/liter = 0,000491167 kg/liter]NKB = LHV = Low Heat Value, nilai kalorbawah gas HHO= 119,930 kJ/gr =119930000 J/kgData-data yang diperoleh adalah:Flowrate = 0,0009123 liter/s= 30,87 wattPHHOMaka:η HHO=0,0009123 . 0,000491167 . 11993000030,87η HHO = 74,08%.100%Jadi efisiensi sistem elektrolisis yang dipakaidalam pengujian ini adalah sebesar 74,08%.KESIMPULANBerdasarkan data diatas dapat disimpulkan bahwalaju energi terbesar Brown’s Gas ada pada konsentrasi30% dengan tegangan listrik 2,7 volt dan temperatur30 °C, yaitu sebesar 0,0001396 kcal/menit. Lajuenergi berbanding lurus dengan tegangan listrik. Halini berkaitan dengan laju produksi gas yangditimbulkan oleh reaksi larutan yang dialiri listrik.Pada pengujian 3 konsentrasi katalis juga terlihatbahwa laju energi cenderung menurun pada saattemperatur naik. Hal ini disebabkan oleh semakinbanyaknya energi yang terbuang oleh prosespenguapan saat temperatur meningkat.SARANCobb, H.M. (1999), Steel Product Manual: StainlessSteel. Warrendale P.A: Iron & Steel Society.Rossum, J.R. (2000), Fundamentals of MetallicCorrosion in Fresh Water. Roscoe MossCompany.Lou, Helen H & Huang Y. (2006), Electroplating.Encyclopedia of Chemical Processing, DOI:10.1081/E-ECHP-120007747.Fontana, Mars G. (1987), Corrosion Engineering 2rded. New york: Mcgraw-hill Book company.O’Connor, Ken (2006), Guide to Safety of Hydrogenand Hydrogen Systems. BMS DocumentGLM-QSA-1700.1.Ozzie (2008), www.water4gas.com.White, C.M., Steeper R.R., Lutz A.E. (2005), Thehydrogen-fueled internal combustion engine,Int. J. Hydrogen Energy.Dan Labonte, Water Injection for GasolineEngines, Labonte MotorSportsPhilip J. Dingle, Christoper J. Chadwell (2008), Effectof diesel and water co-injection with real timecontrol on diesel engine performance andemissions. SAE Int. World Congress, Detroit,Michigan.IEA World Energy Statistics and Balances (2009),World Consumption Of Refined Products ByRegion, 1960-2008. BP Statistical Review.Data statistik Kementrian ESDM (2008), Crude OilReserves.Goldwitz JA, Heywood JB. (2005), CombustionOptimazion in a hydrogen – enhanced learn –burn SI engine. SAE paper no. 01-0251.Verhelst S, Sierent R. (2005), Aspects concerning theoptimization of a hydrogen fueled engine. Int JHydrogen Energy; 26: 981 – 5.LIPI (2008), Pengujian Water and Air Injection,Lab. Motor Bakar LIPI.Lanzafame R. (1999), Water Injection affects in asingles cylinder CF engine.SAE Int. Congressand Exposition Detroit, Micigan.Helmenstine A.M. (2001), Chemistry GlossaryDefinition of Electrolyte.Lowrie, P.E.W.,Mitzubishi Cyclon (2005),Proceeding of Electrolytic Gas. USA: E &OE.Konstruksi kotak sistem elektrolisis menggunakanperekat yang relatif kuat, sehingga kebocoran larutanelektrolisis dapat diminimalisirDAFTAR PUSTAKARobert B. Dopp (2007), Hydrogen Generation ViaWater Electrolysis Using Highly EfficientNanometal Electrodes, QuantumSphere, Inc..Ioanis, Papagianis (2005), Studying and Improvingthe Efficiency of Water Electrolysis,Stratchlyde University.David Tabolt (1998), Corossion Science andTechnology.D 79

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Rancang Bangun Sisteem Monitoring dan Pengendalian Suhu Pada Inkubator BayiBerbasis Fuzzy logicFadillah Nufinda Rachman 1 , Supadi 2 , Tri Anggono Prijo 31 Program Studi Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga2,3 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : fadillahnufindarachman@yahoo.co.idAbstrakTelah dilakukan penelitian dengan judul Rancang Bangun Sistem Monitoring dan Pengendalian Suhu PadaInkubator Bayi Berbasis Fuzzy logic dengan tujuan merancang inkubator yang dilengkapi dengan sensor suhuLM35 untuk mendeteksi suhu sehingga perawat semakin mudah untuk memonitoring suhu pada inkubator bayiserta dilengkapi dengan kendali cerdas fuzzy logic untuk Mengendalikan suhu didalam inkubator dengan baikdan benar. Pada penelitian ini inkubator akan diatur suhu yang akan digunakan pada inkubator kemudiansistem akan menjalankan sesuai program kendali cerdas fuzzy logic dan akan mengendalikan suhu sesuaidengan suhu yang telah diatur sebelumnya. Alat ini mempunyai tingkat keakuratan yang tinggi dalammemonitoring suhu yang ada didalam inkubator, sedangkan untuk selisih sensor suhu dengan termometermempunyai rata-rata persentase kesalahan 1,07% dengan tingkat ketepatan sebesar 98,93%. Pada sistempengendalian suhu inkubator telah mampu mengendalikan suhu dengan stabil sesuai dengan nilai suhu yangdiatur sebelumnya dan memiliki selisih range suhu dengan set point sebesar ±0,3 o C.Kata kunci : Inkubator, suhu, LM35, fuzzy logicPENDAHULUANDalam dunia kesehatan inkubator merupakanalat yang paling penting terutama di ruang perawatanbayi, hal ini di karenakan tingkat bayi lahir prematuryang cukup banyak khususnya pada rumah sakit milikpemerintah, apabila bayi mengalami lahir prematurmaka akan sangat membutuhkan tingkat kehangatanyang cukup stabil mengingat bayi tersebut belumterbiasa beradaptasi dengan suhu diluar kandungansang ibu. Inkubator bayi berfungsi menjagatemperatur bayi supaya tetap stabil. Sistem yang telahdigunakan pada inkubator sampai saat ini masihsederhana, sistem kontrol yang digunakan adalah on –off control action.Dalam kaitannya dengan bidang pengendali,pengetahuan mengenai model sistem atau plant yangakan dikendalikan merupakan salah satu faktorpenentu pemilihan kendali yang akan dirancang, salahsatu pendekatan yang akan digunakan adalah denganmenggunakan teknik kendali fuzzy logic. Penggunaanteknik kendali Fuzzy logic telah cukup meluas padaberbagai aplikasi mulai dari kendali proses industri,elektronika rumah tangga, kendali robot dankesehatan. Sistem kendali dibidang kesehatan saat inisudah melewati perkembangan yang pesat, akan tetapikendali fuzzy di bidang kesehatan belum banyakdikembangkan. Dalam makalah ini diberi suatucontoh aplikasi sederhana yang menggunakan kendalifuzzy, yaitu rancang bangun sistem monitoring danpengendalian suhu pada inkubator bayi berbasis fuzzylogic.InkubatorInkubator merupakan tempat perawatan danpenyesuaian suhu untuk bayi yang lahir prematur atauD 80lahir sebelum waktunya (kurang dari 37 minggu).Bayi normal dilahirkan setelah kira–kira 40 minggudalam kandungan. Berat bayi normal berkisar antara2500 gram sampai 4000 gram, sedangkan bayi yanglahir prematur beratnya kurang dari 2500 gram.Pentingnya inkubator ini dalam penanganan bayiprematur, membutuhkan suatu sistem pengaturan suhuyang mempunyai kualitas pengukuran dan pengaturanyang baik pada rentang suhu 36 – 38 0 C.Sensor LM35LM35DZ milik National Semiconductor tergolong ICsensor suhu dengan rangkaian terpadu yangmenggunakan chip silicon untuk kelemahanpenginderanya. Sensor jenis ini mempunyai outputtegangan dan arus yang sangat linier pada temperaturºC. Tegangan input sebesar 5 volt dan tegangankeluaran 10mV/ ºC. Yang artinya output akanmengalami kenaikan 10mV tiap kenaikan temperatursebesar 1 ºC. Bentuk dapat dilihat pada Gambar 1.Fuzzy logicGambar 1. LM35DZFuzzy logic diperkenalkan pertama kali olehProf. Lotfi Zadeh dari universitas California diBarkeley, pada pertengahan 1960. Untuk menghitunggradasi yang tak terbatas jumlahnya antara benar dansalah, Zadeh mengembangkan ide penggolongan setyang ia namakan set fuzzy. Tidak seperti logika

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8boolean, fuzzy logic memiliki banyak nilai. Adabeberapa konsep dasar yang harus diketahui yangberhubungan dengan Fuzzy logic, seperti yangditunjukkan pada Gambar 2.Gambar 3. Blok Diagram AlatGambar 2. Konsep FuzzyPada Gambar 2. dijelaskan bahwa ada beberapakonsep dasar yang behubungan dengan fuzzy logic,dapat dijelaskan sebagai berikut:1. Derajat keanggotaan adalah derajat dimana nilaicrips kompatibel dengan fungsi keanggotaan(dari 0 sampai 1), juga mengacu sebagai tingkatkeanggotaan, nilai kebenaran, atau masukanfuzzy.2. Label adalah nama diskriptif yang digunakanuntuk mengidentifikasi sebuah fungsikeanggotaan.3. Fungsi keanggotaan adalah mendefinisikan fuzzyset dengan memetakan masukan crisp daridomainnya ke derajat keanggotaannya.4. Masukan crisp adalah masukan yang tegas dantertentu.5. Lingkup/domain adalah lebar fungsikeanggotaan, tempat dimana fungsi keanggotaandipetakan.6. Daerah batasan crisp adalah jangkauan seluruhnilai yang mungkin dapat divariasikan padavariabel sistem.PROSEDUR PENELITIANProsedur proses ini dilakukan dengan beberapatahapan yaitu, pembuatan hardware dan software.Secara umum cara kerja dari incubator bayi ini adalahmenjaga suhu didalam incubator sesuai yangdibutuhkan bayi yaitu sekitar 36-38 o C. Untukmenjaga agar suhu stabil pada daerah tersebutdigunakan kontroler fuzzy logic.Pembuatan HardwarePembuatan hardware meliputi: rangkaianminimum system, rangkaian push button, rangkaiansensor suhu, rangkaian driver heater dan kipas.Adapun penjelasan mengenai diagram blok padaGambar 3 yaitu :1. Push button untuk menentukan set point suhuyang diinginkan pemakai dengan rentang suhunormal inkubator 36-38 0 C dengan tombol updan down sebagai pilihanya serta tombol enterdan cancel untuk perintah selanjutnya.2. LCD digunakan sebagai tampilan masukkan setpoint selanjutnya digunakan sebagai tampilannilai set point dan suhu yang dibaca oleh sensorlm35.3. Setelah dimasukkan nilai set point, sensor suhuLM35 yang diletakkan didalam inkubator akanlangsung mendeteksi panas. Keluaran darisensor LM35 sebelumnya dikuatkan dengan opampmenggunakan IC LM358 dengan tujuankeluaran dapat dibaca dengan lebih presisi olehmikrokontroler.4. Inkubator bekerja pada suhu sekitar 25-45 o Cdan tegangan sensor LM35 pada suhu ituberkisar antara 0,25-0,45 V, sedangakanmikrokontroler bekerja pada 0-5 V. untukmemperoleh hasil yang maksimal untuk sensorLM35 maka dilakukan penguatan sebesar 10 kalisehingga tegangan LM35 akan bekerja pada 2,5-4,5 V sehingga kerja mikrokontroler juga akanmaksimal dan tidak mubazir karena adcdigunakan dengan maksimal. Padamikrokontroler dilakukan proses ADC (AnalogDigi tal Converter) yang memanfaatkan ADCinternal mikrokontroller ATMEGA 16 denganpresisi 10 bit ADC.5. Sebelumnya pada mikrokontroler sudahditanamkan program fuzzy untuk mengontrolheater dengan driver heater.6. Mikrokontroler akan mengaktifkanmengaktifkan sinyal PWM yang akan digunakansebagai pengaturan tingkat kepanasan heaterdengan driver heater.7. Pada mikrokontroler juga dimasukan programuntuk mengontrol kipas dengan driver kipas.8. Mikrokontroler akan menggerakkan kipasdengan driver kipas sesuai dengan perintah.D 81

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Rangkaian Sensor SuhuPada inkubator, sensor yang digunakan untukmendeteksi suhu digunakan sensor LM35DZ.LM35DZ memiliki perubahan linier setiap kenaikan1 o C sebanding dengan 10mv. Sensor LM35DZ akanmengukur suhu didalam inkubator, keluaran sensorsuhu berupa tegangan. Skema rangkaian sensor suhudapat dilihat pada Gambar 4.FuzzifikasiTahap fuzzifikasi adalah tahap pembentukanfungsi keanggotaan.Fuzzifikasi dibagi menjadi 2kelompok, yaitu fuzzifikasi error dan fuzzifikasi deltaerror. Kedua buah kelompok fuzzifikasi inidigunakan untuk menambah parameter dari himpunanfuzzy.Masukkan pada fuzzy yaitu error dan delta errordan untuk range maksimumya yaitu 6 sampai -6karena diasumsikan suhu kamar 30 0 C sehingga errormaksimum = 36 – 30 = 6.Gambar 4. Skema Rangkaian Sensor SuhuRangkaian Driver HeaterDriver heater pada alat inkubator ini adalahuntuk mengontrol tingkat kepanasan dari heater.Prinsip kerja rangkaian driver heater adalah denganmemanfaatkan suatu masukan dengan arus searah 15mA untuk menghidupkan LED MOC3021. Sinyalpemicuan dari mikrokontroler yang berupa pulsa highselama waktu tertentu akan mengalirkan arus kedalam komponen LED dari MOC 3021. SelanjutnyaLED akan mengaktifkan output yaitu triac. Akibatnyatriac BT139 akan terpicu sehingga pemanas (heater)akan teraliri arus listrik. Skema rangkaian driverheater dapat dilihat pada Gambar 5.Gambar 5 Rangkaian Driver HeaterPembuatan SoftwarePembuatan software meliputi, program suhu danprogram fuzzy logic untuk heater. Alat ini bekerjaberprinsip kepada fuzzy. Data yang berasal dari sensorLM35 diproses dengan menggunakan algoritma fuzzy.Proses dalam algoritma fuzzy akan dibagi menjadi 3,yaitu : fuzzifikasi, rule evaluation, dan defuzzifikasi.Gambar 6. Blok Diagram ProgramRule EvaluationGambar 7. Fuzzifikasi ErrorGambar 8. Fuzzifikasi Delta ErrorPada tahap ini tiap-tiap keluaran dari tahapfuzzifikasi yang berupa derajat keanggotaan danvariabel linguistik baik dari error ataupun deltaerrorakan digabung dengan menggunakan ruleevaluation. Dari rule evaluation akan diketahuivariasi tingkat kepanasan heater.Tabel 1. Rule HeaterE NB NS Z PS PBdENB Mati Mati Mati Mati AgakHangatNS Mati Mati Mati Agak HangatHangatZ Mati Mati Agak Hangat PanasHangatPS Mati AgakHangatHangat Panas SangatPanasPB AgakHangatHangat Panas SangatPanasSangatpanasDefuzzifikasiHasil keluaran dari tahap rule evaluation akandigunakan sebagai rule yang paling benar dan akandikalikan dengan nilai dari derajat keanggotaannya.Metode yang digunakan pada defuzzifikazi adalahCenter of Gravity (COG) atau centroid. Yaitu hasilpenjumlahan semua keluaran fungsi keanggotaanyang dikalikan dengan singleton dari masing-masingD 82

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8aksi. Dari hasil tersebut kemudian dirata-rata dengantotal keluaran fuzzy.Gambar 9. Keluaran HeaterHASIL UJI COBA DAN PEMBAHASANPada penelitian yang telah dilakukan diperolehhasil pengujian, antara lain pengujian linieritas suhuterhadap tegangan, pengujian ketelitian dan ketepatan(linieritas) sensor, dan pengujian kestabilan dankesesuaian set point suhu terhadap sensor suhu padaalat.Pengujian Linieritas Suhu Terhadap TeganganPengujian linieritas suhu tehadap tegangan yangtelah dikuatkan ini dilakukan dengan cara mengukurtegangan yang dihasilkan sensor yang telah dikuatkandan mencatat suhu yang dideteksi oleh termometer.Data pengujian ini dapat dilihat pada Gambar 10.Gambar 10. Grafik Kelinieritas Sensor SuhuDari grafik terlihat bahwa nilai tegangan dansuhu yang terkalibrasi menunjukkan kelinieritas yangbaik. Sensor suhu yang digunakan yaitu LM35DZmemiliki linieritas sebesar 0,985 yang artinyamendekati angka 1. Secara teori, semakin mendekatiangka 1 maka data yang digunakan semakin baik.Jadi hal ini dapat dikatakan, bahwa sensor dapatdigunakan dengan baik.Pengujian Ketepatan Sensor Suhu TerhadapTermometerBerdasarkan penelitian yang telah dilakukan,didapatkan data pengukuran nilai sensor suhu yangterbaca dan telah dikonversi dalam derajat celciuspada tampilan LCD terhadap termometer digitalsebagai pembanding. Data pengujian ini dapat dilihatpada Tabel 2.Tabel 2. Hasil Perbandingan Antara Termometer dengan SensorSuhuSensor Suhu ( o C) Termometer ( o C) Kesalahan(%)0,7426,7 26,91,4227,6 281,0528,1 28,4229,4 300,9830,2 30,51,2531,6 320,8833,7 340,8534,7 350,8335,7 360,8136,7 371,0438 38,30,9940 40,4Rata-rata kesalahan : 1,07Tabel 2 adalah hasil perbandingan antara sensorsuhu dengan termometer digital untuk mendapatkannilai kesalahan dari sensor suhu yang telah dibuat.Berdasarkan Tabel 4.6 dapat dilihat bahwa nilai ratarataprosentase selisih suhu tersebut sebesar 1,07 dantingkat ketepatan (akurasi) pada rangkaian sensorsuhu dihitung melalui persamaan :Ketepatan (akurasi) = 100% − 1,07%= 98,93%Jadi, tingkat akurasi rangkaian sensor suhuterhadap termometer yang ada dipasaran adalahsebesar 98,93%.Pengujian Kestabilan dan Kesesuaian Set pointSuhu Terhadap Sensor Suhu Pada AlatPengujian ini bertujuan untuk mengetahuikinerja dari seluruh rangkaian, dimana alat akandimasukkan nilai set point dan sensor akan membacasuhunya kemudian dibiarkan selama 1 jam untukmengetahui apakah nilai set point akan selalu samadengan suhu yang dibaca sensor, serta untukmengetahui kestabilan dari rangkaian keseluruhan.Hasil pengujian dapat dilihat pada hasil grafik dapatdilihat pada Gambar 9.Gambar 11. Grafik Suhu Inkubator sp=36 o CD 83

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 11 adalah grafik respon sistem kendalitemperatur udara yang dirancang yaitu nilai PV (nilaiyang dibaca sensor) terhadap waktu. Garis lurusmenunjukkan nilai SP (set point) dari sistem. Darigrafik ini terlihat bahwa Pada heater dapat dikontroldengan baik oleh fuzzy logic dan suhu yangdiinginkan hampir stabil atau dengan sedikit osilasipada set point suhu yang ditentukan dengan selisih±0,3 o C. Sedangkan untuk respon dari sistem inimenunjukkan bahwa untuk mencapai suhu yangdiinginkan sedikit lama yaitu sekitar menit ke-15. Inidisebabkan oleh kemampuan heater yang relatifkurang cepat panas dikarenakan watt yang kurangbesar. Tetapi untuk sistem dari kontrol suhu sudahberjalan dengan baik.DAFTAR PUSTAKAHannawati.A, Thiang, dan Resmana, 2001,PrototipeSistem Kendali Temperatur BerbasisFuzzy Logic Pada Sebuah Inkubator, MakalahProyek,Jurusan Teknik Elektro, UniversitasPetra, Surabaya.Rakhmawan,Syahid.P., 2010, Penerapan StandarIEC-60601 Untuk Pengujian KeselamatanListrik Pada Infant Incubator, Laporan KerjaPraktek di BPFK, Jurusan Teknik Fisika,ITS,Surabaya.Riza, F.F., Setiawan, I., dan Sumardi, 2008,Perancangan Sistem Pengendali Suhu DanMemonitoring Kelembaban BerbasisATmega8535 Pada Plant Inkubator, JurnalPenelitian, Jurusan Teknik Elektro, UniversitasDiponegoro, Semarang.Sanjaya, Muhammad N., 2010, Rancang BangunInkubator Dilengkapi Indikator Bayi Ngompol,Tugas Akhir, Program Studi DIII OtomatisasiSistem Instrumentasi, Universitas Airlangga,Surabaya.Suprapto, Tjahjono, A., dan Sunarno, E., 2009,Rancang Bangun Mesin Penetas Telur AyamBerbasis Mikrokontroller Dengan Fuzzy LogicController, jurnal Penelitian,Teknik ElektroIndustri, PENS ITS, Surabaya.D 84

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8HEATER OF 2450 MHz MICROWAVE TO TEST HYPERTHERMIA INVIVOFadli AmaFakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya.Email : fadliama@fst.unair.ac.idAbstractHyperthermia gives new hope for the patients and is offering faster responses, better cancer control, and fewerside effects. Hyperthermia is increasing the temperature of tissues from 40 – 44 degree of celcius above normaltemperature of physiological of human being.The aim of this research is to study the effectivity of microwave hyperthermia at biological tissue withimplementation in its prototipe device to invivo experimental. The hyperthermia invivo experiment isdone with animal of mencit mouse at tail organ for temperature 40, 43, 45, 50 degree of celcius.The result of the clinical studies indicated that the minimum effect of hyperthermia happened at 40degree of celcius, the optimal hyperthermia is gotten at 43 degree of celcius, so feasible for treatmentof hyperthermia and the effect of necrosis tissue happened at 45 and 50 degree of celciusKey Words :Hyperthermia, Necrosis, Optimal, Invivo, Temperature.PENDAHULUANTerapi dengan hipertermia adalahmembangkitkan panas yang cukup untuk membunuhsel tumor. Pemanfaatan gelombang elektromagnetikgelombang pendek (27,33 MHz) dan Microwave(2450 MHz) telah lama digunakan untuk memanaskanjaringan yang letaknya di dalam tubuh untuk tujuanpengobatan medis (2,3,12).Studi experimental dan studi klinis, menunjukkansuatu respon fisiologis pada jaringan tubuh bila terjadipemanasan jaringan pada suhu yang berkisar 41 o – 50 oCelcius sehingga diperlukan pengaturan temperaturyang tepat agar diperoleh efisiensi terapi.. (4,5,10,11)Tujuan penelitian ini adalah untuk mendapatkanefisisiensi suhu optimal dan tingkat keruakan jaringandengan penerapan perangkat hyperthermia microwavesecara invivo pada hewan coba ekor tikus mencitsebagai studi experimental.LANDASAN TEORIBiologis JaringanPada umumnya, sel jahat (kanker atau tumor)lebih peka terhadap panas daripada sel – sel normalpada suhu di atas 40 o C. Secara klinis hampir semuatumor yang tampak mempunyai laju peredaran darahkurang dari 1/5 laju jaringan normal bila dipanasi.Kepekaan termis dinyatakan dengan dosis DOhipertermia. Dosis ini sesuai dengan waktu yangdiperlukan untuk mengamati penurunan banyaknyasel yang bertahan hidup dengan faktor е atau rasioketahanan 37% pada suhu tertentu yang diberikansebagai gejala termotoleran. (Gambar 1)HipertermiaGambar 1. Dosis hipertermiaHipertermia merupakan pola pamanasan jaringandengan gelombang elektromagnetik secara termik,sedangkan Metode yang umu dilakukan terbagimenjadi dua, yaitu hipertermia total dan hipertermialokal. Membangkitkan hipertermia total berartimenaikkan kuantitas panas tubuh kemudianmempertahankan konstan pada aras yang diinginkandan mempengaruhi fungsi – fungsi fisiologis vital.Sementara itu, reaksi hipertermia lokal adalah kecildan timbul secara lokal.Proses pemanasan yang terjadi pada perangkathipertermia akan menyebabkan tingkat kerusakanpada jaringan, khususnya pada jaringan kulit dandapat berpengaruh terhadap tingkatan jaringan kulitluar (epidermis) hingga jaringan subcutan dan tulang.Perangkat hipertermia terdiri atas magnetron,pemandu gelombang dan aplikator. Magnetronmerupakan tabung elektron bertipe diode yang terdiriatas anoda, katode/filamen, antena dan magnetberdaya tinggi untuk menghasilkan energi 2450 MHzdi daerah frekuensi gelombang mikro. Medanmagnetis terdapat pada ruang, di antara anode (pelat)dan katode, seperti tampak pada gambar 2..,D 85

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sedangkan Pemandu gelombang merupakan tabunglogam dengan penampang persegi dan berfungsiuntuk menghantarkan pancaran gelombangelektromagnetik. Rangkaian akhir pemandugelombang adalah Aplikator yang bermanfaat untukmengarahkan energi gelombang mikro ke jaringan,seperti tampak pada Gambar 3.OtotTulang dgnModulla OssiumSyarafOtot LurikLemakCoriumEpidermisGambar 4. Jaringan ekor mencit kontrolPada kelompok suhu 40 derajat celcius, terjadiperubahan hanya pada jaringan luar (epidermis)dengan sedikit bulla dan batas berkas pada otot,tulang, saraf, corium masih sangat jelas. (Gambar 5)Gambar 2. Struktur magnetronPemandu GelombangKoaksialLemakTulang dgnMedulla OssiumOtot LurikCoriumSyarafMETODAAplikatorGambar 3. Pemnadu gelombang dan AplikatorMetoda eksperimental Invivo Hipertermiadilakukan pada hewan coba tikus mencit dengan berat30 gram dan pemaparan dilakukan terhadap 24 ekortikus mencit terhadap empat kelompok uji dengansuhu berbeda, yakni; 40 o C, 43 o C, 45 o C, 50 o C., dan 1ekor tikus mencit sebagai kontrol. Pengamatan lebihmendalam dilakukan secara mikroskopis dilaboratorium Patologi Anatomi..HASIL PENELITIANHasil penelitian mendasarkan pada hasil uji klinisyang dilakukan di Laboratorium Patologi danAnatomi di bawah supervisi dokter spesialis radiologidan radioterapi dan untuk selanjutnya dievaluasiefektivitas sistem tersebut untuk terapi kanker. Ujiklinis secara invivo dengan memberikan perlakuanpemaparan terhdapa empat kelompok suhu berbeda,yakni 40 o C, 43 o C, 45 o C, 50 o C. Serta dilakukan jugapengamatan histo anatomi ekor tikus mencit sebagaikontrol. (Gambar 4)Gambar 5. Jaringan ekor mencit pada 40 o COtot FragmentedEpidermisBullaPada kelompok suhu 43 derajat celcius, berkasepidermis semakin hilang, berkas corium sedikit jelasdan berkas pada otot, tulang dan saraf masih sangatbaik sehingga menunjukkan kelompok suhu optimaldan layak diperlakukan hipertermia. (Gambar 6)Gambar 6. Jaringan ekor mencit pada 43 o CSyarafTulang dgnMedulla OssiumOtot LurikLemakOtot FragmentedCoriumEpidermisBullaPada kelompok suhu 45 dan 50 derajat celcius,terjadi necrosis jaringan yang sangat berat pada ekordengan ditandai semakin hilangnya bentuk atauberkas dari otot, tulang dan saraf oleh adanyakeberadaan lemak. (Gambar 7 - 8)D 86

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8KESIMPULANGambar 7. Jaringan ekor mencit pada 45 o CGambar 8. Jaringan ekor mencit pada 50 o CLemakTulang dgnMedulla OssiumOtot LurikCoriumSyarafOtot FragmentedEpidermisBullaSyarafTulang dgnMedulla OssiumOtot LurikCoriumLemakOtot FragmentedEpidermisBullaPerangkat Hyperthermia Microwave mampumembangkitkan panas mulai suhu 40 o C hingga 50 o C.dengsn efek hipertermia minimal diperoleh pada suhu40 o C dan efek optimal hipertemia terdapat pada suhu43 o C sehinga layak untuk terapi serta terjadi efeknekrosis sangat berat pada suhu 45 o C & 50 o C.DAFTAR PUSTAKAGuy A.W Lehman J.F., Stone bridge JB,1974, ”Therapeutic Applications ofElectromagnetic Power”, Proceeding ofI.E.E.E. January 1974.Stewart CA, Denekamp j, 1977, “Sensititaion ofmouse skin to X irradiation by moderateheating”, Radiology 123.195.Stewart CA, Denekamp J., 1978, “Therapeuticadvantage of combined heat and X ray onmouse fibrosarcoma”, Br. J Radiology.Song CW, 1978, “Effect of hyperthermia on vascularfunction of normal tissue and experimentaltumor”, J. Natl. Cancer Inst. 60: 711.Song CW, Kang MS, Rhee JG, 1980, “Vasculardamage and delayed cell death in tumor afterhyperthermia”, Br.J. Cancer 41: 309.Vaupel P, Ostheimer K Muller Klieser W., 1980,“Circulatory and metabolic Responses ofmalignant tumors during localizedhyperthermia”, J. Cancer Res Clin Oncol.98 :15.James R. Lepock, 2003, “Cellular effects ofhyperthermia : relevance to the minimum dosefor thermal damage”, Int. J. Hyperthermia, pp252-266.D 87

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Alat Kendali Drop Rate Infus OtomatisFranky Chandra Satria Arisgraha, Kristio Mordhoko, PujiyantoProgram Studi S1 Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : frankysatria@gmail.comAbstrakPenggunaan infus di berbagai rumah sakit di indonesia rata-rata masih menggunakan metode konvensional,dimana tetesan infus dievaluasi secara manual, yaitu dengan cara mengestimasi jumlah tetesan infusdibandingkan dengan waktu dengan menggunakan jam atau stopwatch. Metode tersebut memiliki resikoterjadinya masalah seperti terjadinya penyumbatan setelah pemasangan, dimana tekanan intravena naik secaratiba-tiba atau kehabisan cairan saat tetesan infus mulai mengecil (jumlah tetesannya sedikit) yang akanberbahaya bagi pasien jika tidak segera ditangani. Alat pengendalian drop rate infus otomatis ini bergunadalam memonitoring jumlah tetesan infus per menit/rate infus dan mengontrol laju tetesan infus sesuai denganset point yang dikendalikan secara manual. Sistem ini disusun dengan menggunakan sistem sensor yang terdiridari fotodioda dan laser pointer, mikrokontroler ATMEGA 16, sistem display dan sistem mekanik yangdikendalikan dengan menggunakan motor servo. Tingkat akurasi rata-rata penggunaan alat ini sebesar98,162% dan mudah dalam pengoperasiannya.Kata kunci : Drop rate infus, Fotodioda, Mikrokontroler ATMEGA 16, Motor Servo.PENDAHULUANKandungan air pada tubuh seseorang adalah 70% dariberat tubuh bebas lemak. Air tubuh total dariseseorang normal terdiri dari cairan ekstraseluler dancairan intraseluler. Perubahan konsentrasi, volume,dan susunan partikel kedua cairan ini merupakansalah satu patokan diagnosa klinis dan pengobatanbeberapa penyakit yang mengganggu keseimbangancairan tubuh (Vanatta, et al 2010). Pemberian cairaninfus intravena (intravenous fluids infuson) ke dalamtubuh dengan sebuah jarum melalui pembuluh venayang digunakan untuk mengganti cairan tubuh.Pemberian cairan infus merupakan hal yang mutlakdilakukan selama pasien tersebut menjalaniperawatan. Dalam penggunaan infus secara manualuntuk mengetahui jumlah tetesan yang akan diberikankepada pasien, perawat harus menghitung tetesannyasambil melihat jam tangan selama satu menit. Metodetersebut memiliki resiko terjadinya masalah sepertiterjadinya penyumbatan setelah pemasangan, dimanatekanan intravena naik secara tiba-tiba atau kehabisancairan saat tetesan infus mulai mengecil (jumlahtetesannya sedikit) yang akan berbahaya bagi pasienjika tidak segera ditangani.DASAR TEORICairan IntravenaTerapi intravena adalah tindakan yang dilakukandengan cara memasukkan cairan, elektrolit, obatintravena dan nutrisi ke dalam tubuh melaluiintravena. Tindakan ini sering merupakan tindakanlife saving seperti pada kehilangan cairan yangbanyak atau dehidrasi. Pemilihan pemasangan terapiintravena didasarkan pada beberapa faktor, yaitutujuan dan lamanya terapi, diagnosa pasien, usia,riwayat kesehatan dan kondisi vena pasien. Set cairaninfus terdiri dari 1 botol cairan infus lengkap denganselang infus, klem infus, dan jarum infus.PROSEDUR PENELITIANProsedur proses ini dilakukan dengan beberapatahapan yaitu, persiapan desain diagram blok alat,perancangan hardware, perancangan software.Diagram blok alat dijelaskan pada Gambar 1.Gambar 1 Diagram Blok SistemLaser pointer dan fotodioda akan menjadi 2elemen primer dalam pendeteksian drop rate infus.Sensor ini diletakkan pada tabung infus. Sistemsensor ini dilengkapi dengan laser pointer sebagaimasukan dan fotodioda sebagai detektor sinar darilaser pointer.Gambar 2 Sistem SensorD 88

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Ketika ada cairan infus yang menetes maka padapenerima sinyal sensor akan mendeteksi adanyaperubahan sinyal, sehingga sinyal high berubahmenjadi sinyal low. Perubahan sinyal tersebut akanmengakifkan counter pada mikrokontroler yang akanmelakukan proses penghitungan rate infus denganmenggunakan 2 tetesan sampel infus. Jika ratetersebut sama dengan set point masukan makamikrokonroler tidak akan memberikan sinyal PWMke motor, jika rate infus tidak sama dengan set pointmaka mikrokontroler akan memberikan sinyal PWMke motor servo yang akan digunakan dalam memutarsistem mekanik hingga rate infus sama ataumendekati nilai setting pada rate infus.Selang Infus1,81 cmROLLER2,065 cm2,065 cm2,86 cmMotor ServoGWS S03N STD6,14 cmGambar 3 Sistem MekanikPembuatan perangkat lunak pada sistem iniberdasarkan pada diagram blok pada Gambar 4.Gambar 4 Diagram Alir Pembuatan SoftwareSistem ini bekerja saat diberi set point awal yangmerupakan nilai dari drop rate yang akan digunakan.Setelah mengatur nilai set point, mikrokontroler akanbekerja menghitung internal timer mikrokontrolerhingga terjadi tetesan. Setelah terjadi tetesan, tetesantersebut akan digunakan dalam mengaktifkan ICP1(Input Capture Pin Timer 1) yang akan melakukanproses interupsi Input Capture Event yang bekerjapada saat perubahan logika 1 menjadi logika 0. Jikanilai drop rate melebihi nilai set point, maka motorpada sistem mekanik alat akan bergerak berlawananjarum jam dengan tujuan melonggarkan selang infus.Sebaliknya jika nilai drop rate dibawah nilai set pointmaka motor pada sistem mekanik alat akan bergeraksearah jarum jam dengan tujuan menekan selang.Seluruh hasil pembacaan rate akan ditampilkan diLCD dan selama itu LED sign akan bekerjamemberikan status sistem.HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANPada penelitian yang telah dilakukan diperolehhasil pengujian data hasil counter internal clockmikrokontroler dengan berbagai variasi dari rate infusyang terdeteksi dapat dilihat pada Tabel 1TABEL 1Hasil penentuan timer internal mikrokontroleragar menghasilkan drop rate yang diinginkanNo.1 19,6 30812 26,5 22573 32,8 18274 45,6 13155 58,5 10246 64,7 9277 71,7 836Timer mikrokontroler yang berorde mikro sekondapat dikonversikan ke dalam detik dan dihitungdengan persamaan :y =600000 Tetest − interval secPengujian alat dilakukan pada siang dan malamhari dengan 7 set point yang berbeda. Pengujian iniberlangsung selama ± 5 jam dengan 5 percobaandengan inteval waktu percobaan yang sama yakni 1menit dengan hasil yang diperlihatkan pada Tabel 2dan Tabel 3.TABEL 2Rate Infus(Tetes/Menit)Timer / Counter(Mikro Sekon)Hasil pengamatan kerja alat pada saat percobaansiang hariNo.Setting yangdikehendaki(Tetes/menit)rata-ratapermbacaan alat(tetes/menit)rata-ratapembacaan manual(tetes/menit)1 30 29,5 282 35 36,54 35,63 40 41,08 414 45 45,6 45,65 50 51,06 51,86 55 55,48 55,87 60 60,28 60,4D 89

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8TABEL 3Hasil pengamatan kerja alat pada saat percobaan malam hariNo.Tiap-tiap nilai dari berbagai setting point diolahdan dicari nilai rata-ratanya. Sehingga pada Tabel 4dan Tabel 5 diperlihatkan hasil pengolahan tingkaterror hasil pembacaan alat dan tingkat akurasi alatini.TABEL 4Setting yangdikehendaki(Tetes/menit)rata-ratapembacaan alat(tetes/menit)rata-ratapembacaan manual(tetes/menit)1 30 30,9 30,82 35 35,2 35,23 40 40,3 41,04 45 45,7 46,05 50 48,0 49,26 55 55,4 55,67 60 59,8 60,0Hasil pengolahan data pada masing-masing setting point untuk datasiang hariNo.1 30 0 0,70711 1,66667 98,3332 35 1,29538 1,14018 4,4 95,63 40 1,19666 0,70711 2,7 97,34 45 0 0,89443 1,33333 98,6675 50 0,70569 1,78885 2,12 97,886 55 0,55857 0,83666 0,87273 99,1277 60 0,93381 1,14018 0,46667 99,533rata-rata1,94 98,06TABEL 5Hasil pengolahan data pada masing-masing setting point untuk datamalam hariNo.Setting yangdikehendaki(Tetes/menit)STDEValatSettingSTDEVyangalatdikehendaSTDEVmanualSTDEVmanualerrorAlaterroralatakurasiakurasi1 30 0,98387 0,83666 3,1333 96,8672 35 0,68775 0,83666 0,6857 99,3143 40 1,27593 0,70711 0,65 99,354 45 0,95394 1,58114 1,5556 98,4445 50 0,08944 0,83666 4,08 95,926 55 1,35647 1,14018 0,7273 99,2737 60 2,12791 1,58114 0,4 99,6rata-rata1,6046 98,395Rata-rata pengukuran menunjukkan persentaseerror sebesar 1,838% dan tingkat akurasi sebesar98,162%. Sehingga alat ini dapat dikatakan lebihakurat dari sistem konvensional.Uji lain yang dilakukan berupa uji beda-t antarakeadaan pengukuran dengan setting point. Perlakuanpertama yakni sistem diteliti pada malam hari danPerlakuan kedua diteliti pada siang hari dengan hasil :Tingkat akurasi penggunaan alat relatif tinggiwalaupun digunakan dalam pengukuran dalam waktuyang berbeda.KesimpulanBerdasarkan analisis data dan pembahasan yangdilakukan dalam penelitian ini dapat diperolehkesimpulan sebagai berikut :1. Alat yang dibuat lebih mudah penggunaannyadibanding asistem konvensional. Sistem displaydan pemilihan menu pada alat ini lebih baik danlebih mudah pengamatannya sehingga dapatdikatakan sistem ini dapat bekerja dengan baik2. Sistem Optimasi Infus Drop Rate yang telahdibuat dan diuji coba telah menunjukkan hasilyang akurat dengan rata-rata pengukuranmenunjukkan persentase error sebesar 1,838%dan tingkat akurasi sebesar 98,162%. Sehinggaalat ini dapat dikatakan lebih akurat dari sistemkonvensional.Daftar PustakaCameron,John.R dkk.2006.Fisika Tubuh Manusia.EGC : JakartaDavidovits, Paul.2008. Physics in Biology andMedicine. Elsevier, Academic Press;AmsterdamHandaya,Yuda.2010.Infus Cairan Intravena(Macam-macam cairan Infus)[Online].Tersedia:http://www.docstoc.com/docs/80493963/INFUS-CAIRAN-INTRAVENA. Diakses 19 November2011pukul ; 21.55WIBD 90

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8S,Wasito.2006.Vademekum Elektronika : EdisiKedua. Gramedia Pustaka Utama : Jakarta.Andrianto,Heri.2008.Pemrograman MikrokontrolerAVR ATMEGA 16 Menggunakan BahasaC (Code Vision AVR).Informatika :Bandung.Putra,Indra.P..2011. Sistem Kontrol dan MonitoringInfus Multi Bed. Surabaya:DIII OtomasiSistem Instrumentasi Universitas AirlaggaVanatta, John.C dan Fogelman, Morris.J.2010 .BukuSaku Moyer Keseimbanga Cairan danElektrolit. Binarupa Aksara Publisher :Tangerang.D 91

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8RANCANG BANGUN OKSIMETER DIGITAL BERBASIS MIKROKONTROLERATMEGA16Guruh Hariyanto 1 , Welina Ratnayana K. 2 , Franky Chandra S.A 3 ,,1,3 Program Studi S1 Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga2 Program Studi S1 Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : guruh.hariyanto@gmail.comAbstrakOksimeter merupakan alat yang digunakan untuk memonitor keadaan saturasi oksigen dalam darah (arteri)pasien, untuk membantu pengkajian fisik pasien, tanpa harus melalui analisa tes darah. Kadar saturasi oksigendarah merupakan parameter vital untuk mengetahui adanya disfungsi pernafasan dan mencegah lebih diniadanya kekurangan oksigen tingkat selular metabolisme yang dapat menyebabkan kerusakan jaringan danorgan pada pasien kritis. Sensor oksimeter bekerja menggunakan prinsip transmisi cahaya tampak dan infraredyang ditembakkan pada jaringan organ jari tangan atau daun telinga. Intensitas cahaya yang diteruskankemudian ditangkap oleh sensor fototransistor. Pada penelitian ini menggunakan sensor fototransistorTEMT6000 yang memiliki nilai kepekaan yang lebih akurat. Selain itu, harganya yang terjangkau, mampumenekan biaya pembuatan lebih murah. Penelitian ini juga menggunakan tiga macam warna LED yaitu, merah,biru dan hijau sebagai sumber cahaya transmisi. Berdasarkan hasil yang didapatkan, ternyata LED merah lebihbaik untuk menerobos jaringan organ jari tangan. Selain itu, alat oksimeter dilengkapi dengan sistem alarmuntuk menambah nilai fungsi sebagai pengingat jika terjadi status kadar oksigen pasien yang abnormal. Alatpenelitian mampu membedakan hasil pengukuran antara pasien satu dengan yang lain dengan nilai eror 2,774% dan akurasi 97 %Kata kunci : oksimeter, fototransistor, saturasi oksigenPENDAHULUANOksimeter merupakan salah satu alat yang seringdigunakan di rumah sakit saat dilakukan prosespembedahan untuk mengetahui saturasi oksigendalam darah. Saturasi adalah persentase dari padahemoglobin yang mengikat oksigen dibandingkandengan jumlah total hemoglobin yang ada di dalamdarah (Andrey Arantra Putra, 2005)Cara kerja oksimeter yaitu mengukur intensitascahaya LED yang dipaparkan di permukaan kulit jarisetelah melewati kulit dan berinteraksi dengan seldarah merah. Dengan membandingkan absorpsicahaya, alat tersebut dapat menentukan persentase Hbyang disaturasi (Srie Yanda, 2003)Di Indonesia banyak sekali distributor yangmenjual oksimeter dengan harga yang relatif masihmahal. Hal ini dikarenakan ketersediaan oksimetermasih mengimpor barang dari luar Indonesia.Berdasarkan uraian sebelumnya, oksimeter masihmemungkinkan untuk dibuat dengan komponen dalamnegeri karena sediaan bahan penyusun sensorfotodetektor seperti LED cahaya tampak dan LEDinframerah terdapat dalam jumlah besar.Pulse OximetryPulse Oximetry berfungsi mengamati titik jenuhoksigen di pembuluh darah arteri. Sensor dibangundengan menggunakan LED (Light Emitting Diode)berwarna merah dan LED infrared. Perlu diketahuihemoglobin yang mengandung oksigen akanmenyerap panjang cahaya 910 nm dan hemoglobinyang tidak mengikat oksigen menyerap panjangcahaya 650 nm sehingga hal inilah yang mendasarimengapa LED merah dan infrared digunakan sebagaikomponen utama pembangun sensor karena keduajenis LED ini memiliki panjang gelombang yangsesuai criteria seperti pada grafik pada gambar 1.Gambar 1.Penyerapan Cahaya Oleh Hb dan HBO 2Cahaya yang tembus akan ditangkap fotodetektorsetelah melewati jaringan pada jari. Ilustrasipengurangan cahaya ini dapat dilihat pada gambar 2.Gambar 2. Transmisi Cahaya pada Jaringan Organ JariAda tiga motode dalam mendesain probe oksimeter,diantaranya metode transmisi, metode refleksi, danmetode cincin. Metode yang digunakan padapenelitian ini adalaha desain probe transmisi dimanacahaya ditembakkan dari atas kuku dan cahaya yangD 92

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8tembus ditangkap di bawahnya. Metode transmisiditunjukkan pada gambar 3.Gambar 3 Desain Probe SensorPROSEDUR PENELITIANProsedur proses ini dilakukan dengan beberapatahapan yaitu, persiapan desain diagram blok alat,perancangan hardware, perancangan software.Diagram blok alat dijelaskan pada gambar 4.Keluaan tegangan dari amplifier akan diolah dirangkaian sample and hold. Rangkaian menggunakanIC CD4066 (quad bilateral switch) yang memilikiempat gerbang input dan empat gerbang output.Sinyal yang akan masuk disimpan terlebih dahulusebelum dikeluarkan selama periode tertentu, sesuaidengan input pada pin ctrl masing-masing. Selain itu,IC CD4066 perlu ditambah Input buffer amplifieryang mempunyai impedansi input yang tinggi. Hal iniberfungsi untuk mengurangi pembebanan pada tahapsebelumnya dan mempunyai impedansi output yangrendah untuk memungkinkan pengisian muatandengan sangat cepat pada hold capacitor.Gambar 4. Diagram Blok AlatLED Merah dan IR perlu diberi setting timer agarLED menyala berkedip dengan frekuensi 1000Hz. Halini dilakukan untuk memenuhi kecepatan denyutaliran darah pada arteri. Cahaya yang diteruskan akanditangkap oleh fototransistor TEMT6000 yang nilaikeluaran berupa tegangan analog. FototransistorTEMT6000 ditunjukkan pada gambar 5.Gambar 5. TEMT6000Gambar 6. Rangkaian Penguat BertingkatD 93Terdapat dua keluaran tegangan dari rangkaiansample adn hold yang kemudian dihubungkan padapin ADC pada mikrokontroler agar tegangan yangdihasilkan akan dikonversi menjadi data digital dandihitung dengan rumus ratio saturasi oksigenR = ac660/dc660ac940/dc940 ................(1)Untuk mengetahui hasil akhir nilai spo2 digunakanrumus :Spo2= 110-25xR..................(2)Pada pengujian alat ini dilakukan perbandingannilai ukur dengan alat pulse oximetry Mindrey PM50yang sudah terkalibrasi. Sekaligus mencari data nilaispo2 pada lima jari tangan yang berbeda.HASIL UJICOBA DAN PEMBAHASANPengujian ini mengambil data perubahan hasilpengukuran selama interval satu menit sebanyak tigakali pengukuran di lima jari yang berbeda. Jari yangdikuru yaitu jari telunjuk, jari jempol, jari tengah, jarimanis, jari kelingking. Adapun data yang didapatkanadalah sebagai berikut :NoTabel 1. Nilai Pengukuran Spo2 Jari TanganSpo2Telunjuk(%)Spo2JariTengah(%)Spo2JariManis(%)Spo2Jempol(%)Spo2 JariKelingking(%)93,45 92,91 92,2 91,76 91,87Keluaran dari fototransitor kemudian dikuatkandengan amplifier cascade. Amplifier ini memilikipenguatan sebanyak tiga kali yang terdiri dari lowpass filter7Hz, high pass filter7Hz, kopling diodagermanium dan kopling kapasitor untuk membloksinyal AC dan DC pada karakter penguatan masingmasing.1 94,16 95 92,2 92,4 90,52 92,5 92,94 91,6 91,89 95,253 93,7 90,8 92,6 91 89,86RatarataSD 0,857 2,100 0,48 0,708 2,944Eror 0,917 2,260 0,52 0,772 3,205Dari data tersebut dapat dianalisa bahwa pengukuranspo2 pada jari telunjuk menunjukkan angkapengukuran paling besar dengan pengukuran yang

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8lain. Tetapi secara keseluruhan, jari yang lainmenunjukkan hasil pengukuran yang memiliki selisihyang relatif kecil. Perbedaan ini bisa disebabkanpanjang lintasan tranmisi cahaya dari LED yangberbeda pada setiap jari. Semakin panjang lintasantransmisi cahaya maka semakin banyak cahaya yangdiserap sehingga sedikit saja cahaya yang diteruskan.Jari jempol yang memiliki struktur lapisan jaringanyang lebih tebal atau panjang menunjukkan hasilpengukuran yang paling kecil. Selain itu ada beberapafaktor yang menyebabkan mengapa jari telunjukmenghasilkan pengukuran yang lebih besardibandingkan dengan jari kelingking. Hal ini bisadisebabkan seperti ukuran jari yang terlalu besar,perubahan kadar Hb, aktivitas berlebihan pada saatpengukuran dan desain probe sensor yang kurangsempurna.Selain iu alat hasil penelitian dibandingkandengan Mindrey PM50, didapatkan hasil sebagaiberikut :Tabel 2. Hasil Perbandingan Pengukuran AlatDari hasil tabel 2. Dapat dilihat bahwa alat masihkurang stabil dikarenakan adanya nilai toleransi erorpada komponen yang digunakan sehingga prosespembacaan ADC masih sering berubah-ubah. Selainitu bisa disebakan kondisi pasien yang kurang tenangsaat proses pengukuran. Oksimeter berbasismikrokontroler ATMega16 telah dibuat dan dapatbekerja dengan cukup baik. Alat penelitian mampumembedakan hasil pengukuran antara pasien satudengan yang lain dengan nilai eror 2,774 % danakurasi 97 %DAFTAR PUSTAKAAdil, Ratna dan M.Rochmad.2009. Design andAnalyze Detector Stress Level BasedOxihaemoglobin (HbO2) in Blood. ICICI-BME 2009 Proceedings.Surabaya: PENS.Anan, Wongjan, and Amphawan Julseree,members.2009. Continuous Measurements ofECG and SpO2 for Cardiology InformationSystem .Proceedings of the InternationalMultiConference of Engineers and ComputerScientists 2009 Vol II: HongkongHadi, Mokh. Sholihul.2008. MengenalMikrokontrolerAVRATMega16.IlmuKomputer.com. Diakses[19Juni 2012]Khandpur, R.S.2005.Biomedical InstrumentationTechnology and Aplications.USA: TheMebraw-Hill Companies.Matviyenko, Serhiy.2010.Pulse Oximetry-Standard.San Jose: Cypress SemiconductorCorporation.Parumaanor, John Tinsy.2008. Visible Versus Near-Infrared Light Penetration Depth Analysis InAn Intralipid Suspension As It Relates ToClinical Hyperspectral Images.Arlington : TheUniversity of Texas.Putra, Andrey Aranta ,Kemalasari ,Paulus SusetyoW.2006.Rancang Bangun Pulse OximetryDigital Bebasis Mikrokontroller.Surabaya:PENS.Thai Li, Yun.2007. Pulse Oximetry. Guildford.Department of Electronic Engineering :University of Surrey.Town, Neil.2001.Pulse Oximetry.Journal MedicalElectronics.Michaelmas Term.2001.D 94

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8STUDI UJI COBA WIND TURBINE DENGAN MENGGUNAKAN WIND TUNNELSEDERHANAKristin Natalia 1*) ,Satwiko S 2) , Hadi N 3)1 Universitas Negeri Jakarta, Jalan Pemuda 10 Rawamangun, Jakarta Timur 13220* ) Email: kristinnatalia12345@gmail.comsidopekso61@yahoo.com.auABSTRAKSemakin menipisnya persediaan energi fosil, menyebabkan banyak penelitian difokuskan pada energi alternatifatau energi terbarukan (renewable energy). Dalam pengembangan energi angin, dibutuhkan sebuah peralatanuntuk mengukur besar energi hasil dari turbin angin untuk kecepatan udara tertentu. Keunggulan dari windtunnel ini adalah dapat mengatur kecepatan angin sesuai keinginan agar pengambilan data antara kecepatanangin dan besarnya energi hasil dari wind turbine menjadi lebih akurat. Dengan adanya wind tunnel ini, makapenelitian tentang wind turbine dapat dilakukan dengan labih mudah dan akurat.Kata kunci: Renewable Energi, Wind Turbine, Wind TunnelPENDAHULUANPada saat ini, tidak ada aktivitas tanpa adanyaenergi, oleh karena itu energi sangat dibutuhkan.Sebagian besar energi digunakan pada saat ini berasaldari fosil, tidak bisa diperbaharui (non-renewableenergy) tentunya akan habis jika digunakan secaraterus menerus. Semakin menipisnya persediaan energifosil, menyebabkan banyak penelitian yangdifokuskan pada energi alternatif atau energi yangdapat diperbaharui (renewable energy). Pada saat inienergi listrik sangat dibutuhkan, sedangkanmenurut data International Energy Agency (IEA),tahun 2005, sektor kelistrikan adalah penyumbangterbesar emisi karbon dunia (41%), disusultransportasi (23%), industri (19%), rumah tangga(7%), dan lain-lain (10%). Dimana emisi karbontersebut yang menyebabkan pemanasan global,dengan demikian maka pemanfaatan sumber energiterbarukan harus ramah lingkungan sepertipemanfaatan sumber energi surya denganmenggunakan sel surya, pemanfaatan sumber energiangin dengan menggunakan turbin angin, dll.Indonesia merupakan salah satu negara kepulauanterletak di garis khatulistiwa. Hal tersebutmenyebabkan Indonesia memiliki potensi angin yangbesar sepanjang tahun, dengan demikian sangatmenguntungkan bagi Indonesia untuk pememanfaatanenergi angin sebagai sumber energi alternatif.Peningkatan efisiensi turbin angin dapat diketahuidengan melakukan pengukuran berbagai indikatorseperti tegangan, arus dan daya keluaran dari keduaalat tersebut. Dalam penelitian ini, pengukuranindikator-indikator tersebut akan dilakukan denganmenggunakan Atmega 8535. Penggunaan Atmega8535 dikarenakan Atmega 8535 tidak hanya dapatmengukur arus dan tegangan, tetapi juga dapatmengakuisisi data dengan dihubungkan langsung kePC.Dalam penggambilan data energi yang dikeluarkan oleh turbin angin akan sulit ketikadilakukan dalam kondisi yang biasa. Sehinggapengambilan data ini akan lebih mudah ketikadilakukan dalam keadaan yang sudah di buatsedemikian rupa, sehingga pembuatan wind tunnelakan membantu proses pengambilan data ini denganmudah. Dengan menggunakan wind tunnel, akandengan mudah mengatur kecepatan angin yangdihembuskan wind tunnel untuk diarahkan kepadawind turbine. Dengan dibuatnya simulasi sederhanamenggunakan wind tunnel seperti ini maka dapatdiketahui potensi maksimal dari energi angin yangada di Indonesia, sehingga pengembangan teknologiturbin angin juga akan lebih berkembang seiringdengan kemudahan dan keakuratan pengambilan data.STUDI PUSTAKAEnergi AnginA. Energi kinetik angin sebagai fungsikecepatan anginAtmosfer yang menyelimuti bumi mengandungberbagai macam molekul gas yang tersusun atasbeberapa lapisan. Lapisan atmosfer yang palingrendah adalah troposfer yang sangat tipisdibandingkan dengan diameter bumi. Bumi memilikidiameter 12.000 km sedangkan troposfer memilikitebal sekitar 11 km. Semua peristiwa cuaca terjadipada lapisan troposfer, termasuk angin.Energi angin adalah energi yang terkandungdalam massa udara yang bergerak. Energi anginberasal dari energi matahari, pemanasan bumi olehsinar matahari menghasilkan angin. Hampir semuaenergi terbarukan (kecuali energi pasang surut danpanas bumi) bahkan energi fosil berasal dari energimatahari. Matahari meradiasikan 1,74 x 10 17 Jouleenergi ke permukaan bumi pada setiap detiknya.Sekitar 1% hingga 2% dari energi yang datang darimatahari diubah menjadi bentuk energi angin.D 95

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Energi kinetik angin yang dapat masuk ke dalamarea efektif turbin angin dapat dihitung berdasarkanpersamaan 1.1 berikut :P = mv2= (ρAv)v2= ρAv3(1).2 2 2Dimana pada persamaan tersebut dapat kitalihat bahwa energi angin (P;watt) bergantung terhadapfaktor serti aliran massa angin ( m;kg/s) kecepatanangin (v ; m/s), densitas udara (ρ ; kg/m 3 ), luaspermukaan area efektif turbin (A ; m 3 ). Di akhirpersamaan, secara jelas dapat disimpulkan bahwaenergi angin akan meningkat 8 kali lipat apabilakecepatan angin meningkat 2 kali lipatnya, ataudengan kata lain apabila kecepatan angin yang masukke dalam daerah efektif turbin memiliki perbedaansebesar 10% maka energi kinetik angin akanmeningkat sebesar 30%. Gambar 1 merupakan kurvaintensitas energi kinetik angin berdasarkan fungsikecepatan angin.Gambar 1. Intensitas Energi AnginB. Kecepatan Angin Berdasarkan Fungsi dariKetinggiannya dari Permukaan TanahSeperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwakecepatan angin sangat dipengaruhi olehketinggiannya dari permukaan tanah. Semakinmendekati permukaan tanah, kecepatan angin semakinrendah karena adanya gaya gesek antara permukaantanah dan angin. Untuk alasan ini, turbin anginbiasanya dibangun dengan menggunakan tower yangtinggi atau dipasang diatas bangunan. Berikut adalahrumus bagaimana cara mengukur kecepatan anginberdasarkan ketinggiannya dan jenis permukaan tanahsekitarnya.V = V1 z 1/n (2)z1Dimana:V : kecepatan angin pada ketinggian zV1 : kecepatan angin pada ketinggian z1n : nilai n dipengaruhi oleh jenis permukaan tanahTabel 1 menunjukan besarnya nilai n sebagaifaktor perbedaan jenis permukaan tanah yangmempengaruhi kecepatan angin.Tabel 1. Nilai n berdasarkan jenis permukaan tanahGambar 2 menunjukan hasil perhitungan kecepatanangin berdasarkan ketinggian, dengan garis putusputusmenggunakan asumsi n = 7, sedangkan garislurus dengan asumsi n =5.Gambar 2. Kecepatan angin berdasarkan ketinggiannya daripermukaan tanahC. Potensi EnergiBerdasarkan data dari GWEC, potensi sumberangin dunia diperkirakan sebesar 50,000 TWh/tahun.Total potensial ini dihitung pada daratan dengankecepatan angin rata-rata diatas 5,1 m/s dan padaketinggian 10 m. Data ini setelah direduksi sebesar10% sebagai toleransi yang dipengaruhi oleh faktorfaktorseperti kepadatan penduduk, dan lain-lain.Tabel 2. Sebaran potensi energi angin. (TWh/tahun)DaerahGrubb and Meyer [4] Wijk and Coelingh[5]Afrika 10 600 -Australia 3 000 1 638Amerika Utara 14 000 3 762America Latin 5 400 -Eropa Barat 500 520Eropa Timur 10 600 -Asia 4 900 -Perkiraan Total 50 000 20 000 (+area lain)D. Potensial Energi angin di IndonesiaBerikut ini adalah peta potensi energi angin diIndonesia yang dapat digunakan sebagai referensidalam mengembangkan pembangkit listrik tenagaangin di Indonesia. Perbedaan kecepatan udaraterlihat dari perbedaan warnanya. Biru menyatakankecepatan udara rendah, sedangkan hijau, kuning,merah dan sekitarnya menyatakan semakin besarnyakecepatan angin.D 96Gambar 3. Peta Persebaran Kecepatan Angin di IndonesiaSebagian besar wilayah Sumatera danKalimantan memiliki potensi kecepatan angin yangcukup rendah yaitu antara 1,3 m/s – 2,7 m/s. PulauJawa dan Sulawesi memiliki potensi kecepatan angin

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8antara 2,7 m/s – 5 m/s. Sebagian besar wilayahMaluku dan Nusa Tenggara memiliki potensikecepatan angin 4,5 m/s -5,5 m/s.AnemometerAnemometer adalah instrumen yang dirancanguntuk mengukur kecepatan angin baik total ataukecepatan satu arah atau lebih komponen linier darivektor angin. Instrumen ini dapat diklasifikasikanmenurut transduser yang digunakan, yang umumdigunakan dalam meteorologi termasuk cangkir,baling-baling, tabung pitot, kawat panas atau lapisanpanas dan anemometer sonik.BlowerBlower dapat mencapai tekanan yang lebih tinggidaripada fan, sampai 1,20 kg/cm2. Dapatjugadigunakan untuk menghasilkan tekanan negatif untuksistim vakum di industri. Blower sentrifugal danblower positive displacement merupakan dua jenisutama blower.Blower sentrifugal terlihat lebih seperti pompasentrifugal daripada fan. Impelernya digerakan olehgir dan berputar 15.000 rpm. Pada blower multitahap,udara dipercepat setiap melewati impeler. Padablower tahap tunggal, udara tidak mengalami banyakbelokan, sehingga lebih efisien. Blower sentrifugalberoperasi melawan tekanan 0,35 sampai 0,70kg/cm2, namun dapat mencapai tekanan yang lebihtinggi. Satu karakteristiknya adalah bahwa aliranudara cenderung turun secara drastis begitu tekanansistim meningkat, yang dapat merupakan kerugianpada sistim pengangkutan bahan yang tergantungpada volum udara yang mantap. Oleh karena itu, alatini sering digunakan untuk penerapan sistim yangcenderung tidak terjadi penyumbatan.Blower jenis positive displacement memiliki rotor,yang "menjebak" udara dan mendorongnya melaluirumah blower. Blower ini me nyediakan volum udarayang konstan bahkan jika tekanan sistimnyabervariasi. Cocok digunakan untuk sistim yangcenderung terjadi penyumbatan, karena dapatmenghasilkan tekanan yang cukup (biasanya sampaimencapai 1,25 kg/cm2) untuk menghembus bahanbahanyang menyumbat sampai terbebas. Merekaberputar lebih pelan daripada blower sentrifugal(3.600 rpm) dan seringkali digerakkan dengan beltuntuk memfasilitasi perubahan kecepatan.ini sulit diwujudkan karena kompensasi dariperancangan turbin angin dengan nilai kecepatanmaksimal (Vcut-off) yang besar adalah Vcut danVrated yang relatif akan besar pula.Gambar 4. Karakteristik Kerja Turbin AnginGambar 5. Efisiensi rotor dari segala jenis win turbineMETODE PENELITIANA. Alur kegiatanMembuat desain alat berupa sistem sistem ujicoba wind turbine menggunakan wind tunnelsederhana. Adapun proses penelitian yang akandilakukan adalah sebagai berikut:E. Karakteristik Kerja Turbin AnginGambar. 4 menunjukan pembagian daerah kerjadari turbin angin. Berdasarkan gambar 4 ini, daerahkerja angin dapat dibagi menjadi 3, yaitu (a) cut-inspeed (b) kecepatan kerja angin rata-rata (kecepatannominal) (c) cut-out speed. Secara ideal, turbin angindirancang dengan kecepatan cut-in yang seminimalmungkin, kecepatan nominal yang sesuai denganpotensi angin lokal, dan kecepatan cut-out yangsemaksimal mungkin. Namun secara mekanik kondisiGambar 4. Alur kerja penelitianDari alur kerja diatas setelah wind tunnel selesaidibuat, perlu dilakukan pengambilan data, berupapengukuran arus dan tegangan untuk mengetahui dayaD 97

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8yang dihasilkan wind turbine berdasarkan kecepatanangin yang dikeluarkan olah wind tunnel.B. Desain Sistem Wind TunnelC. Alat dan BahanGambar 6. Desain alatGambar 7. Desain pengukuranBerikut ini merupakan alat yang dibutuhkanuntuk memperoleh data:-Tunnel-Blower-Anemometer-Motor-Timming Belt-Microcontroller ATmega 8535-Sensor Arus DCS-01-Baterai 24 Volt, 150 Ah-Lab topD. Prosedur Penelitian- Mendesain sistem wind tunnel dan jugadesain pengukuran terhadap turbin anginnya.- Mengukur kecepatan angin yangdihasilkan dari blower dengananemometer yang diletakkan didalamdrum.- Menghubungkan motor penggerakdengan blower dengan bantuan TimmingBelt.- Mengukur besarnya tegangan, arus, dandaya keluaran alat.- Pengkuran dilakukan secara otomatisdengan bantuan microcontroler AT Mega8535.Melakukan pengolahan data, menganalisa danmembahas penelitian, serta mengambil kesimpulan.PEMBAHASANPenggunaan turbin angin sebagai salah satu carautama untuk dapat mengonversi energi angin menjadienergi mekanik kemudian menjadi energi listrik.Penelitian ini dilakukan sebagai tahap lanjut daripenelitian sejenis di Universitas Negeri Jakartatentang wind turbine. Kekurangan dari penelitiansebelumnya adalah tidak bisa memprediksi keluaranmaksimum dengan kecepatan angin yang terjadi diatas gedung.Kondisi angin yang kurang menentumenyebabkan turbin angin tidak dapat bekreja sesuaidengan keadaan ideal yang di inginkan. Karakterisasiwind turbin dapat dengan mudah diketahui denganpenggunaan wind tunnel ini. Panjang dari wind tunneldiatur tidak terlalu panjang sehingga angin yangdihasilkan blower tetap dapat menggerakkan blade.Cara kerja alat ini adalah aliran udara yangdihembuskan oleh blower mengalir dalam windtunnel sehingga angin tersebut terfolus dan dapatmenggerakkan turbine angin tersebut. Tiapsambungan drum akan dipasangkan 1 buahanemometer untuk diukur besarnya hembusan angindan sebagai bahan analisa dari efisiensi rotor windturbine. Wind turbine tersebut dehubungkan denganbaterai 24 V, agar lebih mudah untuk mengukurkeluaran yang dihasilkan. Disamping itu keluaranyang dihasilkan berupa tegangan, arus, dan daya tetapdiukur dengan bantuan microcontroler. Pengguanaanmicrocontroler ini agar pengukurannya lebih akuratdan otomatis.Hal yang telah dilakukanHal yang telah dilakukan adalah mengumpulkankajian pustaka yang terkait dan mempelajari lebihlanjut karakteristik dari wind turbine. Menyediakanbaterai 24 Volt yang berguna untuk instalasi alat,drum sebagai wnid tunnel, serta sensor arus DCS 01.Hal yang akan dilakukanProses yang akan dilakukan selanjutnya adalah,mempersiapkan set alat sesuai design, mengukurkecepatan angin yang dihasilkan blower untukmenggerakkan wind turbine. Pengukuran arus danbesarnya kecepetan angin dilakukan secarabersamaan.RINGKASANPemanfaatan energi angin sebagai salah satuenergi terbarukan memang sangat pesatperkembangannya. Energi gerak dari angin dikonversimenjadi energi listrik. Wind turbine sebagaikomponen utama dalam memperoleh energi listirktersebut. Kelemahan dari turbin ini adalah kecepatanangin yang tidak maksimal akan memperkecilbesarnya daya yang diharapkan. Untuk memeriksakarakteristik turbin angin memang dibutuhkanperlakuan khusus dengan kondisi kecepatan anginyang stabil. Untuk itulah digunakan wind tunnelsebagai teknik uji coba wind turbine sederhana,D 98

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dengan bantuan motor penggerak. Kecepatan anginyang konstan tersebut akan menggerakkan sudu danmenyebabkan turbin berputar. Wind turbine tersebutdihubungkan dengan baterai 24 V sehingga dapatdiukur besarnya keluaran yang dihasilkan. Hasil daridata yang diperoleh menjadi dasar pengetahuan untukpemasangan wind turbine dengan benar.DAFTAR PUSTAKADesire Le Gourieres, 1982. Wind Power Plants,Theory and Design, Pergamon Press.Dewi, Regina. 2012. Pengukuran Arus dan TeganganPada Sistem Pembangkit Listrik Hybrid diFMIPA UNJ. Jakarta: Jurusan Fisika FakultasMatematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Negeri Jakarta.Dr A Harsono Soepardjo M. Eng Ketua Pusat StudiKelautan FMIPA-UI dan Peneliti Pusat StudiEnergi UI “ Energi Baru dan Terbarukan”Kompas 24 Oktober 2005.L.L. Freris, 1990. Wind Energy Conversion System,Prentice Hall, UK.R. Alur, T.A. Henzinger, G. Lafferriere, and G.J.Pappas. Discrete abstractions of hybridSasongko, P. 2005. Peranan Konversi Energi dalampenyediaan energi Nasional, SeminarPenghematan Listrik dan Pemanfaatan EnergiAlternatif yang terbarukan, Yogyakarta,Systems. Proceedings of the IEEE, 88(7):971–984,July 2000Tony Burton, et. Al. 2001. Wind Energy Hand Book,John Wiley dan Sons.D 99

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Perancangan Kontroler Menggunakan Metode ANFIS Sebagai Pengendalian LonjakanTemperature Uap Jenuh Untuk Menjaga Kestabilan Temperature pada Boiler Heatexchanger WS-6M Fajar Shodiq J,ST 1 *, Ir Rusdianto Effendi AK,MT 2 , Ir Ali Fathoni MT 31,2,3Teknik Sistem Pengaturan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, IndonesiaEmail : mohfajars@yahoo.comAbstrakPada alat WS-6 (Alat pembuat Aquadest) terdapat Heat exchanger yang di dalamnya terjadi proses pertukaranpanas. Proses pemanasan terjadi yang menyebabkan temperature naik, sehingga pada ruang pemanasan akantimbul uap yang menyebabkan steam. Saat besarnya steam yang di keluarkan dan yang dihasilkan tidaksebanding maka steam lama – kelamaan akan menumpuk yang menyebabkan menjadi uap jenuh, sehingga padasaat – saat tertentu akan saturasi sehingga menyebabkan lonjakan yang tiba – tiba pada aliran air yang tidakdapat dikontrol meskipun aliran air dan temperature tersebut akan kembali lagi sesuai dengan set point.Karena bentuk alat yang spesifik maka pendekatan yang bisa dilakukan adalah dengan pendekatan statistic.Lonjakan temperature dapat di control dengan metode ANFIS maupun adaptive wang dengan cara pengaturankomposisi kerja kontroler .Hasil yang diperoleh menunjukkan rata – rata lonjakan terjadi selama 30 detik dan rata – rata lama waktusebelum lonjakan adalah 4,3 menit. Dengan pengaturan 4 menit plant bekerja dan 60 detik kontroler bekerja didapatkan hasil tidak adanya lonjakan temperature.Keyword: temperature, Uap Jenuh, ANFIS, heat exchangerPENDAHULUANHeat exchanger adalah pesawat yang bergunauntuk proses penukaran panas dan dingin. Prosespertukaran panas pada heat exchanger perludikendalikan agar diperoleh temperature yang sesuaidengan criteria yang diinginkan sehinggapemanfaatanya bisa lebih optimal. Pada heatexchanger terdapat ruang yang dipakai untuk ruangpemanasan, dan ruang pertukaran panas.Penelitian banyak menggunakan adaptive untukmengatasi permasalahan temperature steam (1,2),disini ditawarkan dengan metode sederhana untukmengatasi permasalahan stem.Pada alat laboratorium WS-6 dimana alat ini bergunauntuk memproduksi aquades. Daya yang digunakanuntuk pemanasan elemen sebesar 3000 watt. Pada alatini sering terjadi lonjakan temperature yangdisebabkan oleh tekanan uap jenuh, dimana uap jenuhini terjadi karena adanya kesetimbangan dalam ruangtersebut yang dinamakan dengan keadaan jenuh(saturated) dan steam. Dalam ruang pemanasan danruang heat exchanger. Pada saat terjadikesetimbangan dan ada ruang celah maka air dalamruang pemanasan akan terdorong keluar sehinggamenyebabkan lonjakan temperature, terjadinyalonjakan ini karena air terdorong keluar dan air masuklagi ke ruang pemanasan dengan temperature yanglebih rendah. Hal ini perlu dihindari meskipuntemperature akan kembali seperti kodisi semula padasaat pemanasan.D 100Hubungan antara tekanan uap jenuh dan temperaturesecara matematis mengikuti persamaan antoine:Log 10 p = A – (B/(C+T))dengan P tekanan uap jenuh, A, B dan C adalahkonstanta spefisik, dan T adalah temperature suatuzat,Besarnya tekanan uap jenuh berkorelasi denganbanyaknya molekul yang mempunyai energi kineticyang cukup untuk melepaskan diri dari permukaancairan dan memasuki fase uap. Tekanan uap jenuhyang lebih besar berarti lebih banyak molekul gasyang dimungkinkan berada di atas permukaan zat cair.Jadi kenaikan suhu dapat memperbesar tekanan uapjenuh, dan semakin tinggi uap jenuh akanmemperbesar kemungkinan penguapan seperti yangterlihat pada gambar 1Gambar 1 Hubungan antara tekanan uap jenuh dan temperatureKarena bentuk alat yang spesifik sehingga untukpemodelan matematis tidak dapat dilakukan sehinggapengontrolan dapat dilakukan setelah di dapatkan data

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8statistik. Pengontrolan menggunakan ANFIS dilakukan untuk menghindari lonjakan temperatureterjadi.Pulse with modulation (PWM)Pulse with modulation merupakan suatu metodeyang digunakan untuk mengontrol daya,menggunakan gelombang kotak dengan duty cycletertentu yang menghasilkan berbagai nilai rata-ratadari suatu bentuk gelombang. Duty cycle menyatakanpresentase keadaan logika high (pulse) dalam satuperiode sinyal. Satu siklus diawali oleh transisi low tohigh dari sinyal dan berakhir pada transisi berikutnya.Selama satu siklus. Untuk mengatasi lonjakantemperature bias dengan mengatur besarnya dayayang menuju ke pemanas, sehingga lonjakan itu tidakterjadi lagi.PWM menggunakan gelombang kotak, dimana lebargelombang dimodulasi dengan variasi rata – rata darigelombang kotak. Jika diberikan sebuah pulsa dengangelombang f(t) dengan sebuah nilai y min adalah nilairendah , dan nilai tinggi y max , nilai rata – rata darigelombang diberikan dari:y = 1 TT f(t)dt0Dimana f(t) adalah pulsa .nilainya adalah y max untuk0< t < D.T dan y min untuk D.T< t < Ty = 1 DTTT ( y maxdt + y min dt)0DT= D. T. y max + T(1 − D)y minT= D. y max + (1 − D)y minxyLapis 1A1A2B1B2Lapis 2ΠΠw1w2Lapis 3NNϖ1w1ϖ 1 =w1+w2w2ϖ 2 = w1+w2ϖ1Lapis 4ϖ1f1ϖ 2 f2Gambar 3. Arsitektur ANFIS model SugenoLapis 5f1=p1x+q1y+r1f2=p2x+q2+r2f = ϖ1f1 + ϖ 2 f2Pada gambar 3 adalah arsitektur ANFISmodel sugeno yang dapat dilatih dengan algoritmapelatihan hybrid terdiri atas dua langkah, yaitulangkah maju dan langkah balikPada langkah maju, parameter premis tetap sedangkanparameter konsekuensi diidentifisikan dengan metodeLSE (Least estimator Squence Estimator).Pada langkah balik sinyal gallat (error) antarakeluaran yang diinginkan dan keluaran aktualdirambatkan mundur sedangkan parameter premisdiperbaharui dengan metode penurunan gradientEksperimental Set UpPada bagian ini menjelaskan prosedureksperimen untuk mengetahui gejala lonjakantemperature yang terjadi.Sensor menggunakan 2 thermocouple yang diletakkan di bagian pemanasan dimana air dipanaskanoleh elemen dan bagian heat exchanger yang terjadipertukaran uap panas dan air dingin sehingga uapjenuh dipaksa turun menjadi aquades., hasilpembacaan sensor dikuatkan dengan INA125 dandibaca oleh ADC di mikrokontroller. Dan dibaca olehcomputer untuk mengetahui kapan lonjakan itu akanterjadi.xxyyfGambar 2 sebuah pulsa gelombang yang menunjukkan pengertianD, y min , y max.ANFISAdaptif Neuro Fuzzy Inference System(ANFIS) adalah jaringan adaptif yang berbasis padasistem inference fuzzy.Parameter ANFIS dapatdipisahkan menjadi dua,yaitu parameter premis dankonsekuensi yang dapat diadaptasikan denganpelatihan hybrid. Pelatihan hybrid dilakukan dengandua langkah yaitu langkah maju dan balikD 101Gb 4. Rancangan sistemDi dalam mikrokontroller dapat diprogram PWMuntuk mengatur daya yang ke pemanas. Denganmemberikan logika 1 atau 0 Besarnya daya bisa di

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8tentukan mulai 0% sampai dengan 100% tergantunglebarnya pulsa. sinyal PWM dihubungkan ke actuatoryang berupa SSR yang menuju ke pemanas sehinggadaya pemanas dapat diatur.Plant diberikan sinal PWM dengan duty cycle 100%dan di data berapa kali lonjakan yang terjadi dalamkurun waktu tertentu sehingga dari data dapat didapatkan lama lonjakan temperature yang terjadi,lama proses terjadinya pemanasan sampai terjadilonjakan temperatureHasil dari eksperimenEksperimen dilakukan di mulai dengan Duty cycle100% menuju ke duty cycle yang lebih rendahsampaii didapatkan temperature yang steady dan tidakada lonjakan temperature karena menumpuknyasteam.Pengambilan data pertama kali dengan duty cycle100% dengan rentang waktu 3 jam, daya yang keelemen terus menerus tidak terputus, dari dataeksperimen yang didapatkan terjadi lonjakan padasaat awal – awal pemanasan mencapai temperaturetertentu dan pada menit – menit tertentu secaraberulang – ulang seperti yang ditunjukkan padagambar 4.Gb 6. Hasil pengambilan data dengan duty cycle 90%Data yang didapatkan dengan pemberian duty cyclesebesar 90% menunjukkan temperature yang lebihstabil meskipun pada saat tertentu masih muncullonjakan tersebut, lonjakan terjadi dengan waktu yanglebih lama, hal ini dikarenakan daya yang diberikanke elemen berkurang sebesar 10% atau daya yangdiberikan ke elemen sebesar 90%Aquades yang dihasilkan untuk pemberian duty cycle90 % sebanyak 3,9 liter/ jam.Pada gambar di bawah menunjukkan pemberian dutycycle sebesar 80%Gambar 7 Hasil pengambilan data dengan duty cycle 80%Gb 5. Hasil pengambilan data dengan duty cycle 100%Dari data yang di dapatkan rata – rata terjadinyalonjakan 4,3 menit dan lama lonjakan temperatureadalah 30 detik. Terjadinya lonjakan terjadi karenasteam yang menumpuk dan adanya rongga udara padasaat pemasan berlangsung sehinga udara dan airkeluar menuju lubang pembuangan.Gambar 5 menunjukkan dengan Duty cycle sebesar90 % masih terdapat lonjakan temperature.Pada pemberian duty cycle sebesar 80% temperaturepada bagian atas dan pada bagian bawah stabil,lonjakan terjadi hanya pada saat awal temperaturenaik. Kenaikan temperature menuju titik didihdiperlukan waktu lebih lama dan Hasil aquades yangdihasilkan dengan duty cycle sebesar 80% banyakberkurang meskipun temperature terpenuhi. Hasilaquades yang didapatkan sebanyak 3,6liter/ jamPenerapan KontrollerSetelah di dapatkan data – data hasil eksperimenberupa data lonjakan temperature di rancangankontroler dengan rancangan sesuai dengan gambar 8Gambar 8. Blok diagram controllerD 102

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Input kontroler adalah error dan ∆error. Denganmenggunakan anfis model sugeno dan dibandingkandengan adaptive fuzzy dengan menggunakan datastatistic untuk kontrollernya di dapatkan hasilpengontrolan menggunakan adaptive wang sesuaidengan gambar 9.rata – rata lonjakan terjadi pada saat 4,3 menit padasaat pemanasan sudah berjalan 4 menit dan sebelumlonjakan terjadi kontroler bekerja untuk menghindarilonjakan temperature terjadi. Kontroler bekerjaselama 1 menit hasil yang di dapatkan ditunjukkansesuai gambar 12Gambar 9. Zoom hasil pengontrolan menggunakan model wangDari gambar di ketahui pengontrolan bekerja denganbaik. Pengontrolan bekerja saat lonjakan temperaturemulai turun ke bawahDengan menggunakan NAFIS model sugenodidapatkan hasil sesuai dengan gambar 10Gambar 12 hasil pengontrolan menggunakan kontroler denganskema 4-1Dari hasil pengontrolan dengan skema 4 menit alatbekerja dengan daya 100% dan satu menit kontrolerbekerja, lonjakan temperature terjadi tetapi masihdalam range kerja temperature yang dibutuhkan (airtidak menuju keluar daerah pembuangan dengancepat)Gambar 10. Zoom hasil pengontrolan menggunakan ANFIS modelsugenoDari gambar 10 diketahui ANFIS bekerja denganbaik. Controller bekerja pada saat temperature mulaiturun dan controller bekerja dengan berosilasi untukmenyetabilkan temperature.Untuk di real plant penerapan controller tidak bisadilakukan karena saat lonjakan temperature terjadiyaitu saat ada celah udara yang menuju keluarpembuangan maka air akan tersedot menuju keluaruntuk mensiasati berdasarkan data statistic dibuatskema sesuai gambar 11.Gambar 11 komposisi penerapan kontroler pada plantBerdasarkan data hasil eksperimen maka penerapanANFIS dapat diterapkan dengan skema sesuai dengangambar 10 dengan skema 4 menit plant bekerjadengan daya 100% dan 1 menit controller bekerja,4. Pembahasan HasilDengan mempelajari fenomena yang terjadi dengandaya 100% dan di dapatkan data statistik maka dapatditentukan kapan kontroler bekerja. Sebelum adanyakontroler banyak air yang terbuang ke pembuanganyang menyebabkan pemborosan air dan daya listrik,kontroler ANFIS bekerja dengan skema waktu 4menit bekerja tanpa kontroller dan satu menit bekerjadengan kontroller dan di dapatkan hasil Prosespemanasan yang lebih stabil dan tidak adalonjakantemperature.5. KesimpulanSaat terjadi lonjakan temperature kontroler tidak dapatbekerja untuk mengatasinya maka dibuat skemasesuai dengan data yang di dapatkan berdasarkanpengukuran, kontroller bekerja sebelum terjadinyalonjakan dengan skema berdasarkan rata – rata datastatistik dan didapatkan hasil yang optimal.Jakub Novak Vladimir Bobal, “Predictive Control ofthe Heat Exchanger Using Local ModelNetwork” 17th Mediterranean Conference onControl & Automation Makedonia Palace,Thessaloniki, Greece June 24 - 26, 2009Brandon W. Gordon, Sheng Liu, and Haruhiko“Dynamic Modeling of Multiple-Zone VaporCompression Cycies usingVariable OrderRepresentations”, Proceedings of theD 103

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8American Control Conference San Diego,California June 1999Zadeh,”Fuzzy Sets”, Information and Control, 8,1965, h. 338-353.Henryk Rusinowski, Wojciech Stanek “Hybrid modelof steam boiler”, *Institute of ThermalTechnology, Silesian University of Technology,Konarskiego 22, 44-100 Gliwice, Poland. 2010H.E. Emara-Shabaik a,*, M.A. Habib b, I. Al-Zaharna.”Prediction of risers’ tubestemperature in water tube boilers”. AppliedMathematical Modelling 33 (2009) 1323–1336.2009Ari Santoso, Sistem pengaturan adaptif dengan logikafuzzy. diktatThomas sri widodo, “Sistem Neuro fuzzy” GrahaIlmuLi Xuemei, Lǔ Jin-hu, Ding Lixing” The HeatTransfer Characteristics of Varied-sectionTube Heat Exchanger” IITA InternationalConference on Control, Automation andSystems Engineering.2009Nurhani Kasuan1, Mohd Nasir Taib2, Mohd HezriFazalul Rahiman3”Model Reference AdaptiveController to Regulate Steam Temperature inDistillation Process for Essential OilExtraction. “IEEE 7th InternationalColloquium on Signal Processing and itsApplication s.2011K.W Lim and K.V Ling “generalized predictivecontroller of a heat exchanger” IEEE 0272-170818911000-0009 $01 00 0 1989Ruslan “Model control prediksi berbasis ANFIS padaheat exchanger” Seminar Nasional AplikasiTeknologi Informasi 2010 (SNATI 2010) ISSN:1907-5022 Yogyakarta, 19 Juni 2010Gordon pellegrineti and joseph bentsman “NonlinearControl Oriented Boiler Modeling-ABenchmark Problem for Controller Design”IEEE TRANSACTIONS ON CONTROLSYSTEMS TECHNOLOGY, VOL. 4, NO. 1,JANUARY 1996D 104

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Rancang Bangun Syringe Pump Berbasis Mikrokontroler ATmega8535 DilengkapiDetektor OklusiNada Fitrieyatul Hikmah 1 , Imam Sapuan 1 dan Triwiyanto 21 Program Studi Teknobiomedik, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UniversitasAirlangga, Surabaya 601152 Program Studi Teknik Elektromedik, Politeknik Kesehatan Kementerian Kesehatan Surabaya 60115Email : nada_fasola@yahoo.comAbstrakTelah dilakukan penelitian merancang alat syringe pump dilengkapi dengan detektor oklusi dengan load cellsebagai komponen sensor. Penelitian ini bertujuan untuk menghasilkan syringe pump yang dilengkapi denganmenu volume obat dan flow rate untuk injeksi sehingga memudahkan perawat dalam mengontrol obat, sertadilengkapi dengan rangkaian untuk mendeteksi terjadinya oklusi. Pada penelitian ini sistem operasi alat sudahdiprogram dengan sistem pergerakan motor sehingga perawat hanya menentukan dosis volume obat denganrentang 1 ml hingga 50 ml dan flow rate dengan rentang 1 ml/jam hingga 50 ml/jam yang perlu diberikankepada pasien untuk selanjutnya diolah oleh mikrokontroler. Syringe pump yang telah dibuat dilengkapi denganbuzzer yang digunakan sebagai alarm nearly empty, oklusi, dan volume cairan obat telah selesai diinjeksikan.Alat ini mempunyai tingkat keakuratan yang tinggi dalam menginjeksikan volume cairan obat, sedangkan untukvariabel flow rate mempunyai tingkat akurasi sebesar 98,92% dan tingkat presisi 99,88%. Pada sistem detektoroklusi menggunakan sensor load cell mendeteksi terjadinya oklusi pada tekanan 100 mmHg dengan tingkatakurasi sebesar 91,60%.Kata kunci : syringe pump, oklusi, volume, flow rate, load cellPENDAHULUANRumah sakit merupakan sistem yang sangatkompleks sehingga sulit untuk mengontrol setiappasien. Bagi pasien yang membutuhkan pengobatanekstra dan intensif, maka diperlukan suatu alat yangdapat mengontrol dosis volume penggunaan obat danflow rate obat yang akan diinjeksikan. Flow rateadalah banyaknya atau volume fluida yang mengalirdiukur per satuan waktu. Alat medis yang dapatmelakukan injeksi secara otomatis adalah syringepump. Dalam hal ini, perawat hanya memberi inputpada alat berupa volume obat yang dibutuhkan sertaflow rate yang dikondisikan dengan kebutuhan pasienmendapatkan volume obat per jamnya (ml/jam).Dalam kasus penyakit jantung dan sarafmisalnya, pemberian cairan obat harus tepat dankonstan atau dengan kata lain jumlah cairan yangdiberikan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh pasien,terutama untuk pasien yang dalam keadaan kritissehingga tidak terjadi ketidaksetimbangan cairan padatubuh pasien yang dapat membahayakan bagi pasienyang sedang menjalani perawatan intensif atau yangsedang menjalani operasi (Royan, 2007). Cairan obatdimasukkan ke dalam tubuh pasien melalui injeksiintravenous untuk durasi waktu yang lama denganflow rate disesuaikan dengan tingkat yang tepatsehingga diperlukan jarum suntik otomatis yang dapatdiprogram. Syringe pump merupakan alat medis yangdifungsikan untuk melakukan injeksi cairan obatsecara lambat dan terus-menerus dengan tujuanterapeutik maupun diagnostik (Saidi et al., 2010).D 105Sistem syringe pump dirancang denganmekanisme pergerakan motor (Kobayashi, 2006).Pergerakan motor akan menyebabkan ulir majusehingga mendorong plunger (pendorong suntikan)dan proses injeksi mulai terjadi. Secara keseluruhan,sistem syringe pump terdiri dari plunger, sebuahmotor, mekanisme pompa, pengontrol mekanismepompa, dan alarm (Wang, 2010). Mekanisme pompamenggunakan gaya yang mendorong plungersehingga cairan obat pada selang terdorong menujupembuluh darah pasien.Masalah yang sering timbul saat penggunaansyringe pump adalah oklusi (penyumbatan) selamamekanisme pompa. Penggunaan syringe pump yangdipasang secara berkelanjutan dapat menyebabkanterjadinya oklusi yang menyebabkan cairan obat yangmasuk ke dalam tubuh tidak mengalir secara konstandan terbentuk tekanan besar pada syringe dan alirancairan (Wang, 2010) yang jika dibiarkan akan terjadipembengkakan. Oklusi dipengaruhi oleh sifat darahpasien yaitu mudahnya terjadi koagulasi(penggumpalan), selang yang terjepit, dan adanyapenggumpalan darah di jarum menuju pembuluhdarah pasien. Meninjau dari hal tersebut, makadirancang syringe pump dilengkapi denganmekanisme alarm deteksi oklusi.Peralatan medis termasuk syringe pump yangterdapat di rumah sakit merupakan produk impor.Oleh karena itu, penulis ingin menghasilkan syringepump produk lokal yang harapannya dapatdikembangkan oleh produsen instrumentasi medis diIndonesia yaitu syringe pump dilengkapi denganalarm sebagai indikasi adanya oklusi dan nearlyempty volume obat pada sistem tersebut. Alarm

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8nearly empty merupakan indikasi untuk volume obatyang mendekati habis pada alat suntik yang terpasangdi syringe pump.Pada penelitian ini akan dikembangkan syringepump berbasis mikrokontroler ATmega8535dilengkapi dengan detektor oklusi dan nearly empty.Setelah terwujudnya syringe pump ini diharapkanrumah sakit dapat memberikan pelayanan optimalkepada pasien dan terlepas dari ketergantunganterhadap produk impor sehingga dapat meningkatkanpasar lokal di Indonesia yang harapannyameningkatkan daya saing sumber daya manusia diIndonesia dengan produk impor.METODE PENELITIANSistem Kerja AlatSemua rancangan rangkaian (layout) yang akandirancang terlebih dahulu dibuat diagram bloknyasehingga pada tahap perancangan akan disesuaikandengan diagram blok syringe pump. Adapun diagramblok syringe pump ditunjukkan pada Gambar 1.5. Optocoupler mendeteksi putaran motorstepper untuk mengetahui jumlah cairan obatyang telah diinjeksi. Selama mekanismepompa berjalan, sensor potensio gesermendeteksi sistem nearly empty dan sensorstrain gauge mendeteksi adanya oklusi.6. Jumlah count yang telah dideteksi olehoptocoupler dikirim ke mikrokontroler untukdibandingkan dengan input volume. Selamaproses ini, sensor potensio geser dan loadcell mengirimkan data bit hasil ADC kemikrokontroler untuk diproses adanyaindikasi error.7. Mikrokontroler mengolah data-data bit yangditerima dari sensor optocoupler, potensio geser, danload cell. Buzzer akan berbunyi jika nilai counteryang dideteksi optocoupler sama dengan inputvolume, potensio geser mendeteksi nearly empty, ataustrain gauge mendeteksi adanya oklusi yang nilainyatelah ditentukan.Rancangan Hardware1. Rangkaian catu dayaCatu daya yang digunakan pada alat syringepump ini adalah 5V. Rangkaian catu daya terdiri daritrafo 12V/2A, regulator 7805 untuk menstabilkantegangan menjadi 5V, diode 1N4002, kapasitor,resistor, dan LED.Gambar 1. Diagram blok syringe pumpPada diagram blok syringe pumpmenggambarkan sistem syringe pump secarakeseluruhan dan hubungan antara rangkaianpendukung dengan rangkaian minimum sistemmikrokontroler. Pemberian angka pada diagram bloksyringe pump tersebut dimaksudkan untukmengetahui prioritas kerja pada rangkaian penyusunsyringe pump. Adapun penjelasan mengenai diagramblok syringe pump pada Gambar 3.2 yaitu :1. Push button untuk menentukan jumlah obatyang akan diinjeksikan pada pasien denganrentang volume dari 1 ml hingga 50 ml sertauntuk menentukan flow rate prosespenginjeksian obat dengan laju 1 ml/jamhingga 50 ml/jam.2. LCD digunakan sebagai tampilan volume(ml) dan flow rate (ml/jam) penginjeksianobat.3. Saat proses injeksi dimulai, driver motorberfungsi untuk menguatkan arus kendalidari mikrokontroler ke motor stepper.4. Mikrokontroler akan menggerakkan motorstepper dengan driver motor sesuai denganmasukan volume dan flow rate.Gambar 2. Rangkaian catu daya2. Rangkaian minimum sistem ATmega8535Fungsi mikrokontroler adalah sebagai otak darisuatu alat sehingga mampu menjalankan proses yangtelah diprogram. Pada rangkaian mikrokontrolermembutuhkan rangkaian RESET yang berfungsiuntuk membuat mikrokontroler memulai kembalipembacaan program. Hal tersebut dibutuhkan padasaat mikrokontroler mengalami gangguan dalammengeksekusi program.D 106

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 3. Rangkaian minimum sistem3. Rangkaian driver motor L298Pin VCC dan GND pada driver motor L298dihubungkan dengan VCC dan ground pada powersupply yang mengalirkan tegangan masukan sebesar5V. Pin current sensing pada driver motor L298dihubungkan ke ground. Pin enable pada driver motordihubungkan ke tegangan 5V untuk menjalankanmotor. Skema rangkaian driver motor ditunjukkanpada Gambar 4.5. Rangkaian buzzerGambar 5. Rangkaian catu dayaPada alat syringe pump buzzer digunakan sebagaialarm penanda tiga keadaan. Pertama untukmendeteksi nearly empty yaitu ketika volume cairanobat dalam suntikan mendekati habis, kedua untukmendeteksi terjadinya oklusi, ketiga untukmengindikasikan bahwa volume cairan obat telahhabis diinjeksikan.Gambar 6. Rangkaian buzzer6. Rangkaian potensio geserIndikasi untuk mendeteksi nearly emptydigunakan sensor potensio geser. Nilai hambatan padapotensio geser akan berubah seiring dengan geraktranslasi dari plunger alat suntik.4. Rangkaian LCDGambar 4. Rangkaian driver motor L298LCD difungsikan untuk menampilkan tulisanberupa angka atau huruf. Pada rancang bangun alatsyringe pump ini LCD digunakan untuk menampilkanjumlah volume cairan obat dan flow rate, serta dapatmenampilkan sisa volume pada suntikan ketika prosesinjeksi sedang berlangsung. Adapun skema rangkaianLCD ditunjukkan pada Gambar 5.Gambar 7. Rangkaian buzzer7. Rangkaian optocoupler dan komparatorOptocoupler terdiri dari bagian transmitter danreceiver. Prinsip kerja optocoupler adalah ketika adabenda yang berada di antara celah sensornya, makacahaya dari bagian transmitter tidak dapat diterimaD 107

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8oleh bagian receiver, sehingga akan menghasilkantegangan keluaran yang nilainya mendekati VCC.Begitu pula sebaliknya, jika tidak ada benda di antaracelah sensor, maka akan menghasilkan tegangankeluaran yang nilainya mendekati 0 V.oklusi mencapai nilai yang ditentukan maka motorstepper akan berhenti, lalu mikrokontroler akanmembunyikan alarm. Reset alarm dilakukan sehinggamotor stepper kembali bekerja.Jika tidak terjadi oklusi atau oklusi belummencapai nilai yang ditentukan, maka counter padamikrokontroler akan mendeteksi volume cairan obatyang tersisa. Jika volume cairan obat belum mencapainilai nearly empty atau belum habis, maka motorstepper akan terus berjalan. Namun, jika volumecairan obat telah mencapai nilai nearly empty atauvolume cairan obat telah habis, maka motor stepperakan berhenti berjalan dan alarm akan berbunyi.Diagram alir pada rancangan software syringe pumpditunjukkan pada Gambar 10.Gambar 8. Rangkaian optocoupler dan komparator8. Rangkaian load cellIndikasi untuk mendeteksi oklusi digunakansensor load cell. Rangkaian load cell pada penelitianini dilengkapi dengan instrumentation amplifier.Skema rangkaian load cell ditunjukkan pada Gambar9.Gambar 9. Rangkaian driver motor L298Keluaran tegangan dari load cell memiliki ordekecil yaitu kisaran milivolt sehingga diperlukanpenguatan dengan menggunakan rangkaianinstrumentation amplifier yang konfigurasinya telahterdapat pada IC AD620. Hasil penguatan tegangandari rangkaian instrumentation amplifier ditentukanberdasarkan besarnya nilai resistor R 1 yangdihubungkan pada pin 1 dan 8 (pin R G , Resistor Gain)dari IC AD620. Rangkaian load cell ini dilengkapidengan rangkaian low pass filter untukmenghilangkan noise yang akan timbul dari load cellyang digunakan.Rancangan SoftwareSyringe pump dihidupkan dengan menekantombol ON, kemudian memasukkan data jumlahvolume obat yang akan diinjeksikan kepada pasien,lalu memasukkan setting flow rate. Jumlah volumeobat antara 1 ml sampai 50 ml. Flow ratepenginjeksian obat antara 1 ml/jam sampai 50 ml/jam.Motor stepper lalu berjalan sesuai dengan input datavolume dan flow rate. Selama motor stepper berjalan,sensor strain gauge mendeteksi adanya oklusi. JikaGambar 10. Diagram alir software syringe pumpTahap PengujianPada tahap ini dilakukan pengujian mekanik,hardware, dan software. Pada pengujian hardwaresyringe pump dilakukan pada setiap rangkaianpendukung syringe pump. Setelah hardware, dansoftware selesai dikerjakan, maka dilakukan ujikinerja alat antara lain kalibrasi motor stepper,pengujian volume, pengujian flow rate, pengujianwaktu, dan pengujian tekanan.1. Kalibrasi motor stepper dilakukan untukmengetahui jumlah count atau cacahan yangdicacah oleh mikrokontroler dalamD 108

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8menghasilkan injeksi volume sebesar 1 ml.Jumlah count ini didapatkan dari putaranpiringan optocoupler. Alat yang diperlukanuntuk pengujian ini yaitu stopwatch dangelas ukur 10 ml. Stopwatch yang digunakanmemiliki skala terkecil 0,01 sekon,sedangkan gelas ukur yang digunakanmemiliki skala terkecil 0,2 ml. Volume 1 mldiperoleh berdasarkan analisis perbandingangear (roda gigi) yang digunakan dalamsistem mekanik alat syringe pump. Nilaikecepatan rpm motor dibandingkan dengankecepatan rpm gear yang bersinggungansehingga akan diketahui jumlah count yangdiperlukan untuk menghasilkan 1 ml.2. Pengujian volume adalah pengujian yangdilakukan untuk mengetahui ketepatanpenginjeksian volume cairan obat. Pengujianini diperlukan gelas ukur 10 ml dengan skalaterkecil 0,2 ml.3. Pengujian waktu adalah pengujian yangdilakukan untuk mengetahui ketepatan waktudalam penginjeksian cairan obat. Alat yangdiperlukan untuk pengujian ini yaitustopwatch dengan skala terkecil 0,01 sekon.4. Pengujian flow rate bertujuan untukmengetahui ketepatan laju alat syringe pumpdalam menginjeksikan cairan obat. Nilai flowrate (ml/jam) diperoleh dari hasil perhinganvolume (ml) dengan waktu (jam). Alat yangdiperlukan untuk pengujian ini yaitustopwatch dengan skala terkecil 0,01 sekondan gelas ukur 10 ml dengan skala terkecil0,2 ml.5. Pengujian tekanan bertujuan untuk mengetahuitegangan keluaran dari rangkaian load cellterhadap tekanan yang dikondisikan padanilai-nilai tertentu. Alat yang diperlukanuntuk pengujian ini yaitu tensimeter denganskala terkecil 2 mmHg dan tabungpemodelan pembuluh darah intravena.HASIL DAN PEMBAHASANAnalisis MekanikPerangkat mekanik sangat berpengaruh terhadapkeberhasilan dibuatnya alat syringe pump. Perangkatmekanik yang sesuai akan mendukung hardware dansoftware sehingga alat syringe pump sesuai denganyang diharapkan. Pada penelitian ini, digunakanperangkat mekanik dari syringe pump merek TerumoTE-331. Adapun bentuk mekanik alat syringe pumpditunjukkan pada Gambar 11.Gambar 11. Perangkat mekanik alat syringe pumpHasil Hardware1. Rangkaian catu dayaRangkaian catu daya yang telah dibuat mampumenghasilkan tegangan keluaran stabil +5,06 V dan -5,06 V. Pada rangkaian catu daya menggunakan trafoyang berfungsi untuk menurunkan tegangan, diodauntuk mengubah arus AC menjadi arus DC, IC 7805yang berfungsi untuk menstabilkan tegangan keluaranmenjadi +5 V, dan IC 7905 yang berfungsi untukmenstabilkan tegangan keluaran menjadi -5 V.Gambar 12. Perangkat mekanik alat syringe pump2. Rangkaian main boardRangkaian main board alat syringe pumpmerupakan gabungan dari beberapa rangkaianpenyusun alat syringe pump yang terdiri darirangkaian driver motor L298, LCD, buzzer, potensiogeser, optocoupler dan komparator, dan minimumsistem AVR ATmega8535. Rangkaian main boardditunjukkan pada Gambar 13.Keterangan :A = Rangkaian optocoupler dan komparatorB = Rangkaian minimum sistemC = Rangkaian buzzerD = Rangkaian LCDE = Rangkaian driver motorGambar 13. Rangkaian main board alat syringe pumpPotensio GeserPotensio geser digunakan untuk mendeteksinearly empty, yaitu indikasi bahwa volume cairanobat dalam alat suntik mendekati habis (± 1 ml).Sensor potensio geser yang digunakan dapat dilihatpada Gambar 14.D 109

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 14. Sensor potensio geserNilai hambatan pada potensio geser akan berubahseiring dengan gerak translasi dari plunger alat suntik.Hubungan linieritas antara hambatan potensio geserdengan gerak translasi untuk nearly emptyditunjukkan pada Gambar 15.terdapat pada IC AD620. Hasil penguatan tegangandari rangkaian instrumentation amplifier ditentukanberdasarkan besarnya nilai resistor yang dihubungkanpada pin 1 dan 8 (pin R G , Resistor Gain) dari ICAD620. Pada rangkaian instrumentation amplifierdigunakan gain sebesar 727 kali.Sinyal keluaran load cell dari rangkaianinstrumentation amplifier masih terdapat noisesehingga diperlukan rangkaian filter untukmenghilangkan noise tersebut. Pada penelitian inifilter yang digunakan adalah low pass filter dengannilai R = 1 kΩ dan C = 10 µF. Filter ini memiliki nilaifrekuensi cutoff sebesar 15,92 Hz.Bentuk fisik load cell 3 kg ditunjukkan padaGambar 17, sedangkan hasil rangkaian dariinstrumentation amplifier dan low pass filterditunjukkan pada Gambar 18.Gambar 15. Hubungan linieritas volume dengan resistansi potensiogeserBerdasarkan Gambar 15 dapat dilihat bahwasemakin mendekati volume habis pada alat suntik,maka nilai resistansi potensio geser semakin besar.Sebaliknya, semakin jauh dari nilai volume nearlyempty, maka nilai hambatan dan tegangan keluarandari potensio geser semakin kecil.Load CellLoad cell digunakan untuk mendeteksi terjadinyaoklusi pada tekanan 100 mmHg. Pada Gambar 16menunjukkan hubungan linieritas sensor load cell.Gambar 16. Hubungan linieritas tegangan keluaran load celldengan tekananBerdasarkan Gambar 16 dapat dilihat bahwasemakin tinggi nilai tekanan yang terukur, maka nilaitegangan keluaran load cell semakin besar. Nilaitegangan keluaran dari load cell sangat kecil (ordemV) sehingga diperlukan rangkaian penguat. Olehkarena itu, rangkaian load cell dilengkapi denganinstrumentation amplifier. Keluaran tegangan dariload cell dikuatkan dengan menggunakan rangkaianinstrumentation amplifier yang konfigurasinya telahGambar 17. Bentuk fisik load cell 3 kgGambar 18. Hasil rangkaian instrumentation amplifier dan low passfilterHasil Pengujian Alat dan Analisis Data1. Kalibrasi motor stepperKalibrasi motor stepper dilakukan untukmengetahui jumlah count yang diperoleh dari putaranpiringan optocoupler dalam menghasilkan injeksivolume sebesar 1 ml. Volume 1 ml diperoleh dariperhitungan pergeseran feed screw yang sama denganpergeseran alat suntik. Pergeseran feed screw untukvolume 1 ml ini diperoleh berdasarkan analisisperbandingan gear (roda gigi) yang digunakan dalamsistem mekanik alat syringe pump.Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh volume1 ml sama dengan pergeseran feed screw sebesar1,413 mm. Volume 1 ml sebanding denganbanyaknya gerak step motor stepper sebesar 848 step.Data ini dimasukkan ke program counter agarmenghasilkan nilai volume sesuai dengan volumeinput. Hasil dari pengujian ini dapat dilihat padaTabel 1.TABEL 1D 110

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Hasil Pengujian Count untuk Volume 1 mlNo. Volume input Volume terukur KV (%)(ml)(ml)1. 1 1,00 02. 1 1,00 03. 1 1,00 04. 1 1,00 05. 1 1,00 06. 1 1,00 07. 1 1,00 08. 1 1,00 09. 1 1,00 010. 1 1,00 0Presisi ditentukan dengan menghitung nilaikoevisien variasi (KV). Semakin kecil nilai KV makadata tersebut semakin presisi. Berdasarkan hasilpengujian pada Tabel 1 dapat dilihat bahwa datavariabel volume untuk alat syringe pump memilikinilai presisi 100% dengan ketelitian gelas ukur 0,2 ml.2. Hasil Pengujian VolumeSetelah dilakukan kalibrasi motor stepperdiperoleh bahwa untuk menghasilkan volume sebesar1 ml dibutuhkan 848 step dari motor stepper.Selanjutnya dilakukan pengujian volume dari alatsyringe pump untuk mengetahui ketepatan alatsyringe pump dalam menginjeksikan volume cairanobat. Hasil dari pengujian ini dapat dilihat padaGambar 19.Gambar 19. Grafik linieritas volumePada Gambar 19 diperoleh persamaan lineritasuntuk volume yaitu y = x yang berarti bahwa nilaivolume input selalu sama dengan volume terukur.Berdasarkan Gambar 19 terlihat bahwa variabelvolume alat syringe pump memiliki tingkat akurasi100% dengan ketelitian gelas ukur 0,2 ml.3. Hasil Pengujian Waktu dan Flow RatePengujian waktu dan flow rate bertujuan untukmengetahui ketepatan alat syringe pump dalammenginjeksikan cairan obat sesuai dengan laju aliryang diinginkan. Pada pengujian ini menggunakanvariasi nilai flow rate untuk proses injeksi denganvolume tetap 1 ml. Hasil dari pengujian ini dapatdilihat pada Gambar 20.Gambar 20. Grafik linieritas flow ratePada Gambar 20 diperoleh persamaan linearitas y= 1,028x – 0,41. Oleh karena persamaan tersebutkurang linear (y≠1), maka dihitung nilai kesalahannyayang ditunjukkan pada Tabel 2.TABEL 2Data Persentase Kesalahan dari Flow RateNo. Flow rate(ml/jam)Flow rate (volume /waktu) (ml/jam)Kesalahan(%)1. 5 4,97 0,602. 10 9,97 0,303. 15 14,94 0,404. 20 20,00 0,005. 25 25,35 1,406. 30 30,00 0,007. 35 35,64 1,808. 40 40,90 2,259. 45 45,56 1,2410. 50 51,42 2,84Rata-rata kesalahan : 1,08Tingkat ketepatan (akurasi) syringe pump dalammenentukan nilai flow rate dihitung melaluipersamaan :Ketepatan alat = 100% - persentase kesalahan= 100% - 1,08%= 98,92%Jadi, tingkat akurasi variabel flow rate pada alatsyringe pump adalah sebesar 98,92% dan tingkatpresisi 99,88%. Adanya persentase error pada variabelflow rate disebabkan oleh berbagai faktor antara lainpengukuran waktu manual yang tidak tepat danpergesekan yang terjadi antara gear penyusunmekanik syringe pump.4. Hasil Pengujian TekananPengujian tekanan bertujuan untuk mengetahuitegangan keluaran dari sensor load cell pada tekanan100 mmHg. Selanjutnya dilakukan pengujian tekanandari alat syringe pump untuk mengetahui ketepatanalat syringe pump dalam mendeteksi tekanan 100mmHg. Hasil dari pengujiannya dapat dilihat padaTabel 3.TABEL 3Hasil Pengujian pada Tekanan 100 mmHgNo. Tekanan terukur(mmHg)Kesalahan(%)1. 106 6,002. 100 0,003. 84 16,00D 111

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-84. 104 4,005. 88 12,006. 89 11,007. 91 9,008. 90 10,009. 87 13,0010. 97 3,00Rata-rata kesalahan : 8,40Tingkat ketepatan (akurasi) syringe pump dalammenentukan nilai tekanan dihitung melaluipersamaan :Ketepatan alat = 100% - persentase kesalahan= 100% - 8,40%= 91,60%Jadi, tingkat akurasi variabel tekanan pada alatsyringe pump adalah sebesar 91,60% denganpersentase kesalahan 8,40%. Permasalahan yangterjadi pada deteksi tekanan dengan load cell adalahnilai tegangan yang selalu berubah pada parameternilai tekanan yang sama walaupun nilai tegangannyacenderung mengalami kenaikan dari tekanan rendahhingga tekanan tinggi. Hal ini disebabkan karenapengaruh mekanik dimana load cell akan mengalamivibrasi pada saat syringe pump dihidupkan. Vibrasiini berasal dari motor stepper yang bekerja.Semakin besar nilai tekanan, maka tegangan yangterukur semakin meningkat. Namun, hasil tegangankeluaran sensor load cell selalu berubah pada uji yangberbeda dengan parameter nilai tekanan yang sama.Hasil tegangan keluaran load cell tidak akan presisidengan nilai parameter beban atau tekanan yang samajika sistem mekaniknya terdapat vibrasi yangmempengaruhi mekanik load cell (DS Europe srl,1998).KESIMPULANBerdasarkan analisis data dan pembahasan yangdilakukan dalam penelitian ini dapat diperolehkesimpulan sebagai berikut :1. Syringe pump berbasis mikrokontrolerATmega8535 telah dibuat dan dapat bekerjadengan baik. Syringe pump ini dapatmenginjeksikan cairan obat dengan tingkatkeakuratan yang tinggi pada volume mulaidari 1 ml hingga 50 ml dan pada flow rate 1ml/jam hingga 50 ml/jam. Tingkat akurasivariabel flow rate pada alat syringe pumpadalah sebesar 98,92% dengan nilai presisi99,88%.2. Syringe pump yang telah dibuat belummampu secara spesifik mendeteksi terjadinyaoklusi pada nilai tekanan 100 mmHgdiakibatkan karena adanya vibrasi pada loadcell. Rata-rata persentase kesalahan sebesar8,40% dengan tingkat akurasi sebesar91,60% untuk tekanan.SARANBerikut ini adalah beberapa saran yang dapatdipertimbangkan untuk penyempurnaan penelitianlebih lanjut :D 1121. Dalam pengembangan berikutnya diharapkanperancangan mekanik pada sistem deteksioklusi dapat menghilangkan vibrasi akibatgerakan motor stepper yang akanmempengaruhi kinerja load cell dengan caramemberi sistem peredam vibrasi padaperangkat mekaniknya.2. Ukuran alat suntik yang digunakan tidakhanya 50 ml tetapi juga mampu melakukaninjeksi dengan alat suntik ukuran 10, 20, dan30 ml dengan menambahkan sensor potensiogeser yang diletakkan secara vertikal padamekanik penjepit alat suntik.3. Pengujian waktu tidak dilakukan secaramanual dengan menggunakan stopwatch,tetapi dapat dilakukan secara otomatisdengan memanfaatkan fasilitas timer padamikrokontroler ATmega8535.DAFTAR PUSTAKABasuki, H.S., 2002, Timbangan BerbasisMicrocontroller MCS 51 dengan DigitalDisplay 7 Segmen, Jurnal Elektronika danKomunikasi, 2(3): 35-39Butterfield, B., 2010, Monitoring and Detection of IVLine Occlusion, CareFusion, San Diego, CACarr, J.J. dan Brown, J.M., 1981, Introduction toBiomedical Equipment Technology, PrenticeHallDickenson, J.E., 1983, Syringe Pumps, Brit J HospMed : 187–191Deutsman, A.D., Michels, W.J., dan Wilson, J.E.,1975, Mahine Design Theory and Practice,Coller Macmillan International, MacmillanPublishing Co.IncDS Europe srl, 1998, Instructions For The Installationand The Use of The Load Cell, Milano, ItalyGraham, F. dan Clark, D., 2005, The Syringe Driverand The Subcutaneous Route in PalliativeCare : The Inventor, The History and TheImplications, Journal of Pain and SymptomManagement, 29(1): 32-40Heryanto, M.A. dan Adi P, W., 2008, PemrogramanBahasa C untuk Mikrokontroler ATmega8535,Penerbit ANDI, YogyakartaJorgensen Laboratories, 2004, Automated SyringePump J-1047, Jorgensen Laboratories, Inc.,LovelandKobayashi, S., 2006, Syringe Pump, United StatesPatent Application Publication, Pub. No.: US2006/0079833 A1Pitowarno, E., 2006, Robotika: Desain, Kontrol, danKecerdasan Buatan, Penerbit ANDI,YogyakartaPurwanto, D., 2010, Rancang Bangun Load CellSebagai Sensor Gaya Pada Sistem Uji, BalaiBesar Teknologi Kekuatan Struktur - BPPTRoyan, Siswono, H., 2007, Pump Syringe,Undergraduate Program GunadarmaUniversity

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Saidi, I., Ouni, L.E., dan Benrejeb, M., 2010, Designof an Electrical Syringe Pump Using a LinearTubular Step Actuator, International Journalof Sciences and Techniques of Automaticcontrol & computer engineering, 4: 1388-1401Sugriwan, I., Muntini, M.S., dan Pramono, Y.H.,2010, Desain dan Karakterisasi Load CellTipe CZL601 Sebagai Sensor Massa UntukMengukur Derajat Layu Pada Pengolahan TehHitam, Institut Teknologi Sepuluh November,SurabayaSularso dan Kyokatsu, S., 1983, Dasar Perencanaandan Pemilihan Elemen Mesin, PradnyaParamita, JakartaSuryono, 2008, Rancang Bangun Sensor PergeseranTanah Digital, Jurnal Berkala Fisika, 4(11):147-152Sutrisno, 1986, Elektronika : Teori Dasar danPenerapannya , Jilid 1, Penerbit ITB, BandungTipler, P.A., 1991, Physics for Scientists andEngineers, Third Edition, Worth Publisher, Inc.Wang, Y., Liu, C., Ng, H., 2010, Occlusion DetectionSystem, United States Patent ApplicationPublication, Pub. No.: US 2010/0214110 A1Weir, M.R., 2005, Hypertension, Versa Press, UnitedStates of AmericaWright, S., 2003, Oral History, Hospice HistoryProject, IOELC, Lancaster University, UKhttp://www.alldatasheet.com/D 113

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGARUH JUMLAH SUDU TERHADAP DAYA OUTPUT TURBIN ANGINBERSUMBU HORIZONTAL DIAMETER 1,6 METER SEBAGAI SUMBERPENYEDIA LISTRIK PADA DC HOUSEPuji Suharmanto 1 , Satwiko Sidopekso 2 , Taufik 31,2 Program Studi Fisika Fakultas MIPA Universitas Negeri Jakarta, DKI Jakarta, 132203 Dept. Electrical Engineering California Polytechnic State University, San Luis Obispo, CA 93407Email : harmansuharmanto@yahoo.comAbstrakDengan turbin angin, energi angin dapat dikonversi menjadi energi listrik. Turbin angin biasanya menggunakan3 sudu sebagai komponen utama untuk menyediakan listrik. Dalam tulisan ini, penyelidikan tentang pengaruhjumlah sudu pada daya keluaran listrik yang dihasilkan oleh turbin angin tipe horizontal dengan diameter 1,6meter untuk digunakan oleh rumah DC akan disajikan. Hasil menunjukkan korelasi yang kuat pada efisiensienergi daya listrik yang dihasilkan oleh dua turbin angin dengan jumlah sudu yang digunakan.Kata kunci : Turbin angin, Rumah DC, EfisiensiPENDAHULUANIndonesia, sebagai negara kepulauan yang 2/3wilayahnya meliputi lautan sehingga memiliki garispantai terpanjang di dunia yaitu ± 80.791,42 kmmerupakan wilayah potensial untuk pengembanganpembangkit listrik tenaga angin (bayu). Anginmerupakan salah satu sumber energi terbarukan yangdapat diperbarui (renewable energy) dan dapatdimanfaatkan menjadi energi mekanik atau energilistrik melalui Sistem Konversi Energi Angin(SKEA). Pemanfaatan angin menjadi sumber energitelah dilakukan sejak abad ke-17 oleh para petani dibeberapa negara Eropa seperti Belanda, Denmark dannegara-negara Eropa lainnya untuk memenuhikebutuhan para petani dalam melakukan penggilinganpadi dan irigasi, kemudian istilah pemanfaatan inidikenal dengan windmill.Pemanfaatan energi angin merupakanpemanfaatan energi terbarukan paling berkembangsekarang. Berdasarkan data dari WWEA (World WindEnergy Association) sampai dengan tahun 2007perkiraan energi listrik dihasilkan oleh turbin anginmencapai 93.85 GigaWatt (GW), mampumenghasilkan lebih dari 1% dari total kelistrikansecara global. Amerika Serikat, Spanyol dan Chinamerupakan negara-negara terdepan dalampemanfaatan energi angin baik secara teknologimaupun ilmu pengetahuan.Saat ini pemanfaatan akan potensi energi angintersebut belum optimal. Di tengah potensi anginmelimpah di kawasan pesisir Indonesia, Indonesiahanya baru memiliki total kapasitas terpasang dalamsistem konversi energi angin saat ini kurang dari 800kiloWatt (kW). Di seluruh Indonesia, baru terdapatlima unit kincir angin pembangkit listrik berkapasitasmasing-masing 80 kiloWatt yang sudah dibangun.Tahun 2007, tujuh unit dengan kapasitas samamenyusul dibangun di empat lokasi, masing-masingdi Pulau Selayar tiga unit, Sulawesi Utara dua unit,dan Nusa Penida, Bali, serta Bangka Belitung,masing-masing satu unit. Merujuk pada kebijakanenergi nasional, maka pembangkit listrik tenaga bayu(PLTB) ditargetkan mencapai 250 MegaWatt (MW)pada tahun 2025.Turbin angin ini dapat ditingkatkan efisiensinyauntuk mendapat daya keluaran yang maksimal. Salahsatunya mungkin dengan pengunaan sudu berjumlahbanyak. Sudu yang dipakai adalah tiga sudu danempat sudu. Tulisan ini bertujuan sebagai kajian awalmengenai cara meningkatkan efisensi turbin anginmelalui variasi jumlah sudunya dan penggunaanturbin angin sebagai sumber penyedia listrik pada DCHouse. Kemudian tentunya pengukuran dilakukanpada turbin angin identik.Energi Kinetik Angin sebagai Fungsi dariKecepatan AnginAtmosfer yang menyelimuti bumi mengandungberbagai macam molekul gas yang tersusun atasbeberapa lapisan. Lapisan atmosfer yang palingrendah adalah troposfer yang sangat tipisdibandingkan dengan diameter bumi. Bumi memilikidiameter 12.000 km sedangkan troposfer memilikitebal sekitar 11 km. Semua peristiwa cuaca terjadipada lapisan troposfer, termasuk angin.Energi angin adalah energi yang terkandungdalam massa udara yang bergerak. Energi anginberasal dari energi matahari, pemanasan bumi olehsinar matahari menghasilkan angin. Hampir semuaenergi terbarukan (kecuali energi pasang surut danpanas bumi) bahkan energi fosil berasal dari energimatahari. Matahari meradiasikan 1,74 x 1017 Jouleenergi ke permukaan bumi pada setiap detiknya.Sekitar 1% hingga 2% energi yang datang darimatahari diubah menjadi bentuk energi angin.Energi kinetik adalah energi yang dimiliki suatubenda akibat gerakannya.D 114

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Energi kinetik = Kerja (W) = ½ . m . (v) 2 (1)Dimana: m = massa yang bergerakv = kecepatan benda yang bergerakAngin yang menggerakkan sudu merupakanudara yang bergerak dan mempunyai massa, sehinggadapat dituliskan sebagai berikut :m = berat jenis (ρ) x volume (Luas area x distance)= ρ x A x d = (kg/m 3 ).(m 2 ).(m) = kg (2)Energi kinetik angin yang dapat masuk ke dalamarea efektif turbin angin dapat dihitung berdasarkanpersamaan (1) berikut :Power = Torque x Rotational Speed (7)Potensi Energi Angin di IndonesiaBerikut ini adalah peta potensi energi angin diIndonesia yang dapat digunakan sebagai referensidalam mengembangkan pembangkit listrik tenagaangin di Indonesia. Perbedaan kecepatan udaraterlihat dari perbedaan warnanya. Biru menyatakankecepatan udara rendah, sedangkan hijau, kuning,merah dan sekitarnya menyatakan semakin besarnyakecepatan angin.(3)Dimana pada persamaan tersebut dapat kita lihatbahwa energi angin (P; Watt) bergantung terhadapfaktor-faktor seperti aliran massa angin (m; kg/s),kecepatan angin (v; m/s), densitas udara (ρ; kg/m 3 ),luas permukaan area efektif turbin (A; m 3 ). Di akhirpersamaan, secara jelas dapat disimpulkan bahwaenergi angin akan meningkat 8 kali lipat apabilakecepatan angin meningkat 2 kali lipatnya, ataudengan kata lain apabila kecepatan angin yang masukke dalam daerah efektif turbin memiliki perbedaansebesar 10% maka energi kinetik angin akanmeningkat sebesar 30%. Gambar. 1 merupakan kurvaintensitas energi kinetik angin berdasarkan fungsi darikecepatan angin.Gambar. 1 Intensitas Energi AnginHubungan Daya (Power) dengan Energi Listrikyang DihasilkanEnergi adalah ukuran kesanggupan benda melakukanusaha.Gambar. 2 Peta Persebaran Kecepatan Angin di IndonesiaSebagian besar wilayah Sumatera danKalimantan memiliki potensi kecepatan angin yangcukup rendah yaitu antara 1,3 m/s – 2,7 m/s. PulauJawa dan Sulawesi memiliki potensi kecepatan anginantara 2,7 m/s – 5 m/s. Sebagian besar wilayahMaluku dan Nusa Tenggara memiliki potensikecepatan angin 4,5 m/s -5,5 m/s.Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Bayu (PLTB)Secara umum kincir angin dapat di bagi menjadidua, yaitu kincir angin yang berputar dengan sumbuhorizontal, dan yang berputar dengan sumbu vertikal.Gambar. 3 menunjukan jenis-jenis kincir anginberdasarkan bentuknya. Sedangkan gambar. 4menunjunkan karakteristik setiap kincir angin sebagaifungsi dari kemampuannya untuk mengubah energikinetik angin menjadi energi putar turbin untuk setiapkondisi kecepatan angin. Dari gambar. 4 dapatdisimpulkan bahwa kincir angin jenis multi-blade danSavonius cocok digunakan untuk aplikasi turbin anginkecepatan rendah. Sedangkan kincir angin tipePropeller, paling umum digunakan karena dapatbekerja dengan lingkup kecepatan angin yang luas.Force (F) = massa (m) x percepatan (a) (4)(Pounds, Newtons)Energi = kerja (W) = gaya (F) x jarak (d) (5)Daya adalah usaha yang dilakukan per satuan waktu.Power = P = W / time (s) (6)(kilowatts, Watts, Horsepower)Gambar. 3 Jenis-jenis Kincir anginD 115

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar. 4 Karakteristik Kincir AnginGambar. 5 Diagram Skematik dari Turbin AnginIni adalah salah satu komponen terpenting dalampembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapatmengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsipkerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teorimedan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu padasalah satu cara kerja generator) poros pada generatordipasang dengan material ferromagnetik permanen.Setelah itu disekeliling poros terdapat stator yangbentuk fisisnya adalah kumparan-kumparan kawatyang membentuk loop. Ketika poros generator mulaiberputar maka akan terjadi perubahan fluks padastator yang akhirnya karena terjadi perubahan fluksini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu.Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan inidisalurkan melalui kabel jaringan listrik untukakhirnya digunakan oleh masyarakat. Tegangan danarus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupaAC (alternating current) yang memiliki bentukgelombang kurang lebih sinusoidal.• Rotor bladeRotor blade atau sudu adalah bagian rotor dariturbin angin. Rotor ini menerima energi kinetik dariangin dan dirubah ke dalam energi gerak putar.• TowerTower atau tiang penyangga adalah bagianstruktur dari turbin angin horizontal yang memilikifungsi sebagai struktur utama penopang darikomponen sistem terangkai sudu, poros, dangenerator.Prinsip-prinsip SuduTurbin angin menggunakan prinsip prinsipaerodinamika seperti halnya pesawat.Gambar. 7 Penamaan Bagian-bagian SuduGambar. 6 Komponen Turbin Angin(sumber : BP, Going with the wind)Prinsip dasar kerja dari turbin angin adalahmengubah energi mekanis dari angin menjadi energiputar pada kincir, selanjutnya putaran kincirdigunakan untuk memutar generator, yang akhirnyaakan menghasilkan listrik. Berikut adalah komponenkomponenturbin angin tipe horizontal pada umumnya,yaitu:• GearboxAlat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendahpada kincir menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearboxyang digunakan sekitar 1:60.• GeneratorKeterangan :α = sudut kontak = sudut antara garis tengah – cordline dan arah dari angin, V RV R = kecepatan angin yang terdeteksi oleh suduvektor jumlah dari V (aliran angin) dan Ω R(kecepatan ujung– ujung sudu).Karakteristik Kerja Turbin AnginGambar. 8 menunjukan pembagian daerah kerjadari turbin angin. Berdasarkan gambar. 8 ini, daerahkerja angin dapat dibagi menjadi 3, yaitu (a) cut-inspeed (b) kecepatan kerja angin rata-rata (kecepatannominal) (c) cut-out speed. Secara ideal, turbin angindirancang dengan kecepatan cut-in yang seminimalmungkin, kecepatan nominal yang sesuai denganD 116

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8potensi angin lokal, dan kecepatan cut-out yangsemaksimal mungkin. Namun secara mekanik kondisiini sulit diwujudkan karena kompensasi dariperancangan turbin angin dengan nilai kecepatanmaksimal (Vcut-off) yang besar adalah Vcut danVrated yang relatif akan besar pula.di wilayah pedalaman. DC House bisa menjadi solusibagi 1,6 miliar penduduk di pedalaman yang masihhidup tanpa listrik.Gambar. 9 DC HouseGambar. 8 Karakteristik Kerja Turbin AnginDC House ProjectDC House secara garis besar adalah suatu sistempengaliran listrik ke rumah-rumah atau dalam suaturumah menggunakan metode DC (direct current).Atau listrik dalam suatu rumah memakai daya dariDC. Listrik bisa dibangkitkan dari banyak sumber dandisimpan, misal dalam sebuah baterai, untukselanjutnya dipakai untuk mengoperasikan peralatanelektronik. Dengan demikian, kebutuhan listrik tidaklagi tergantung pada sistem transmisi jarak jauh darisumber yang dibangkitkan pembangkit raksasa.Selama ini, pengaliran listrik dilakukan denganAC (alternating current) untuk mengalirkan listriktegangan tinggi dari PLTA, PLTU, atau pembangkitsejenis. Namun, ketika listrik hendak masuk keperalatan elektronik, AC diubah menjadi DC olehadaptor. Konversi ini tidak efisien sehingga banyakenergi terbuang. Menurut riset, sekitar 1 triliun Kwhterbuang akibat inefisiensi itu.Dengan DC house, konversi AC ke DC tidakdiperlukan karena listrik dari DC House bisa langsungdigunakan. Dengan demikian, DC House menawarkanefisiensi dalam pengaliran listrik. Dengan DC House,efisiensi pengaliran listrik bisa ditingkatkan hinggasebesar 5-10 persen.Satu keuntungan utama DC House lain adalahfleksibilitas. Dalam rancangan dasarnya, DC Housedidesain mampu menerima listrik dari sumber apapun,seperti angin, air, surya bahkan orang yang mengayuhsepeda. Jadi, suatu daerah bisa memanfaatkan potensisumber listrik yang paling melimpah.Turbin anginmerupakan salah satu sumber penyedia energi listrikpada DC house.DC house kesempatan untuk berpartisipasi untukkepentingan kemanusiaan, terutama pemenuhan listrikGambar. 10 Sistem DC HouseGambar. 11 Multiple DC House SystemGambar. 12 Centralized DC HouseD 117

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Alat dan BahanGambar. 13 Block Diagram DC HouseAlat-alat pada penelitian ini terdiri dari :a. Turbin angin tipe horizontal tiga sudub. Turbin angin tipe horizontal empat suduc. Kabel penghubung 20 meterd. Seperangkat komputere. Control unitf. Mikrokontrolerg. Anemometerh. Multimeteri. Rangkaian pembagi teganganj. Sensor arusDesain Alat PenelitianPada penelitian ini digunakan turbin angin tipehorizontal tiga sudu, dimana setiap sudu berukurandelapan puluh sentimeter (80 cm), turbin angindiletakan pada sebuah pipa berukuran tiga meterdiatas atap gedung FMIPA UNJ. Rangkaianpengukuran arus dan tegangan dapat digambarkansebagai berikut :Gambar. 14 Desain Rancangan Alat Pengukur Turbin AnginProsedur Penelitiana. Mendirikan tower turbin angin, setelahsebelumnya merangkai turbin angin sesuaisusunannya.b. Membuat rangkaian pengukuran sepertigambar. 14. Mengukur tegangan dan aruskeluaran turbin angin dengan menggunakanmultimeter untuk mengukur arus dantegangannya, dan mengukur kecepatan angindengan anemometer.c. Mengukur tegangan, arus, daya keluaran darimasing masing turbin angin identik berbedasudu, dan kecepatan angin.d. Membuat grafik hubungan antara dayakeluaran pada turbin angin 3 sudu dan 4sudu.e. Melakukan pengolahan data, menganalisadan membahas penelitian, serta mengambilkesimpulan.PembahasanPenggunaan turbin angin sebagai salah satu carautama untuk dapat mengonversi energi angin menjadienergi mekanik kemudian menjadi energi listrik.Berdasarkan sumber referensi yang ada bahwalayaknya seperti mesin pada umumnya, setiap turbinangin memiliki nilai efisiensi yang berbeda-beda danhal ini ditentukan oleh bentuk sudu, sudut sudu,bentuk ekor, material bahan pembuat turbin angin,bentuk puli, dan jumlah sudu. Dalam penelitian ini,penulis akan melakukan penelitian mengenaipengaruh jumlah sudu terhadap daya keluaran padaturbin angin tipe horizontal berdiameter 1,6 meter.Variasi jumlah sudu yang digunakan pada penelitianini adalah tiga sudu dan empat sudu, kemudiantentunya digunakan dua turbin angin identik bersistem24 Volt dan berkapasitas 300 watt. Yang nantinyaakan dicari perbandingan nilai efisiensi turbin anginyang berbentuk data daya keluaran dari masingmasingturbin angin tiga sudu dan empat sudu,kemudian dari data daya keluaran tersebut akandidapat nilai energi yang dihasilkan tiap-tiap turbinangin tiga sudu dan empat sudu dengan menggunakanhubungan rumus seperti yang telah dipaparkan di atas.Bersumber dari data energi yang dihasilkan olehturbin angin 3 sudu dan 4 sudu maka dapat dianalisisturbin angin manakah yang memiliki nilai penghasilenergi yang terbesar dalam rentang waktu pengukuranyang sama. Dari analisis tersebut maka didapatperbandingan nilai efisiensi dari kedua turbin angintersebut. Besarnya nilai energi yang dihasilkanberbanding lurus dengan nilai efisiensi dari sebuahturbin angin.Turbin angin ini merupakan salah satu sumberpenyedia energi listrik pada DC House. Turbin anginini akan menghasilkan arus DC bersama sumberpenyedia listrik lainnya seperti panel surya, mikrohidro, dan sumber lainnya, kemudian bisa langsungdisambungkan pada penyimpan energi listrik (baterai)dan jika baterai sudah terisi penuh maka lisrik akanlangsung masuk pada alat-alat elektronik.D 118

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Hal yang Sudah DilakukanHal yang sudah dilakukan adalah membuatmodifikasi variasi untuk jumlah sudu 4, beserta pulisudu, dan kemudian mempersiapkan segala kebutuhanteknis instalasi alat beserta kajian pustaka. Gambar.15 komponen turbin angin yang sudah jadi.Gambar. 15 Komponen Turbin Angin yang Telah Siap DigunakanHal yang Akan DilakukanHal yang akan dilakukan selanjutnya adalahinstalasi desain alat penelitian, kemudian instalasi 2turbin angin identik tersebut pada 2 lokasi yangberdekatan dan tinggi yang sama agar mendapat anginyang sama pada saat yang sama. Namun harus diaturagar tidak sampai saling merusak diantara keduanya.Setelah itu mulai dilakukan penelitian sesuai denganprosedur penelitian yang telah dipaparkan di atas.RangkumanMelalui turbin angin, energi angin dapatdimanfaatkan dan dikonversikan menjadi energimekanik kemudian menjadi energi listrik.Pengembangan energi angin sebagai sumber energilistrik di Indonesia merupakan salah satu hal yangtepat menginggat Indonesia memiliki garis pantaiterpanjang di dunia berarti memiliki potensi energiangin yang cukup baik. Turbin angin dapatditingkatkan efisiensinya dalam menghasilkan energilistrik. Pada tulisan ini dibahas mengenai studi awalpengaruh jumlah sudu terhadap daya keluaran daridua turbin angin identik namun diberi variasi jumlahsudu yang berbeda dikeduanya. Kemudian mencariperbandingan nilai efisiensi yang didapat dari nilaidaya keluaran turbin yang telah diolah menjadi nilaienergi yang dihasilkan oleh masing-masing turbin.Turbin angin merupakan salah satu sumber penyediaenergi listrik pada DC House yaitu rumah denganmenggunakan sistem listrik arus searah. Melaluipenelitian ini akan didapatkan data empiris apakahjumlah sudu berpengaruh pada nilai efisiensi darisuatu turbin angin identik.Ucapan Terima KasihKepada seluruh rekan-rekan Laboratorium EnergiBaru Terbarukan Departemen Fisika UniversitasNegeri Jakarta dan Renewable Energy Group FisikaUniversitas Negeri Jakarta 2012.D 119

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DAFTAR PUSTAKANanda Andika, Markus. 2008. Kincir Angin SumbuHorisontal Bersudu Banyak. Skripsi, ProgramStudi Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma.Resmi, Citra, dkk. 2010. Studi Eksperimental SistemPembangkit Listrik Pada Vertical Axis WindTurbine Skala Kecil. Teknik Fisika-FTI-ITS :Surabaya.Fatmawati, Iis. 2012. Studi Karakteristik TurbinAngin Tipe Horizontal Tiga Sudu Berdiameter 1,6Meter di FMIPA UNJ. Skripsi, Program StudiFisika, Universitas Negeri Jakarta.Arismunandar, W. Penggerak Mula Turbin. Bandung:ITB PRESSAndriyanto, Adi. 2008. Perancangan dan PembuatanTurbin Angin Sumbu Horizontal Tiga SuduBerdiameter 3,5 Meter. Skripsi, Program StudiTeknik Mesin, Institut Teknologi Bandung.Burton, Tony, dkk. 2001. Wind Energy Handbook.Chichester : John Wiley & Sons.Hau, Erich. 2005. Wind Turbines Fundamentals,Technologies, Application, Economics, 2ndEdition, Horst von Renouard, Springer, Germany.J.F.Manwell, J.G.Mc Gowan, 2002. Wind EnergyExplained, Theory, Design and Aplication, A.L.Rogers, Jhon Wiley and Sons, Ltd.MS, Soeripno, Malik Ibrochim. Analisa PotensiEnergi Angin dan Estimasi Output Turbin Angindi Lebak Banten. Jurnal Teknologi DirgantaraVol.7 No.1 Juni 2009. 51:59.Mukund R. Patel, Phd. 1999. Wind and Solar PowerSystems P.E. U.S Merchant Marine AcademyKings Point, New York, CRC Press.D 120

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Penerapan Model switch T Pada Rangkaian Kolektor Data ElectricalCapacitance TomographySaikhul Imam 1 , Muhammad Rivai 21 Program Studi OSI Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga2 Teknik Elektro ITSEmail : saikhul_i@yahoo.co.idAbstrakElectrical Capacitance Tomography (ECT) menggambarkan distribusi permitivitas sampel dalam ruang sensormelalui proses scanning pengukuran kapasitansi multi elektroda keping sejajar. Pada umumnya perangkatkolektor data ECT menggunakan dua buah IC switch CMOS yang masing-masing digunakan untuk memfungsikanelektroda sebagai pemancar atau receiver sinyal. Penelitian ini mengganti fungsi sebuah switch CMOS dengan 3buah switch CMOS yang dirangkai menyerupai huruf T sehingga jumlah total switch CMOS untuk sebuahelektroda adalah sebanyak 6 buah switch. Penerapan model switch T pada penelitian ini berhasil meredamlonjakan tegangan ketika semua switch off dan pada saat salah satu switch on dapat menurunkan teganganparasitik sebesar 32 mV.Kata kunci : Switch CMOS, Konfigurasi T.I. PENDAHULUANElectrical Capacitance tomography (ECT) adalahmetode untuk menggambarkan distribusipermitivitas sampel melalui pengukuran kapasitansidiantara elektroda yang mengelilinginya. Diagramblok sistem ECT ditunjukkan pada gambar 1. ECTterdiri dari tiga bagian utama yaitu sensor, sinyalkondisioning, dan komputer. Sensor terbuat dariplat tembaga yang berfungsi sebagai elektrodakapasitor keping sejajar. Sistem akuisisi data beruparangkaian elektronik yang mengkonversi sinyaldari elektroda menjadi data digital. Komputermengolah data kapasitansi menjadi gambardistribusi permitivitas dua dimensi atau tigadimensi.Rangkaian sensor dan akuisisi data ditunjukkanpada gambar 2. Besar nilai kapasitansi yang terukurdidasarkan pada perubahan impedansi antarelektroda keping sejajar. Setiap pasangan elektrodadalam keping sejajar bertindak sebagai transmitterdan detektor sinyal sinusoidal. Pemilihan elektrodasebagai transmitter atau detektor diatur olehmikrokontroler melalui analog switch CMOS yangdisusun secara array.Sinyal dari elektroda detektor terpilih dikuatkanoleh rangkaian op-amp dengan umpan balik resistordan kapasitor. Sinyal yang sudah dikuatkan disearahkan dengan rangkaian RMS to DC converterkemudian dirubah menjadi besaran digital olehADC untuk diolah oleh PC menjadi gambardistribusi permitivitas.II. RANGKAIAN ANALOG SWITCH ARRAYKoleksi data antar elektroda dalam ECT diaturmelalui IC analog switch CMOS. Setiap komponenanalog switch mempunyai capacitor stray (Cs) yangterhubung ke ground. Pada saat switch off, akantimbul capasitor switch (Csw) diantara terminalswitch. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 3.Keluaran penguat menjadi tinggi ketika semuaswitch dalam kondisi off. Hal ini disebabkan karenapada saat terjadi high impedance pada masukanpenguat opamp.Nilai kapasitansi capasitor stray cukup besarapabila dibandingkan dengan kapasitansi elektrodapengukuran, sehingga dipandang perlu untukdilakukan improvisasi rangkaian. Capasitor strayCs2 tidak akan mempengaruhi sinyal terukurdikarenakan Cs2 terhubung pada virtual groundinput inverting op amp, sedangkan Cs1 tidak banyakberpengaruh karena Cs1 langsung terhubung denganwaveform generator. Capasitor switch Csw dapatdikurangi pengaruhnya dengan menggunakanmetode rangkaian switch T. Rangkaian switch Tditunjukkan pada gambar 4. Apabila Sm1 dan Sm3dalam kondisi off maka Sm2 dalam keadaan onGambar 1: Diagram Blok Sistem ECT dengan 8 elektroda [3]D 121

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 2: Rangkaian pengukuran sistem ECT [2](a). Capasitor Stray (Cs)(b). Capasitor Switch (Csw)Gambar 3:Sifat kapasitansi yang muncul pada switch CMOSGambar 4: Rangkaian switch Tterhubung ke ground sehingga besar sinyal AC padatitik pertemuan sama dengan 0 volt. Setiap elektrodamempunyai sepasang switch T dan masing-masingbekerja secara berlawanan.IV. HASILSebanyak 8 buah elektroda sensor disusunmengelilingi sebuah pipa PVC berdiameter 11.5 cm.Setiap elektroda mempunyai dimensi cm. SistemECT hasil penelitian ditunjukkan pada gambar 5.Rangkaian analog switch disusun berdasarkanmodel switch T. Fungsi setiap elektroda dapatdipilih sebagai transmitter ataupun detektor. Setiapfungsi elektroda disusun oleh 3 buah switch. Switchanalog yang digunakan adalah IC CMOS CD4016.Lebar tegangan input switch IC yang cukup tinggidimanfaatkan untuk pengaturan amplitudo generatorsecara maksimal sedemikian hingga pada detektordihasilkan tegangan SNR yang maksimal.Konfigurasi rangkaian elektroda dengan metodeswitch T ditunjukkan pada gambar 6.Kondisi switch menentukan fungsi elektroda.Apabila elektroda difungsikan sebagai transmitter,maka switch Sx1, Sx2 dan Sm2 dalam keadaanmenutup (on) dan Sx2, Sm1 dan Sm3 dalamkeadaan membuka (off). Switch Sx2 digunakanuntuk mengurangi tegangan parasit apabila Sx1 danSx3 dalam keadaan off. Fungsi yang samadiberlakukan juga pada Sm2. Selain itu konfigurasiswitch T dapat mengurangi pengaruh nilaikapasitansi Csw terhadap kapasitansi pengukuran.Gambar 7 menunjukkan pengukuran kapasitansiantara elektroda E1 dan E2. Elektroda E1difungsikan sebagai detektor dan elektroda E2difungsikan sebagai transmiter. Apabila titik a dan btidak dilengkapi dengan switch ke ground makapengukuran Cx akan terakumulasi secara paralleldengan kombinasi seri Sx3.1 - Sx1.1 dan Sm1.2 -Sm3.2.III. RANGKAIAN PENGUATPenguat sensor tersusun dari rangkaian op ampinverting dengan umpan balik resistor dan kapasitor.Kombinasi resistor dan kapasitor menentukanfrekuensi cut off Low Pass Filter. Rumus penguatanrangkaian adalah [1]:Gambar 5: Sistem ECT hasil penelitian(1)Apabila harga jωC f R f >> 1 maka Vo dapatdisederhanakan menjadi:(2)Gambar 6: Rangkaian elektroda dengan switch T [4]D 122

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8E1 : detektorE2 : transmiterGambar 7: Cara kerja Rangkaian switch TKetika titik a dan b terhubung ke ground makakapasitansi yang terukur adalah kapasitansi nilai Cxantara E1 dan E2.Rangkaian penguat tersusun dari op amp ICCA3140 dengan Rf dan Cf masing-masing 1MΩdan15pF. Kombinasi Rf dan Cf menentukan frekuensikerja system, yaitu sebesar 10KHz. Frekuensigelombang bolak-balik yang digunakan sebesar10kHz dengan amplitude Vpp sebesar 16V.V. ANALISAData kaliberasi kapasitansi metode switch T dannon switch T ditunjukkan pada Table. 1. Grafikgambar 7 memberikan informasi bahwasannyategangan keluaran metode non switch T selalu lebihtinggi ±32 mV dari tegangan keluaran metodeswitch T. Hal ini disebabkan karena pada kondisioff, kondisi terminal switch dalam keadaanimpedansi tinggi dan tegangannya tidal bernilai 0Volt. Rangkaian metode switch T membuattegangan keadaan off switch mendekati 0 V,sehingga metode switch T dapat mengurangitegangan parasitik rangkaian.Pada saat semua switch dalam keadaan off, makategangan input rangkaian penguat sebagiandialirkan ke ground oleh switch T. Sehingga ditegangan keluaran penguat tidak meningkat tajam.Meskipun dengan metode switch T tegangan parasitdapat dikurangi, tetapi level tegangan parasitnyamasih cukup tinggi.TABEL IData tegangan keluaran terhadap sampel kapasitansiC (pF) V switch T(mV) V non switchT(mV)1 1035 10800.5 684 718.80.25 489.6 5100.2 439.2 468.40.14 388.8 418.8Gambar.8 Grafik tegangan keluaran terhadap kapasitansiantara metode switch T dan metode non switch THal ini disebabkan karena efek kapasitansi yangditimbulkan oleh komponen lain dalam rangkaian,semisal kabel coaxcial, konektor dan PCB.VI. KESIMPULANElectrical Capacitance Tomographymembutuhkan rangkaian integrated switch untukscanning antar elektrodanya. Orde kapasitansi yangdiukur oleh ECT lebih kecil bila dibandingkandengan nilai kapasitansi IC switch. Penerapanmodel switch T dapat mengurangi teganganparasitik yang disebabkan oleh efek kapasitansi ICswitch.Selain itu model switch T dapat meredamtegangan keluiaran penguat apabila semua switchdalam kondisi off.DAFTAR PUSTAKAA.M.Olmos,J.A Primicia and J.L.F Marron (2006),”Influence of shielding arrangement on ECTsensors”, SensorsA.M.Olmos (2008),”Development of an electricalcapacitance tomography system using fourrotating electrodes”, Sensors and Actuators,ElsevierA. Yusuf , W. Widada dan Warsito(2009),”Rancang bangun Sistem data akuisisielectrical capacitance tomography (ECT) 8channel”,Prosiding SINTIA 2009, PoliteknikNegeri MalangD.Styra dan L.Babout (2010),”Improvement ofAC-based electrical capacitance tomographyhardware”, Electronics and electricalengineering, ISSN 1392-1215, No 7(103)P.Wiliam dan T.York (1999),”Evaluation ofintegrated electrodes for electrical capacitancetomography”, 1 st Word Conggress on IndustrialProcess Tomography, Buxton, GreaterManchester.S.M. Young dan C.G.Xie (1992),”Design of sensorelectronics for electrical capacitancetomography”, IEE Procedings-G, Vol 139.D 123

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Desain Lampu DC pada Sistem 48 Voltsebagai Sumber Penerangan pada Proyek Rumah DCSetiadi N 1*) ,Satwiko S 2) , Taufik 3)1,2 Universitas Negeri Jakarta, Jalan Pemuda 10 Rawamangun, Jakarta Timur 132203 California Polytechnic State University, San Luis Obispo, CA 93407* ) Email: adhie_set@yahoo.comAbstrakLampu DC (direct current) bekerja berdasarkan sumber arus searah 48 volt menggunakan LED (Light EmittingDiode) dan IC LT3590 sebagai komponen utama.Terdapat 20 buah LED dirangkai secara parallel terdiri dari10 buah LED dirangkai secara seri. LT3590 didesain khusus untuk tegangan hingga 55 volt. dengan arus keluarkonstan pada rangkaian seri LED hingga 50 mA.Kata Kunci: Lampu DC, LED, IC LT3590AbstractDC Lamp (direct current) work by 48 volt direct current source uses LED (Light Emitting Diode) and ICLT3590 as a major component. There are 20 pieces of LED arranged in parallel consists of 10 pieces of LEDsarranged in series. LT3590 is designed specifically for the voltage up to 55 volts .with a constant out current of aseries circuit up to 50 mA LED.Keywords: DC Lamp, LED, IC LT3590PendahuluanEnergi merupakan kebutuhan penting bagimanusia, khususnya energi listrik terus meningkatseiring dengan bertambahnya jumlah populasimanusia di Indonesia. Selama ini kebutuhan energilistrik masih mengandalkan minyak bumi sebagaipenyangga utama kebutuhan energi. Namun padakenyataannya minyak bumi semakin langka danmahal harganya, disisi lain PLN sebagai penyedialistrik nasional Indonesia belum dapat memenuhikebutuhan listrik di Indonesia. Banyak daerah-daerahterpencil yang belum mendapat pasokan listrik. Selainitu banyak pemadaman listrik di lakukan di daerahsecara bergilir. Berdasarkan hal inilah pencarianenergi alternatif guna memenuhi kebutuhan energilistrik tersebut terus dikembangkan, salah satunyaenergi terbarukan.Energi yang berpotensi menjadi sumber energiterbarukan di masa depan diantaranya adalah energimatahari, angin dan air. Hal ini karenaketersediaannya melimpah di alam dan tidak akanhabis. Mengingat letak geografis Indonesia berada didaerah khatulistiwa sehingga mendapatkan intensitasmatahari cukup tinggi serta bersinar sepanjang tahunmenjadi keuntungan bagi negara Indonesia dalammenggunakan energi matahari. Selain itu kondisi alamIndonesia yang terdiri dari banyak pulau, sungai,pantai dan sebagian besar merupakan perairanmenjadi potensi yang sangat menguntungkan untukmengembangkan energi air dan angin.Daerah-daerah terpencil di Indonesia yang belummendapat pasokan listrik mau tidak mau harusberusaha membuat sumber penghasil listrik secaramandiri untuk memenuhi kebutuhan mereka seharihari.Salah satu alternatif yang sedang dikembangkansaat ini adalah dengan membuat rumah DC. RumahDC adalah suatu sistem pengaliran listrik ke rumahrumahatau dalam suatu rumah menggunakan metodeDC (direct current). Listrik ini dibangkitkan denganmemanfaatkan energi surya, angin dan air yangkemudian disimpan dalam sebuah baterai /aki danselanjutnya dipakai untuk mengoperasikan peralatanelektronik. Salah satu alat elektronik yang sangatpenting adalah lampu. Akan tatapi lampu-lampu diIndonesia kebanyakan masih menggunakan sumberAC (alternating current), apabila sumber DC tersebutdiubah menjadi AC dengan menggunakan sebuahinverter agar dapat menyalakan lampu maka akanterjadi kehilangan energi sehingga tidak efisien. Olehkarena inilah sangat penting untuk membuat lampuyang dapat bekerja dengan sumber DC. Energi listrikyang dihasilkan dari rumah DC dapat langsungdigunakan untuk mensuplai lampu DC sehinggapemanfaatan energi lebih efisien. Lampu DC inidiharapkan menjadi solusi penerangan pada daerahdaerahterpencil yang belum mendapatkan akseslistrik di Indonesia.Rumah DC (DC House)Rumah DC dirancang untuk menyediakan sumberdaya listrik pada rumah-rumah di desa yang tidak adaakses listrik. Rumah DC memungkinkan penduduk didesa-desa untuk meningkatkan taraf hidup mereka.Beberapa jenis sumber listrik pada rumah DCmencakup foto-voltaic ( panel surya ), tenaga angin,D 124

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8tenaga air, dan tenaga manusia yang ditunjukkan padaGambar 1.Gbr.1 Rumah DCRumah DC adalah suatu sistem pengaliran listrikke rumah-rumah atau dalam suatu rumahmenggunakan metode DC (direct current). Listrikdibangkitkan dari beberapa sumber dan disimpandalam sebuah baterai yang selanjutnya dipakai untukmengoperasikan peralatan elektronik. Dengandemikian, kebutuhan listrik tidak lagi tergantung padasistem transmisi jarak jauh yang digunakan oleh PLNSelama ini, pengaliran listrik dilakukan denganAC (alternating current) untuk mengalirkan listriktegangan tinggi dari PLTA, PLTU, atau pembangkitlistrik lainnya. Namun, ketika listrik hendak masuk keperalatan elektronik, AC diubah menjadi DC olehadaptor. Konversi ini tidak efisien sehingga banyakenergi terbuang. Menurut riset, sekitar 1 triliun Kwhterbuang akibat inefisiensi itu.Dengan rumah DC (DC house), konversi AC keDC tidak diperlukan karena listrik dari DC House bisalangsung digunakan. Dengan demikian, DC Housemenawarkan efisiensi dalam pengaliran listrik.Satu keuntungan utama DC House adalahfleksibilitas. Dalam rancangan dasarnya, DC Housedidesain mampu menerima listrik dari sumber apapun,seperti angin, air, surya bahkan orang yang mengayuhsepeda. Jadi, suatu daerah bisa memanfaatkan potensisumber listrik yang tersedia di derahnya masingmasing.DC house berkesempatan untuk berpartisipasidalam pemenuhan listrik di wilayah pedalaman. DCHouse bisa menjadi solusi bagi 1,6 miliar penduduk dipedalaman yang masih hidup tanpa listrik.LEDDioda cahaya atau lebih dikenal dengan sebutanLED (light-emitting diode) adalah suatusemikonduktor yang memancarkan cahaya ketikadiberi tegangan maju. Sebuah LED adalah sejenisdioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah diodanormal, LED terdiri dari sebuah chip bahansemikonduktor yang diisi penuh, atau didop, denganketidakmurnian untuk menciptakan sebuah strukturyang disebut p-n junction. Pembawa muatan elektrondan lubang mengalir ke junction dari elektrodadengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemudengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebihrendah, dan melepas energi dalam bentuk photon. Takseperti lampu pijar dan neon, LED mempunyaikecenderungan polarisasi. Chip LED mempunyaikutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akanmenyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakanLED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanyaakan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arahdan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arusterbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewatichip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akanmengeluarkan emisi cahaya.Chip LED pada umumnya mempunyai teganganrusak yang relative rendah. Bila diberikan teganganbeberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolatorsearah LED akan rusak menyebabkan arus dapatmengalir ke arah sebaliknya. Karakteristik chip LEDpada umumnya adalah sama dengan karakteristikdioda yang hanya memerlukan tegangan tertentuuntuk dapat beroperasi. Namun bila diberikantegangan yang terlalu besar, LED akan rusakwalaupun tegangan yang diberikan adalah teganganmaju. Tegangan yang diperlukan sebuah dioda untukdapat beroperasi adalah tegangan maju.Berikut ini adalah gambar dari LED :Gbr.2 LEDD 125

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Untuk mendapatkan emisi cahaya padasemikonduktor, doping yang dipakai adalah gallium,arsenic dan phosphorus. Jenis doping yang berbedamenghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.Ketandasan cahaya berbanding lurus dengan arusmaju yang mengalirinya. Dalam kondisi menghantar,tegangan maju pada LED merah adalah 1,6 sampai2,2 volt, LED kuning 2,4 volt, LED hijau 2,7 volt.Sedangkan tegangan terbaik maksimum yangdibolehkan pada LED merah adalah 3 volt, LEDkuning 5 volt, LED hijau 5 volt.Pengembangan LED dimulai dengan alatinframerah dan merah dibuat dengan galliumarsenide. Perkembagan dalam ilmu material telahmemungkinkan produksi alat dengan panjanggelombang yang lebih pendek, menghasilkan cahayadengan warna bervariasi. LED konvensional terbuatdari mineral inorganik yang bervariasi, menghasilkanwarna sebagai berikut:• aluminium gallium arsenide (AlGaAs) – merah• gallium aluminium phosphide – hijau• gallium arsenide/phosphide (GaAsP) – merah,oranye-merah, oranye, dan kuning• gallium nitride (GaN) – hijau, hijau murni (atauhijau emerald), dan biru• gallium phosphide (GaP) – merah, kuning, danhijau• zinc selenide (ZnSe) – biru, putih• indium gallium nitride (InGaN) – hijaukebiruan dan biru• indium gallium aluminium phosphide –oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau• silicon carbide (SiC) – biru• diamond (C) – ultraviolet• silicon (Si) – biru (dalam pengembangan)• sapphire (Al 2 O 3 ) – biruLED biru pertama yang dapat mencapaiketerangan komersial menggunakan substrat galiumnitrida yang ditemukan oleh Shuji Nakamura tahun1993 sewaktu berkarir di Nichia Corporation diJepang. LED ini kemudian populer di penghujungtahun 90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan keLED merah dan hijau yang telah ada sebelumnyauntuk menciptakan cahaya putih.Gbr.3 LED Biru dan PutihLED dengan cahaya putih sekarang ini mayoritasdibuat dengan cara melapisi substrat galium nitrida(GaN) dengan fosfor kuning. Karena warna kuningmerangsang penerima warna merah dan hijau di matamanusia, kombinasi antara warna kuning dari fosfordan warna biru dari substrat akan memberikan kesanwarna putih bagi mata manusia.LED putih juga dapat dibuat dengan caramelapisi fosfor biru, merah dan hijau di substratultraviolet dekat yang kurang lebih sama dengan carakerja lampu fluoresen. Metode terbaru untukmenciptakan cahaya putih dari LED adalah dengantidak menggunakan fosfor sama sekali melainkanmenggunakan substrat seng selenida yang dapatmemancarkan cahaya biru dari area aktif dan cahayakuning dari substrat itu sendiri.LT3590LT3590 adalah IC khusus yang dirancanguntuk bekerja pada rentang tegangan input antara 4,5-55 volt. IC ini dapat memberikan suplai tegangan dariLED biru dan putihsumber DC 48V pada rangkaian 10 LED yangdisusun secara seri. IC LT3590 ini akan menghasilkanarus yang konstan hingga 50mA pada rangkaian seriLED tersebut, sehingga menghasilkan kecerahan yangseragam pada setiap LED.Ada dua tipe LT3590 yang dibuat yaitu tipeSC70 dan tipe 2mm x 2mm DFN. Perbedaan keduatipe IC ini terletak pada jumlah pin yang tersedia.Pada tipe 2mm x 2mm DFN terdiri dari 6 buah pinsaja sedangkan pada tipe SC70 terdiri dari 8 pindimana ada 2 pin tambahan yang berfungsi sebagaiground. Berikut adalah gambar dari IC LT3590 :D 126

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gbr.4 Bentuk PinLT3590 menggunakan sebuah frekuensiyang konstan. saat diberi tegangan, VREF, start-upcontrol, dan regulator (REG) menjadi aktif. JikaCTRL diberi input lebih tinggi dari 150mV,converter, osilator, komparator PWM dan EAMPGbr.5 Blok Diagram IC LT3590(error amplifer) juga aktif. LT3590 menggunakanmode buck converter untuk mengatur tingkattegangan output yang dibutuhkan oleh LED agarmenyala pada tingkat arus yang telah diprogram.Mode ini bekereja mirip dengan mode buck converterD 127

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8konvensional, akan tetapi menggunakan arus LEDdari pada tegangan output sebagai sumber utamauntuk mengkontrol loop.Pin CTRL langsung mengkontrol pengaturanarus tegangan yang mengalir ke resistor R1. SaatV CTRL lebih rendah dari 100mV saklar (switch) dalamkeadaan off, arus tegangan dan arus LED samadengan nol. Saaat V CTRL lebih besar dari 150mV danlebih kecil dari 1.25V, arus tegangan sebandingdengan V CTRL , hingga mencapai nilai skala penuh dari200mV ± 5% saat V CTRL sama dengan 1.25V.selanjutnya peningkatan pada tegangan input CTRLtidak meningkatan arus tegangan lebih besar dari200mV. Oleh karena itu untuk mendapatkan arusLED yang akurat harus digunakan resistor yangpresisinya 1%.Tegangan InputTegangan input minimum yang diperlukanuntuk menghasilkan tegangan output tertentu dalamaplikasi LT3590 adalah 4.5V atau sesuai dengansiklus kerja maksimum. Siklus kerja adalah waktusejenak saat saklar internal aktif dan ditentukan olehinput dan tegangan output:Dimana V D adalah penurunan tegangan maju dioda(~0.8V) dan V SW adalah penurunan tegangan saklarinternal pada saat beban maksimum (~0.5V).Mengingat DC MAX = 0.9, hal ini menyebabkantegangan input minimum :dapat menghasilkan arus LED maksimum. Disisi lainuntuk mendapatkan arus LED yang akurat resistoryang presisi harus disiapkan (1% yangdirekomendasikan). Rumus dan table pemilihan R1adalah :Tabel.1 R1 Theoritical Value for 200mVI LED (mA)R1 (Ω)10 2020 1030 6.840 5.050 4.0Alat dan bahanAlat-alat pada penelitian ini terdiri dari :a. LED 5mmb. IC LT3590c. Project Boardd. PCBe. Kapasitorf. Induktorg. Resistorh. Fluxmeteri. Multimeterj. Lampu BekasDesain alat penelitianTegangan input maksimum dibatasi oleh nilai absolutmaksimum V IN yaitu 55V.Mengkontrol Arus LEDPada penelitian ini desain lampu DC yangdibuat menggunakan sebuah IC 3590 dan 20 buahLED yang dirangkai secara parallel dimana saturangkaian parallel terdiri dari 10 buah LED yangdirangkai secara seri.Resistor R1 dan tegangan (V IN -V LED )mengkontrol arus LED.Pin CTRL mengkontrol tegangan referensi yangditunjukkan pada karakteristik. Untuk CTRL lebihtinggi dari 1.5V, referensinya adalah 200mV, yangD 128

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gbr.6 Desain rancangan Lampu DC sistem 48VProsedur penelitiana. Mempersiapkan bahan dan alat/ komponen yangdiperlukan.D 129

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8b. Membuat rangkaian seperti gambar 6 pada projectboard dan memastikan bahwa rangkaian tersebutdapat bekerja dengan baik dan sesuai dengan yangdiinginkanc. Memindahkan rangkaian (gambar 6) pada PCBdan memastikan bahwa rangkaian tersebut dapatbekerja dengan baik dan dan sesuai dengan yangdiinginkan.d. Membandingkan kesamaan hasil output rangkaianyang dibuat pada project board dengan rangkaianyang dibuat pada PCBe. Membuat rumah / chasing untuk rangkaian LampuDC tersebut.PembahasanSumber-sumber penghasil energi listrik padarumah DC (DC house) seperti turbin angin dapatmenghasilkan tegangan output sekitar 90 volt.Apabila tegangan 90 volt ini disimpan ke dalam aki12 volt atau 24 volt saja maka banyak energi listrikyang akan terbuang. Namun apabila energi listrik dariwind turbine tersebut disimpan kedalam aki 48 voltmaka akan lebih sedikit energi yang terbuang,sehingga lebih effisien.Energi yang tersimpan dalam aki 48 volt inidigunakan unutk mensuplai alat-alat elektronik, salahsatunya adalah lampu DC yang terdiri dari sejumlahLED (Light Emitting Diode). Lampu LEDmempunyai beberapa kelebihan, antara lain adalahlebih efisien energinya dikarenakan pemakaian dayalebih sedikit (Kurang dari 1 W/lampu), menahanfluktuasi tegangan tinggi dalam pemasok daya,umuroperasi yang lebih panjang (lebih dari 100.000 jam).Hal yang akan dilakukan pada penelitian iniadalah merancang desain lampu DC sistem 48 voltsesuai dengan teori dan desain yang telahdisampaikan sebelumnya. Selanjutnya adalahmembuat secara riil lampu DC tersebut dengan bentukyang mirip seperti lampu AC yang banyak digunakandi rumah-rumah biasa.RangkumanSalah satu energi alternatif yang sedangdikembangkan saat ini adalah energi surya, angin, danair. Energi alternaif ini dikembangkan untukmemenuhi kebutuhan listrik pada daerah-daerahterpencil yang belum mendapat akses listrik. Salahsatu proyek yang sedang dikembangkan di daerahterpencil tersebut adalah rumah DC. Ketiga energi ini(surya, angin, dan air) digunakan sebagai sumberutama pada proyek rumah DC (DC house). DC houseadalah suatu sistem pengaliran listrik ke rumah-rumahatau dalam suatu rumah menggunakan metode DC(direct current).Energi lsistrik yang disimpan pada rumah DCpada sebuah bateri/aki 48 volt digunakan untukmensuplai lampu DC. Sistem lampu DC 48 volt initerdiri dari sebuah IC 3590 dan 20 buah LED (LightEmitting Diode) sebagai komponen utama. 20 LEDini dirangkai secara parallel dimana satu rangkaianparallel terdiri dari 10 LED yang dirangkai secaraseri. IC 3590 ini akan memberikan arus yang konstanpada rangkaian seri 10 LED hingga 50mA. Olehkarena itu tingkat kecerahan setiap LED akan sama.UCAPAN TERIMA KASIHKepada seluruh jajaran Laboratorium Energi BaruTerbarukan Departemen Fisika Universitas NegeriJakarta.DAFTAR PUSTAKAChaides, Jesicca E.2011.DC House Modeling andSystem Design.Electrical EngineeringDepartment, California Polytechnic StateUniversity.Liniear Technology.2007.48V Buck Mode LEDDriver in SC70 and 2mmx2mm DFN. USA,Liniear Technology Corporation.Liniear Technology.2012. 48V Buck Mode LEDDriver Poer Ten 50mA LEDs from a2mmx2mm DFN. USA, Liniear TechnologyCorporation.Navabi, Mohammad J.2008. Efficient 48V BuckMode LED Driver Delivers 50mA. USA:Liniear Technology Corporation.Sary, Yusnita Tanjung.Rancang Bangun SistemPendeteksi Jenis Cairan menggunakan DeretLED. Skripsi, Program Studi Teknik Elektro,Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabya.D 130

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PERENCANAAN SISTEM PENDARATAN OTOMATIS PADA PESAWATTRIKOPTER BERBASIS ARDUPILOTSigit Wasista, SetiawardhanaProgram Studi Teknik KomputerDepartemen Teknik Informatika dan KomputerPoliteknik Elektronika Negeri SurabayaEmail: wasista@eepis-its.edu, setia@eepis-its.eduAbstrakKetahanan di bidang Hankam di Indonesia semakin ditingkatkan.Sistem pesawat tanpa awak semakin banyakditeliti dari segala bidang diantaranya adalah pengembangan mekanika dan elektronika. Penelitian inibertujuan untuk mengembangkan metode pendaratan terpadu dengan sistem terbenam dengan logika fuzzy.Konfigurasi kebutuhan adalah dua macam yaitu:USB Joystick simulator + Program Simulator RC-Plane, RadioControl + Dongle Program Simulator RC Plane”. Hal ini menjadi dasar pengembangan penelitian ini untukpenerbangan dan pendaratan otomatis dengan sistem terbenam dengan informasi posisi pendaratan sebagaitujuan khusus dari penelitian ini.Hasil yang diharapkan adalah pembuatan sistem trikopter terprogram dengan kendali mikrokontroler Ardupilotdengan pengujian pendaratan pesawat tanpa awak secara otomatis.Kata Kunci : Ketahanan Negara, Pendaratan Otomatis, Trikopter, ArdupilotPendahuluanSistem pertahanan dan keamanan NegaraIndonesia harus semakin ditingkatkan. Penelitiansebelumnya telah mengembangkan sistempenerbangan. Penelitian ini bertujuan untukmengembangkan sistem pendaratan. Obyek yangdigunakan adalah pesawat tanpa awak Trikopter.Tinjuan sistem sebelumnya adalah referensi dari parapeng-hobi pesawat tanpa awak. Sumber yang adaberasal dari : http://bsiswoyo.lecture.ub.ac.id/category/hobby/, yang berisi atau dicuplik sebagaiberikut: “Hobi aeromodelling memang sangatmenyenangkan, memiliki hubungan dengan denganberbagai ilmu terutama elektronika kontrol.Elektronika kontrol merupakan komptensi saya yangterakhir, banyak melibatkan bidang elektronika,mikroprosesor, programming, sensor. Semua itusudah aku lalui baik secara teori maupun praktek,terutama microprocessor system hardware danprogramming. Quadcopter ini merupakan pesawatmodel pertama buatanku yang digolongkan padamulticopter atau multirotor. Frame dibuat dari papanmultiplek dilem dengan menggunakan lem epoxy.Frame memiliki berat sekitar 75gr dalam kondisikosong. Sedangkan berat motor keseluruhan sekitar23grx4 = 92gr atau sekitar 1ons.Total berat frame, 4motor dan 4 esc sekitar 200gr. Nantinya total beratquadcopter ini berharap tidak lebih dari 350gr. Darihasil uji coba, setiap motor dengan konfigurasipropeller 6×3 memiliki thrust sekitar 250gr sehinggatotal thrust menjadi 1kg. Quadcopter akan dapatmelakukan hover sekitar (350/1000)x100% = 35%dari total thrust. 65% berikutnya dari throtledigunakan sebagai manuver dari quadcopter. Setiapmotor memiliki karakteristik 2400kV, sehinggamaksimal rpm sebesar 16800rpm denganmenggunakan LIPO 2 sel. Dimensi quadcopter inimemiliki jarak antara motor sebesar 450mm. Jadiquadcopter ini merupakan mini quadcopter. Bateryyang akan digunakan memiliki kapasitas 1000mAH.Maksimum arus setiap motor adalah 4,5A, jadimaksimal total arusnya adalah 18A=1800mA.Diharapkan lama terbangnya menjadi: 1000/1800 jam= 33.33 menit, dibulatkan sekitar 30menit. Waktu30menit merupakan waktu yang panjang bagi seorangpilot aeromodelling”. Berangkat dari hal tersebutmasih belum ada peneliti yang mengembangkandibidang teknik pendaratan otomatis pada pesawattanpa awak trikopter. Peneliti bertujuan untukmembuat sistem mekanika, elektronika danpenggabungan keduanya pada sistem trikopterterprogram dengan kendali Ardupilot. Penelitianyang menunjang diantaranya adalah Cuevas et almembuat sistem prediksi dengan neuro fuzzy,Kashima et al membuat sistem pendeteksi pergerakaniris mata, Keni Bernardin et al membuat sistempendeteksi otomatis manusia dengan kamera, Yang etal mendeteksi wajah manusia, tulisan tentangPertahanan Negara mengenai arah-Pembangunan-Jangka-Panjang-Bidang-Pertahanan-Negara,Setiawardhana et al membuat Robot Cerdas PemadamApi Menggunakan Kamera dengan Logika fuzzy,Setiawardhana et al membuat sistem pendeteksianwajah dengan kamera PTZ dengan adaptive neurofuzzy, Vamsi et al membuat robot otomatis denganlogika fuzzy, Jang et al membangun sistem ANFIS :Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System.Penelitian tersebut menunjang penelitian trikopter ini.D 131

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Perencanaan Sistem Pendaratan OtomatisTeknologi TrikopterTeknologi pesawat tanpa awak sebelumnyapernah dikembangkan oleh Dr. Ir Endra Pitowarno,M.Eng, yaitu Quadcopter untuk memantau lalu lintas.Penelitian sebelumnya pernah dikembangkan olehTeppo Luukkonen, yaitu “Modelling and control ofquadcopter”, yaitu teknik kontrol quadopter denganmenggunakan metode control Proporsional Derivativeatau PD. Setiawardhana, membangun robot cerdaspemadam api menggunakan kamera dengan Logikafuzzy, setiawardhana membuat Sistem PenjejakanWajah Menggunakan Kamera PTZ dengan metodeAdaptive Neuro-Fuzzy, setiawardhana membuatsistem penjejakan wajah menggunakan kamera PTZdengan metode MIMO Adaptive NeuroFuzzy.Gambar 2.1. Sistem Trikopter(SumberGambar :http://rcexplorer.se/projects/trikopterv25/trikopterv25.html)Teknologi Trikopter di bangun dengan memanfaatkanteknologi mekanika khusus untuk penerbangan.Sistem yang akan dibangun nantinya seperti padagambar 2.1.Sistem pada gambar 2.2.menunjukkan bahwadesain perancangan awak trikopter untuk pengamatanobyek jarak dekat, di lakukan dengan penerbanganyang tidak tinggi dan mempunyai daya gerak yangtidak cepat.Gambar 2.3. Tahap Pengujian pencarian lokasi landasan(SumberGambar :http://rcexplorer.se/projects/trikopterv25/trikopterv25.html)2.2. Sistem Terbenam TerpaduSistem embedded sering disebut dengan sistemterbenam. Pengertian istilah lebih jauh akan diulasdengan bersumber pada”http://id.wikipedia.org/wiki/Sistem_benam”.Dicuplik dari situs web tersebut sebagai berikut :"Sistem benam adalah sistem komputer tujuankhusus,yang seluruhnya dimasukkan ke dalam alatyang dia kontrol.Kata benam (embedded)menunjukkan bahwa sistem ini merupakan bagianyang tidak dapat berdiri sendiri. Sebuah sistem benammemiliki kebutuhan tertentu dan melakukan tugasyang telah diset sebelumnya, tidak seperti komputerpribadiserba guna. Contoh sistem atau aplikasinyaantara lain adalah instrumentasi medik, processcontrol, automated vehicles control, dan perangkatkomunikasi.Sistem benam biasanyadiimplementasikan dengan menggunakanmikrokontroler. Sistem mikro yang digunakanberbasis arduino dengan sistem kontrol menggunakanlogika fuzzy.Sistem perangkat prosessor yangdikembangkan seperti pada gambar 2.4.Gambar 2.2. Sistem Penerbangan Rendah Trikopter(SumberGambar :http://rcexplorer.se/projects/trikopterv25/trikopterv25.html)Pengujian dilakukan terhadap sistem trikopter denganmemanfaatkan penerbangan rendah untuk mengamatiobyek atau lokasi pendaratan yang diinginkan gambar2.3.Gambar 2.4.Embedded System : Arduino(Sumber Gambar:http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardBluetooth)Sistem bekerja dengan denganmengkolaborasikan beberapa sensor untukmendapatkan keseimbangan, pengaturan kecepatanputar motor, pengatur ketinggian dan tingkatkewaspadaan.D 132

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pengujian SistemSistem ini mengembangkan sistem sebelumnyadimana Kontrol PID digunakan untuk pengaturankecepatan motor, untuk pendaratan pesawat tanpaawak, sehingga hal yang berbeda yang akan ditelitiadalah menggunakan pesawat trikopter. Pengujiandilakukan terhadap sistem ardupilot yang digunakansebagai sistem kontrol pendaratan. Pengujiandilakukan pada setiap bagian kerja perancangan.Pengujian meliputi: pengujian di bagian mekanik,elektronik, dan program atau perangkat lunak daritrikopter. Pesawat tanpa awak diuji untuk dapatterbang secara stabil dan dapat melakukan pendaratanotomatis pada lokasi atau posisi yang telahditentukan. Tahapan pengujian seperti pada gambar3.1.Bagian Sistem MekanikBagian Sistem ElektronikGambar 3.1. Bagian Sistem Pesawat TrikopterDiskusi Sistem Perangkat LunakSistem perangkat lunak yang dibangun adalahmenggunakan ardupilot. Sistem dapat melakukanpendaratan otomatis dengan memandang pengaturanpada GPS dari board ardupilot. Setting yangdilakukan seperti pada program 4.1// GPS_PROTOCOL REQUIRED#define GPS_PROTOCOLGPS_PROTOCOL_AUTOProgram 4.1. Program GPS ArdupilotPengaturan airspeed pilot dilakukan seperti padaprogram 4.2.#define AIRSPEED_SENSOR ENABLED#define AIRSPEED_RATIO 1.9936Program 4.2. Program AirspeedPengaturan mode penerbangan dilakukan denganmenggunakan program 4.3#define FLIGHT_MODE_CHANNEL 8#define FLIGHT_MODE_1 RTL#define FLIGHT_MODE_2 RTL#define FLIGHT_MODE_3 STABILIZE#define FLIGHT_MODE_4 STABILIZE#define FLIGHT_MODE_5 MANUAL#define FLIGHT_MODE_6 MANUALProgram 4.3. Program Mode PenerbanganPengaturan servo dilakukan dengan program 4.4.dimana diinisialisasi berdasar pengujian awal sampaistabil.Bagian Perangkat LunakPengujian Pendaratan Pesawat//#define SERVO_ROLL_P 0.4//#define SERVO_ROLL_I 0.0//#define SERVO_ROLL_D 0.0//#define SERVO_ROLL_INT_MAX 5//#define ROLL_SLEW_LIMIT 0//#define SERVO_PITCH_P 0.6//#define SERVO_PITCH_I 0.0//#define SERVO_PITCH_D 0.0//#define SERVO_PITCH_INT_MAX 5//#define PITCH_COMP 0.2//#define SERVO_YAW_P 0.0 //#defineSERVO_YAW_I 0.0//#define SERVO_YAW_D 0.0//#define SERVO_YAW_INT_MAX 5//#define RUDDER_MIX 0.5Program 4.4. Inisialisasi Servo PenerbanganD 133Pengaturan navigasi dilakukan seperti pada program4.5.//#define NAV_ROLL_P 0.7//#define NAV_ROLL_I 0.01//#define NAV_ROLL_D 0.02//#define NAV_ROLL_INT_MAX 5

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8//#define NAV_PITCH_ASP_P 0.65//#define NAV_PITCH_ASP_I 0.0//#define NAV_PITCH_ASP_D 0.0//#define NAV_PITCH_ASP_INT_MAX 5//#define NAV_PITCH_ALT_P 0.65//#define NAV_PITCH_ALT_I 0.0//#define NAV_PITCH_ALT_D 0.0//#define NAV_PITCH_ALT_INT_MAX 5Program 4.5. Pengaturan NavigasiPengaturan throtle dilakukan seperti pada program4.6.//#define THROTTLE_TE_P0.50//#define THROTTLE_TE_I0.0//#define THROTTLE_TE_D0.0//#define THROTTLE_TE_INT_MAX20//#define THROTTLE_SLEW_LIMIT0//#define P_TO_T0//#define T_TO_P0Program 4.6. Pengaturan ThrotleGambar 4.1. Pengujian Penerbangan dan Pendaratan OtomatisPendaratan otomatis diujikan dengan penerbanganrendah (50 cm – 100cm) dengan keberangkatan dankepulangan pesawat trikopter terhadap “HOME”seperti pada gambar 4.1.KesimpulanKesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitianini adalah perencanaa sistem pendaratan otomatispada pesawat trikopter melibatkan beberapa konstraindesain diantaranya adalah mekanik, elektronik danpemrograman yang meliputi pengaturan GPS, Throtle,Navigasi Servo, dan Kecepatan yang kesemuanya diinisilisasi untuk mode penerbangan terpilih padamenu Flight Mode.Ucapan TerimakasihUcapan terima kasih ditujukan kepada UnitPenetian Politeknik Elektronika Negeri Surabayayang telah memberikan kesempatan untuk melakukanpenelitian mengenai sistem pendaratan otomatis padapesawat trikopter yang kedepannya akandikembangkan untuk diisi muatan kamera sebagaipesawat pengintai tanpa awak.Daftar PustakaC.M. Wang, Y.T. Hsu (2003), “A Robust Real TimeMoving Object Tracking Algorithm with aPTZ Camera for Surviellance Applications”,16 th IPPR conference on Computer Vision,Graphics and Image Processing (CVGIP2003), 2003/8/17-19, Kinmen, ROC.E.V. Cuevas, D. Zaldivar, R.Rojas (2004),“Neurofuzzy prediction for visual tracking”,Institut fur Informatik Freie Univesitat Berlin,Germany, 1 st International Conference onElectrical and Electronics Engineering, 2004.H. Kashima, H. Hongo, Kunihito Kato, KazuhikoYamamoto (2002), “An Iris Detection MethodUsing the Hough Transform and Its Evaluationfor Facial and Eye Movement”, The 5 th AsianConference on Computer Vision, 23—25January 2002, Melbourne, Australia,ACCV2002.Keni Bernardin, Florian van de Camp, RainerStiefelhagen, “Automatic Person Detection andTracking using Fuzzy Controlled ActiveCameras”, Proc.CVPR07,pp.1-8,2007M.H. Yang, D.J. Kriegman, N. Ahuja (2002),“Detecting Faces in Images : A Survey”, IEEETransactions on Pattern Analysis And MachineIntelligence, Vol 24, No.1 January 2002.PertahananNegara,“http://www.scribd.com/doc/55356658/47/Arah-Pembangunan-Jangka-Panjang-Bidang-Pertahanan-Negara”R.S. Feris, T.Ed Campos, R.M.C. Junior (2000),“Detection and Tracking of Facial Features inVideo Sequences”, Dept of Computer ScienceDCC-IME-USP, Univefsity of Sao Paulo,Springer-Verlag press, MICAI-2000,Acapulco.Setiawardhana, Riyanto Sigit, DadetPramadihanto,”Robot Cerdas PemadamApi Menggunakan Kamera dengan Logikafuzzy”, International Conference, ICICI,ITB Bandung, 2007Setiawardhana, Sigit Wasista, DjokoPurwanto, ”Facial Tracking using PTZ CamerawithMIMO Adaptive Neuro-Fuzzy InferenceSystem”, International Fuzzy SystemAssosiation – IFSA and AFSS, InternationalJoint Conference, Surabaya – Bali, Indonesia2011.Setiawardhana, Djoko Purwanto, “ Rancang BangunSistem Penjejakan Wajah MenggunakanD 134

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Kamera PTZ dengan metode Adaptive NeuroFuzzy Inference System”, MEETAS 2010,Universitas Maranatha, Bandung.Sukumar Kamalasadan, Adel A. Ghandakly, KhalidAl-Olimat, FUZZY LOGIC BASEDMULTIPLE REFERENCE MODELADAPTIVE CONTROL, Dept. of ElectricalEngineering and Comp. Science, University ofToledo, Toledo, Ohio, 43606, USAT. Funahasahi, M. Tominaga, T. Fujiwara, H.Koshimizu (2004), “Hierarchical FaceTracking by using PTZ Camera”, Proceedingof the sixth IEEE International Conference onAutomatic Face and Gesture Recognition(FGR 04)T. Sawangsri, V. Patanavijit, and S. Jitapunkul(2005), “Face Segmentation Using NovelSkin-Color Map and MorphologicalTechnique”, Proceedings Of WorldAcademy Of Science, Engineering AndTechnology, Vol.2, January 2005, ISSN 1307-6884.Vamsi Mohan Peri, Dan Simon, Fuzzy LogicController For Autonomous Robot,Department of Electrical and ComputerEngineering, Cleveland State University,Cleveland,Ohio,USA.Vinod Kumar, R.R.Joshi, Hybrid Controllerbased Intelligent Speed Control ofInduction Motor ,Journal of Theoreticaland Applied Information Technology 2005Jyh-Shing, R Jang, “ANFIS : Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System”, Dept. ofElectrical Engineering and Computer Science,University of California, Berkeley, CA 94720.Setting up your ownTricopter, http://rcexplorer.se/Educational/triguide/triguide.html.The Tricopter V2build, http://rcexplorer.se/projects/TriV2/TriV2.htmlThe Tricopter V2.5build, http://rcexplorer.se/projects/tricopterv25/tricopterv25.htmlTricopter, http://bsiswoyo.lecture.ub.ac.id/category/hobby/D 135

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pengembangan Elektrokardiografi (EKG) Portable Sebagai Wujud Teknologi TepatGunaTyas Istiqomah 1 , Welina Ratnayanti K 2 , Franky Candra SA 31,2,3 Program Studi Teknobiomedik Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UniversitasAirlanggaEmail : tyasistiqomah@gmail.comAbstrakJantung sebagai salah satu organ vital bagi tubuh dengan fungsi utamanya untuk sirkulasi darah ke seluruhtubuh sangat rentan terserang penyakit. Untuk dapat memeriksa kondisi kesehatan jantung seseorang digunakanalat EKG (elektrokardiogram) yang kini sangat banyak tersedia di pasaran. Namun harganya yang yang mahalserta penggunaannya yang tidak dapat dibawa kemana-mana menjadi penghambat tersendiri. Untuk itu akandibuat sebuah rancang bangun EKG sehingga EKG yang dibuat menjadi lebih efisien karena mobile sertamurah. Hasil yang ditampilkan adalah sinyal PQRST jantung pada software Scope Osiloskop. Untuk rangkaianhardware yang digunakan adalah rangkaian catu daya, rangkaian amplifier, rangkaian bandpass filter, danrangkaian buffer.Kata kunci: EKG, jantungPENDAHULUANJantung adalah salah satu organ vital bagi tubuhyang fungsi utamanya untuk sirkulasi darah keseluruh tubuh. Jantung terdiri dari bagian kanan dankiri yang terbagi menjadi atrium pada bagian atasjantung dan ventrikel pada bagian bawah jantung.Darah dari masing-masing atrium dikirim keventrikel. Darah dari ventrikel kanan dipompa ke parudan darah dari ventrikel kiri dipompa ke seluruhtubuh. Jantung dapat berkontraksi yang biasa disebutdengan ritme jantung dari adanya mekanisme ini.(Guyton and Hall, 2006)Jantung sebagai salah satu organ vital tubuhsangat rentan terserang penyakit. Pemeriksaan jantungbiasa dilakukan dengan EKG (elektrokardiogram).Hasil yang ditampilkan pada EKG berupa sinyalPQRST dengan makna tertentu. Gelombang P sebagaibentuk adanya depolarisasi atrium, kompleks QRSberarti depolarisasi pada ventrikel, dan gelombang Tberarti repolarisasi ventrikel. Berdasarkan sinyal yangdihasilkan dapat dianalisa oleh dokter tentangpenyakit yang diderita.Kebanyakan perangkat EKG saat ini merupakanproduk import serta harga yang sangat mahal. Selainitu penggunaan perangkat EKG tersebut yang tidakpraktis karena kurang mobile dan biasanya hanyadimiliki oleh rumah sakit besar saja.Berdasarkan hal tersebut, akan dibuat rancangbangun EKG dengan soundcard ke laptop sehinggaEKG yang dibuat menjadi lebih efisien karena mobile.Selain itu pembuatan di dalam negeri dengan biayaterjangkau juga menjadi sebuah kelebihan.Penggunaan soundcard juga dirasa praktis dan hasilyang didapatkan tidak terlalu banyak menimbulkannoise. Penelitian ini terdiri dari dua bagian, yaitusoftware dan hardware.Sebagai pengukur dari tubuh pasien digunakanhanya tiga buah sadapan, yaitu RA (right arm), LA(left arm), dan LL (left leg) serta ditambahsatu sadapan sebagai grounding yaitu di RL (rightleg). Analisis yang dilakukan berdasarkanpengambilan data berupa nilai tegangan dari amplifierdan filter serta gambar sinyal yang ditampilkan untukdibandingkan dengan alat yang sudah terkalibrasi.Diharapkan dengan adanya alat ini dapatmemberikan tampilan sinyal yang rendah noise danakurat serta dapat digunakan sebagai alat yang tepatguna di bidang medis.DASAR TEORIJantungSecara fisiologi, jantung adalah salah satuorgan tubuh yang paling vital fungsinya dibandingkandengan organ tubuh lainnya. Dengan kata lain, apabilafungsi jantung mengalami gangguan maka besarpengaruhnya terhadap organ-organ tubuh lainnyaterutama ginjal dan otak karena fungsi utamanyauntuk sirkulasi darah ke seluruh tubuh sebagaimetabolisme sel-sel untuk kelangsungan hidup.Kontraksi otot manapun akan selalumenimbulkan perubahan kelistrikan yang dikenaldengan istilah potensial aksi. Potensial aksi bisaterjadi bila suatu daerah membran syaraf atau ototmendapat rangsangan mencapai nilai ambang.Potensial aksi mempunyai kemampuan merangsangdaerah sekitar sel membran untuk mencapai nilaiambang. Potensial aksi yang timbul pada otot jantung(miokardium) dan jaringan transmisi jantung inilahyang memberikan gambaran kelistrikan jantung(konduksi jantung). Adanya konduksi jantung dapatmenghasilkan impuls listrik secara ritmis yangmenyebabkan adanya kontraksi ritmis otot jantungyang disebut ritme jantung, mengirim potensial aksimelalui otot jantung dan menyebabkan terjadinyadetak jantung (Guyton, 2006).D 136

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Elektrokardiograf (EKG)EKG adalah suatu gambaran grafis mengenaigambaran puncak aktifitas elektris dari serabut ototjantung, berupa kurva tegangan fungsi waktu yangterdiri dari berbagai puncak (Heru, 2008). SebuahEKG dapat digunakan untuk mengukur denyutjantung, mendiagnosis adanya infark mikroad yangsedang berkembang, mengidentifikasi aritmia danefek dari obat dan peralatan yang digunakan padapenanganan jantung.Gambar 3. Diagram Alir Prosedur PenelitianSelanjutnya dilakukan tahap perancangan hardwaredan software yang disajikan pada Gambar 4.Sadapan EKGGambar 1. Sinyal Keluaran EKGPenggunaan EKG dilengkapi denganpemasangan sadapan pada tubuh sebagai monitoradanya perubahan tegangan antara elektroda yangditempatkan pada berbagai posisi di tubuh.Pengukuran sinyal pada EKG dilakukan denganpemilihan tiga titik bipolar yang pertama kalidiperkenalkan oleh Einthoven yang terletak di lengankanan, lengan kiri, dan kaki kiri. Pengambilan titikreference ini kemudian dikenal dengan segitigaEinthoven yang digambarkan pada Gambar 2.Gambar 4. Perancangan (a) Hardware (b) SoftwareSecara keseluruhan, diagram blok EKGditunjukkan pada Gambar 5.METODE PENELITIANPerancangan AlatGambar 2. Segitiga EinthovenUntuk tahap perancangan, terbagi dalamperancangan perangkat keras (hardware) sertaperancangan perangkat lunak (software). Diagram alirprosedur penelitian disajikan pada Gambar 3.Gambar 5. Diagram Blok EKGHASIL DAN PEMBAHASANPembuatan AlatAdapun perangkat keras dalam penelitian initerdiri dari rangkaian catu daya, rangkaian penguat,rangkaian filter, dan rangkaian buffer. Perangkatlunak dalam penelitian ini berupa tampilan padaSoundcard Osiloskop.D 137

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8untuk mengeliminasi noise yang berasal dariinterferensi gelombang elektromagnet dan sinyal otot.Rangkaian Catu DayaGambar 6. Rangkaian EKGRangkaian catu daya berfungsi sebagai sumbertegangan pada keseluruhan rangkaian. Rangkaianyang telah dibuat terdiri dari tegangan supply positifdari baterai dan ground serta mampu menghasilkantegangan keluaran +5V. Pada rangkaian catu dayamenggunakan baterai yang berfungsi untukmenurunkan tegangan. Nilai tegangan yangdibutuhkan sebesar +5V sedangkan tegangan yangdihasilkan baterai sebesar +9V. Untuk menurunkantegangan tersebut digunakan regulator 7805 yangberfungsi untuk menstabilkan tegangan keluaranmenjadi +5V.Rangkaian PenguatRangkaian penguat berfungsi untuk menguatkansinyal input dari elektroda yang dihubungkan ketubuh. Sinyal jantung manusia berada pada rangeyang sangat kecil, yaitu orde miliVolt, sehinggadibutuhkan sebuah rangkaian penguat. Komponenpenguat yang dipilih adalah IC jenis LM 324. IC LM324 terdiri dari 14 kaki dengan empat Op-Amp didalamnya yang digunakan sebagai penguat padapenelitian ini.Gambar 8. Rangkaian FilterPerhitungan nilai frekuensi pada masingmasingfilter sesuai dengan rumus f1=Rangkaian Buffer2πRCRangkaian buffer yang digunakan pada penelitianini digunakan untuk stabilizer sinyal agar tidak rusakketika masuk rangkaian pertama kali.Gambar 9. Rangkaian BufferPengujian Rangkaian PenguatPengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilaipenguatan rangkaian setelah dilakukan pengujianberulang. Berdasarkan uji yang dilakukan, didapatdata yang disajikan pada Tabel I.TABEL IHasil Uji Rangkaian PenguatVin Vout Gain60 mV 480 mV 8x60 mV 460 mV 7x48 mV 480 mV 10xRangkaian FilterGambar 7. Rangkaian PenguatPada perancangan filter ini terdiri dari dua jenisfilter, yaitu high pass filter dan low pass filter. Highpass filter berfungsi untuk mengeliminasi noise akibatpergerakan elektroda serta meredam arus DC padapenguat instrumentasi yang dapat menyebabkan levelsinyal EKG naik. Sedangkan low pass filter berfungsiPengujian Rangkaian FilterPengujian rangkaian filter dilakukan padalow pass filter, yaitu di kaki output IC LM 324 nomor14.D 138

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8V0,40,30,20,1Gambar 10. Grafik Pengujian FilterNilai frekuensi cut-off adalah:1f =2πRC = 1(2)(3,14)(100k)(0,1uF) = 16HzPengujian Pada PasienGrafik Pengujian Filter20; 0,1100 10 20 30fSeries1Pengambilan data dilanjutkan dengan melakukanuji pada tampilan akhir di laptop dengan seorangpasien uji. Data yang diambil berasal daripemasangan tiga titik lead yang berbeda.Gambar 11. Hasil Pengujian Pada Lead IGambar 12. Hasil Pengujian Pada Lead IIPerbandingan Amplitudo EKG Standard danEKG RancanganNilai perbandingan amplitudo antara kedua EKGdiambil berdasarkan ketiga lead yang digunakan.Masing-masing lead dilakukan hingga tiga kalipengukuran untuk mendapatkan hasil yang maksimal.Pengukuranke-TABEL IIPerbandingan Amplitudo Lead IJarak (mm) Waktu (s) Tegangan (mV)EKG EKG EKG EKG EKGRanca Stand Ranca Stand Rancangan ard ngan ard nganEKGStandardI 2 1,6 0,08 0,064 0,2 0,16II 1,8 1,6 0,072 0,064 0,18 0,16III 1,6 1,8 0,064 0,072 0,16 0,18Pengukuranke-1,8 1,67 0,072 0,067 0,18 0,167TABEL IIIPerbandingan Amplitudo Lead IIJarak (mm) Waktu (s) Tegangan (mV)EKG EKG EKG EKG EKGRanca Stand Ranca Stand Rancangan ard ngan ard nganEKGStandardI 3,6 3,4 0,144 0,136 0,36 0,34II 3,6 3 0,144 0,12 0,36 0,3III 3,6 3,6 0,144 0,144 0,36 0,36Pengukuranke-3,6 3,33 0,144 0,133 0,36 0,33TABEL IV Perbandingan Amplitudo Lead IIIJarak (mm) Waktu (s) Tegangan (mV)EKG EKG EKG EKG EKGRanca Stand Ranca Stand Rancangan ard ngan ard nganEKGStandardI 1,6 2 0,064 0,08 0,16 0,2II 1,6 1,6 0,064 0,064 0,16 0,16III 2 1,4 0,08 0,056 0,2 0,141,73 1,67 0,069 0,067 0,173 0,167Perbandingan Peak to Peak EKG Standard danEKG RancanganNilai perbandingan peak to peak antara keduaEKG juga diambil berdasarkan ketiga lead yangdigunakan. Masing-masing lead dilakukan hingga tigakali pengukuran untuk mendapatkan hasil yangmaksimal.Pengukuranke-TABEL V Perbandingan Peak to Peak Lead IJarak (mm) Waktu (s) Tegangan (mV)EKG EKG EKG EKG EKGRanca Stand Ranca Stand Rancangan ard ngan ard nganEKGStandardI 3 2,4 0,12 0,096 0,3 0,24II 3 2,4 0,12 0,096 0,3 0,24III 3 2,4 0,12 0,096 0,3 0,24Rata- 3 2,4 0,12 0,096 0,3 0,24TABEL VI Perbandingan Peak to Peak Lead IIGambar 13. Hasil Pengujian Pada Lead IIIPengukuranke-Jarak (mm) Waktu (s) Tegangan (mV)EKG EKG EKG EKG EKGRanca Stand Ranca Stand Rancangan ard ngan ard nganEKGStandardI 3,4 2 0,136 0,08 0,34 0,2II 3,2 2,2 0,128 0,088 0,32 0,22III 3,4 2,4 0,136 0,096 0,34 0,24RatarataRatarataRatarataRatarata3,33 2,2 0,133 0,088 0,333 0,22D 139

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pengukuranke-RatarataTABEL VII Perbandingan Peak to Peak Lead IIIJarak (mm) Waktu (s) Tegangan (mV)EKGStandardEKGRancanganEKGStandardEKGRancanganEKGStandardI 3,4 3 0,136 0,12 0,34 0,3EKGRancanganII 3,2 2,6 0,128 0,104 0,32 0,26III 3,2 2,4 0,128 0,096 0,32 0,24KESIMPULAN3,27 2,67 0,133 0,106 0,327 0,267Berdasarkan analisis data dan pembahasanyang dilakukan dalam penelitian ini dapat diperolehkesimpulan sebagai berikut :1. Elektrokardiograf (EKG) telah dibuat dan dapatbekerja dengan cukup baik. EKG yang telahdibuat ini dapat menampilkan sinyal kompleksPQRST jantung pada tampilan laptop untukpemasangan tiga lead berbeda.2. Elektrokardiograf (EKG) yang telah dibuat jugatelah dikalibrasi untuk amplitudo dan peak to peakuntuk pemasangan tiga lead berbeda dengan EKGyang sesuai standard. Nilai eror dan akurasididapat dari perhitungan jarak (mm), waktu (s),dan tegangan (mV). Untuk kalibrasi amplitudodidapat nilai akurasi alat sebesar 92,78% padaLead I, 91,7% pada Lead II, dan 96,5% pada LeadIII untuk jarak. Nilai akurasi sebesar 93,06% padaLead I, 92,4% pada Lead II, 97,1% pada Lead IIIuntuk waktu. Nilai akurasi sebesar 92,78% padaLead I, 91,67% pada Lead II, 96,5% pada Lead IIIuntuk tegangan. Untuk kalibrasi peak to peakdidapat nilai akurasi sebesar 80% pada Lead I,66,1% pada Lead II, dan 81,7% pada Lead IIIuntuk jarak. Nilai akurasi sebesar 80% pada LeadI, 66,2% pada Lead II, dan 79,7% pada Lead IIuntuk waktu. Nilai akurasi sebesar 80% pada LeadI, 66,1% pada Lead II, dan 81,7% pada Lead IIIuntuk tegangan.SARANBerikut ini adalah beberapa saran yang dapatdipertimbangkan untuk penyempurnaan penelitianlebih lanjut :1. Dalam pengembangan berikutnya diharapkanperancangan Elektrokardiograf (EKG) bisamenggunakan 12 lead dari tubuh.2. Nilai akurasi EKG yang dibuat dengan EKG yangtelah terkalibrasi diharapkan semakin tinggi.Ucapan Terima KasihPenulis ucapkan terima kasih sebesar-sebesarnyakepada Allah SWT yang telah memberikan setiapkenikmatan dalam menyelesaikan penelitian ini.Terima kasih pula untuk papa, mama, adik, dan chaatas setiap support yang diberikan serta kepada semuateman-teman Teknobiomedik 2008.DAFTAR PUSTAKAAzhar dan Suyanto., 2009, Studi Identifikasi SinyalEKG Irama Myocardial Ischemia denganPendekatan Fuzzy Logic, Jurnal TeknikIndustri Volume 7, Nomor 4, Juli 2009 : 193–206.Cahyono, Y., Susilo R, E., Novitaningtyas, Y., 2008,Rekayasa Biomedik Terpadu untukMendeteksi Kelainan Jantung, Jurnal Fisikadan Aplikasinya Volume 4, Nomor 2 JUNI2008 Jurusan Fisika-FMIPA, InstitutTeknologi Sepuluh Nopember.Christian Zeitnits. 2012. SoundcardOscilloscope. http://www.zeitnitz.de/Christian/scope_en/Darmayasa, P., 2006, TutorialMikrokontroler, http://www.geocities.com/tu_darma/serialhtmlFandi, A., Adil, R., Wardana, P., Rochmad, M., 2006,Perancangan dan Pembuatan Modul EKG danEMG Dalam Satu Unit PC Sub Judul :Pembuatan Rangkaian EKG dan SoftwareEKG Pada PC, Teknik Elektronika PENS-ITS,Surabaya.Guyton and Hall., 2006, Textbook of MedicalPhysiology Eleventh Edition, ElsevierSaunders, Pennsylvania : 103.Hadiyoso, S., Alfaruq, A., Rizal, A., 2011, SistemMultiplexing pada Pengiriman DataMonitoring EKG, PPG, dan Suhu TubuhBerbasis Mikrokontroler, Seminar NasionalAplikasi Teknologi Informasi 2011 (SNATI2011) Yogyakarta, 17-18 Juni 2011.Heru, A., 2008, Desain Alat Deteksi Dini dan MandiriAritmia, Jurnal Teknologi dan ManajemenInformatika Volume 6, Nomor 3, Agustus2008.Hidayatulloh, M., 2007, PembuatanElektrokardiogram (ECG) 3-Lead denganbantuan Personal Computer, SkripsiUniversitas Negeri Malang : Malang.Jones, S., 2005, EKG Notes Interpretation andManagement Guide, F.A Davis Company:Philadelphia.Kuntarti., 2006, Fisiologi Kardiovaskular,Faal_KV/ikun/2006.Kurachi, Y., 2001, Heart Physiology andPathophysiology, Boston, Massachusetts :9-10.McGraw-Hill., 2004, Bioelectricity and ItsMeasurement, Digital Engineering Library,www.digitalengineeringlibrary.comRosyadi, I., 2001, Perancangan AwalElektrokardiograf Digital Berbasis KomputerCerdas, Skripsi Fakultas MIPA UniversitasAirlangga : Surabaya.Rusmawati, E., 2006, Universal Bio-AmplifierBerbasis Personal Computer (PC) Bagian I,Tugas Akhir Fakultas Sains dan Teknologi,Universitas Airlangga, Surabaya.D 140

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Sergio, F., 1998, Design with Operational Amplifierand Analog Integrated Circuit, Mc Graw-Hill,Electrical Engineering Service.Setiawan, A., 2010, Analisa Penentuan Aksis JantungSinyal EKG dengan Program Delphi, ProposalTugas Akhir Program Diploma IV DepartemenKesehatan Republik Indonesia PoliteknikKesehatan Surabaya Jurusan TeknikElektromedik.Setiawan, R., 2008, Teknik Akuisisi Data, GrahaIlmu: Yogyakarta.Soeliadi., 1991, Belajar EKG Tanpa Guru, YayasanEssentia Medica: Yogyakarta.Vahed, A., 2005, 3-Lead Wireless EKG ElectronicDesign Project Final Report.Vena., 2010, Mengapa Potensial Membran IstirahatAda yang Lebih Negatif dan Ada yang LebihPositif, Mengapa-potensial-membran-istirahatrmp.html.Widodo, A., 2009, Sistem Akuisisi EKGMenggunakan USB Untuk Deteksi Aritmia,Proceedings Seminar Tugas Akhir JurusanTeknik Elektro FTI – ITS.http://www.alldatasheet.com/http://www.solarbotics.comD 141

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8RANCANG BANGUN UNIT ENKRIPSI SUARA BERBASISMIKROKONTROLER ATMEGA 8535Bambang SuprijantoFakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, SurabayaEmail :AbstrakTelah dilakukan penelitian tentang enkripsi suara manusia (20 Hz-20 kHz) menggunakan mikrokontrolerAtmega 8535. Sistem enkripsi yang dibuat sangat sederhana menggunakan ADC internal dari Atmega 8535.Untuk menguji apakah hasil enkripsi dapat dikembalikan ke bentuk aslinya digunakan sistem dekripsi sederhanamenggunakan DAC 0808. Hasil penelitian menunjukkan frekuensi sinyal hanya sebatas 1 kHz saja yang masihbisa diproses dalam enkripsi maupun dekripsi. Suara manusia diubah menjadi gelombang listrik sinusmenggunakan mikropon dan pre amplifier, mengandung banyak komponen frekuensi. Untuk menguji alat suaramanusia diwakili oleh signal generator sinus murni dengan berbagai komponen frekuensi. Gelombang sinusdengan frekuensi tertentu dienkripsi. Gelombang sinus diubah bentuknya menggunakan ADC sehinggadidapatkan data digital untuk tiap cuplikan data analog. Dilakukan pengacakan data digital dengan aturantertentu, dan merubah hasilnya ke bentuk analog menggunakan DAC. Data inilah yang akan dikirimmenggunakan jalur transmisi. Penerima harus menggunakan alat dekripsi. Gelombang sinus yang diterimadiubah bentuknya menggunakan ADC , dilakukan pengembalian bentuk acakan data digital pada saat enkripsi,dan merubah hasilnya ke bentuk analog menggunakan DAC.Kata kunci :PENDAHULUANKetergantungan komunikasi pada teknologimenyebabkan banyaknya informasi pentingbergantung pada keamanan teknologi komunikasi itusendiri. Pada umumnya informasi yang menjadiincaran pihak-pihak tak bertanggung jawab adalahdata-data pribadi, data keuangan personal maupunperusahaan, kekayaan intelektual, politik, bahkankebijaksanaan perusahaan atau pemerintah (technicalcommunications corporation, 2011).Sangat diperlukan sistem keamanan dalam sistemkomunikasi yang dapat memberikan danmeningkatkan kerahasian, kenyamanan dalamberkomunikasi. Perancangan sistem keamanan dalamsistem komunikasi menggunakan mikrokontrollerdapat dilakukan dengan membangun unit enkripsiyang dapat memberikan pengacakan data sebelumdata dikirim. Pengurutan data dilakukan oleh unitdeskripsi yang dapat mengembalikan data acakkembali ke bentuk semula. Sistem keamanan iniditerapkan pada sistem komunikasi suara secaraelektronik. System keamanan pengiriman dataelektronik dirancang seperti gambar 1.pengiriman, diterima oleh penerima, dan dilakukandeskripsi agar diperoleh suara normal. Proses tersebutdapat dilihat pada gambar 2.Gambar 2. Proses enkripsi dan deskripsi sederhana pada sistemkomunikasi suaraMETODE PENELITIANKonverter suara manusia ke sinyal elektronikSuara manusia berupa gelombang tekanan udara.Mikropon dapat mengubah gelombang tekanan udaramenjadi sinyal elektronik dengan amplitude yangsangat kecil. Gelombang ini dapat diperkuat olehamplifier dalam bentuk penguat operasional (OpAmp) seperti gambar 3.Gambar 1. Proses enkripsi dan deskripsi sederhanaDalam sistem komunikasi suara, suara normaldienkripsi menjadi suara teracak, dikirim ke sistemGambar 3 Rangkaian penguat mikroponKonverter sistem analog ke sistem digitalDigunakan ADC internal mikrokontroler 8535 untukmengkonversi data analog dari penguat mikroponD 142

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8menjadi data digital yang disimpan di registermikrokontroler 8535.Unit Enkripsi menggunakan mikroprosesor 8535Mikrokontroler 8535 melakukan pengacakan datadigital berukuran berukuran 10 bit, diacak sedemikianrupa sehingga data tersebut sangat berbeda denganaslinya. Pengacakan dapat dilakukan sesuai dengankeinginan pemrogram seperti contoh pada gambar 4.Konverter sistem digital ke sistem analogSinyal suara yang telah dikirim masih berupa datadigital, perlu dilakukan pengubahan data ke bentuksinyal analog. Hal ini dilakukan oleh konverter DAC0808 menghasilkan sinyal analog. Rangkaoiankonverter DAC 0808 tertera pada gambar 7.Gambar 4 Proses Enkripsi sederhanaAdapun urutan proses enkripsi ditunjukkan olehdiagram alir pada gambar 5.MulaiSinyal SuaraProses A/D sinyal suaraGambar 7 Rangkaian konverter DAC 0808Buffer sinyal analog ke gelombang suaraSinyal analog yang diperoleh masih mempunyaiamplitude yang kecil dan kemampuan arus terbebanisangat kecil. Agar dapat terdengar suara yang cukupkeras diperlukan rangkaian penguat yang berfungsisebagai buffer arus dan loudspeaker. Rangkaianpenguat suara menggunakan IC LM 386 sepertigambar 8.Letak bit data sinyal suaradiacakData teracakdikirimSelesaiGambar 5 Diagram alir proses EnkripsiUnit Deskripsi menggunakan mikroprosesor 8535Mikrokontroler 8535 melakukan pengurutan data acakmenjadi data semula berukuran berukuran 10 bit.Pengurutan dilakukan berdasarkan proses pengacakanyang telah dilakukan pada proses sebelumnya, seperticontoh pada gambar 6.Gambar 8 Rangkaian buffer LM 386Adapun urutan proses enkripsi hingga diperoleh suaraditunjukkan oleh diagram alir pada gambar 9MulaiData teracakLetak bit data teracakdikembalikanData digital asliGambar 6 Proses Deskripsi sederhanaPengiriman dataPengiriman data dilakukan oleh mikrokontroler 8535dengan sistem pengiriman data seri menggunakan RS232Proses D/ASinyal SuaraSelesaiGambar 9 Diagram alir proses deskripsi hingga diperoleh suaraD 143

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8HASIL DAN PEMBAHASANSuara manusia diubah menjadi gelombangelektrik oleh mikropon seperti gambar 10.Gambar 10. Hasil perekaman gelombang elektrik suara manusiaUntuk pengujian alat, suara manusia diwakilidengan gelombang sinus dari generator sinyal sepertigambar 11.Terlihat bahwa gelombang acak sangat berbedadengan gelombang sinus semula.Gelombang hasil enkripsi dari gelombang sinusdiproses deskripsi menghasilkan gelombang sinus.Gambar 14 merupakan hasil perbandingan bentukgelombang sinus sebelum dilakukan proses enkripsidan gelombang sinus hasil dari proses enkripsi yangdilanjutkan dengan proses deskripsi. Terlihat bahwakedua gelombang sangat mirip dan hamper sama,hanya sedikit cacat bentuknya karena proses converterdan mikrokontroler yang kurang tinggi kecepatannya.Walaupun demikian, identitas gelombang masih utuh,bentuk gelombang masih sinus murni, dan frekuensigelombang masih sama.Gambar 11 gelombang sinus dari generator sinyal, dan hasilpenguatan.Gelombang sinus diproses enkripsi menghasilkangelombang acak seperti pada gambar 12.Gambar 12 gelombang hasil proses enkripsi gelombang sinus darigenerator sinyalTerlihat bahwa gelombang acak sangat berbedadengan gelombang sinus semula.Gelombang sinus diproses deskripsimenghasilkan gelombang acak seperti pada gambar13.Gambar 13 gelombang hasil proses enkripsi gelombang sinus darigenerator sinyalGambar 14 perbandingan gelombang sinus dari generator sinyaldengan hasil proses enkripsi dan deskripsi gelombang sinus tersebutUntuk berbagai frekuensi gelombang sinus yangdigunakan didapat hasil eksperimen seperti pada table1.Tabel 1. Hasil pengukuran beberapa nilai frekuensi (Hz)GeneratorsinyalProsesenkripsiProsesdeskripsiProses enkripsiditeruskan deskripsi300 rusak rusak 300400 rusak rusak 400500 rusak rusak 500600 rusak rusak 600700 rusak rusak 700800 rusak rusak 800900 rusak rusak 9001000 rusak rusak 1000Terlihat bahwa frekuensi gelombang sinus hingga 1kHz masih dapat dproses enkripsi dan deskripsi tanpaada perubahan frekuensi pada gelombang yangdihasilkan. Untuk gelombang sinus berfrekuensi diatas 1 kHz dihasilkan gelombang yang cacat, baikbentuk maupun frekuensi. Hal ini dapat disadarikarena ADC internal dengan waktu konversi yangcukup besar, sehingga kecepatan konversi dirasacukup lambat bagi gelombang dengan frekuensi diatas 1 kHz.SIMPULAN DAN SARANDari hasil penelitian yang telah dilakukan dapatdiambil simpulan1. Alat yang dibuat dapat melakukan proses enkripsidan deskripsi dengan baik.2. Secara keseluruhan alat dapat berfungsi sebagaisistem keamanan dalam sistem komunikasi,D 144

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8hanya saja terbatas pada frekuensi gelombangsebesar 1 kHz.3. Untuk mengatasi kekurangan di atas disarankanmenggunakan ADC cepat beresolusi 12 bit.DAFTAR PUSTAKATokheim, R. L., 1990, Elektronika Digital, Edisikedua, Erlangga, Jakarta.Tokheim, R. L., Sutisna, E., 1996, Prinsip – PrinsipDigital, Edisi kedua, Erlangga, Jakarta.Mackenzie, L.Scott, 1995, The 8051 microcontroller,University of Guelph, prentice hall, OntarioYeralan, Sencer, Ashutosh Ahluwalia, 1995,Programing and Interfacing the 8051Microcontroler, Addison-Wesley PublishingCompanySutrisno, 1998, Perancangan Sistem Mikroprosesor,Jurusan Fisika ITB, BandungBarden,W, 1978, The Z-80 MicrocomputerHandbook, Howard W.Sam & Co., IncD 145

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8RANCANG BANGUN HEART RATE MONITORING DEVICE (HRMD) SEBAGAIPEMANTAU BRADIKARDI DAN TAKIKARDI BERBASIS MIKROKONTROLERThieara Ramadanika 1 , Retna Apsari 2 , Delima Ayu S 3 ,,1,2,3 Program Studi S1 Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : Theararamadanika007@gmail.comAbstrakTelah dilakukan penelitian dengan judul Rancang Bangun Heart Rate Monitoring Device BerbasisMikrokontroler, dengan tujuan merancang Heart Rate Monitoring yang dilengkapi dengan tampilan kondisijantung saat itu yaitu bradikardi, takikardi, atau normal, serta terdapat tambahan berupa wireless agar jikadigunakan di Rumah Sakit, pasien opname dapat dipantau denyut jantungnya oleh dokter jaga atau perawatsecara jarak jauh, sehingga memudahkan dokter jaga atau perawat dalam mengontrol pasien. Sensor yangdigunakan pada penelitian ini menggunakan metode plethysmograph, yaitu mendeteksi atau mengukurperubahan volume darah di dalam jari, dengan mode yang dipakai adalah refleksi dimana LED dan LDRdiletakkan bersampingan. Pemrograman mikrokontroler dilakukan untuk menghitung jumlah denyut jantungpermenit serta informasi kondisi denyut jantung yaitu bradikardi (denyut jantung kurang dari 60 Bpm),takikardi(denyut jantung lebih dari 100 Bpm) atau normal (denyut jantung antara 60-100 Bpm), kemudiandikirim menggunakan komunikasi wireless dan ditampilkan pada LCD maupun PC. Alat ini mempunyai tingkatkeakuratan yang tinggi dalam mengukur denyut jantung. Uji yang dilakukan kepada penderita penyakit jantungdengan kalibrator ECG mempunyai tingkat akurasi sebesar 94%. Di samping mempunyai tingkat akurasi tinggi,alat yang dihasilkan peneliti ini bersifat mobile, kompetitif, dan produktif.Kata Kunci : Heart Rate, Jantung, plethysmograph, LDR, LEDPENDAHULUANPenggunaan alat medis sangat diperlukan sebagaialat bantu diagnosa kesehatan seseorang sebagaiindikasi ada tidaknya suatu penyakit. Salah satupenyakit yang paling banyak dijumpai adalahpenyakit jantung. Berdasarkan datayang disampaikan WHO (World HealthOrganization) dalam laporan mengenai bebanpenyakit global bahwa angka kematian karenajantung sangat tinggi yaitu sebesar 29% kematianglobal setiap tahun, perhitungan ini didasarkancatatan kematian dari 112 negara pada 2004(Rusciano, 2004). Kemajuan teknologi terutamadalam bidang pemeriksaan jantung terus dilakukan,namun beberapa kendala yang dihadapi salah satunyayaitu pasien yang diharuskan selalu bertemu dengandokter, hal ini tentu tidak efektif sehingga penulismemiliki inovasi supaya pasien tetap dapatberkomunikasi dengan dokter tanpa harus bertatapmuka. Alat medis yang dikembangkan tersebut berupaheartrate monitoring device (HRMD).Perancangan HRMD terdiri dari sensor,mikrokontroler, wireless, dan display. Pengukuranyang dilakukan untuk menentukan jumlah heartratemenggunakan metode Plethysmografi denganmengukur perubahan volume darah di suatu organakibat dari pemompaan darah oleh jantung.Photoplethysmograph (PPG) merupakan instrumenplethysmograph yang bekerja menggunakan sensoroptik (Mascaro dkk, 2001).Diharapkan dengan adanya alat ini makapenderita penyakit jantung akan lebih terkontrol,karena dalam alat akan dilakukan pengukuran secaraD 146realtime untuk mendapatkan BPM dan didapat hasilkondisi denyut jantung yaitu bradikardi, takikardi,atau normal.Sensor PletyhsmographPlethysmograph merupakan suatu teknik untukmendeteksi/mengukur perubahan volume di dalamsuatu organ. Informasi dari sinyal perubahan volumedarah ini dapat digunakan untuk menghitung detakjantung per menit karena setiap puncak gelombangyang terjadi korelasi dengan satu denyut jantung.Photoplethysmograph (PPG) merupakan instrumenplethysmograph yang bekerja menggunakan sensoroptik (Huang, 2011).Gambar 1. Skema Rangkaian SensorHeart Rate MonitorSistem monitoring heart rate telah menjadi suatualat yang umum pada medis karena sensitif terhadapadanya gangguan fisiologis dan psikologis.Penggunaan awal adanya heart rate monitoradalah untuk aplikasi klinis sebagai alatdiagnosis, prognosis dan manajemen pasien

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8yang memiliki masalah kesehatan (Ramli,2011).WirelessWireless adalah teknologi yang menghubungkan2 buah komputer atau lebih dengan menggunakanmedia transmisi gelombang radio. Teknologi radiomenggabungkan sinyal frekuensi rendah dangelombang pembawa yang frekuensi tinggi ke dalammodulator untuk kemudian di konversi ke gelombangelektromagnet dan dipancarkan ke udara (EvolutionEducation, 2010).Gambar 4. Proses Pembuatan AlatGambar 3. Skema Rangkaian Modul Wireless XBeeArduinoArduino adalah pengendali mikro single-boardyang bersifat open-source, diturunkan dari Wiringplatform, dirancang untuk memudahkan penggunaanelektronik dalam berbagai bidang. Hardware arduinomemiliki prosesor Atmel AVR dan software arduinomemiliki bahasa pemrograman sendiri (Mike McRoberts, 2010).Penjelasan untuk Gambar 4, dalam penelitian inidesain sensor yang digunakan adalah Plethysmographmode refleksi seperti pada Gambar 5, dimanamenunjukkan pemasangan LED dan LDR pada jariyang digunakan sebagai sensor pendeteksi denyutjantung.Gambar 5. Pemasangan Sensor PlethsymographGambar 3. Board ArduinoPROSEDUR PENELITIANProsedur proses ini dilakukan dengan beberapatahapan yaitu, persiapan desain diagram blok alat,perancangan hardware, perancangan software.Diagram blok alat dijelaskan pada Gambar 4.Mikrokontroler dalam penelitian ini ada 2 yaitudifungsikan untuk transmitter dan receiver.Rangkaian transmitter terdiri dari sensor, catu daya,modul wireless dan Arduino Duemilanove, proseskerja pada transmitter yang pertama yaitu sensormendeteksi adanya denyut jantung pada jari kemudiandata tersebut dikirimkan dengan modul wireless yangdifungsikan sebagai transmitter yang dikontrol olehmikrokontroler. Rangkaian receiver terdiri dari modulwireless yang difungsikan sebagai receiver yang akanmenerima data dari transmiter dan diproses olehmikrokontroler yang kemudian akan ditampilkan keLCD dengan keluaran berupa kondisi denyut jantung.Adapun perancangan software HRMD dapat disajikanpada Gambar 6.D 147

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pengujian selanjutnya yaitu uji aktivitas fisikdimana bertujuan untuk menguji alat HRMD bahwaalat HRMD dapat digunakan untuk monitoring denyutjantung dengan optimal, hasil pengujian dapatdisajikan pada Tabel 2.Tabel 2. Data Uji Aktivitas FisikGambar 6. Perancangan Software HRMDHASIL UJI COBA DAN PEMBAHASANTahapan selanjutnya yang dilakukan adapengujian alat. Alat ini telah diuji di klinik dokterspesialis jantung dengan pasien yang memilikiberagam kondisi penyakit jantung. Proses pengujianalat juga disertai proses pembanding dengan alat yangtelah terkalibrasi yaitu ECG yang disajikan padaTabel 1.Tabel 1. Data Uji Coba HRMD Dengan Pembanding ECGRata-rata % eror HRMD :(4,13% + 10,15% + 1,33% + 7,71%)= 6%4Prosentase akurasi HRMD 100% − 6% = 94%Berdasarkan hasil perhitungan akurasi didapatinilai jika HRMD memiliki tingkat akurasi sebesar94% setelah dilakukan kalibrasi dengan ECG. Hasilini menunjukkan jika HRMD telah berhasil dibuatdengan baik dan dapat diaplikasikan pada penderitapenyakit jantung.Dari hasil perhitungan denyut jantung padamasing-masing penderita penyakit jantung selamaperhitungan, kondisi jantung mereka menunjukkanaktivitas yang stabil dan tidak terjadi kelainanbradikardi maupun takikardi. Namun hal ini tidakberarti penderita dinyatakan sembuh, karena selamapengukuran mereka dalam kondisi beristirahat. Ketikasedang beraktivitas sehari-hari, kemungkinanterjadinya kelainan secara tiba-tiba sangat besar,sehingga peran HRMD sangat dibutuhkan untukmengantisipasi terjadinya penyakit jantung yang lebihparah.Data uji perlakuan fisik pada Tabel 2menunjukkan bahwa alat HRMD dapat bekerja secaraoptimal, dibuktikan pada saat beristirahat kondisidenyut jantung terlihat normal, dan setelah melakukanaktifitas fisik kondisi denyut jantung terlihat cepat.Dari perbedaan inilah alat HRMD dapat digunakanuntuk mendeteksi deyut jantung, serta dapatmembedakan antara kondisi jantung beristirahat dankondisi denyut jantung setelah melakukan aktivitasfisikAnalisis secara medis dari hasil uji pada Tabel 2dapat disimpulkan bahwa denyut jantung dipengaruhioleh aktifitas yang dilakukan. Ketika seseorangmelakukan olah raga maka denyut jantungpermenitnya akan lebih cepat dibandingkan sebelumberaktifitas (istirahat), hal ini disebabkan ketikaseseorang melakukan aktifitas olah raga maka akanmeningkatkan kebutuhan oksigen, sehingga jantungakan meningkat kerjanya untuk memenuhi kebutuhanoksigen tersebut.DAFTAR PUSTAKAEvolution Education. 2010. XBee-Pro Basic,(Online)(http://www.reved.co.uk/docs/xbe001.pdf) , diakses 29 Juni2012Huang, Fu-Hsuan. et,al, 2011. Analysis ofReflectance Photoplethysmograph Sensors.United Kingdom: World Academy of Science,Engineering and Technology.Mascaro, stephen A dan H. Harry Asada. 2001.Photoplethysmograph Fingernall sensor formeasuring Forces Without Haptic Obstruction.IEEE Transactions On Robotics AndAutomation, Vol 17, No. 5.Mike Mc Roberts. 2010. Arduino Starter Kit Manual:Earthshine DesignRamli, NI . 2011. Design and Fabrication of a LowCost Heart Monitor using ReflectancePhotoplethysmogram. United Kingdom: WorldAcademy of Science, Engineering andTechnology.D 148

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Rusciano, Florence. 2004. Global Burden of Disease.Switzerland : WHO (World HealthOrganization).D 149

BIOFISIKAFISIKA KEDOKTERANFISIKA NUKLIRSEMINAR NASIONAL FISIKA TERAPAN III (2012)

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8KAJIAN BIOFISIKA TERAPI AKUPUNKTURDENGAN ELEKTROSTIMULATORWelina RK, Trianggono Priyo,Lab Biofisika Departemen Fisika Fakultas Sain dan Teknologi Universitas AirlanggaKampus C Mulyorejo , Surabaya 60115AbstrakTerapi akupuntur yang menggunakan stimulator pada hakekatnya memberikan rangsangan listrik ( aliran aruslistrik ) kedalam tubuh manusia (pasien) melalui electrode electrode yang dipasang pada jarum di titik titikakupuntur. Arus listrik yang digunakan merupakan arus bolak balik (AC) dengan berbagai bentuk gelombang ,frekuensi dan intensitas. Batasan yang harus diperhatikan adalah ,arus listrik yang diperkenankan masukkedalam tubuh harus tidak melebihi 1 mA. Karena resistansi atau impedansi antar titik akupuntur tetap sekitarpuluhan kilo ohm maka tegangan out put yang dihasilkan stimulator dapat melebihi 10 volt. Dari kajianbiofisika diperoleh bahwa stimulator dengan bentuk gelombang spike memiliki tegangan efektif 0,03 V p , berartitegangan yang dihasilkan stimulator minimum V p = 333 volt dan untuk gelombang square memiliki teganganefektif 0,7 V p berarti tegangan yang dihasilkan stimulator minimum 14,3 volt., sehingga diperoleh,kesimpulanbahwa gelombang spike memberikan efek terapi yang lebih efektif .Disamping itu untuk menghindaripemakaian jarum telah dikembangkan electrode magnetik yang dipasang pada titik akupuntur. Dari hasilpenelitian diperoleh bahwa efek terapinya tidak berbeda secara signifikan dengan menggunakan jarum.Kata kunci ; terapi akupunktur, elektrostimulatorPENDAHULUANPada akupuntur, titik akupuntur maupunmeredian memiliki hambatan rendah sehingga mudahmenghantarkan listik dibandingkan dengan jaringandisekitar nya. Terapi dengan elektrostimulatorbiasanya menggunakan arus listrik bolak balik (AC)dengan berbagai bentuk gelombang listik sepertigelombang siku (square wave),gelombang sinus(sinusoida wave),gelombang pasak tinggi (spikewave),atau bentuk lain. Bentuk bentuk gelombanglistrik tersebut dapat menimbulkan efek rangsangpenguatan (tonifikasi) atau pelemahan (sedasi),bergantung pada frekuensi yang diberikanElektrostimulator adalah suatu perangkatelektronik yang menghasilkan gelombang listrikdengan bentuk gelombang ,intensitas, dan frekuensitertentu. Penentuan besarnya tiap-tiap variabeltersebut disesuaikan dengan kebutuhan dan jenisterapi yang dilakukan. Dalam bidang medis,elektrostimulator banyak digunakan untuk mengetahuirespon sel–sel syaraf dan otot terhadap terhadapsignal listrik yang diberikan terutama untukmendapatkan gambaran mengenai mekanismeterjadinya potensial aksi sel-sel tertentu . selain ituelektrostimulator juga sering digunakan dalam bidangfisioterapi yang berfungsi untuk perbaikan danpemulihan keseimbangan biopotensial (Ganong1989). Selain itu elektrostimulator juga banyakdigunakan dalam pengobatan akupuntur, untukmemberikan rangsangan berupa enerrgi listrik padatitik-titik akupuntur lewat jarum yang ditusukkanpada titik tersebut. Pemberian energi listrik iniberfungsi untuk menciptakan keseimbangan energiE 1dalam tubuh.Seperti halnya dengan pengobatankonvensional ,pengobatatan akupuntur denganelektrostimulator juga sangat memperhatikan bentukgelombang ,intensitas, frekuensi dan waktu rangsang.Uraian diatas menjelaskan bahwa terapi denganelektrostimulator dipengaruhi bentuk gelombang,intensitas frekuensi dan waktu rangsang maka banyakdijual produk elektrostimulator dengan berbagaivariabel yang tersebut diatas. Semaking banyakmacam elektrostimulatot yang beredar dipasarmembuat semakin bingung pengguna stimulator(terutama akupunturis ) karena mereka harus memilihelektrostimulator mana yang harus mereka milikisehingga memberikan efek terapi yang optimal.Dengan latar belakang inilah perlu dikaji secarailmiah bentuk gelombang listrik, intensitas,frekuensyang bagaimana akan memberikan efek terapi yangoptimal dan apakah ada suatu bentuk elektrode yangdapat menggantikan jarum pada terapi akupuntursehingga tidak menimbulkan rasa sakit akibat ditusukjarum.A. Karakteristik Elektrostimulator1. Bentuk Gelombang ElektrostimulatorBentuk gelombang elektrostimulator merupakantegangan terhadap waktu. Pada umumnya gelombangyang dihasilkan elektrostimulator adalah pulsadengan lebar pulsa relatif kecil (spike-potensial).Karena cairan tubuh bersifat elektrolit makapemberian potensial monofase mengakibatkanterjadinya polarisasi di sekitar elektode terpasangsehingga mengurangi pemberian rangsangan listrik.Pemilihan lebar pulsa yang relatif kecil memudahkananalisis respon sel terhadap rangsangan, karena

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8artefak yang relatif tipis /tajam . Tetapi jika terlalukecil, energi yang diberikan tidak mampumenghasilkan potensial aksi yang diharapkan. Hal initerkait dengan mekanisme dengan pembangkitpotensial aksi yang bersifat tuntas atau gagal (all ornone) yakni bila level energi yang diberikan di atsambang akan dihasilkan potensial aksi secaramenyeluruh, namun bila energi tersebut di bawahenergi ambang maka tidak akan terjadi potensial aksi(Ganong, 1986). Untuk mengurangi efek polarisasitersebut digunakan bentuk rangsangan berupagelombang bifase square wave, sinusoida, ripplewave, saw-tooth wave dan burst wave.2. Frekuensi ElektrostimulatorFrekuensi elektrostimulator adalah jumlahgelombang yang diberikan persatuan waktu tertentu.Biasanya digunakan satuan Hz atau satu pulsaperdetik. Dalam elektroakupuntur peran frekuensisangat penting. Hal ini berkaitan dengan tujuanperlakuan yang diberikan. Pemakaian frekuensirendah bertujuan untuk melemahkan (sedasi),sedangkan frekuensi tinggi bertujuan untukmeningkatkan energi (tonifikasi).3. Intensitas ElektrostimulatorIntensitas elektrostimulator berkaitan erat denganbesarnya tegangan yang dihasilkanperangkat tersebut.Seperti diketahui karena tubuh memiliki resistansi danimpedansi tertentu maka pemberian tegangan listriktersebut akan menimbulkan aliran arus listrik yangsebanding dengan tegangan dan berbanding terbalikdengan resistansi. Besarnya intensitas yang diberikansangat berpengaruh terhadap efektivitas terapi.Semakin tinggi yang diberikan berarti semakinmeningkat pula energi listrik yang ditransfer kedalamtubuh pasien. Namun pemberian intensitas yangterlalu berlebihan juga mengandung resiko terjadinyaionisasi pada daerah disekitar pemasanganelektrode,maupun kemungkinan adanya efek fibrilasipada jantung ( Guyton, 2006).B. Aliran Energi Listrik Terapi ElektroakupunturTerapi akupuntur menggunakan elektrostimulatordilaksanakan dengan memasang dua buah elektrodepada jarum yang ditusukkan pada titik akupunturditubuh pasien. Elektrostimulator sebagai sumber aruslistrik, mengalirkan arus listik dari elektrode positif(warna merah) ke elektrode negatif (warna hitam).Aliran arus listrik sebaiknya searah dengan aliranenergi dalam meredian, sehingga elektrode positifdipasang pada nomor kecil dan elektrode negatifdipasang pada nomor besar. Beda potensial (V) yangterjadi antara dua titik akupuntur yang dipasangelektrode elektrostimulator mengakibatkan kenaikanenegi potensial (E p ) pada partikel bermuatan listrik (q)dalam meredian tersebut. Seperti diketahui dalamtubuh terdapat berbagai jenis ion yang merupakanpartikel bermuatan listrik dan memiliki massatertentu (m) yang senantiasa bergerak. Kenaikanenergi potensial listrik pada partikel berpotensi untukmeningkatan kecepatan gerak (u) partikel bermuatanlistrik ( E = ½ mv 2 ). Hubungan antara kecepatangerak partikel dengan beda potensial yang diberikanadalah2qVu mKarena muatan dan massa partikel tetap makaperubahan kecepatan partikel sebanding dengan akarbeda potensial yang diberikan. Mekanismepeningkatan kecepatan gerak partikel bermuatanlistrik juga dapat dijelaskan dengan konsep gayalistrik yang terjadi. Seperti diketahui pemberian bedapotensial pada dua titik akupuntur berjarak tertentu(d) mengakibatkan timbul medan listrik ( E =V/d ) .Partikel bermuatan q yang berada dalam pengaruhmedan listrik E mengalami gaya listrik sebesar F =q E . Gaya listrik memberikan efek percepatan gerakpartikel ( a = F/m ). Hubungan antara percepatangerak partikel terhadap beda potensial yang diberikanadalaha =Percepatan gerak partikel sebanding dengan bedapotensial listrik yang diberikan dan berbandingterbalik dengan jarak antara kedua elektrode yangterpasang. Percepatan gerak partikel inilah yangbefungsi melancarkan aliran partikel bermuatan dalammeredian, yang sering disebut sebagai terjadinyaaliran energi untuk menciptakan keseimbanganenergi.C. Amankah Terapi Elektro AkupunturTerapi akupuntur menggunakan stimulasi listrikdikenal sebagai terapi elektro akupuntur. Terapi inipada hakekatnya memberikan rangsangan listrikmelalui pemberian aliran arus listrik dari stimulator kedalam tubuh pasien ,yang dialirkan melalui titik-titikakupuntur. Untuk memenuhi standar keamanan secaramedis aliran arus efektif yang diberikan pada metodeterapi menggunakan elektrostimulator harus berada dibawah nilai 1 mA. Besarnya arus efektif yangdiberikan pada terapi menggunakan elektro akupunturberbanding lurus dengan tegangan efektif yangdiberikan dan terbalik dengan resistansi atauimpedansi listrik tubuh. Karena nilai resistansi atauimpedansi antar titik akupuntur relatif tetap yaknisekitar 10 kΩ, maka tegangan efektif yang dihasilkanelektrostimulator tidak boleh melebihi 10 V.Tegangan efektif bergantung pada bentuk tegangansebagai fungsi waktu. Secara matematis nilaitegangan efektif signal tegangan listrik yang bersifatperiodik dengan periode sebesar T dapat ditulissebagai :Veff VrmsV2E 2

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DenganVT2 1T0V2 tTegangan listrik yang berbentuk persegi (Squarewave) seperti berikut:Secara matematik bentuk tegangan listrik tersebutdapat ditulis sebagai :Perhitungan integrasi fungsi tersebut dapat jugadilakukan dengan menghitung luas daerah yangberada di bawah kurva V 2 (t), yakni sebesar :Jadi V eff = V rms = 0,7 V pUntuk elektrostimulator dengan bentuk tegangankeluaran berupa square wave , tegangan puncak (V p) maks yang diperbolehkan adalah sebesar 14 V.Dengan nilai tegangan puncak relatif rendah , makaefek percepatan partikel yang diberikan juga tidakbesar sehingga stimulasi listriknya menjadi kurangefektif.Tegangan listrik yang berbentuk pasak tinggi (spike )berikut :Luas daerah di bawah kurva V (t) merupakan luassegitiga degan alas τ dan tinggi V p sehingga luasdtsegitiga adalah ½ τ V p . Nilai < V 2 > = ½ τ/T (V p ) 2 .Jadi tegangan efektifnya menjadiVeff Vrms Vp2TSalah satu contoh elektrostimulator dengan keluaranberupa pasak tinggi (spike) yang memiliki lebar pulsaτ = 0,2 ms dan periode sebesar 100 ms untuk terapiphu serta lebar pulsa τ = 0,02 ms dan periode 11 msuntuk terapi siek. Tegangan efektif untuk masingmasing mode terapi adalah;Phu : V eff = 0,03 V pSiek : V eff = 0,03 V pUntuk stimulator seperti contoh diatas memilikitegangan puncak maksimum yang diperkenankanadalah sebesar 333 v. Dengan nilai tegangan puncakyang tinggi mengakibatkan efek percepatan partikelsemakin besar, sehingga stimulator dengangelombang pasak memberikan efek terapi yang baik.D. Keragaman Metode Terapi Elektro AkupunturStimulasi energi listrik yang diberikan pada terapiakupuntur dilakukan melalui perantara jarumakupuntur yang ditusukkan pada titik akupuntur.Jarum disini sebagai konduktor antara titik akupunturdan elektrode stimulator. Metode terapi demikiandikenal dengan istilah terapi secara invasive.Keunggulan metode demikian adalah aliran aruslistrik dari elektrostimulator langsung mengenai titikakupuntur ,yang memiliki resistansi relatif kecil.Rendahnya resistansi tersebut mengakibatkan nilaitegangan yang diberikan relatif rendah sehinggamemiliki efisiensi energi listrik tinggi.Kelemahanmetode terapi secara invasive adalah tidak semuapasien dapat dan mau ditusuk dengan jarumakupuntur. Hal ini merupakan salah satu alasan pasienenggan melakukan terapi akupuntur. Untukmengantisipasi rasa takut terhadap jarum , paraakupuntur juga dapat melakukan terapi secara noninvasive,yakni dengan hanya memasang elektrodeberupa keping yang diletakkan pada permukaan kulitdi titik akupuntur . Pemasangan elektrode seperti inimenyebabkan aliran arus listrik dari stimulator harusmelalui lapisan-lapisan kulit yang memiliki resistansiyang relatif lebih besar sehingga untuk mencapai titikakupuntur yang dituju dibutuhkan tegangan listrikyang sangat besar. Keterbatasan nilai teganganmaksimum yang mampu dihasilkan elektrostimulatormerupakan kendala yang sering dijumpai padapelaksanaan terapi dengan metode non-invasive.Untuk mengatasi masalah ini maka terdapat elektrodemagnet. Berdasarkan penelitian yang kami lakukandengan memasang elektrode magnet pada titikakupuntur mengakibatkan penurunan tegangan danenergi stimulasi yang diberikan dapat mencapai 30% -40 % dibandingan dengan elektrode keping tanpamagnet artinya dengan tegangan listrik yangdihasilkan lebih rendah dapat menghasilkan efekterapi yang optimal .E 3

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DAFTAR PUSTAKAAcherman E,Lynda B, M Ellis, Lawrence E, William .1988, Ilmu Biofisika , Penerjemah Redjani,Abdilbasir. Surabaya , Airlangga University PressAlonso, M. Finn E B, 1992, Medan dan Gelombang,Edisi kedua, Penerjemah Lea prasetyo danKhusnul Hadi, Erlangga , Jakarta.Resnik R, dan Halliday D, 1992, Fisika, PenerjemahPantur Silaban dan Erwin Sucipto, Erlangga ,Jakarta.Ganong W F, 1986, Fisiologi kedokteran, Edisi ke 14,EGC Penerbit Buku KedokteranCalehr Hallym, 1993, Pedoman Akupuntur Medis,Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama, JakartaGuyton and Hall, 2006, Texbook of MedicalPhysiologi, Eleventh Edittion, ElsevierSaunders, Pennsylvania.E 4

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PERUBAHAN BIOENERGI PADA MENCIT (MUS MUSCULUS) AKIBATRANGSANGAN LASER DI TITIK AKUPUNKTURAndriyana 1 , Suhariningsih 2 , Puspa Erawati 31,2,3 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : jagoanquw_24@yahoo.co.idAbstrakAkupunktur merupakan sistem pengobatan tradisional yang sampai sekarang masih digunakan secara turuntemurun. Salah satu aspek yang dapat diamati dalam bidang biofisika adalah sifat kelistrikan dari titikakupunktur. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perubahan kerja mekanik pada mencit (Mus musculus)akibat rangsangan laserpunktur di titik akupunktur Zusanli (ST 36) dan kombinasi Zusanli (ST 36) – Sanyinjiao(SP 36) serta untuk mengetahui pengaruh yang ditimbulkan akibat rangsangan doping efedrin dan rangsanganlaserpunktur di titik akupunktur Zusanli (ST 36) serta kombinasi Zusanli (ST 36) – Sanyinjiao (SP 36) padamencit (Mus musculus). Penelitian ini menggunakan Rancangan Acak Kelompok (RAK) berupa eksperimen TheRandomized Pretest and Posttestt Control Group Design. Sebanyak 32 ekor mencit dibagi menjadi 4 kelompok.Kelompok 2 diberi perlakuan dengan laserpunktur di titik Zusanli (ST 36), kelompok 3 di titik kombinasi Zusanli(ST 36) - Sanyinjiao (SP 6), kelompok 4 diberi perlakuan dengan memberikan doping efedrin dan kelompok 1tanpa perlakuan sebagai kontrol. Hasil uji statistika menunjukkan bahwa ada pengaruh dari terapi laserpunkturserta doping efedrin yang diberikan pada mencit (Mus musculus) dan ada perbedaan yang bermakna sebelumdan sesudah perlakuan. Perbedaan ini dapat dilihat dari nilai probabilitas yang kurang dari 0,05 (p

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8laserpunktur untuk alat terapi harusmempertimbangkan nilai keamanannya. Penggunaandosis dan energi yang digunakan juga harusdiperhatikan, karena efek yang ditimbulkan akibatkelebihan dosis adalah terjadinya ionisasi padatubuh. Namun bila dosis yang diberikan kurang darikebutuhan energinya, maka efektifitas terapinya jugajauh dari sempurna (Prijo, 2004).Rangsangan dari laserpunktur ini dapatmenimbulkan aliran bioenergi untuk keseimbanganenergi dalam tubuh (Fisman, 2000). Bioenergimerupakan energi kehidupan atau energi inti yangterdapat dalam tubuh manusia. Hubungan bioenergidan laserpunktur dalam penelitian ini adalahrangsangan laserpunktur dapat membangkitkan danmeningkatkan bioenergi dalam tubuh. Peningkatanbioenergi ini dapat terlihat dari perubahan kerjamekanik yang dilakukan sebelum dan sesudahperlakuan terapi. Kerja mekanik tersebut dapatdiamati dan dianalisa dari perubahan jarak tempuh.Semakin besar perubahan jarak yang ditempuh,maka semakin besar pula kerja mekanik yangdilakukan. Sehingga hal ini dapat meningkatkanperubahan bioenerginya.Banyak keberhasilan pada penelitiansebelumnya dengan menggunakan laserpunktur,seperti: perbaikan fungsi limpa sebagai organpengendali pasokan insulin dilakukan oleh Anisa’Uswatun (2008), pengaruh dosis energi dan polaterapi laserpunktur He-Ne terhadap gambaranHistologi sel β-pankreas mencit berdasarkanpercobaan Fieda Cahya Fitri (2008). Selain itu jugapenelitian oleh Aprillia (2008) menggunakan laserHe-Ne untuk mengetahui pengaruh radiasi yangdipancarkan terhadap penurunan berat badan kelincimelalui titik akupunktur Cung Wang dan Cu San Lie(titik - titik pencernaan).Selain dengan menggunakan laserpunktur,peningkatan bioenergi juga dapat dilakukan denganmengkonsumsi doping berupa efedrin. Efedrinadalah alkaloid yang berasal dari berbagai tanamandalam dalam genus Ephedra (keluargaEphedraceae). Efedrin bekerja terutama denganmeningkatkan aktivitas tubuh. Oleh karena ituberdasarkan uraian di atas, peneliti ingin lebih lanjutmeneliti untuk mengetahui seberapa besar perubahanbioenergi akibat rangsangan laserpunktur di titikakupunktur Zusanli (ST 36) dan kombinasi Zusanli(ST 36) – Sanyinjiao (SP 36) pada mencit (Musmusculus) serta rangsangan doping efedrin padamencit (Mus musculus).METODE PENELITIANPenelitian ini mengunakan Rancangan AcakKelompok (RAK) berupa eksperimen TheRandomized Pretest and Posttest Control GroupDesign. Bahan yang digunakan dalam penelitian iniadalah hewan coba mencit (Mus musculus), jantan,galur Balb C, berat badan 20 - 40 gram yangberumur 2 – 3 bulan, dengan kondisi sehat fisik,pakan dalam bentuk pellet dan air PDAM, sertadoping efedrin dengan dosis 1 mg / kg berat badan.Sedangkan alat yang digunakan adalah laser He-Ne,kandang tikus, tempat makan dan minum, timbanganTorbal, treadmill, stopwatch, dan kertas label.Seluruh hewan pecobaan diadaptasikan denganlingkungan yang baru selama 1 minggu, dengandiamati secara berkala kondisi kesehatannya. Hewancoba ditempatkan pada sebuah kandang yang telahdifumigasi untuk menghilangkan bakteri dan virus.Hewan coba yang digunakan berjumlah 32 ekormencit, dilakukan randomisasi dengan membagijumlah tersebut menjadi empat kelompok.Kelompok 1 sebagai kontrol, kelompok 2rangsangan laser pada Zusanli (ST 36), kelompok 3rangsangan laser kombinasi titik Zusanli (ST 36) –Sanyinjiao (SP 6) dan kelompok 4 pemberian dopingberupa efedrin.Setelah proses aklimatisasi selama 1 minggu,hewan coba akan ditimbang beratnya denganmenggunakan timbangan Torbal dengan tujuanuntuk homogenitas berat badan tikus. Setelah prosespenimbangan selesai, masing-masing hewan cobaakan diuji dengan melintasi treadmill untukmenentukan waktu awal yang ditempuh oleh mencitselama berjalan melintasi treadmill. Kemudian padahari berikutnya mencit akan di terapi denganmemberikan rangsangan laser pada kelompok 2 dititik Zusanli (ST 36) dan pada kelompok 3 di titikkombinasi titik Zusanli (ST 36) – Sanyinjiao (SP 6).Sedangkan untuk kelompok 4 akan diberirangsangan berupa doping jenis efedrin dengan dosis1 mg / kg berat badan mencit. Efedrin akandiberikan pada mencit dengan cara disonde padamulut mencit. Perlakuan ini dilakukan selama 5 hariberturut-turut.Setelah proses penyinaran laser selesai, padaharike-6 sama seperti ketika waktu pretest masingmasinghewan coba akan diuji dengan melintasitreadmill untuk menentukan waktu yang ditempuholeh mencit selama berjalan melintasi treadmill.Hasil penelitian yang diperoleh akan dianalisisdengan menggunakan Uji T berpasangan, UjiAnova, Uji Normalitas dan Uji Homogenitas.HASIL DAN PEMBAHASANBerdasarkan hasil penelitian diperoleh datawaktu tes awal dan tes akhir masing-masingkelompok. Dari data tersebut dapat dihitung jarakmasing – masing kelompok perlakuan denganmenggunakan persamaan:Dengan v adalah kecepatan treadmill sebesar 11m/s. Kemudian dari hasil perhitungan jarak tempuh,akan dihitung usaha masing - masing mencit padakeempat perlakuan dengan menggunakanpersamaan:E 6

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Di mana F = konstan sesuai dengan Hk. 1 newtonbahwa tidak ada gaya yang mempengaruhi dari luar.Data hasil perhitungan dapat dilihat pada lampiran 2.Data yang diperoleh dianalisis dengan menggunakanUji Statistika yaitu Uji Normalitas, UjiHomogenitas, Uji T berpasangan dan Uji One-WayANOVA yang dilanjutkan uji Least SignificantDifference (LSD).Berikut merupakan diagram perbandingan usahamencit antara sebelum dan sesudah perlakuanmasing-masing kelompok.Gambar 4.1 Diagram Perbandingan Pretest dan PosttestPada diagram batang di atas menunjukkan bahwapada kelompok kontrol besar usaha rata-rata mencitsetelah perlakuan lebih rendah daripada sebelumperlakuan. Sedangkan pada kelompok ST 36,kombinasi ST 36-SP 6 dan kelompok efedrin besarusaha rata-rata mencit setelah perlakuan lebih tinggidaripada sebelum perlakuan.Laserpunktur yang digunakan pada penelitianini adalah laserpunktur He-Ne. Laserpunktur He-Nemerupakan laser level rendah yang berfungsi untukmensuplai energi ke dalam tubuh dalam bentukfoton. Laser Helium-Neon berdaya 3-5 mWmempunyai daya tembus pada jaringan maksimal 6-8 mm. Ketika sinar laser ditembakkan padapermukaan kulit, maka akan menyebabkanterjadinya efek fototermal dan efek fotokimia. Lasermensuplai energi ke dalam tubuh dalam bentukfoton. Foton ditransmisikan melalui lapisan-lapisankulit. Berkas laser yang memasuki kulit, intensitasberkasnya mengalami penyusutan secareksponensial (Ackerman, 1988). Hal ini akanmenyebabkan intensitas yang menuju ke jaringanmenjadi berkurang. Apabila daya yang digunakankecil maka akan mencapai kedalaman yang rendahsehingga intensitas laser tidak akan dapat mencapaidaerah sasaran. Intensitasnya akan habis diserap olehlapisan-lapisan kulit sebelum sampai pada sasaran.Dengan adanya pengulangan terapi dan waktuyang digunakan juga lama maka intensitas sinartersebut akan dapat mencapai daerah sasaran. Danapabila daya laser yang digunakan tinggi, makaintensitas dari laser tersebut akan cepat mencapaidaerah sasaran. Sinar laser akan menembus ke dalamjaringan lunak dan meningkatkan reaksi dariadenosine triphosphate (ATP) yaitu suatu molekulpenyalur energi utama dari suatu reaksi ke sel hiduplainnya. Karena reaksi tersebut, sinar laser dapatmeningkatkan energi yang tersedia pada sel.Pemberian rangsangan laserpuktur dipermukaan tubuh ini dapat membangkitkan,meningkatkan serta memperlancar bioenergi dalamtubuh. Hubungan bioenergi dan laserpunktur dalampenelitian ini adalah rangsangan laserpunktur dapatmembangkitkan dan meningkatkan bioenergi dalamtubuh. Peningkatan bioenergi ini dapat terlihat dariperubahan usaha gerak atau kerja mekanik yangdilakukan sebelum dan sesudah perlakuan terapi.Usaha gerak atau kerja mekanik tersebut dapatdiamati dan dianalisa dari perubahan jarak tempuh.Semakin besar bioenergi, maka usaha gerak ataukerja mekanik yang ditimbulkan juga semakin besar.Akibatnya kemampuan untuk menempuh jaraktertentu lebih maksimal.Data hasil usaha yang dilakukan mencitsebelum dan sesudah perlakuan dapat dilihat padalampiran 2. Semua data telah dianalisismenggunakan uji Normalitas di mana dari data hasiluji didapatkan bahwa data terdistribusi normal.Sedangkan untuk uji Homogenitas berat badanmasing – masing mencit didapatkan data hasil ujiyang homogen, artinya bahwa berat badan masingmasingmencit tidak berpengaruh terhadap terapiyang telah dilakukan.Dari hasil uji t yang dilakukan untukmembandingkan nilai pretest dan posttestdidapatkan hasil bahwa pada kelompok kontroljarak yang ditempuh mencit setelah perlakuan lebihkecil daripada jarak yang ditempuh sebelumperlakuan.. Pada kelompok kontrol terjadipenurunan lama mencit berjalan melewati treadmillsehingga mempengaruhi usaha gerak atau kerjamekanik dari mencit. Akibatnya perubahanbioenergi dari mencit pada kelompok kontrol inisemakin menurun. Menurunnya perubahan bioenergimencit ini dapat disebabkan oleh kemampuanadaptasi masing-masing tikus yang tidak sama.Pada kelompok ST 36 jarak yang ditempuhmencit ketika melintasi treadmill mengalamipeningkatan. Hal ini akan mempengaruhi hasil usahagerak atau kerja mekanik dari mencit, di mana kerjamekanik mencit setelah terapi lebih besardibandingkan dengan sebelum terapi menggunakanlaserpunktur. Sehingga perubahan bioenergi darihewan coba mencit ini semakin besar. Hal ini dapatdipengaruhi oleh efek laserpunktur yang disinarkanpada mencit.Titik Zusanli (ST 36) adalah titik yang dapatmelancarkan aliran darah. Darah lancar, makastamina dapat meningkat. Aliran darah lancar makapenumpukan asam laktat dalam tubuh akanmenurun. Berkurangnya penumpukan asarn laktatakan meningkatkan performa, dan perbaikanperforma akan meningkatkan kemampuan mencitdalam berjalan melintasi treadmill. Sehingga akanberpengaruh terhadap bioenergi dalam tubuh mencitE 7

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pada kelompok kombinasi ST 36 - SP 6 jarakyang ditempuh mencit mengalami peningkatan yangjuga akan mempengaruhi kerja mekanik dari mencittersebut. Hasil usaha gerak atau kerja mekaniksetelah terapi lebih besar dibandingkan dengansebelum terapi menggunakan laserpunktur.Sehingga hal ini juga yang menyebabkan perubahanbioenergi pada mencit semakin besar. TitikSanyinjiao (SP 6) ini memiliki hubungan eratdengan otot. Limpa mendominasi otot-otot tubuh.Jika limpa berfungsi normal maka otot-otot akanberkembang dengan baik, tebal dan kuat, karenanyaekstremitas dapat bergerak lebih fleksibel danbertenaga.Indikasi terapi Sanyinjiao (SP 6) diantaranyamenguatkan limpa, meningkatkan qi liver, tonifikasidarah dan mengurangi nyeri. Sehingga penyinaranyang dilakukan pada kombinasi titik ST 36- SP 6akan merangsang aliran darah menjadi lebihmeningkat. Darah pada otot kuat dan lancar,penumpukan asam laktat akan berkurang.Berkurangnya asam laktat akan mempengaruhiperforma. Performa akan meningkat diiringi denganmeningkatnya kemampuan maksimal mencitberjalan melintasi treadmill yang jugamempengaruhi perubahan bioenergi mencit.Pada kelompok efedrin jarak tempuh yangdihasilkan mencit ketika berjalan melintasi treadmillmengalami peningkatan. Peningkatan ini telahmempengaruhi kerja mekanik dari mencit, di manakerja mekanik mencit setelah terapi denganrangsangan doping jenis efedrin yang disondekanmelalui mulut mencit lebih besar jika dibandingkandengan hasil sebelum terapi. Sehingga hal iniberpengaruh terhadap perubahan bioenergi darimencit. Karena kerja mekaniknya lebih besar makaperubahan bioenergi pada kelompok efedrin inisemakin besar. Hal ini dapat disebabkan dosis dariefedrin yang cukup sesuai dengan mencit yaitusebesar 1 mg / berat badan. Namun kekurangan daripenelitian ini adalah bahwasannya pemberianefedrin tidak sesuai dengan ketentuan yaitu 3 – 6jam.Hasil selisih besar usaha yang dilakukan mencitketika melewati treadmill sebelum dan sesudahperlakuan dengan perhitungan menggunakan Anovasatu arah diperoleh pada kelompok kontrol tidak adaperbedaan yang bermakna . Hal ini karena terdapatdata yang menurun. Penurunan pada kelompokkontrol ini dapat dipengaruhi oleh kondisi adaptasiindividu yang berbeda. Pada uji ANOVAmenunjukkan bahwa nilai signifikansi kurang dari0,05 yaitu untuk pretest p = 0,005 dan posttest p =0,001 yang berarti ada pengaruh setelah pemberianterapi akibat rangsangan laserpunktur dan efedrin.Hasil analisis komparasi ganda dengan LeastSignificant Difference (LSD) menunjukkansignifikansi bila p

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8kerja mekanik pada mencit (Mus musculus) sehinggaberpengaruh juga terhadap perubahan bioenergi darimencit tersebut. Terdapat perbedaan perubahan kerjamekanik di titik akupunktur Zusanli (ST 36) dengankombinasi titik Zusanli (ST 36) – Sanyinjiao (SP 36)setelah perangsangan. Sehingga menimbulkanperubahan bioenergi di titik akupunktur Zusanli (ST36) dengan kombinasi titik Zusanli (ST 36) –Sanyinjiao (SP 36) setelah perangsangan. Selain itujuga terdapat perbedaan kerja mekanik pada mencit(Mus musculus) akibat rangsangan doping denganrangsangan laser di titik akupunktur Zusanli (ST 36)dan kombinasi Zusanli (ST 36) – Sanyinjiao (SP 36).Sehingga menimbulkan perubahan bioenergi padamencit akibat rangsangan doping dengan rangsanganlaser di titik akupunktur Zusanli (ST 36) dankombinasi Zusanli (ST 36) – Sanyinjiao (SP 36).Dari penelitian ini dapat disarankan bahwauntuk meningkatkan stamina tubuh dari kelelahandapat dilakukan terapi dengan menggunakanlaserpunktur di titik Zusanli (ST 36) dan kombinasiZusanli (ST 36) – Sanyinjiao (SP 36) dan perlupenelitian lebih lanjut mengenai efek laserpunkturdan doping di titik yang berbeda.UCAPAN TERIMA KASIHTerima kasih disampaikan kepadaProf.Dr.Ir.Suhariningsih dan Ir.Puspa Erawati yangtelah banyak membantu dalam penyelesaian paperini. Terima kasih juga atas saran dan kritik yangdiberikan.DAFTAR PUSTAKAAdikara, R.T.S., 1994, Laporan Hasil UjiTeknologi Laserpunktur pada Ternak Sapi diDesa Kepadangan Tulangan, Sidoarjo.Bahri, Samsul, dkk., 2007, Pengaruh SuplemenTerhadap Kadar Asam Laktat Darah, ITBBandung.Cember, H., 1983, Pengantar Fisika Kesehatan,Pergamon Press, New York.Fisman J,2000The History of Acupuncture,http://acupuncture.com/Acup/history.htm.Jenkins and White, 1976, Fundamental of Optics,Prentice Hall, New Jersey.Jie, S.K., 2002, Dasar Teori Ilmu AkupunkturIdentifikasi dan Klasifikasi Penyakit,Gramedia Widiasarana Indonesia, Indonesia,Jakarta.Krane, K.S., 1992, Fisika Modern, PenerbitUniversitas Indonesia.Kusumawati, D., 2004, Bersahabat dengan HewanCoba, Gadja Mada University Press,Yogyakarta.Permadi, G.P. dan Djuharto, S., 1982, PedomanPraktis Belajar Akupunktur dan AkupunkturKecantikan, Penerbit Alumni, Bandung.Prijo, T. A., 2004, Otomatisasi SistemPengendali Dosis Radiasi untukMeningkatkan Keamanan dan EfektifitasTerapi Laser-puncture, Lembaga Penelitian,Universitas Airlangga, SurabayaRubiyanto, Agus, 2007, Laser Berdaya Rendahuntuk Akupunktur, Jurnal FMIPA ITS,Surabaya,http://arubi.multiply.com/journal/item/6Saputra, K., Idayanti, A., 2005, AkupunkturDasar, Akademi Akupunktur, Surabaya.Saputra, Koesnadi, 2000, Akupunktur dalamPendekatan Kedokteran, AirlanggaUniversity Press, Surabaya.Septriana, Maya, 2011, Efek Elektroakupunkturpada Titik Zusanli (ST 36) dan KombinasiZusanli (ST 36) – Sanyinjiao (SP 6)Terhadap Kemampuan Maksimal LamaBerenang Tikus Putih (Rattus norvegicus),Tesis Program Pascasarjana UniversitasAirlangga, SurabayaSuhariningsih, 1999, Profil Tegangan Listrik TitikAkupunktur sebagai Indikator KelainanFungsional Organ, DisertasiProgram Pascasarjana UniversitasAirlangga, Surabaya.Tipler, P.A., 1998, Fisika Untuk Sains dan Teknik,Edisi ketiga, Jilid I, Penerbit Erlangga,Jakarta.Tuner, Jan., Hode, Lars., 2000, Depth of Penetrationof Laser Light in Tissue Stockholm,www.laserpartner.cz/lasp/web/en/2000/0015.htmE 9

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8IMPLEMENTASI LEARNING VECTOR QUANTIZATION (LVQ) SEBAGAI ALATBANTU IDENTIFIKASI KELAINAN JANTUNG MELALUI CITRAELEKTROKARDIOGRAMFatimatul Karimah 1 , Endah Purwanti 21,2 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : karimahfatimatul@gmail.comAbstrakKelainan jantung merupakan salah satu penyakit penyebab kematian di dunia. Kelainan jantung ini dapatdideteksi dengan electrocardiograph. Pembacaan hasil perekaman electrocardiograph (Elektrokardiogram)tidak mudah dalam pembacaannya, karena itu telah dilakukan penelitian merancang perangkat lunak berbasisjaringan saraf tiruan dengan metode Learning Vector Quantization (LVQ) sebagai alat bantu identifikasikelainan jantung. Penelitian ini bertujuan untuk merancang perangkat lunak untuk mengidentifikasi kelainanjantung dengan tingkat akurasi yang tinggi. Input dari perangkat lunak ini adalah citra digitalelektrokardiogram dan melalui metode pengolahan citra (pre-processing, segmentasi, morfologi citra danekstraksi fitur) diperoleh ordinat grafik citra elektrokardiogram yang merepresentasikan potensial listrikjantung. Output dari perangkat lunak ini dibagi menjadi tiga kelas yaitu, kondisi jantung normal, koroner danfibrilasi atrium. Tingkat akurasi maksimal perangkat lunak ini adalah sebesar 96% dengan parameter optimalLVQ yaitu, laju pembelajaran 0.1 dan pengurangan laju pembelajaran 0.5.Kata kunci :Kelainan Jantung, Elektrokardiogram, Jaringan Saraf Tiruan, Learning Vector Quantization.PENDAHULUANAngka kematian yang disebabkan oleh penyakitjantung mencapai 29,1% diseluruh dunia. Factorresiko penyakit jantung adalah kebiasaan merokok,stress, kurang olah raga, diabetes, obesitas danhipertensi.Pendeteksian penyakit jantung ini dilakukandengan melakukan perekaman aktifitas listrik jantungmenggunakan alat elektrokardiograf (ECG). Hasilperekaman ECG ini berupa grafik waktu terhadaptegangan yang disebut elektrokardiogram.Pembacaan elektrokardiogram ini dilakukan olehseorang dokter. Pembacaan elektrokardiogram initidak mudah,karena diperlukan keahlian khusus danpengalaman. Selain itu kesalahan yang terjadi dalampembacaan elektrokardiogram juga tidak lepas darifactor human error. Maka dalam penelitian inidikembangkan suatu metode jaringan saraf untukmengidentifikasi beberapa kelainan jantung.Jaringan saraf tiruan merupakan model komputasiyang meniru cara kerja otak manusia. Jaringan sarafini menerima masukan berupa data numerik daristruktur objek yang mengalami proses pengolahancitra yaitu, grayscalling, pencerahan, segmentasi,morfologi citra dan ekstraksi fitur. Metode jaringansaraf yang digunakan dalam penelitian ini adalahLearning Vector Quantization (LVQ). Metode inidipilih karena algoritma yang digunakan sederhana,cepat dan mempunyai keakuratan yang tinggi untukmendeteksi kelainan jantung.Learning Vector Quantization (LVQ)Learning Vector Quantization (LVQ) adalahmetode pembelajaran lapisan kompetitif yangterawasi. Suatu lapisan kompetitif akan belajar secaraotomatis untuk melakukan klasifikasi terhadap vektorinput yang diberikan. Jika ada dua vektor yangmempunyai jarak berdekatan maka akandikelompokkan menjadi satu kelas yang sama.(kusumadewi, 2003)Gambar. 1. Arsitektur LVQAlgoritma LVQ adalah sebagai berikut:1. Tetapkan :Bobot (w), maksimum epoh (maxEpoh), learningrate (α), pengurangan learning rate (Decα),minimal learning rate (Minα).2. Masukan :Input : x(i,j)Target : Tk3. Tetapkan kondisi awal : Epoh = 0; Error = 1;4. Kerjakan jika :(epoh = eps)E 10

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8a. Epoh = Epoh + 1;b. Kerjakan untuk i = 1 sampai ni. Tentukan j sedemikian hingga || x – wj ||minimum (sebut sebagai Cj)ii. Perbaiki wj dengan ketentuan:a. T = Cj maka :wj(baru)=wj(lama) + α (x-wj(lama))b. T ≠ Cj maka:wj(baru)=wj(lama) - α (x-wj(lama))c. Kurangi nilai αHasil Ujicoba dan PembahasanPada proses pelatihan digunakan 71 dataelektrokardigram sepanjang 157 pixel. Data pelatihanitu kemudian dibagi menjadi tiga kelas yaitu, kondisijantung normal, koroner dan fibrilasi atrial. Sebelummemulai proses pelatihan citra elektrokardiogramterlebih dahulu dilakukan proses pengolahan citra padacitra tersebut. Proses pengolahan citra yang dilakukanadalah pre-processing, segmentasi, morfologi citra danekstraksi fitur.Gambar 2. Citra Elektrokardiogram AsliPada proses pre-processing dilakukan prosesgrayscalling dan pencerahan pada citra. Setelah itudilakukan segmentasi pada citra dengan menggunakanmetode thresholding, Proses ini bertujuan untukmemisahkan citra dengan background. Hasil dariproses segmentasi ini pola gambar terlihat terputuspada beberapa titik seperti pada Gambar 3. Untukmenghubungkan kembali titiK- titik yang terputuspada citra dilakukan operasi morfologi sederhanayaitu, dilasi dan erosi. Dilasi berguna untukmenambahkan pixel pada batas antar objek dari citradigital. Sedangkan erosi untuk menipiskan citra digitalkembali seperti bentuk citra aslinya. Proses yangterakhir adalah ekstraksi fitur, ekstraksi fitur yangdigunakan adalah mencari nilai ordinat dari pola sinyalelectrocardiogram yang merepresentasikan potensiallistrik jantung.Setelah mendapatkan hasil akhir prosespengolahan citra berupa grafik ordinat dari citra.Langkah awal yang dilakukan pada proses pelatihanadalah menentukan bobot awal dari data pelatihanyang tersedia. Dari 71 data dipilih tiga data sebagaibobot awal yang mewakili masing- masing kelas.Gambar 3. Hasil Pengolahan CitraData yang digunakan sebagai bobot awal tidakdigunakan lagi sebagai masukan pada pelatihan. Datamasukan pelatihan jaringan LVQ ini ada 69 data yangterdiri dari 43 data jantung normal, 23 data jantungkoroner dan 6 data jantung fibrilasi atrium.Tujuan dari proses pelatihan ini adaalahmendapatkan tingkat akurasi maksimal darijaringa LVQ dari serangkaian percobaanmengubah nilai parameter laju pembelajarandan pengurangan laju pembelajaran. Hasildari percobaan yang telah dilakukan dapatdilihat pada Tabel I.TABEL ITingkat Akurasi Data Pelatihan Terhadap Perubahan ParameterTingkat akurasi maksimal dari Tabel I adalahpada laju pembelajaran 0,1, pengurangan lajupembelajaran 0,5 dengan epoh akhir 20 dan tingkatakurasi 94%.Setelah didapatkan tingkat akurasi maksimal padapelatihan maka langkah selanjutnya adalah melakukanE 11

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8proses pengujian. Proses pengujian dilakukan terhadap25 data yang tidak pernah disertakan dalam pelatihan.Data pengujian yang digunakan terdiri dari 13 datajantung normal, 5 data jantung koroner dan 7 datafibrilasi atrial.Hasil dari proses pengujian dapat dilihat pada Tabel II.TABEL IIITingkat Akurasi Data PengujianDari proses pengujian tersebut diketahui dari 25data ada satu data yang mengalami ketidak cocokanpada hasil identifikasi. Berdasarkan hasil tersebutmaka tingkat akurasi jaringan LVQ ini adalah 96%.Gambar 4. Tampilan Proses PengujianDAFTAR PUSTAKAEndarko, et al. 2006. Aplikasi Pengolahan CitraElektrokardiograf dan Jaringan Saraf Tiruanuntuk Identifikasi Penyakit Jantung Koroner.Jurnal Fisika dan Aplikasinya. Surabaya.Gao, George Qi. 2003. Computerized Detection andClassification of Five Cardiac Condition,Auckland university of technology, newZealandKusumadewi, Sri. 2004. Membangun Jaringan SyarafTiruan Menggunakan Matlab dan Excellink.Graha Ilmu, edisi 1. JogjakartaPratanu, sunoto. 1999. Buku Ajar Ilmu PenyakitDalam, FK UI. Jilid 1 edisi ke-3.(halaman 88-934). Jakarta.Pratt, William K. 2007. Digital Image Processing.John Wiley and Sons, Hoboken, New Jersey.E 12

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8OPTIMASI DOSIS ENERGI PENYINARAN LED BIRU (430 NM)UNTUK FOTOINAKTIVASI BAKTERI STAPHYLOCOCCUS EPIDERMIDISSuryani Dyah Astuti 1) , Endah Robiyati 1) , Agus Supriyanto 2)1) Departemen Fisika Fsaintek, 2) Departemen Biologi Fsaintek, Universitas AirlanggaABSTRAKPenelitian ini merupakan penelitian eksperimental laboratoris, bertujuan untuk optimasi dosis energypenyinaran LED biru 430 nm untuk aplikasi fotoinaktivasi bakteri gram positif Staphylococcus epidermidis.Penyinaran LED biru dilakukan pada berbagai variasi daya (28 mW, 57 mW, 75 mW dan 96 mW) dan waktupenyinaran (1200, 1800, 2400 dan 3000) detik. Jumlah koloni bakteri yang tumbuh dihitung setelah 48 jaminkubasi pada suhu 37 o C dengan metode Total Plate Count (TPC). Analisis data menggunakan uji Anova. Hasilanalisis data menunjukkan bahwa daya dan lama waktu penyinaran (dosis energi penyinaran) LED biru 430 nmberpengaruh terhadap jumlah kematian bakteri Staphylococcus epidermidis dengan dosis optimal penyinaranLED biru 430 nm pada daya 75 mW dan waktu 2400 detik (Energi 180 J) optimal menurunkan jumlah kolonibakteri Staphylococcus epidermidis sebesar 73%.Kata kunci: Staphylococcus epidermidis, LED biru 430 nm, dosis energy optimal, fotoinaktivasiPENDAHULUANBakteri Staphylococcus epidermidis merupakanbakteri yang hidup komensal pada tubuh manusia.Bakteri ini dapat menyebabkan infeksi melaluikemampuannya berkembang biak dan menyebarsecara luas dalam jaringan jika habitatnya terganggu(Baehaki et.al,2005). Pengobatan sistemik denganantibiotic bertujuan untuk mengurangi populasibakteri (Mitsouka, 1990). Permasalahan timbul karenabakteri mudah mengalami mutasi sehingga pemakaianantibiotic dalam jangka lama menyebabkan bakterimenjadi resisten, sehingga diperlukan pengobatanyang bersifat efektif dan selektif untuk membunuhbakteri. Sebagai alternatif, kini berkembang metodefotodinamik, yaitu metode inaktivasi bakteri denganmemanfaatkan molekul pengabsorpsi cahaya yangdihasilkan secara alami oleh bakteri yaitu porfirin.Pada umumnya beberapa bakteri menghasilkanporfirin. Staphylococcus epidermidis menghasilkanUroporphyrin, Coproporphyrin, dan 5-7 carboxyporphyrin, dengan kandungan terbesarCoproporphyrin (74.6 %) (Nitzan et.al, 2004). Hasilpenelitian menunjukkan bahwa penyinaran cahayayang memiliki lebar pita spektrum panjanggelombang yang sesuai dengan lebar spektrumabsorpsi fotosensitiser dapat menyebabkanfotoinaktivasi bakteri (Papageorgiu et al.,2000).Mekanisme fotoinaktivasi pada bakteri melibatkanproses fotosensitisasi, yaitu proses penyerapan cahayaoleh porfirin yang selanjutnya mengaktivasi reaksidalam suatu substrat (Grossweiner, 2005).fotosensitisasi bergantung pada jenis dan kuantitasdari porfirin (Nitzan et.al, 2004) dan kesesuaian lebarpita spektrum cahaya dengan lebar pita spektrumabsorpsi fotosensitiser (Papageorgiu et al.,2000).Untuk kebanyakan porfirin, absorpsi terjadi padadaerah cahaya tampak dengan panjang gelombang400-750 nm (Juzenas, 2002). Coproporphyrinmempunyai kemampuan optimal menyerap cahayapada panjang gelombang cahaya biru (Nitzan et.al,2004).Salah satu sumber cahaya yang berada padarentang spektrum serap porfirin fotosensitiser adalahLight Emitting Diode (LED), yang menghasilkancahaya dengan berbagai warna. Warna cahaya yangdiemisikan oleh LED bergantung pada komposisi dankondisi material semikonduktor yang digunakan, baikinfra merah, cahaya tampak maupun ultraviolet(Scubert, 2006). Hasil penelitian Astuti (2010)menunjukkan penyinaran LED biru 430 nmberpotensi fotoinaktivasi pada bakteri Staphylococcusaureus dan Staphylococcus epidermidis.Berdasarkan hasil penelitian tentangfotodinamik yang telah dilakukan baik secara klinismaupun secara invitro, maka melanjutkan penelitianAstuti sebelumnya, penelitian ini bertujuan untukmenentukan dosis energi optimal untuk inaktivasibakteri Staphylococcus epidermidis denganmenggunakan LED biru sebagai sumber cahaya.METODE PENELITIANPengkulturan bakteri.Bahan penelitian adalah kultur murni bakteriStaphylococcus epidermidis.1. Menyiapkan 50 ml media nutrient broth (NB) dan5 tabung yang berisi 18 ml garam fisiologis dandisterilkan dalam otoklaf.2. Mengambil 1 ose isolat bakteri dari agar miring,dimasukkan pada media NB dan di inkubasi padasuhu kamar selama 24 jam.3. Mengambil 2 ml kultur untuk dimasukkan kedalam 18 ml larutan garam fisiologis steril(pengenceran 10 kali). Demikian seterusnyasampai pengenceran ke 50. Setiap pengenceranE 13

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dilakukan penggoyangan dengan vortek sekitar 2menit agar larutan tercampur homogen. Padapengenceran 50 kali dilakukan pengukuran nilaiabsorbansi (OD) larutan.4. Kultur yang telah diencerkan dimasukkan padacawan petri, masing-masing 0.1 ml untuk tiapcawan petri. Sampel siap disinari.Peralatan PenyinaranAlat penelitian adalah seperangkat instrumencahaya LED biru (429,8±3,7) nm untuk penyinaranbakteri yang terdiri dari:a) Tempat sampel berupa kotak akrilik berdimensi14x14 cm yang dilengkapi rangkaian lampu LEDbiru (429,8 ± 3,7 nm), motor servo untukmemutar holder cawan petri dan sensortemperatur untuk memantau temperatur ruang,kipas mengendalikan temperatur ruang tetapkonstan, dan peredam untuk meminimalisasigetarannyab) Mikrokontroler untuk mengatur switching lampuLED, mengukur temperatur, mengendalikankipas, motor servo, timer dan daya penyinaransesuai dengan input dari keypad yang berupa dayaPWM (Pulse width Modulation) penyinaran yangdiberikan, timer yang sedang berjalan sesuaidengan input lama waktu yang diberikan, dansuhu ruangan yang dideteksi oleh sensor suhu.Penyinaran Bakteri dengan LED.1. Cawan petri yang berisi bakteri diletakkan padaholder di dalam kotak acrylic diatas platformmotor servo2. Jarak antara LED dengan cawan dibuat tetap,yaitu 2 cm.3. Penyinaran dilakukan dengan LED biru (429,8 ±3,7) nm pada pada berbagai variasi daya (28 mW,57 mW, 75 mW dan 96 mW) dan waktupenyinaran (1200, 1800, 2400 dan 3000) detik.Selanjutnya bakteri ditumbuhkan pada mediasteril Staphylococcus agar, diinkubasi dalaminkubator suhu 37 o C selama 2 x 24 jam4. Jumlah koloni bakteri yang tumbuh dihitungdengan metode pencawanan Total Plate Count(TPC) menggunakan Quebec Colony Counter.Penghitungan jumlah koloni bakteri yang tumbuh1. Sampel dikeluarkan dari inkubator dan dihitungjumlah koloni bakteri yang tumbuh denganmetode pencawanan Total Plate count (TPC)menggunakan Quebec Colony Counter.2. Berdasarkan jumlah koloni bakteri yang tumbuhpada kelompok kontrol maupun perlakuandiperoleh informasi mengenai potensiE 14photodamage bakteri terhadap penyinaran LEDbiru 430 nm.HASIL DAN PEMBAHASANData jumlah koloni bakteri yang tumbuh padaberbagai variasi daya dan lama waktu penyinaranLED biru 430 nm ditunjukkan tabel 1. Jumlahpersentase penurunan jumlah koloni bakteri yangtumbuh pada tiap perlakuan dengan menggunakanpersamaan:( koloni perlakuan - koloni kontrol)/ kolonikontrol x 100%.Tabel 1. Data jumlah koloni bakteri Staphylococcus epidermidispada penyinaran LED biru berbagai variasi daya dan lama waktupenyinaranDaya(mW)Waktu(detik)RataratakontrolRata-rataperlakuanRata-ratapersentasepenurunanInteraksi28 1200 62.67 29 53.82 128 1800 62.67 27.67 55.91 228 2400 62.67 22.67 64.01 328 3000 62.67 19.67 68.76 457 1200 69 60.33 11.48 557 1800 69 36 47.54 657 2400 69 37 45.95 757 3000 69 33.33 51.77 875 1200 58.67 55.33 5.73 975 1800 58.67 17.33 70.50 1075 2400 58.67 15.67 73.36 1175 3000 58.67 33.67 42.76 1296 1200 68.33 61 10.65 1396 1800 68.33 60.33 11.22 1496 2400 68.33 51.67 23.67 1596 3000 68.33 50.33 25.93 16Penelitian ini disusun menggunakan rancanganacak lengkap pola faktorial. Analisis datamenggunakan uji anova faktorial, untuk mengetahuipengaruh masing-masing faktor dan interaksi antarfaktor. Syarat dari uji anova faktorial adalah databerskala interval dan rasio serta terdistribusi normal.Uji normalitas data menggunakan uji Kolmogorov-Smirnov satu sampel =0.05, sebagai goodness-of fittest,yaitu membandingkan distribusi dari sampel hasilpengamatan dengan distribusi teoritis (distribusinormal).Hasil uji menunjukkan signifikansi (p) = 0,410yaitu > (0,05), yang berarti data jumlah kolonibakteri pada penyinaran LED biru terdistribusinormal. Hasil uji anova faktorial menunjukkan bahwafaktor daya dan waktu serta interaksi daya-waktupenyinaran LED biru memiliki tingkat signifikansi(p)=0,000 yaitu < 0,05 yang berarti bahwa faktor daya

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dan lama waktu penyinaran serta interaksi daya-lamawaktu penyinaran LED biru 430 nm berpengaruhterhadap persentase penurunan jumlah koloni bakteri.Uji anova satu arah digunakan untuk mengetahuiperbedaan antar kelompok perlakuan, dengan asumsidata berskala interval dan rasio, terdistribusi normaldan variansi data homogen. Untuk menguji asumsivariansi data homogen menggunakan Levene’testdengan = 0,05. Hasil uji menunjukkan datamemiliki variansi homogen dengan p = 0,065 yaitu >0,05, yang berarti data persentase penurunan jumlahkoloni bakteri pada penyinaran LED biru 430 nmmemiliki variansi homogen. Hasil uji anova satu arahmenunjukkan bahwa interaksi antar kelompokperlakuan penyinaran LED biru memiliki tarafsignifikansi p = 0,000 yaitu < 0,05 yang berarti adaperbedaan antar kelompok perlakuan denganpenyinaran LED biru 430 nm.Untuk melihat pasangan kelompok perlakuanmana yang berbeda maka analisis dilanjutkan denganuji perbandingan berganda menggunakan Post HocMultiple Comparison Tukey. Hasil uji Tukeymenunjukkan bahwa kelompok penyinaran dengandaya 75 mW dan waktu 2400 detik (Energi 180 J)optimal menurunkan jumlah koloni bakteriStaphylococcus epidermidis sebesar 73%, yangberbeda nyata terhadap kelompok perlakuan yang lainTabel 2.Hasil uji anova faktorial untuk untuk mencari dosis optimal penyinaran dengan LED biru 430 nmFaktor Kelompok NPersen PenurunanKoloni BakteriAnova(%)Rerata SD signifikansi Kesimpulandaya 25% waktu 20 menit (defg) 3 53,82 7,43daya 25% waktu 30 menit (defg) 3 55,91 8,88daya 25% waktu 40 menit (efg) 3 64,01 11,36daya 25% waktu 50 menit (fg) 3 68,76 8,89daya 50% waktu 20 menit (a) 3 11,48 11,81daya 50% waktu 30 menit (de) 3 47,54 3,75daya 50% waktu 40 menit (cde) 3 45,95 4,61daya 50% waktu 50 menit (def) 3 51,77 8,30daya 75% waktu 20 menit (a) 3 5,73 2,13daya 75% waktu 30 menit (fg) 3 70,50 2,76daya 75% waktu 40 menit (g) 3 73,36 2,56daya 75% waktu 50 menit (bcd) 3 42,76 6,54daya 100% waktu 20 menit (a) 3 10,65 2,21daya 100% waktu 30 menit (a) 3 11,22 6,41daya 100% waktu 40 menit (ab) 3 23,67 8,33daya 100% waktu 100 menit (abc) 3 25,93 5,50Interaksip=0,000Ada bedabermaknaTotal 48 41,44 23,60Keterangan : N=besar sampel. SD=simpangan baku. Superscript yang sama menunjukkan beda tidak bermaknadari hasil uji TukeyE 15

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 1 menunjukkan grafik persentase penurunankoloni bakteri pada berbagai variasi daya dan lamawaktu penyinaran.Gambar 1. Diagram persentase penurunan jumlah koloni bakteriStaphylococcus epidermidis yang tumbuh pada penyinaran LEDbiru 430 nmPEMBAHASANHasil uji Anova pada data penelitianmenunjukkan bahwa faktor daya, waktu dan interaksidaya-waktu penyinaran LED biru berpengaruhterhadap persentase penurunan jumlah koloni bakteriStaphylococcus epidermidis. Pada Photodynamictherapy (PDT), cahaya dengan rapat daya dan durasiwaktu penyinaran tertentu memegang peran pentingpada jenis interaksinya dengan target (Niemz, 2007).Hasil uji post hoc Tukey menunjukkan bahwakelompok perlakuan penyinaran LED biru 430 nmpada daya 75 mW dan waktu 2400 detik (Energi 180J) optimal menurunkan jumlah koloni bakteriStaphylococcus epidermidis sebesar 73%, yangberbeda nyata terhadap kelompok perlakuan yanglain.Berbagai penelitian mengenai fotoinaktivasibakteri antara lain dilaporkan oleh Grinholc et al.(2007) yang meneliti peran konsentrasi porfirin padafotoinaktivasi pada bakteri Staphylococcus aureusresisten methicillin (40 MRSA) dan sensitifmethicillin (40 MSSA) dengan penambahan eksogenfotosensitizer ALA dan protoporfirin IX denganpenyinaran lampu biostimul 624 nm dosis 0,2 J/cm2tiap menit. Lipovsky et al. (2009) menelitifotoinaktivasi bakteri Staphylococcus aureus padastrain 101 (sensitif methicilin) dan strain 500 (resistenmethicillin) dengan penyinaran lampu halogen 415nm, dosis energi optimal pada rapat energi 120 J/cm2(intensitas 100 mW/cm2 dan lama waktu penyinaran20 menit) menghasilkan penurunan koloni bakteri90%. Pada panjang gelombang 455 nm dengan rapatenergi yang sama menghasilkan penurunan 50%.Penelitian Maclean et al. (2008) pada fotoinaktivasibakteri Staphylococcus aureus dengan menggunakanlampu xenon yang optimal pada 205 nm dengan dosis23,5 J/cm2 (intensitas 3,27 mW/cm2 selama 2 hari)menghasilkan persentase penurunan bakteri 24%serta menggunakan LED biru 405 nm dosis 36 J/cm2(intensitas 10 mW/cm 2 selama 60 menit)menghasilkan persentasi penurunan koloni bakteri14% (Maclean et al., 2009).Jika dibandingkan dengan hasil penelitiantersebut di atas, maka penggunaan LED biru 430 nmsuper bright bahan baku lokal pada daya 75 mW danwaktu 2400 detik (Energi 180 J) optimal menurunkanjumlah koloni bakteri Staphylococcus epidermidissebesar 73%. Keberhasilan fotoinaktivasi pada bakteriditentukan oleh kesesuaian panjang gelombangcahaya dengan spektrum serap porfirin bakteri untukterjadinya eksitasi molekul porfirin. Faktor penentulain adalah dosis energi penyinaran. Dosis energi yangsesuai akan mengaktivasi terjadinya reaksi kimiamenghasilkan berbagai spesies oksigen reaktif yangmenyebabkan fotoinaktivasi pada bakteri (Hamblin &Hasan, 2004). Dosis energi penyinaran LED tiap luasarea penyinaran (rapat energi dengan satuan J/cm2)adalah besarnya energi penyinaran (daya kali lamawaktu penyinaran) dibagi dengan luas penyinaran.Saat penyinaran cahaya, peristiwa yangberlangsung pertama kali adalah absorpsi fotoncahaya oleh molekul porfirin (Grossweiner, 2005).Peristiwa absorpsi primer berlangsung sangat cepat(berlangsung sekitar 10 -15 s) diikuti dengan eksitasimolekul dari level vibrasional dalam keadaan dasarsinglet elektronik S 0 ke salah satu level vibrasionaldalam keadaan eksitasi elektronik. Eksitasi molekulmenuju keadaan energi yang lebih tinggi ini tidakstabil sehingga akan kembali ke keadaan dasar, baiksecara langsung maupun melibatkan terjadinya reaksikimia (fotokimia). Fotokimia merupakan perubahankimia yang disebabkan oleh cahaya dan hanya terjadijika cahaya diarbsorpsi oleh sistem (Coyle, 1991).Perubahan kimia merupakan peristiwa yang munculpada tingkatan molekuler akibat absorpsi oleh foton.Proses fotokimia memiliki kaitan erat dengan prosesfotofisika, yang berperan dalam perubahan energi danstruktur elektronik akibat eksitasi molekul setelahperistiwa absorbsi. Reaksi fotokimia yang dimediasioleh porphyrin paling banyak terjadi dari keadaantriplet tereksitasi. Molekul oksigen dapat berada padakeadaan eksitasi triplet, sehingga dapat bereaksisecara langsung dengan fotosensitiser tripletmenghasilkan oksigen singlet (Plaetzer, 2009).Oksigen singlet sangat reaktif dengan biomolekul, memiliki life time < 1µs dan dalam sel ataujaringan dengan jarak difusi yang sangat kecil < < µmsehingga letak fotosensitiser sangat menentukanlokasi kerusakan akibat reaksi fotokimia yangmenghasilkan respon biologi.Umumnya porfirinfotosensitiser berlokasi pada membran sel,mitokondria, membran plasma dan lisosom (Wilson,2005). Life time oksigen singlet pada molekul biologiadalah < 40 ns, dan radius aktivasi singlet oksigensekitar 20 nm (Moan & Berg, 1991).E 16

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8KESIMPULANPenyinaran LED biru 430 nm daya 75 mW danwaktu 2400 detik (Energi 180 J) optimal menurunkanjumlah koloni bakteri Staphylococcus epidermidissebesar 73%SARANOptimasi sensitivitas fotoinaktivasi bakteripatogen dengan pemberian eksogen fotosensitiserseperti aminolevulinic acid (ALA) atau eksogenfotosensitiser yang lain.DAFTAR PUSTAKAAstuti SD., Robiyati E.,, Supriyanto A., 2010,Photodinamik Inaktivasi Bakteri Gram PositifStaphylococci Dengan EndogenPhotosensitizer Pada Penyinaran LightEmitting Diode (LED) BIRU (429,8 ± 3,7) nmBaehaki, Ace, Nurhayati, T., 2005, KarakteristikProtease Dari Bateri Patogen Staphylococcusepidermidis, Buletin Hasil Perikanan, FakultasPerikanan Universitas SriwijayaGrossweiner, L.I. 2005, The Science of Phototherapy:An Introduction. Springer: USAGrinholc m., Szramka B., Kurlenda J., Geaczyk A.,Bielawski K.P., 2007, Bactericidal Effect ofPhotodynamic Inactivation AgainstMethicillin-Resistant and Methicillin-Suseptible Staphylococcus aureus is StrainDependent, Journal of Photochemistry andPhotobiology B: Biology 90:57-63Hamblin, M.R., Hasan, T., 2004, Photodynamictherapy: a new antimicrobial approach toinfectious disease?, Journal of Photochemistryand Photobiology B: Biology, Science, 3,436-450Juzenas P., 2002, Investigation of EndogenousFotosensitiser Protoporphyrin IX in HairlessMouse Skin by Means of FluoresenceSpectroscopy, Group of PhotodynamicTherapy Departement of Biophysics, Institutefor Cancer Research The Norwegian RadiumHospitalLipovsky A., Nitzan Y., Friedmann H., Lubart R.,2009, Sensitivity of Staphylococcus aureusStrains to Broadband Visible Light, Journal ofPhotochemistry and Photobiology, 85: 255-260Maclean M., Macgregor S.J., Anderson J.G., WoolseyG.A., 2008, The Role of Oxigen in The visibleLight Inactivation of Staphylococcus aureus,Journal of Photochemistry and PhotobiologyB: Biology, Elsevier, 92: 180-184Maclean M., Macgregor S.J., Anderson J.G., WoolseyG.A., 2008, High Intensity Narrow spectrumLight inactivation and Wavelength Sensitivityof Staphylococcus aureus, research letter,Journal of Photochemistry and PhotobiologyB: Biology, Elsevier, 285: 227-232MacLean M., MacGregor S.J., Anderson J.G.,Woolsey G.A., 2009, Inactivation of bacterialPhatogens Following exposure to light from a405 nm Light Emitting Diode Array, Appliedand Environmental Microbiology, 75:7, 1932-1937Mitsouka, Tomator., 1990, A profile of IntestinalBacteria, Biomedical Sciens, UniversitasTokyo, pp. 94-97Moan J., Berg K., 1991, The Photodegradation ofPorphyrin in cells can be used to estimate thelifetime of singlet oxygen, Journal ofPhotochemistry and Photobiology P: Physics,Elsevier, 53 (1991) 549-553Niemz M.H., 2007, Laser-Tissue Interaction,Fundamentals and Applications, Thirdenlarged edition, Springer-Verlag BerlinNitzan Y., Divon M.S., Shporen E., Malik Z., 2004,ALA Induced Photodynamic Effect on GramPositive and Negative bacteria, Journal ofPhotochemistry and Photobiology P: Physics.,vol 3, pp. 430-435Papageorgiu, P. et al., 2000. Phototherapy with Blue(415nm) and Red (660nm) Light in TheTreatment of Acne Vulgaris, British Journal ofDermatologyPlaetzer K., Krammer B., Berlanda J., Berr F., 2009,Photophysics and Photochemistry ofPhotodynamic Therapy: Fundamental Aspects,Journal of Laser Medical Sciences, 24: 259-2Schubert E.F., 2006, Light Emitting Diodes, 2 nd ed.,Cambridge University Press, USAWilson, B.C., 2005, Photodynamic Therapy:Advances in Biophotonics, IOS Press, p.241-266E 17

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DETEKSI DUA BELAS SADAPAN SINYAL ELEKTROKARDIOGRAM UNTUKMENGENALI KELAINAN JANTUNG MENGGUNAKAN JARINGAN SARAFTIRUAN DENGAN METODE BACKPROPAGATIONTalitha Asmaria 1 , Endah Purwanti 21,2 Program Studi Teknobiomedik Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : talithaasmaria@gmail.comAbstrakTelah dilakukan penelitian mendeteksi dua belas sadapan sinyal elektrokardiogram untuk mengenali kelainanjantung menggunakan jaringan saraf tiruan dengan metode backpropagation. Penelitian ini bertujuan untukmendapatkan fitur citra yang dapat digunakan sebagai masukan perangkat lunak dan mendapatkan parameterbackpropagation yang optimal. Pada penelitian ini perangkat lunak dirancang menggunakan antar muka yangbertujuan agar pengguna dapat mudah menggunakan perangkat lunak. Perangkat lunak dirancang denganmenggunakan dua jaringan saraf tiruan, yaitu jaringan saraf tiruan untuk mendeteksi kelainan gelombang padasadapan dan jaringan saraf tiruan untuk mengidentifikasi akhir kelainan jantung. Parameter backpropagationpada perangkat lunak ini adalah jumlah lapisan tersembunyi=15, learning rate=0,1, maksimum epoch=1000,dan target error=0,001. Perangkat lunak telah dirancang untuk mendeteksi kondisi jantung normal, left atriumhypertrophy, right ventricular hypertrophy, dan kelainan jantung lainnya. Perangkat lunak telah diuji dapatmendeteksi kelainan jantung pada citra EKG dengan tingkat akurasi sebesar 93,66%.Kata kunci :Jringan Saraf Tiruan, Backpropagation, JantungPENDAHULUANPenyakit jantung merupakan penyebab nomorsatu kematian di dunia. Di Indonesia angkakematian yang disebabkan serangan jantungmencapai 26 hingga 30 persen.Pendeteksian kondisi jantung selama ini salahsatunya menggunakan Elektrokardiograf. Prinsipkerja dari alat ini adalah mengukur potensial listriksebagai fungsi waktu yang dihasilkan oleh jantung.Hasil pengukuran elektrokardiograf ini berupa grafikwaktu terhadap tegangan yang disebutelektrokardiogram (EKG).Pendeteksian kondisi jantung menggunakanelektrokardiogram ini dilakukan oleh dokter ataucardiologist. Untuk membaca kertas rekaman EKGdiperlukan pengalaman dan pengetahuan mengenaipenyakit jantung serta gejala-gejalanya. Faktor humanerror tidak lepas dari kesalahan yang terjadi dalampembacaan EKG.Salah satu pemecahan dalam pendeteksiankondisi jantung pada EKG ini adalah denganmengunakan perangkat lunak berbasis Jaringan SarafTiruan. Jaringan saraf tiruan merupakan merupakanmetode komputasi cerdas, yang dapat menirukansistem jaringan saraf otak pada manusia. Jaringansaraf ini menerima masukan berupa data numerik daristruktur objek yang mengalami proses pengolahancitra yaitu, grayscalling, segmentasi, morfologi citradan ekstraksi fitur. Metode jaringan saraf yangdigunakan dalam penelitian ini adalahBackpropagation. Backpropagation melatih jaringanuntuk mendapatkan keseimbangan antara kemampuanjaringan untuk mengenali pola yang digunakan selamaE 18pelatihan serta kemampuan jaringan untukmemberikan respon yang benar terhadap polamasukan yang serupa (tapi tak sama) dengan polayang dipakai selama pelatihan.BackpropagationBackpropagation merupakan algoritmapembelajaran yang terawasi dan biasanya digunakanoleh perceptron dengan banyak lapisan untukmengubah bobot-bobot yang terhubung denganneuron-neuron yang ada pada lapisan tersembunyinya(Priyani,2009). Gambar 1. menerangkan arsitekturjaringan saraft tiruan.Gambar. 1 Arsitektur BackpropagationPada pengoperasian jaringan syaraf tiruanterdapat dua tahap operasi yang terpisah yaitu tahapbelajar (learning) dan tahap pengujian (testing).Tahap belajar merupakan proses untuk mendapatkanbobot koneksi yang sesuai. Penyesuaian bobotdimaksudkan agar setiap pemberian input ke neuralmenghasilkan output yang dinginkan.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PROSEDUR PENELITIANProsedur proses ini dilakukan dengan beberapatahapan yaitu, persiapan citra EKG, pengolahan citradigital, pembelajaran perangkat lunak, dan pengujianperangkat lunak. Data (EKG) yang digunakan adalahdata primer yang didapatkan dari salah satu rumahsakit di Surabaya. Data tersebut kemudian dikonversimenjadi data digital (citra EKG) menggunakanscanner. Citra EKG yang digunakan sebanyak 85data yang sebelumnya dipotong sepanjang 177 pixel.Citra EKG diolah menggunakan beberapa metodepengolahan citra digital, yaitu grayscale, segmentasi,morfologi gelombang, dan ekstraksi fitur yaitu untukmendapatkan nilai tegangan pada tiap pixel.Data kemudian dibagi menjadi dua bagian yaitu70 data untuk pelatihan dan 15 data untuk pengujian.Data kemudian dibagi menjadi empat tipe yaitu,kondisi jantung normal, left atrium hiperthrophy danright ventricular hipertrophy dan penyakit jantunglainnya.Nilai tegangan yang didapatkan dari prosespengolahan citra dijadikan nilai masukanpembelajaran perangkat lunak. Pada pembelajaranperangkat lunak terdapat lapisan masukan dengan12390 neuron, lapisan tersembunyi dengan n neuronyang dapat ditentukan oleh pengguna, dan lapisankeluaran dengan 3 neuron. 12390 neuron masukanmempresentasikan 177 nilai tegangan dari 70 citra.Sedangkan 3 neuron keluaran mempresentasikanmorfologi gelombang yang khas dari setiap jeniskelainan jantung dalam satu sadapan, yaitu :Sadapan 21. Gelombang normal dengan target keluaran : (-1)2. Gelombang P mitral dengan target keluaran : (0)3. Gelombang kelainan jantung lainnya dengantarget keluaran : (1)Sadapan V61. Gelombang normal dengan target keluaran : (-1)2. Gelombang S dengan target keluaran : (0)3. Gelombang kelainan jantung lainnya dengantarget keluaran : (1)Dari morfologi gelombang pada sadapan 2 dansadapan V6, dapat ditentukan kelainan jantung yangsesuai, seperti yang terlihat pada Tabel 1.Tabel 1. Hubungan Perubahan Gelombang P mitral dan GelombangS dengan Jenis Penyakit JantungJenis Kelainan Sadapan 2 Sadapan V6Normal normal (-1) normal (-1)Left AtriumHiperthrophy (LAH)Right VentricularHipertrophy (RVH)P mitral (0)normal(-1)atau kelainanlain (1)normal(-1)atau kelainanlain (1)adagelombang SLAH dan RVH P mitral (0) adaKarena banyaknya kemungkinan pengambilankeputusan, maka agar hasil yang diperoleh benarbenartepat, dirancanglah jaringan saraf tiruan yangkedua untuk identifikasi akhir. Output dari jaringansaraf tiruan ini mempresentasikan kesimpulanidentifikasi kelainan jantung, yaitu :a. Jantung normal denganb. Left Atrium Hiperthrophy (LAH)c. Right Ventricular Hipertrophy (RVH)d. LAH dan RVHe. Kelainan jantung lainnya.Pada pengujian perangkat lunak nilai bobot yang akandigunakan yaitu nilai bobot pada waktu pembelajaran.Hasil pembacaan elektrokardiogram secara analogakan dibandingkan dengan database citra EKGnormal dan tidak normal yang sudah diidentifikasipola sinyalnya.Hasil Ujicoba dan PembahasanPada proses pelatihan digunakan 70 dataelektrokardiogram sepanjang 177 pixel. Sebelummemulai proses pelatihan citra EKG terlebih dahuludilakukan proses pengolahan citra pada citra tersebut.Proses pengolahan citra yang dilakukan adalahgrayscale, segmentasi, morfologi gelombang, danekstraksi fitur. Pada tahapan grayscale citra EKGberwarna diubah menjadi citra EKG putih dangradiasi warna hitam. Pada penelitian ini tekniksegmentasi yang digunakan yaitu pengambangan(Thresholding). Teknik pengambangan menghasilkancitra menjadi dua warna, yaitu hitam berkaitan denganbackground dan putih berkaitan dengan pola sinyalEKG. Pada tahapan morfologi terjadi proses“penebalan” dan ”penipisan” dalam citra biner.Tahapan ekstraksi fitur dalam tugas akhir inidigunakan untuk mendapatkan nilai tegangan daricitra EKG. Tabel 2 menggambarkan prosespengolahan citra digitalPelatihan perangkat lunak dilakukan berulangulangdengan mengubah banyaknya hidden layeruntuk mendapatkan hasil ouput yang maksimal.Tabel 3. Hubungan jumlah hidden layer terhadap Epoch, MSE, danWaktu pelatihan.Jumlah Epoch MSE Waktu5 1426 0.000970 12 s10 62 0.000994 >1 s15 25 0.000934 >1 s20 44 0.000975 >1 sPenyakit Jantung kelainan lain kelainan lainE 19

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tabel 2. Contoh Hasil Pengolahan CitraDigital Pada Data TrainingSadapan Sadapan 2 Sadapan V6Citra AsliGrayscaleSegmentasiMorfologiEkstraksiFiturTabel 4. menunjukkan bahwa variasi jumlahhidden layer yang optimal terhadap jumlah epoch,MSE,dan waktu pelatihan adalah 15. Trainingidentifikasi akhir dilakukan dengan mengacak(random) bobot input dan output layer. Penggunadapat menetapkan besarnya nilai error maksimumyang dapat ditolerir dan nilai maksimum epoch. Padasaat training proses update bobot akan terhenti,apabila error yang diinginkan sudah tercapai, ataupada saat epoch yang diinginkan sudah terpenuhi.Kemudian bobot akhir hasil training akan disimpanuntuk kemudian digunakan pada saat testing. Hasilmenunjukkan tingkat akurasi untuk proses trainingidentifikasi akhir pendeteksian sinyal ECG dari 70data tidak terdapat kesalahan pendeteksian, dengankata lain tingkat akurasinya adalah mencapai 100 %.Setelah didapatkan variasi jumlah hidden layeryang optimal pada pelatihan maka langkahselanjutnya adalah melakukan proses pengujian.Proses pengujian dilakukan terhadap 15 data yangtidak pernah disertakan dalam pelatihan. Tabel 4menunjukkan hasil pengujian.Tabel 4. Hasil Uji 15 Data Identifikasi AkhirData Ke- 1 2 3 4 5 6 7 8 9Perangkat V N AV AV V A A A VLunakMedis V N AV AV V A A VA VData Ke- 10 11 12 13 14 15Perangkat A N AV L V LMedis A N AV L V NKeterangan :N= normal,A = Left Atrium Hiperthropy,V= Right VentricularHiperthrophy,AV= Left Atrium Hiperthropy dan Right VentricularHiperthrophy,L=penyakit jantung lainnyaDari proses pengujian tersebut diketahui dari 15data ada satu data yang mengalami ketidak cocokanpada hasil identifikasi. Berdasarkan hasil tersebutmaka tingkat akurasi jaringan Backpropagation iniadalah 93,33%.DAFTAR PUSTAKASchramot, L., 1990, An Introduction ToElectrography, Blackwell ScientificPublication, OxfordSiang, J. J., 2005, Jaringan Saraf Tiruan danPemrogramannya Menggunakan Matlab,Penerbit Andi. YogyakartaPriyani, D. R. E., 2009, Aplikasi Diagnosa GangguanLambung melalui Citra Iris Mata DenganJaringan Saraf Tiruan Backpropagation,Universitas Pembangunan Nasional FakultasIlmu Komputer, JakartaAhmad, Usman, 2005, Pengolahan Citra Digital danTeknik Pemrogramannya, Penerbit GrahaIlmu, YogyakartaE 20

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DETEKSI KANKER PARU-PARU DARI CITRA FOTO RONTGENMENGGUNAKAN JARINGAN SARAF TIRUAN BACKPROPAGATIONTri Deviasari Wulan 1 , Endah Purwanti 21,2 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : tridevie@gmail.comAbstrakKanker paru-paru adalah tumor berbahaya yang tumbuh di paru-paru. Sebagian besar kanker paru-paruberasal dari sel-sel di dalam paru-paru. Kanker paru bisa terjadi pada pria maupun wanita. Insiden kankerparu pada pria menduduki urutan kedua setelah kanker prostat, sedangkan pada wanita kanker paru mendudukiurutan ketiga setelah kanker payudara dan kanker serviks. Pemeriksaan Kanker paru yang paling umum adalahmenggunakan foto rontgen. Pada penelitian ini dibangun suatu program aplikasi yang dapatmengelompokkannya citra paru-paru kedalam kategori normal, kanker paru-paru atau penyakit paru lain.Proses ini diawali dengan pengolahan citra yaitu cropping,resizing,median filter, BW labelling dantransformasi wavelet haar. Ekstraksi fitur citra paru menggunakan fitur energi dak koefisien setiap subbandyang kemudian dijadikan masukan jaringan saraf tiruan backpropagation. Tingkat akurasi program aplikasideteksi kanker paru adalah sebesar 86,67 % dengan training : hidden layer = 50, learning rate= 0,1 dan targeteror = 0,01.Kata kunci :Kelainan Kanker Paru, Foto Rontgen, BackpropagationPENDAHULUANKanker paru merupakan masalah kesehatandunia. Dari tahun ke tahun, data statistik di berbagainegara menunjukkan angka kejadian kanker parucenderung meningkat. Merokok merupakanpenyebab utama dari sekitar 90% kasus kanker paruparupada pria dan sekitar 70% pada wanita.Semakin banyak rokok yang dihisap, semakin besarresiko untuk menderita kanker paru-paruSalah satu pemeriksaan kanker paru-paru adalahdengan menggunakan pemeriksaan radiologi ataulebih dikenal dengan Sinar-X (foto Rontgen).Prinsip kerja dari alat ini adalah berdasarkan difraksisinar-x. Pengenalan dengan sinar-X sederhanamerupakan teknik yang paling sering digunakan.Citra dari Sinar -X akan memberikan hasil yangberbeda antara paru-paru yang sehat dan yang tidaksehat, seperti kanker paru-paru sekaligus stadiumdari kanker paru-paru tersebut.Namun, pemeriksaaan kanker paru-parumenggunakan citra foto Rontgen masih memilikikekurangan. Beberapa praktisi medis seperti dokterdokterspesialis paru-paru masih mengandalkanpengamatan visual dalam pembacaan hasil fotorontgen sehingga hasilnya sangat subjektif. Dokterspesialis paru-paru harus melakukan pengamatancitra foto Rontgen secara teliti dan diagnosis yangbenar-benar akurat dalam diagnosis kanker paruparupada pasien. Oleh karena itu diperlukanperangkat lunak yang mampu mendeteksi kankerparu-paru sebagai pembanding dari kerja parapraktisi medis. Sehingga perangkat lunak ini dapatmembantu keakuratan penentuan diagnosis padakanker paru-paru.Jaringan saraf tiruan merupakan salah satusistem pemrosesan informasi yang didesain denganmenirukan cara kerja otak manusia dalammenyelesaikan suatu masalah dengan melakukanproses belajar melalui perubahan bobot sinapsisnya.Metode pembelajaran jaringan syaraf tiruan yangdigunakan adalah backpropagation karena metodeini dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang untukmelakukan pengenalan pola (pattern recognition),klasifikasi citra, dan penerapannya di bidangdiagnosa medik. Jaringan saraf terdiri dari 3 lapisan,yaitu lapisan masukan/input terdiri atas variabelmasukan unit sel saraf, lapisan tersembunyi terdiriatas 10 unit sel saraf, dan lapisan keluaran/outputterdiri atas 2 sel saraf. (kusumadewi, 2004)Gambar. 1 Arsitektur BackpropagationPada pengoperasian jaringan syaraf tiruan terdapatdua tahap operasi yang terpisah yaitu tahap belajar(learning) dan tahap pemakaian (mapping). Tahapbelajar merupakan proses untuk mendapatkan bobotkoneksi yang sesuai. Penyesuaian bobotE 21

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dimaksudkan agar setiap pemberian input ke neuralmenghasilkan output yang dinginkan.METODE PENELITIANDalam Penelitian ini digunakan data citra parudari foto rontgen berupa softcopy. Peralatan yangdigunakan yaitu seperangkat komputer dengansoftware Matlab R2008a. Data citra paru yangdiperoleh terdiri dari 20 data normal, 20 data kankerparu-paru, 20 data penyakit paru lain yangdigunakan untuk pelatihan data. Sedangkan untukkeperluan pengujian data digunakan 5 data normal ,5 data kanker paru-paru dan 5 data penyakit parulain.jaringan lain. Hasil dari preprosessing iniditunjukkan pada gambar 3. Ekstraksi fitur citramenggunakan transformasi wavelet haar ttujuh leveluntuk mendapatkan fitur energi dan koefisienwavelet setiap subband pada masing-masing levelsehingga didapatkan matriks 1x66 pixel sebagaimasukan backpropagation.Gambar 2. Data Citra Paru (a) Normal, (b) Kanker Paru-Paru, (c)Penyakit Paru lainProsedur penelitian antara lain mengolah citrahasil foto rontgen terlebih dahulu yang meliputicropping untuk memotong citra paru pada bagiandaerah paru-paru. Kemudian resizing untukmengubah dimensi citra sehingga memudahkan padapengolahan selanjutnya. Tahap thresholdingdigunakan untuk mengubah citra menjadi biner.Langkah Selanjutnya adalah filter median untukmenghilangkan noise-noise pada citra hasilthresholding. Selanjutnya dilakukan BW Labellinguntuk menandai objek-objek pada citra hitam putih.Setelah itu ekstraksi fitur menggunakantransformasi wavelet untuk mendapatkan fitur citrayang berupa energi dan koefisien wavelet citra. Hasilekstrasi fitur citra tersebut digunakan menjadimasukan jaringan saraf tiruan backpropagation.HASIL UJICOBA DAN PEMBAHASANPada proses pelatihan digunakan 60 data citraparu yang berukuran 2010 x 2010 pixel, terdiri daridata normal, data kanker paru-paru dan datapenyakit paru lain. Sebelum dilakukan pelatihan dataterlebih dahulu dilakukan proses pengolahan citrapada citra paru. proses pengolahan citra yangdilakukan antara lain yaitu cropping untukmemotong citra pada bagian daerah paru danresizing untuk mengubah dimensi citra menjadi320x320 pixel. Langkah selajutnya adalahthresholding untuk mengubah citra menjadi citrabiner sehingga dari proses ini backgroud dari citradapat dihilangkan. Setelah itu dilakukan proses filtermedian untuk menghilangkan noise-noise kecil darihasil thresholding. Langkah terakhir daripreprosessing ini adalah BW Labelling untukmenandai objek-objek yang ada pada citra. Objekobjektersebut adalah paru-paru, tulang, kanker danGambar 3. Hasil Preprosessing Citra ParuPelatihan data dilakukan dengan memvariasihidden layer dan jumlah epoh untuk mendapatkanarsitektur jaringan yang terbaik. Dari hasil variasiini di peroleh parameter-parameter yang digunakanpada proses training yaitu hidden layer = 10, epoh =1500, learning rate=0,1 dan target eror = 0,01.Tingkat akurasi yang diperoleh sebesar 100 %Gambar 4. Grafik antara MSE dan Jumlah epohParameter-parameter dari hasil pelatihandigunakan untuk penujian data baru. Data yangdigunakan untuk proses pengujian ini sebanyak 15data yang terdiri dari 5 data normal, 5 data kankerparu-paru dan 5 data penyakit paru lain. Tingkatakurasi yang dihasilkan adalah sebesar 86,67 %.Tabel 1 menunjukkan akurasi data pengujian dengandua data pelatihan yang salah.E 22

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tabel 1. Tingkat Akurasi Data PengujianDAFTAR PUSTAKAKiki & Kusumadewi S. 2004. Jaringan Saraf Tiruandengan Metode Backpropagation untukMendeteksi Gangguan Psikologi. JurusanTeknik Informatika. Universitas IslamIndonesia : YogyakartaMuhtadan & Harsono Djiwo. 2008. PengembanganAplikasi Untuk Perbaikan Citra Digital FilmRadiologi.Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN: Yogyakarta.Putra Darma. 2010. Pengolahan Citra Digital.Penerbit Andi: Yogyakarta.Prasetyo Eko. 2010. Pengolahan Citra Digital danAplikasinya Menggunakan Matlab. PenerbitAndi : YogyakartaSuyatno Ferry. 2008. Aplikasi Radiasi Sinar-X diBidang Kedokteran untuk MenunjangKesehatan Masyarakat. Pusat RekayasaPerangkat Nuklir BATAN: Banten.KESIMPULAN1. Perancangan sistem perangkat lunakmenggunakan jaringan saraf tiruanbackpropagation berdasarkan citra foto rontgendilakukan dengan mengolah citra menggunakanbeberapa metode yaitu thresholding, medianfilter, BW Labelling dan transformasi wavelethaar. Ekstraksi fitur citra paru menggunakanfitur energi dak koefisien setiap subband yangkemudian dijadikan masukan jaringan saraftiruan backpropagation.2. Parameter yang digunakan untuk prosespelatihan dan pengujian menggunakan jaringansaraf tiruan backpropagation adalah hiddenlayer sebanyak 50, learning rate 0,1 dan targeteror 0,01.3. Hasil pengujian jaringan saraf tiruanbackpropagation dengan mengguna-kan databaru diperoleh tingkat akurasi sebesar 86,67 %dalam mendeteksi keabnormalan dari citra fotorontgen paru.E 23

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENENTUAN RESPON OPTIMAL FUNGSI PENGLIHATAN IKAN TERHADAPPANJANG GELOMBANG DAN INTENSITAS CAHAYA TAMPAKWelina Ratnayanti Kawitana 1 , Fita Fitria 21,2 Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail: tya_fsluv25@yahoo.comABSTRAKPenelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui pengaruh panjang gelombang dan intensitas cahayatampak terhadap respon ikan dan mengetahui panjang gelombang dan intensitas cahaya tampak yang palingberpengaruh terhadap respon ikan. Rancangan penelitian yang digunakan adalah rancangan acak lengkap.Prosedurnya adalah rangkaian lampu LED yang telah diisolasi dipasangkan ke dalam tambak ± 30 cm daripermukaan perairan tambak dan jaring angkat dipasangkan ke dalam tambak, selanjutnya rangkaian lampuLED dinyalakan selama 10 menit, setelah 10 menit jaring angkat diangkat dari tambak dan dihitung jumlah ikanliar yang telah masuk ke dalam jaring angkat. Berdasarkan analisis data menggunakan Anova yang dilanjutkandengan uji Tukey. Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa panjang gelombang dan intensitas cahayatampak memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap perilaku ikan liar, menunjukkan bahwa padaperlakuan selama 10 menit dengan pemaparan cahaya LED hijau dengan panjang gelombang 548 nmmenunjukkan respon optimum penglihatan ikan terhadap warna cahaya Led hijau dengan rata-rata jumlah ikanliar yang berkumpul pada jaring angkat adalah 23,8 dan intensitas cahaya tampak sebesar 296,4 k Luxmemberikan respon optimal penglihatan ikan dengan rata-rata jumlah ikan liar yang berkumpul pada jaringangkat adalah 27,8.Kata kunci: Panjang gelombang, Intensitas Cahaya, Penglihatan ikanABSTRACTA research on determination of optimal response functions to the fish vision the wavelength and intensity ofvisible light. The purpose of this study was to determine the influence of wavelength and intensity of visible lighton the response of fish and knowing the wavelength and intensity of visible light the most influence on theresponse of fish.The purpose of this research are to show. The study design used was completely randomizeddesign. The procedure is a series of LED lights that have been isolated plugged into fishpond ± 30 cm from thesurface waters of the pond and lift net paired into fishpond, then a series of LED lights switched on for 10minutes, lifting the net after 10 minutes removed from the pond and counted the number of wild fish that havebeen lift into the net. Based on data analysis using ANOVA followed by Tukey test. The results of diversityanalysis showed that the wavelength and intensity of visible light to give a significantly different influence on thebehavior of wild fish, suggesting that the treatment for 10 minutes with the exposure of the green LED light witha wavelength of 548 nm showed an optimum response to the color vision of fish with a flat green LED light theaverage number of wild fish that gather on the net lift is 23,8 and the intensity of visible light at 296.4 k Luxprovide optimal visual responses of fish to the average number of wild fish that gather on the net lift is 27,8.Keyword : Wavelength, Light Intensity, Fish visionPENDAHULUANPerkembangan Teknologi saat ini memudahkanmanusia untuk melakukan aktivitasnya di segalabidang, salah satu yang terkena imbasnya adalahkemajuan teknologi dalam bidang perikanan yaitumengembangkan alat penangkap ikan yang ramahlingkungan. Perkembangan teknologi penangkapanikan yang saat ini sedang sukses dan berkembangpesat adalah penggunaan sumber cahaya untukmenarik perhatian ikan dalam proses penangkapanikan (Nikonorov, 1975).Penggunaan alat bantu penangkap ikan denganmenggunakan sumber cahaya sudah banyak dilakukandi perairan laut oleh nelayan dengan tujuan untukmengumpulkan ikan di suatu areal penangkapan ikansehingga nelayan dapat meningkatkan hasiltangkapannya, Pemanfaatan sumber cahaya sebagaialat bantu penangkap ikan adalah denganmemanfaatkan tingkah laku ikan terhadap cahaya.Ada beberapa factor ikan dapat berkumpul padaarea tertentu oleh suatu cahaya diantaranya ikantertarik cahaya karena adanya sifat phototaksis .Secara umum respon ikan terhadap sumbercahaya dapat dibedakan menjadi dua kelompok, yaitubersifat phototaksis positif (ikan yang mendekatidatangnya arah sumber cahaya) dan bersifatphototaksis negatif (ikan yang menjauhi datangnyaarah sumber cahaya). Identik dengan penangkapanikan di perairan laut, penangkapan ikan di perairandarat yaitu di tambak juga perlu dilakukan dengantujuan yang berbeda dari perairan laut, dalam perairandarat tujuannya lebih pada menangkap ikan liar yangada di dalam tambak.E 24

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pada umumnya dalam suatu tambak terdapat ikanliar yang tidak di inginkan berkembang, ikan liar inidapat menggangu pertumbuhan ikan yang diproduksidalam suatu tambak ikan, sehingga dapat menurunkanhasil panen petani tambak. Diharapkan penggunaansumber cahayadalam menangkap ikan di perairantambak dapat membantu petani tambak dalam upayamengurangi ikan liar di dalam tambak sehingga hasilpanen yang dihasilkan dapat optimal.Pada penelitian yang dilakukan oleh utamidengan menggunakan cahaya yang berbeda – bedayaitu cahaya hijau , merah, biru, kuning, denganintensitas yang berbeda-beda yaitu antara 1 lux-19 luxdengan interval 2 lux. Ikan yang di gunakan adalahikan pepetek yang merupakan ikan demersal yanghidup di laut tropis Hasil penelitian tersebutmenghasilkan ikan yang paling banyak berkumpulpada cahaya berwarna hijau dan ikan yang palingsedikit berkumpul pada cahaya berwarna merahdengan intensitas 19 lux.Sedangkan menurut Najamuddin dkk, 1994 Ikanikanpelagis seperti ikan layang, tembang dankembung sangat peka terhadap warna merah dankuning. Selanjutnya penelitian yang dilakukan olehMasyahoro 1998 ikan kembung lelaki (RastraliggerKanagurta) tertarik oleh cahaya warna biru denganintensitas 3500 lux. Menurut Fujaya (2002) Faktorfaktoryang mempengaruhi tingkah laku ikan terhadapcahaya antara lain intensitas, komposisi spektrumwarna cahaya dan lama penyinaran.Dari hasil penelitian tersebut menunjukkanbahwa intensitas cahaya dan panjang gelombangsangat menentukan jenis ikan yang tertangkap. Olehkarena itu dalam penelitian ini akan menentukankesukaan ikan terhadap warna cahaya tertentu denganintensitas yang berbeda –beda. Sehingga petanitambak dapat menangkap ikan liar yang dapatmenggangu perkembangan ikan budidaya yang diproduksinya.Sumber cahaya yang digunakan dalam penelitianini adalah cahaya LED. Penggunaan cahaya LED inidimaksudkan untuk memanfaatkan respon ikanterhadap cahaya. Untuk meminimalkan masuknyacahaya dalam air peletakkan sumber cahayadinyalakan di dalam air. Diharapkan peletakansumber cahaya di dalam air memberikan pengaruhterhadap ikan agar dapat berkumpul di dalam jebakanatau jaring ikan.METODOLOGI PENELITIANMetode penelitian mencakup tahap persiapan dantahap penelitian .Alur kegiatan disajikan pada baganalir di bawah ini (Gambar 1).Gambar 3.1. diagram blok langkah – langkah penelitianHASIL DAN PEMBAHASANHasil penelitian Jumlah ikan liar yang masuk kedalam jaring angkat terhadap panjang gelombangcahaya LEDTabel 1.Rata-rata jumlah ikan gatul yang masuk ke dalam jaringangkat terhadap variasi cahaya LEDWarnaLEDHijauBiruMerahKuningJumlah ikan pada pengulangan ke -1 2 3 4 527 24 26 27 1526 27 23 24 1010 14 10 11 916 18 10 6 8Rata -rata23.82210.811.6Putih 26 16 14 12 9 15.4Dari data yang diperoleh pada Tabel 1. dapatdisajikan Histogram Rata-rata jumlah ikan gatul yangmasuk ke dalam jaring angkat terhadap panjanggelombang cahaya LEDGambar 2. Histogram Rata-rata jumlah ikan gatul yang masuk kedalam jaring angkat terhadap panjang gelombang cahaya LEDE 25

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Dari gambar 2 diatas memperlihatkan bahwaLampu LED warna hijau lebih disukai daripadaLampu LED warna lainnya, kemudian Lampu LEDwarna biru, lalu lampu Lampu LED warna putih,Lampu LED warna merah dan paling sedikit warnakuning, maka dapat diketahui bahwa ikan gatul lebihadaptif dengan panjang gelombang yang pendek yaituwarna hijau sepanjang 548 nm dan warna biru denganpanjang 465 nm dibandingkan dengan panjanggelombang yang panjang seperti yang dimiliki olehwarna putih sepanjang 440-700 nm, warna merahsepanjang 653 nm dan kuning sepanjang 595 nm.Hal tersebut disebabkan karena intensitascahaya yang di pancarkan LED kuning palingkecil dibandingkan dengan lampu LED lainnya(ditunjukkan pada Lampiran ). Sehinggaintensitas cahaya yang diterima oleh ikan kurangoptimal. Sedangkan warna LED hijau dan birumemiliki intensitas cahaya yang besar dandiperkuat oleh Panjang gelombang hijau dan biruyang memiliki panjang gelombang yang pendeksehingga daya tembus ke dalam perairan semakinbesar. Dan juga berdasarkan habitatnya ikan gatullebih terbiasa dengan warna hijau yaitu warna cahayaLED hijau yang menyerupai kondisi dari lingkungan(air tambak) pemeliharaan oleh karena itu ikan gatullebih adaptif terhadap warna hijau.Menurut Ayodhyoa, 1981 ikan tertarik olehcahaya disebabkan oleh kekuatan dan warnalampu yang digunakan. Ikan dapat membedakanwarna cahaya asalkan cukup terang dan masingmasingjenis ikan menyukai warna terang yangberbeda-beda.Pada Tabel 2 Rata-rata jumlah ikan gatul yang masuk ke dalamjaring angkat terhadap variasi intensitas cahaya LED warna HijauIntensitasCahaya LEDJumlah ikan pada pengulangan ke -1 2 3 4 5Ratarata265,2 kLux 25 27 28 28 20 25.6296,4 kLux 23 30 26 23 37 27.8327,6 kLux 28 13 29 14 25 21.8358,8 kLux 30 27 23 21 12 20.6390 kLux 24 17 15 13 11 16Dari data yang diperoleh pada Tabel 2. dapatdisajikan Histogram Rata-rata jumlah ikan gatul yangmasuk ke dalam jaring angkat terhadap variasiintensitas cahaya LED warna HijauGambar 3 Histogram Rata-rata jumlah ikan Gatul yang masuk kedalam jaring angkat terhadap Intensitas Cahaya.Dari gambar 3 dapat diketahui bahwa intensitascahaya 296.2 kLux mengumpulkan ikan palingbanyak sedangkan ikan paling sedikit berkumpul padaintensitas cahaya 296.2 kLux. Pada intensitas cahayasebesar 327.6 kLux terjadi penurunan jumlah ikangatul yang masuk ke dalam jaring angkat. Hal inidisebabkan karena ikan juga memiliki intensitascahaya optimum, yaitu intensitas cahaya maksimum(paling kuat atau besar) yang dapat diterima oleh selindra penglihatan ikan. Apabila cahaya yangdiberikan sudah melebihi intensitas maksimum yangdapat diterima oleh ikan, maka ikan akan cenderungmenjauhi cahaya tersebut. Dapat disimpulkan bahwaintensitas cahaya sebesar 296.2 kLux adalah intensitasmaksimum yang dapat diterima oleh penglihatan ikangatul. Menurut Woodhead (1963) menyatakan bahwatiap spesies ikan mempunyai intensitas cahayaoptimum yang berbeda-beda, tergantung susunanorgan-organ tubuhnya.KESIMPULANDari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa :1. 1.Panjang gelombang dan intensitas cahayatampak dengan menggunakan Lampu LEDmemberikan pengaruh terhadap perilaku ikan liardalam penelitian ini ikan liarnya adalah ikangatul.2. 2. kesukaan warna cahaya LED ikan gatul adalahwarna cahaya LED hijau dengan panjanggelombang cahaya 548 nm dan intensitas cahayaoptimum yang dapat diterima oleh penglihatanikan gatul sebesar 296,4 kLux.UCAPAN TERIMAKASIHUcapan terima kasih disampaikan kepadaUniversitas Airlangga Surabaya dan Laboratoriumbiofisika telah memfasilitasi penelitian ini.E 26

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DAFTAR PUSTAKAAyodhyoa. 1976. Teknik Penangkapan Ikan. BagianTeknik Penangkapan Ikan. Institut PertanianBogor.Fujaya, Y. 2002. Fisiologi Ikan.Dasar PengembanganTeknologi Perikanan. Proyek PeningkatanPenelitian Pendidikan Tinggi DepartemenPendidikan Nasional. 146 hlm.Fujaya, Y . 2004. Fisiologi Ikan . DasarPengembangan Teknologi Perikanan. Jakarta:PT Asdi Mahasatya.Woodhead PMJ. 1966. The Behavior of FishRelation to the Light in The Sea. EceanografyMarine Biology: Horald Barnes Edition. Rev.4: 337-403.E 27

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8SUPERIOR VARIETY CHARACTERIZATION OF NILA FISH (Oreochromis sp.)IN BROODSTOCK CENTER PBIAT JANTI, KLATEN BASED ONMORPHOLOGICAL CHARACTERISTIC, PROTEIN BANDING PATTERN ANDTOTAL PROTEIN CONTENTJoko Aribowo, Sutarno, SunartoDepartment of Biology, Faculty of Mathematics and Natural Sciences,Sebelas Maret University, Surakarta.e-mail : rm.sunarto@yahoo.comABSTRACTNila fish (Oreochromis sp.) has been widely known by many people for a long time as consumed, cheap fishwhich has fast growth rate and containing nutrition as much as any other consumed fresh water fish. On itsdevelopment, scientists try to develop and spread local nila fish. Various genetic researches have beenconducted until nowadays to find a superior species of nila fish. Genetic basic information is required to supportthis research while genetic molecular approach is one alternative method which commonly used. The aim of thisresearch was to know the characteristic of superior nila fish in Brood stock Center PBIAT Janti, Klaten basedon morphological characteristic, protein banding pattern, and total protein content. Sample used for thisresearch were Gift, GESIT, and Red variety of nila fish germ with incubation time P1 (1-3 and 3-5).Morphological characteristic parameters observed were length, width, high, color, pattern, and NVC. Thus, theprotein binding patterns of the samples were observed by using Sodium Dodecyl Sulphate-Polyacrylamid GelElectrophoresis (SDS-PAGE) method. Qualitative data were collected and analyzed based on the presence andthe thickness of protein binding patterns formed on the gel media. The protein binding patterns that appeared onthe gel were drawn as zimogram, thus binding patterns diversity was determined by calculating Rf value. Totalprotein content analysis was determined empirically by measuring nitrogen (N) total with Kjeldahl method.Theresults showed that morphological, protein binding patterns, and total protein content variation were presencein this research by measuring Rf value. Phenotype diversity between varieties can be caused by the influence ofgenetic, environment, and both interaction. Nila GESIT is the best variety based on genetic diversity and thecontent of protein.This result described the superior nila fish germ characteristic in Brood stock PBIAT Klaten.Keywords: Characterization, Oreochromis sp., morphology, protein banding pattern, total protein content.PENDAHULUANIkan nila (Oreochromis niloticus) sudah lamadikenal oleh masyarakat luas sebagai ikan konsumsiyang cukup murah dan mengandung nutrisi yangtinggi sama dengan ikan air tawar lainnya. Ikan inimerupakan ikan introduksi atau bukan asli Indonesia(Arthur et al., 2009).Ikan nila diketahui memiliki laju pertumbuhanyang cepat dibandingkan ikan tawar yang lain. Dalamtersebut. Salah satu alternatif untuk mendapatkaninformasi dasar genetik ikan nila merah adalahdengan menggunakan pendekatan genetika molekuler(Nugroho, 2002).Karakterisasi merupakan salah satu tahapankegiatan plasma nutfah yang perlu dilakukan secarabertahap dan sistematis agar dapat dimanfaatkandalam program pemuliaan untuk menghasilkan jenisjenisunggul yang baik dalam tingkat pertumbuhan,menghasilkan daging maupun dalam hal ketahananperkembangannya, para peneliti tidak hanya terhadap hama dan penyakit. Karakterisasi denganmengembangkan ikan nila biasa atau nila lokal yangsudah terbukti memiliki laju pertumbuhan jauh lebihcepat daripada ikan mujair. Berbagai penelitian secaragenetis untuk menemukan jenis ikan nila super tetapmengetahui pola pita protein pada ikan nila, termasukusaha dalam karakterisasi molekuler plasma nutfahikan konsumsi. Usaha ini dapat digunakan untukmengetahui diversitas genetik dan kekerabatan dariberlangsung (Amri, 2003).ikan konsumsi yang dikembangkan. PerbaikanBerbagai upaya untuk mendapatkan nila merahsuper telah banyak dilakukan, misalnya dengan carahibridisasi antara beberapa ras ikan nila dengan warnayang berlainan. Namun sampai saat ini masih belumkualitas benih (keturunan) dapat dilakukan denganpendekatan genetik melalui seleksi induk danperkawinan silang. Benih yang berkualitas dapatdiperoleh melalui pemijahan induk yang berasal daribanyak mendapatkan hasil yang memuaskan. populasi yang memiliki keragaman genetik tinggi danKesulitan yang dihadapi dalam memproduksi ikan tingkat kekerabatannya rendah (Abulias dannila merah yang bagus adalah sampai saat ini belum Bhagawati, 2008).dapat dipastikannya ikan jenis atau ras nila yang dapat Penelitian ini merupakan tahap awaldigunakan sebagai induk dalam menghasilkan ikannila merah super, dikarenakan sampai saat ini belumkarakterisasi tingkat molekuler pada plasma nutfah.Biomarker sekarang telah menjadi pedoman dalamadanya informasi dasar genetik dari ikan nila merah pendugaan lingkungan secara modern, hal iniE 28

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dikarenakan kemampuan prediksinya (Lam dan Wu,2003) seperti pada penelitian tentang karakterisasiprotein miofibril dari ikan kuniran (Upeneusmoluccensis) dan ikan mata besar (Selarcrumenophthalmus) (Subagio dkk., 2008).Penelitian ini bertujuan untuk mengetahuikarakteristik varietas unggulan ikan nila(Oreochromis sp.) di Broodstock Center, SatkerPBIAT Janti, Klaten berdasarkan ciri morfologi danpola pita serta kandungan protein total.BAHAN DAN METODEBahan utama yang digunakan dalam penelitianini adalah fillet (daging) ikan nila jantan dari tigavarietas (Gift, GESIT, dan Merah) hasil pendederan 1ukuran 1-3 dan 3-5. Analisa pola pita proteinmenggunakan gel elektroforesis SDS-PAGEkonsentrasi acrylamide untuk stacking gel 3%,sedangkan gradien gel 10%. Pengecatan dilakukansatu malam menggunakan larutan Coomasie brillianblue yang dilarutkan dalam larutan peluntur cat.Terakhir analisa kandungan protein total berdasarkanmetode Kjeldahl menggunakan ) Destruksi dengankatalisator N, H2SO4 pekat, dan aquadest. Destilasidengan NaOH 45% dan titrasi dengan HCL 0,1 N.Karakter MorfologiBenih diambil untuk diukur panjang total, tinggi,lebar, dan berat tubuh serta nilai NVC. Caramengukur panjang total dilakukan dengan mengukurjarak antara ujung mulut sampai dengan ujung siripekor, mengukur tinggi tubuh dilakukan denganmengukur garis tegak lurus dari dasar perut sampai kepunggung dengan menggunakan mistar kaliper, danmengukur lebar tubuh dengan menempatkan ikansecara horizontal pada jangka sorong. Panjang total,tinggi, dan lebar tubuh dinyatakan dalam satuancentimeter. Cara mengukur berat tubuh denganmenimbang sampel ikan per individu yang dinyatakandalam satuan gram.Pola Pita ProteinAnalisis profil pita protein dikerjakan sesuaimetode Coats et al, (1990), yakni menggunakanteknik elektroforesis SDS-PAGE. Konsentrasiacrylamide untuk stacking gel 3%, sedangkan gradiengel 10%. Elektroforesis dijalankan pada tegangankonstan 85 VA, sampai proses running selesai yaituketika loading dye mendekati batas bawah gel.Pengecatan dilakukan satu malam menggunakanlarutan Coomasie brillian blue yang dilarutkan dalamlarutan peluntur cat. Setelah proses pengecatan selesaidilanjutkan dengan pelunturan cat sampai pola pitaprotein dapat muncul. Hasil elektroforesisdidokumentasi dengan foto digital.Kandungan Protein TotalAnalisis kandungan protein total berdasarkanmetode Kjeldahl. Cara kerja meliputi tiga tahap yaitudestruksi, destilasi, dan titrasi. Destruksi sampelhingga berwarna jernih. didestilasi denganpenambahan NaOH 45% an butir Zn, denganpenampung H3BO3 4% dan tetes indikator campuranvolume 40 ml. Ditrasi dengan HCL 0,1 N hinggaterjadi perubahan warna dari biru-kehijauan-kuning.aDidapat nilai N lalu dikonversikan dalam rumus.Kdar protein dinyatakan dalam satuan %.HASIL DAN PEMBAHASANA. Karakter MorfologiSecara umum, bentuk tubuh ikan nila panjangdan ramping. Matanya besar, menonjol, dan bagiantepinya berwarna putih. Gurat sisi (linea lateralis)terputus di bagian tengah badan kemudian berlanjut,tetapi letaknya lebih ke bawah Seluruh tubuh ditutupisisik ctenoid berduri. Jumlah sisik pada gurat sisijumlahnya rata-rata 34 buah. Dibelakang overkulumterdapat sirip dada (pectoral). Sirip dubur (anal fin),sirip ekor (caudal fin), dan punggung (dorsal fin)mempunyai jari-jari lemah dan keras seperti duri.Sirip dubur terdiri dari 3 jari-jari sirip keras dan 9sampai dengan 11 buah jari-jari sirip lemah. Siripekor terdiri dari 2 jari-jari sirip lemah mengeras dan16 sampai dengan 18 jari-jari sirip lemah. Sirippunggung terdiri dari 17 jari-jari sirip keras dan 13jari-jari sirip lemah. Untuk lebih jelasnya dapt dilihatpada gambar di bawah ini:Gambar 1. Morfologi ikan nila jantanE 29

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gift 1-3 Gift 3-5GESIT 1-3 GESIT 3-5pada kolam A disebabkan karena pada kolam inimengandung banyak phytoplankton ditunjukkandengan warna kolam yang lebih keruh dan hijau.Kecerahan ini berhubungan dengan nilai DO yangtinggi (3,3 mg/Lt) pada kolam A. Dengan banyaknyaphytoplankton, akivitas respirasi pun menjadisemakin meningkat. Secara umum nilai DO kisaran2,8-3,3 mg/Lt pada ketiga kolam dapat dikatakanberada di bawah ambang batas yang ditetapkan yaitu5 mg/Lt, namun karena budidaya nila di Janti sudahterpola dengan baik sehingga dapat menyesuaikandengan kadar DO yang rendah. Ikan nila sendirimempunyai toleransi DO yang luas mulai dari 1mg/Lt sampai di atas 5 mg/lt untuk pertumbuhan yanglebih optimal (Asmawi, 1986).Tabel 1. Parameter kualitas air pada kolam pemeliharaanMerah 1-3 Merah 3-5Gambar 2. Hasil fotografi varietas unggulan ikan nila.Dari corak warna ketiga varietas memiliki variasi.Berdasarkan pengamatan fotografi, nila GESIT dangift hampir sama namun terdapat beberapa perbedaan.Nila GESIT memiliki garis-garis hitam vertikal yangagak memudar pada bagian dorsal dan warna tubuhyang lebih kehijauan. Sedangkan nila gift memilikigaris-garis hitam vertikal yang sangat jelas dantubuhnya berwarna lebih hitam. Warna tubuh giftyang lebih gelap ini disebabkan karena adanyaadaptasi dengan lingkungan kolam pendederan yanglebih keruh dibandingkan dengan kolam yang lain.Balai Penelitian Ikan Air Tawar Bogor (1999) dalampetunjuk teknis budidaya nila gift menjelaskan nilagift mempunyai ciri-ciri utama daging tebal,punggung tinggi dan kokoh, mulut agak lebar, matamenonjol dan garis pada tubuhnya berjumlah lebihdari 8 garis. Nila merah memiliki corak merah mudapada ukuran 1-3 dan semakin terlihat merah padaukuran 3-5. Nila gift memiliki struktur tubuh yangcenderung lebih membulat sementara nila gesit danmerah cenderung lebih memanjang.Pengukuran parameter kualitas air dilakukanpada saat awal masa pemeliharaan umur P1 ukuran 1-3 dan pada saat akan panen umur P1 ukuran 3-5(akhir). Pengukuran dilakukan pada pukul 09.00-10.00. Dari hasil pengamatan keadaan kolam (Tabel2) menunjukkan parameter kualitas lingkungan yanghampir sama.. Perbedaannya terletak pada nilai DO,pH, dan kecerahan. Pada kolam A memiliki nilai DO3 - 3,3 mg/Lt, pH 8 - 8,4, dan kecerahan dari 40 cmmenjadi 30 cm, pada kolam B memiliki nilai DO 2,8– 3, pH 8 - 8,2, dan kecerahan 40 cm, sedangkankolam C memiliki nilai DO 2,9 – 3, pH 7,98 - 8,1, dankecerahan 40 cm. Kecerahan yang menjadi rendahTabel 2. Data pengamatan karakter morfologi benih ikan nila umurP1 ukuran 1-3Karakter morfologi antar 3 varietas dilihat dariparameter tinggi, panjang, lebar, berat, nilai NVC,dan corak warna secara umum menunjukkan variasi.Pada umur P1 ukuran 1-3, nila gift menunjukkantingkat pertumbuhan lebih tinggi. Hasil pengamatanmenunjukkan nila gift rata-rata memiliki tinggi 1,18cm, panjang 3,56 cm, lebar 0,52 cm, berat 0,66 g dannilai NVC 1,47. Kemudian diikuti nila merah rata-ratamemiliki tinggi 1,04 cm, panjang 3,42 cm, lebar 0,43cm, berat 0,526 g dan nilai NVC 1,315. Terakhir nilaGESIT rata-rata memiliki tinggi 0,86 cm, panjang 2,9cm, lebar 0,4 cm, berat 0,3396 g dan nilai NVC 1,39.Pada umur P1 ukuran 3-5, nila gift kembalimenunjukkan tingkat pertumbuhan lebih tinggi. Hasilpengamatan menunjukkan nila gift rata-rata memilikitinggi 2,54 cm, panjang 6,58 cm, lebar 0,96 cm, berat4,83 g dan nilai NVC 1,94. Kemudian nila GESITrata-rata memiliki tinggi 1,92 cm, panjang 5,9 cm,lebar 0,85 cm, berat 3,18 g dan nilai NVC 1,54.Terakhir nila merah rata-rata memiliki tinggi 1,78cm, panjang 5,9 cm, lebar 0,8 cm, berat 2,72 g dannilai NVC 1,324.Untuk lebih jelas dapat dilihat dalamgrafik pada gambar 7 dan 8.E 30

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Andrianto (2005) mengatakan benih nila merahterlihat tumbuh memanjang saat awal-awalperumbuhannya. Dengan kata lain, pertambahanpanjangnya relatif lebih cepat dibandingkan beratnya.Oleh karena itu, pada umur mudanya, nila merahterlihat memanjang. Seiring dengan pertambahanpanjang, benih nila merah juga tumbuh melebar kearah tinggi.Tabel 3. Data pengamatan karakter morfologi benih ikan nila umurP1 ukuran 3-5Nilai sintasan dan bobot biomassa untuk semuastrain selain dipengaruhi oleh kadar salinitas juga olehfaktor lingkungan budidaya, maupun genetik ikan itusendiri. Fenotip pada suatu populasi dipengaruhi oleh2 faktor yaitu faktor genetik dan faktor lingkunganserta interaksi antara keduanya (Tave, 1996).Adapun faktor-faktor yang mempengaruhikecepatan pertambahan berat (Djarijah, 2002) antaralain mulai berfungsinya beberapa kelenjar penghasilenzim pencernaan secara optimal. Dengan demikianefektifitas proses pencernaan akan meningkatkanjumlah (kuantitas) energi yang dihasilkan dan padaumur tersebut terjadi pula peningkatan kemampuantubuh ikan nila untuk menyimpan dalam bentukdaging. Sebaliknya, setelah masa pertumbuhan cepatterlampaui, pertambahan berat nila merah mulaimenurun lagi. Hal ini kemungkinan disebabkan olehenergi yang dihasilkan tidak hanya disimpan sebagaienergi cadangan dalam bentuk daging, tetapi jugadipergunakan untuk perkembangan non fisik sepertidiferensiasi kelamin dan kematangan gonad.Hasil pengamatan parameter kualitas lingkungandan karakter morfologi dapat ditarik suatu hubungan.Kualitas lingkungan khususnya nilai kandunganoksigen terlarut, suhu, dan zat hara memiliki pengaruhterhadap tingkat pertumbuhan. Kecepatanpertumbuhan ikan nila di atas disebabkan oleh adanyafaktor yang mendukung diantaranya kondisilingkungan yang telah dilakukan pengolahan tanahdasar dan pemupukan sehingga perairan menjadi kayaakan unsur-unsur hara yang berfungsi menumbuhkanpakan alami seperti fitoplankton dan zooplankton(Wirabakti, 2007).Kandungan oksigen yang terlarut berpengaruhterhadap kehidupan ikan nila. Jika kandungan oksigenterlarut rendah, nafsu makan ikan akan berkurang.Sebaliknya ikan bergerak aktif dalam lingkungan airyang mengandung oksigen tinggi sehinggametabolisme ikan cukup baik ditambah denganpemberian pakan yang intensif sehingga lajupertumbuhan ikan menjadi lebih optimal (Amri,2005).Siagian (2009), mengatakan faktor-faktor yangmempengaruhi kadar oksigen terlarut dalam airalamiah antara lain (1) pergolakan di permukaan air,E 31

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(2) luasnya daerah permukaan air yang terbuka bagiatmosfer, (3) tekanan atmosfer, dan (4) presentasioksigen di udara sekelilingnya.Menurut Asmawi (1986) bahwa bila jumlahoksigen terlarut perairan hanya 1,5 mg/Lt makakecepatan makan ikan mujair dan nila akan berkurangatau jika kadar oksigen kurang dari 1 mg/Lt ikantersebut akan berhenti makan. Menurut SNI 6149-2009, tentang benih ikan nila hitam (Oreochromisniloticus Bleeker) kelas benih sebar, kandunganoksigen terlarut minimal 5 mg/Lt sudah cukupmendukung kehidupan ikan nila secara normal.Menurut Siagian (2009), ikan nila merah dalamkondisi oksigen terlalu sedikit di bawah normal (1mg/Lt) masih dapat mentolerir untuk bertahan hidup.Suhu yang optimal berpengaruhi terhadapkecepatan makan ikan nila sebab suhu mempengaruhikelarutan oksigen di dalam perairan. Alasan iniseperti dijelaskan oleh Kordi (1992) dalam Andrianto(2005) bahwa proses pencernaan yang dilakukan olehikan berjalan sangat lambat pada suhu yang rendah,sebaliknya lebih cepat pada perairan yang sangathangat. Pengamatan secara langsung membuktikanbahwa ikan nila relatif lebih lahap makan pada pagihari dan sore hari sewaktu suhu air berkisar antara 20-27°C. Untuk budidaya ikan nila di tambak sistemmonosex kultur suhu yang cocok adalah 25-30°C.Kekeruhan suatu perairan merupakan kebalikandari kecerahan air. Penyebab kekeruhan antara lainbeberapa partikel, seperti lumpur, bahan organik, atauplankton. Cahaya matahari yang masuk ke dalam airjuga dipengaruhi oleh kekeruhan air. Kekeruhan yangdisebabkan oleh plankton dianggap baik karena kayaakan makanan alami (Amri, 2003).Secara umum nilai parameter abiotik kualitas airbaik fisik maupun kimia yang terdapat di kolampendederan Broodstok Center Satker BBIAT Janti,masih cukup baik untuk kelangsungan hidup ketigavarietas ikan nila.B. Pola Pita ProteinPola pita protein dianalisis dalam bentukzimogram hasil elektroforesis yang bercorak khas,sehingga dapat digunakan sebagai ciri karakteristiksuatu varietas. Data yang diperoleh dianalisis secarakualitatif yaitu berdasarkan muncul tidaknya pita dantebal tipisnya pita pada gel hasil elektroforesis.Keragaman pola pita dilihat berdasarkan nilai Rf yangterbentuk. Nilai Rf merupakan nilai mobilitas relatifyang diperoleh dari perbandingan jarak migrasiprotein terhadap jarak migrasi loading dye. Untuklebih jelasnya dapat dilihat pada zimogram dibawahini (Gambar 3) :Gambar 3. Zimogram pola pita protein varietas unggulan ikan nilapendederan I ukuran 1-3 dan 3-5Tabel 4. Zimogram pola pita protein varietas unggulan ikan nilaumur PI ukuran 1-3E 32

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tabel 5. Zimogram pola pita protein varietas unggulan ikan nilaumur P1 ukuran 3-5Dari zimogram hasil elektroforesis dapatdiketahui bahwa pola pita protein yang munculsebanyak 12 pita berdasarkan pergerakan relatif (Rf).Dari 12 pita tersebut, 7 pita selalu muncul danditemukan pada semua varietas. Adapun 7 pitatersebut spesifik pada Rf 0,09; 0,23; 0,27; 0,30; 0,45;0,72; dan 0,78. Pita dengan Rf 0,72 dan 0,78 terlihatlebih tebal dari yang lain, yang menunjukkan bahwaberat molekul protein tersebut besar. Dengandemikian 7 pita tersebut dapat dijadikan sebagai cirikhas pola pita protein pada ikan nila. Pola pita proteinyang muncul pada tiap varietas relatif sama namunsecara kuantitatif menunjukkan perbedaan dalam haltebal dan tipis serta jumlah pita. Nila GESIT memilikijumlah pita yang paling banyak dengan 12 pita.Adapun 2 pita tidak terdapat pada varietas lain yaitupada Rf 0,34 dan 0,90. Khusus Rf 0,90 muncul saatpendederan I ukuran 1-3. Hal ini menunjukkanterdapat keragaman genetik yang mencolok darimasing-masing varietas ikan nila.Menurut Yunus (2007) bahwa protein dapatdigunakan sebagai ciri genetik untuk mempelajarikeragaman individu dalam satu populasi. Adatidaknya pita pada jarak migrasi tertentumenunjukkan ada atau tidaknya protein yangtermigrasi dan berhenti pada jarak tersebut selamaproses elektroforesis.Ketebalan pita pada dasarnya bisa dibedakanmenjadi 2, yaitu pita yang tebal dan tipis. Pita yangtebal menunjukkan bahwa kandungan protein tersebutbesar atau konsentrasinya besar sedangkan pita yangtipis menunjukkan bahwa kandungan proteinnyasedikit. Menurut Cahyarini (2004), perbedaan tebaldan tipisnya pita yang terbentuk disebabkan karenaperbedaan jumlah dari molekul-molekul yangtermigrasi, pita tebal merupakan fiksasi dari beberapapita. Pita yang memiliki kekuatan ionik/ muatan lebihbesar akan termigrasi lebih jauh daripada pita yangberkekuatan ionik kecil.Pada pendederan I ukuran 1-3 dan 3-5, ketigavarietas nila menunjukkan adanya keragaman polapita yang muncul. Apabila dibandingkan denganpendederan I ukuran 1-3 (2 minggu pertama), padapendederan I ukuran 3-5 terdapat penambahan dantebal tipis pola pita protein yang terekspresikan, halini terlihat dari penambahan jumlah pola pita proteinpada varietas nila GESIT sebanyak 1 pita.Hasil penelitian (Tabel 5) menunjukkan jumlahpola pita yang lebih banyak pada nila GESITberbanding lurus dengan kandungan proteinnya(Tabel 6). Pada pendederan I ukuran 1-3 jumlah pita11 dan kandungan proteinnya sebesar 16,34%kemudian pada ukuran 3-5 jumlah pita 12 dankandungan proteinnya sebesar 17,51% jauhdibandingkan varietas gift (8 pita) dan merah (7 pita)yang hanya sekitar 13,8% dengan pada ukuran yangsama.Ekspresi penambahan pola pita pada nila GESITdapat terjadi karena varietas ini merupakan produkhasil rekayasa genetika. Teknologi produksi ikan nilagesit merupakan inovasi teknologi perbaikan genetikuntuk menghasilkan keturunan ikan nila yangberkelamin jantan melalui programpengembangbiakan yang menggabungkan teknikfeminisasi dan uji progeni untuk nila jantan yangmemiliki kromosom YY. Ikan nila jantan dengankromosom YY atau ikan nila gesit apabila dikawinkandengan betina normalnya (XX), akan menghasilkanketurunan yang seluruhnya berkelamin jantan XY(genetically male tilapia) (DKP, 2010).Dalam Sutopo (2004), disebutkan bahwa padaproses pertumbuhan dan perkembangan setiap organselama pendederan tergantung dari energi danmolekul komponen tumbuh yang berasal dari jaringanpenyimpan makanan, dimana molekul protein pentinguntuk pembentukan protoplasma, sehingga semakinbertambah usia pertumbuhan maka semakin banyakprotein yang terbentuk, kemudian terekspresikandalam gel elektroforesis.Menurut Rahayu dkk., (2006), molekul enzimatau protein dapat digunakan untuk menunjukkanvariasi baik secara kualitatif maupun kuantitatif.Variasi ini akibat dari peranan gen yang mengarahkanpembentukan protein yang bersangkutan, oleh sebabitu ada variasi dalam setiap proses elektroforesisE 33

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(running). Keragaman pola pita tersebut menunjukkansusunan genetik yang berbeda pula pada tiap varietas.Menurut Suranto dkk., (2000), variasi genetikadalah variasi yang disebabkan oleh mutasi, alirangen, dan rekombinasi. Variasi ini diwariskan karenaterjadi perubahan struktur dan komposisi kimia didalam gen. Variasi genetik merupakan salah satukunci pengelolaan yang optimal terhadap sumberdaya genetik. Ciri morfologi dapat digunakan untukmengkarakterisasi suatu spesies atau individu, namunsifat yang digambarkan hanya dalam proporsi kecildari karakter genetik, oleh karena itu karakterisasivariasi genetik secara molekuler dapat dilakukan daripola pita proteinnya karena mempunyai beberapakelebihan yaitu menghasilkan data yang lebih akuratkarena protein merupakan ekspresi gen akhir, relatifsederhana, serta mempunyai kestabilan karena tidakmudah berubah.C. Kandungan ProteinNilai kandungan nutrisi pada daging ikanbergantung pada sejauh mana ikan tersebut mampumencerna makanan tersebut. Kandungan proteindaging erat kaitannya dengan komposisi pakanterutama kandungan protein yang ada dalam pakanyang diberikan pada ikan, sebab protein merupakanunsur utama yang dibutuhkan oleh ikan untukpertumbuhan.Tabel 6. Hasil analisis kandungan protein varietas unggulan ikannilaGambar 4. Grafik kandungan protein varietas nila unggul umur P1ukuran 1-3 dan 3-5Dari hasil analisa (Gambar 4) pada umur P1ukuran 1-3 nila merah memiliki kadar protein palingtinggi yaitu nila merah sekitar 17,44 %, kemudian nilagift 17 %, dan terakhir nila GESIT 16,34%. Padaumur P1 ukuran 3-5 terjadi perubahan kadar kadarprotein. Nila GESIT memiliki kandungan palingtinggi yaitu sekitar 17,51% dari semula 16,34%,kemudian nila merah sekitar 13,87% dari semula17,44% dan terakhir gift sekitar 13,81% dari semula17%. Pengukuran dilakukan secara duplo atau 2 kalipengulangan.Dari hasil uji Anava diketahui bahwapertambahan umur berpengaruh secara nyata terhadapkandungan protein varietas unggul ikan nila.Kemudian dilanjutkan dengan uji lanjut DMRT taraf5%. Nila GESIT dimungkinkan memiliki kandunganprotein lebih tinggi daripada dua varietas yang lain,karena varietas ini merupakan galur unggul jantanhasil rekayasa genetika yang telah disahkan dandilepas oleh Menteri Kelautan dan PerikananRepublik Indonesia melalui Keputusan MenteriNomor Kep.44/MEN/2006.Pemuliaan ikan nila GESIT diarahkan untukmemproduksi benih ikan nila monosex jantan.Dengan penyediaan benih monosex jantan,diharapkan terjadi peningkatan produktivitas ikansecara nyata. Ikan nila GESIT adalah ikan nila jantandengan kromosom sex YY. Yang dibuat denganmetode rekayasa kromosom sex ikan nila jantannormal (kromosom XY) dan betina (kromosom XX).Pemuliaan memerlukan waktu sekitar 6 tahun diKolam Percobaan IPB Darmaga (2001–2004) dan diBBPBAT Sukabumi (2002–2006) (Solikhah, 2007).Upaya pemuliaan untuk menghasilkan jenis nilaunggul menggunakan pendekatan secara menyeluruhdilakukan di Balai Riset Perikanan Budidaya AirTawar (BRPBAT) Sukabumi melalui program seleksi.Riset diawali dengan karakterisasi jenis populasi(Nugroho dkk., 2002, Widiyati 2003, Arifin dkk.,2007), evaluasi populasi (Gustiano dkk., 2005),dilanjutkan dengan seleksi (Gustiano 2007, Gustianodan Arifin 2008), serta pengujian keragaan danmultilokasi (Widiyati dkk., 2006, Kusdiati dkk., 2008,Winarlin dan Gustiano 2007).Kandungan protein yang berbeda antara umur P1ukuran 1-3 dan 3-5, terkait dengan prosespertumbuhan. Pertumbuhan adalah pertambahanukuran, baik panjang maupun berat. Pertumbuhanberat secara umum dipengaruhi oleh pakan, hal inidikemukakan oleh Philips (1965) dalam Mangalik(1982), bahwa apabila pakan ikan kekurangan energi,maka protein dalam pakan akan diubah menjadienergi, sehingga protein tidak dapat digunakan untukpertumbuhan.Menurut Fujaya (2002), pertumbuhandipengaruhi faktor genetik, hormon, dan lingkungan.Meskipun secara umum, faktor lingkungan yangmemegang peranan sangat penting adalah zat hara dansuhu lingkungan, namun di daerah tropis zat haralebih penting dibanding suhu lingkungan. Zat harameliputi makanan, air, dan oksigen menyediakanbahan mentah bagi pertumbuhan, gen mengaturpengolahan bahan tersebut dan hormon mempercepatpengolahan serta merangsang gen.Berdasar pengamatan dan data penelitian, dapatdisimpulkan ada suatu hubungan antara karaktermorfologi, pola pita protein, dan kandungan proteintotal. Secara umum karakter morfologi menunjukkanvariasi dan lebih jelas terekspresikan pada pola pitaE 34

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8protein yang tampak. Semakin banyak pola pita yangterbentuk semakin banyak pula protein yangterkandung. Karakter morfologi dan proteindipengaruhi oleh faktor lingkungan dan faktor genetikikan atau interaksi keduanya.KESIMPULANTujuh pita spesifik yang terdapat pada Rf 0,09;0,11; 0,23; 0,27; 0,30; 0,45; 0,72; dan 0,78 merupakanciri khas pola pita protein pada ikan nila.Berdasarkan jumlah pola pita dan kandunganprotein, dapat disimpulkan keunggulan ikan nilapendederan I dapat diurutkan sebagai berikut: nilaGESIT; merah; gift. Varietas nila GESIT memilikikeanekaragaman genetik paling tinggi biladibandingkan nila merah dan gift. Hal ini dapat dilihatdari jumlah pola pita yang terekspresikan yaitu 12pita. Pada umur pendederan I ukuran 3-5 (dengan ujiDMRT taraf 5%), kandungan proteinnya pun palingtinggi sekitar 17,51% jauh dibandingkan varietas nilamerah dan gift yang hanya 13,8%. Adanya keragamanfenotip antar varietas dapat disebabkan oleh faktorlingkungan dan faktor genetik atau interaksi antarakeduanya.DAFTAR PUSTAKAAbulias, M. N. dan Bhagawati, D. 2008. AnalisisKekerabatan Filogenetik UdangWindu Berdasarkan Pola Pita Isozim. ProsidingSeminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008Universitas Lampung, 17-18 November 2008.Fakultas Biologi Universitas JenderalSoedirman, Purwokerto.Amri, Khairul dan Khairuman. 2003. Budidaya IkanNila secara Intensif. Penerbit PT. AgromediaPustaka, Jakarta.Andrianto, Tuhna Taufiq. 2005. Pedoman PraktisBudidaya Ikan Nila. Absolut, Yogyakarta.Arifin, O.Z., E. Nugroho, dan R. Gustiano. 2007.Keragaman genetik populasi ikan nila(Oreochromis niloticus) dalam program seleksiberdasarkan RAPD. Berita Biologi. 8:465-471.Ariyanto, D. 2003. Analisis Keragaman Genetik TigaStrain Ikan Nila dan Satu Strain Ikan Mujairberdasarkan Karakter Morfologinya. Zuriat, 14(1): 44 Januari-Juni 2003.Arthur, R., K. Lorenzen, P. Homekingkeo,K.Sidavong, B. Sengvilaikham, and C.Garaway. 2009. Assessing impacts ofintroduced aquaculture species on native fishcommunities: Nile tilapia and major carps inSE Asian freshwaters. Aquaculture 299 : 81–88.Balai Penelitian Perikanan Air Tawar. 1999. PetunjukTeknis Budidaya Nila GIFT. PuslitbangPerikanan Departemen Pertanian, Jakarta.Badan Standardisasi Nasional. 2009. SNI 6141-2009:Produksi benih ikan nila hitam (Oreochromisniloticus Bleeker) kelas benih sebar. JakartaCahyarini, R.D. 2004. Identifikasi KeragamanGenetik beberapa Varietas Lokal Kedelai diJawa berdasarkan Analisis Isozim. Tesis.Program Pasca Sarjana Universitas SebelasMaret, Surakarta.Coats, S.A., L. Wicker. 1990. Protein VariationAmong Fuller Rose Case Population(Cleopatra: Curculionidae). Ann Entomol. 83(6): 1054-1062.Dinas Perikanan. 1991. Petunjuk Teknis PembenihanIkan Nila Merah. Departemen PertanianDirektorat Jenderal Perikanan, Jakarta.Djarijah, A.S. 2002. Budidaya Nla Gift SecaraIntensif. Penerbit Kanisius, Yogyakarta.Fujaya, Y. 2002. Fisiologi ikan. Dasar PengembanganTeknologi Perikanan. Kerjasama Fakultas IlmuKelautan dan Perikanan UNHAS denganDirjen Pendidikan Tinggi, Depdiknas.Republik Indonesia, Jakarta.Gustiano, R., A. Widiyati, dan Y. Suryanti. 2005.Evaluasi pertumbuhan populasi nila(Oreochromis niloticus) di dua lokasipenelitian berbeda. Aquaculture Indonesiana.6:79-84.Gustiano, R. 2007. Perbaikan mutu genetik ikan nila.Kumpulan Makalah Bidang Riset PerikananBudidaya, Simposium Kelautan danPerikanan. Jakarta.Gustiano, R., O.Z. Arifin, A. Widiyati, dan L.Winarlin. 2007. Pertumbuhan jantan dan betina24 famili ikan nila (Oreochromis niloticus)pada umur 6 bulan. Prosiding Lokakaryanasional Pengelolaan dan perlindunganSumber Daya Genetik di Indonesia: 287-291.Jakarta.Kusdiarti, Ani Widiyati, Winarlin, dan RudhyGustiano. 2008. Uji banding pertumbuhanbiomas ikan nila (Oreochromis niloticus)seleksi dan nonseleksi di Waduk dan danau.Proses publikasi Jurnal Ichthyology: 7.Listiyowati, N., Didik A., dan Eni K. 2008. KeragaanPertumbuhan Beberapa Strain Tilapia padaBeberapa Lingkungan Berbeda. JurnalPenelitian Perikanan Indonesia 7: 10-16.Mangalik, A., 1982. Energy Requirement FishNutrition. Fisheries and Allied AquacultureDepartement, Auburn University.Nugroho, E., A. Widiyati, dan T. Kadarini. 2002.Keragaan genetik ikan nila GIFT berdasarkanpolimorfisme mitokondria DNA d-loop. JurnalPenelitian Perikanan Indonesia 8:1-6.Nugroho, E., Husni, A dan F. Sukadi. 2001.WartaPenelitian Perikanan Indonesia. 7 (4).Nugroho, E., dan Maskur. 2002. Benarkah NilaMerah Adalah Hasil Hibrid? (Malacak AsalUsul Nila Merah dengan MenggunakanMolecular Genetic Marker. Warta PenelitianPerikanan Indonesia. 8 (1) : 1.Numberi, F. 2006. Keputusan Menteri Kelautan danPerikanan Republik Indonesia NomorE 35

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Kep.44/Men/2006 tentang Pelepasan VarietasIkan Nila Gesit sebagai Galur Unggul IndukJantan. Jakarta.Rahayu, S., Sunitro, T. Susilowati, dan Soemarno.2006. Analisis Isoenzim untuk MempelajariVariasi Genetik Sapi Bali di Provinsi bali.Hayati.12: 1-5.Siagian, C. 2009. Keanekaragaman danKemelimpahan Ikan serta Keterkaitannyadengan Kualitas Perairan di Danau TobaBalige Sumatra Utara. Tesis. Program PascaSarjana Universitas Sumatra Utara, Medan.Solikhah, A. 2010. NIRWANA dan GESIT, Ikan NilaVarietas Baru. Kabarindonesia, Jakarta.Subagio, A., W. S. Widrati, M. Fauzi, dan Y. Witono.2008. Karakterisasi Protein Miofibril dari IkanKuniran (Upeneus moluccensis) dan Ikan MataBesar (Selar crumenophthalmus). JurnalTeknologi dan Industri Pangan 15 (1) : 70-78.Sucipto, Adi., Hanif, Sofi., Junaidi, Didi., danYuniarti, Tristiana. 2003. BreedingProgram Produksi Ikan Nila Kelamin Jantan di BalaiBudidaya Ikan Tawar (BBAT) Sukabumi.Warta Penelitian Perikanan Indonesia Volume9 Nomor 1 Tahun 2003.Sudarmono. 2006. Pendekatan Konservasi Tumbuhandengan Teknik Molekuler:Elektroforesis. INOVASI 7 (18).Sunantri, M. 2009. Polanharjo menuju Kawasan DesaNila. Harian Suaramerdeka, Jakarta.Suranto, D. Hastuti, dan P. Setyono. 2000. StudiVariasi Morfologi dan Pola Pita Protein padaVarietas Kamboja Jepang (Adeniumobesum).Tesis. Program Studi BiosainsPascasarjana Universitas Sebelas MaretSurakarta.Sutopo, L. 2004. Teknologi Benih. Ed. Revisi. PTRaja Grafindo Persada, Jakarta.Tave, D. 1996 Selective Breeding Programes forMedium Sized Fish farms. FAO FisheriesTechnical Paper No. 35, Rome.Widiyati, A. 2003. Keragaan fenotip dan genotip ikannila (Oreochromis niloticus) dari DanauTempe dan beberapa sentra produksi di JawaBarat. Tesis. Magister Sains, IPB, Bogor. 41hlm.Widiyati, A., R. Gustiano, dan O.Z. Arifin. 2006. Ujipertumbuhan 24 famili generasi pertama ikannila di karamba jarring apung. Sainteks.13:210-216.Widiyanti., Suranto, dan Sugiyarto. 2003. KeragamanPadi (Oryza sativa) Varietas RojoleleBerdasarkan Morfologi Biji dan Pola PitaIsozimnya. Research Unpublished.Wirabakti, M.C. 2007. Laju Pertumbuhan Ikan NilaMerah (Oreochromis niloticus L.) yangDipelihara pada Perairan Rawa dengan SistemKaramba dan Kolam. Journal of TropicalFisheries. 1 (1) : 61-70.Yunus, A. 2007. Studi Morfologi dan Isozim JarakPagar (Jatropa curcas L.) sebagai Bahan BakuEnergi Terbarukan di Jawa Tengah. Enviro9(1) : 73-82. Fakultas Pertanian UniversitasSebelas Maret, Surakarta.E 36

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Potensi Induksi Medan Magnet Eksternal untuk Efektivitas Fotoinaktivasi BakteriPatogenNike Dwi G. D. * , Suryani Dyah Astuti * , Moh. Yasin **Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail : grevika@gmail.comAbstrakPengaruh medan magnet dalam sistem biologis mengakibatkan konversi keadaan energi singlet ke tripletdengan interaksi hyperfine. Dengan menginduksikan kuat medan magnet dalam fotoinaktivasi dapatmempercepat proses intersystem crossing sehingga mampu menghasilkan banyak spesies oksigen reaktif. Untukmengetahui potensi kuat medan magnet dalam fotoinaktivasi dilakukan penyinaran cahaya biru dengan variasikuat medan magnet B

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8METODEPenyinaran Cahaya BiruPenyinaran cahaya biru diberikan oleh 200 LEDbiru 430 nm yang dipasang pada sebuat papan denganluas 20cm×20cm. Dosis penyinaran digunakan 75%dari rapat energi 135 J/cm 2 yang diatur olehmikrokontroler tipe AVR 8535 dan jarak penyinarandiatur 5 cm dari sampel.Perlakuan Medan MagnetPemaparan induksi medan magnet diberikan olehkumparan Helmholtz (diameter dalam 15 cm,diameter luar 19 cm, jumlah lilitan 350) denganpengaturan Power Supply DC (Arus 6 Ampere,voltase 110 Volt dan frekuensi 50/60 Hz). Variasiperlakuan medan magnet diberikan yaitu 0,12 mT;0,15 mT; 0,2 mT; 0,24 mT yang diukur menggunakanTeslameter analog LEYBOLD-HERAUS 530 7S.Kultur Bakteri dan porphyrinBakteri Staphylococcus aureus diperoleh darilaboratorium mikrobiologi Fakultas Sains danTeknologi Unair dalam agar miring. Metode yangdigunakan dalam penghitungan jumlah koloni adalahtotal plate counting (TPC) dengan nilai OD 660nm =0,46 diukur dengan menggunakan spektroferometerdan tahap pengenceran=10 -4 dari koloni bakteri.Media bakteri dalam pengenceran digunakan vortexselama 1 menit.EksperimentalPersiapan set up alat ditunjukkan dalam Gambar1 dan diradiasi sinar-UV agar steril. Penyinaran daninduksi medan magnet dipaparkan dalam sampelbakteri (cair) yang ditempatkan dalam cawan petri(diameter 6 cm) sebagai perlakuan dan sampel bakterilain tanpa dilakukan penyinaran dan medan magnetsebagai kontrol. Penghitungan jumlah koloni bakteridilakukan setelah didiamkan selama 24 jam. Untukmemaksimalkan hasil data, selama perlakuandilakukan di tempat gelap dan dikondisikan pada suhuruang.Gambar 1. Set Up EksperimenAnalsis DataData digambarkan dalam grafik rerata penurunanjumlah koloni bakteri terhadap masing-masingperlakuan kuat medan magnet. Data pengamatandianalisis menggunakan uji independent sample testuntuk mengetahui perbedaan antara koloni kontroldengan koloni masing-masing perlakuan. Standarsignifikansi diatur α=0,05.HASIL DAN PEMBAHASANDari hasil data pengamatan, diperoleh penurunanjumlah koloni selaras dengan bertambahnya kuatmedan magnet (ditunjukkan Gambar 2).Rerata Jumlah koloni504030201000,12 0,15 0,2 0,24medan magnet (mT)Gambar 2. Grafik Penurunan koloni bakteri terhadap variasi kuatmedan magnetBanyaknya penurunan jumlah kolonimenunjukkan besar konsentrasi spesies oksigenreaktif yang dihasilkan. Spesies oksigen reaktif dalamfotosensitasi diperoleh dari proses fotokimia dengandua jalur yaitu jalur I adalah foto-oksidasi antaramolekul dalam sel atau jaringan denganphotosensitizer triplet meghasilkan oksigen radikalsedangkan jalur II adalah interaksi transfer energiphotosensitizer triplet dengan molekul oksigenmenghasilkan oksigen singlet.Tabel 1. Analisis Penurunan jumlah koloniPerbedaan jumlah koloni antara kontrol dengansetiap perlakuan dilakukan analisis statistikindependent sample test menggunakan SPSS. Hasildata analisis terangkum dalam Tabel I. Hasil keluarandata menunjukkan prosentase penurunan untukmasing-masing perlakuan terdistribusi normal danhasil Levene’s test for equality variances (ujihomogenitas) menunjukkan untuk perlakuan 0,12 mT;0,2 mT dan 0,24 mT memiliki signifikasi (p)0,05menunjukkan kelompok varian perlakuan dan kontrolsama besar sehingga keluaran independent sample testditunjukkan oleh Equel variances assumed. Hasilkeluaran independent sample test dari masing-masingE 38

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8perlakuan memiliki signifikan yang sama yaitu(p)=0,000 lebih kecil dari 0,05 sehingga diperolehkesimpulan bahwa terdapat perbedaan bermakna padasetiap perlakuan yang dilakukan.Pada Tabel 1 juga menunjukkan bahwakombinasi penyinaran LED biru dosis energi 75% daninduksi kuat medan magnet menghasilkan prosentasepenurunan jumlah koloni terbesar 80,72% dengansimpangan baku 2,424 pada perlakuan medan magnet0,24 mT. Dari hasil analisis diperoleh kesimpulanbahwa induksi medan magnet dapat berpotensimembantu menurunkan jumlah koloni dalam terapifotoinaktivasi bakteri.Penurunan koloni bakteri yang banyakditunjukkan oleh banyaknya spesies oksigen reaktifyang dihasilkan. Dalam hasil data yang diperoleh,menunjukkan banyaknya penurunan jumlah koloniselaras dengan bertambahnya kuat medan magnet.Pengaruh medan magnet dalam sistem bilogis dankimia mendorong Interaksi hyperfine sehinggamenyebabkan konversi singlet ke triplet melaluipembagian beberapa tingkat energi dari pengurangandan penambahan energi dari medan magnet(Demtroder, 2010). Konversi singlet ke tripletsebenarnya dilarang oleh aturan kaidah seleksi namunakibat pengaruh medan magnet menyebabkan spinorbit coupling meningkat sehingga terjadi pembagianenergi. Interaksi hyperfine relevan terjadi pada kuatmedan magnet minimal 1-10 mT atau lebih besar dariini (Engstrom, 2006). Namun terdapat probabilitasinduksi medan magnet dengan besar < 1mT dapatmengaplikasikan mekanisme spin relaksasi akibatmodulasi anisotropik interaksi hyperfine, modulasiisotropik interaksi hyperfine dan modulasi interaksispin-rotasi (Fedin et al, 2003). Günaydin-Sen et al(2011) melaporkan bahwa pengaruh medan magnetdapat memperkecil celah tingkat energi singlet ketriplet dalam proses fotokimia. Jika celah tingkatenergi singlet–triplet kecil memungkinkan lifetimeintersystem crossing semakin cepat sehingga semakincepat menghasilkan spesies oksigen reaktif.KESIMPULANPemaparan induksi kuat medan magnet dalamfotoinaktivasi telah berpotensi dalam menurunkanjumlah koloni bakteri dengan adanya perbedaan darihasil pada setiap perlakuan. Penelitian ini merupakanlangkah awal dalam mencapai keberhasilan terapifotoinaktivasi. Diperlukan penelitian lanjut sepertioptimasi kombinasi dosis energi cahaya dan kuatmedan magnet serta eksperimental in vivo untukmengetahui pengaruh keduanya dalam sel biologisdan penentuan dosismetri.DAFTAR PUSTAKAAshkenzi H., Malik Z., Harth Y., Nitzan Y., 2003,Eradication of Propionibacterium acnes by itsendogenic porphyrin after illumination withhigh intensity blue light, FEMS Imunol. Med.Micobiol 35 p. 684-688Astuti, Suryani Dyah., 2010. POTENSI LIGHTEMITTING DIODE (LED) BIRU UNTUKFOTOINAKTIVASIBAKTERIStaphylococcus aureus DENGAN PORFIRINENDOGEN. Pascasarjana UniversitasAirlanggaDemtroder, Wolfgang., 2010. Atom, Molecules andPhotons: An Introduction to Atomic-,Molecular- and Quantum Physics, SecondEdition. Springer: New York.Engström Stevan,.2006. Bioengineering andBiophysical Aspects of Electromagnetic FieldsEdited by Frank S . Barnes and BenGreenebaum: Magnetic Field Effect on FreeRadical Reactions in Biology. Taylor &Francis Group.Fedin M.V., Purtov P.A., Bagryansyakaya E.G., 2003.Spin relaxation of radical in low and zeromagnetic field. JOURNAL OF CHEMICALPHYSICS Volume 118. DOI:10.1063/1.1523012 pp192-201Grossweiner, L. I. 2005. The Science of Phototherapy:An Introduction. Springer: USA.Lan Minbo, Zhao Hongli, Yuan Huihui, JiangChengrui, Zuo Shaohua, Jiang Hui., 2007.Absorption and EPR spektra of somephorphyrin and methalloporphyrin. Doi:10.1016/j.dyepig.2006.02.018, pp.357-362Nitzan Y., Divon M.S., Shporen E., Malik Z., 2004,ALA Induced Photodynamic Effect on GramPositive and Negative bacteria, JournalPhotochem.&Photobiol., vol 3, pp. 430-435Papageorgiu, P. et al. 1999. Phototherapy with Blue(415nm) and Red (660nm) Light in TheTreatment of Acne Vulgaris, British Journal ofDermatology: 2000.Günaydin-Sen Ö., Fosso-Tande J., Chen P., White J.L., Allen T.L., Cherian J., Tokumoto T., LahtiP.M., McGill S., Harrison R.J., Musfeldti J.L.,2011. Manipulating equilibrium Singlet-Tripletin Organic Biradical material.E 39

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Rancang Bangun Alat Pengukur Kadar Gula Darah Menggunakan Metode OptikUntuk Penderita DiabetesNinik Irawati 1 , Delima Ayu Saraswati 1 dan Moh. Yasin 21 Prodi Teknobiomedik, Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga,Surabaya 601152 Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga, Surabaya 60115Email: ninixchermie@gmail.comABSTRAKTelah dilakukan penelitian pengukuran kadar glukosa dalam darah menggunakan serat optik bundel sebagaikomponen sensor. Pengukuran didasarkan atas metode optik dengan memanfaatkan sifat serapan glukosa darahterhadap radiasi cahaya laser dengan panjang gelombang 1,9 µm. Pengukuran dilakukan dengan menempatkansampel di dalam kuvet dan melewatkan cahaya laser 1,9 µm, kemudian ditransmisikan kedalam serat optikbundel dan selanjutnya diterima oleh detektor optik (power-meter). Hasil pengukuran menunjukkan bahwametode optik dapat digunakan untuk deteksi glukosa dalam darah dengan hubungan linear antara hasilpengukuran berbasis metode optik dan kalibrator dengan persamaan korelasi linear yang mempunyai slopesebesar 0,0003mW/(mg/dl) dan linearitas lebih dari 94%. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa metodeoptik dengan menggunakan serat optik dapat dijadikan metode alternatif dalam mengukur kadar glukosa dalamdarah secara non-kontak.Kata kunci : Metode optik, Serat optik, laser 1,9 µm dan kadar glukosa darah.PENDAHULUANPemantauan kadar glukosa darah penderitadiabetes mellitus (diabetesi) secara teratur merupakanbagian yang penting dari pengendalian diabetesmellitus. Pemantauan kadar glukosa darah ini pentingkarena membantu menentukan penanganan medisyang tepat sehingga mengurangi resiko komplikasiyang berat termasuk kebutaan, gagal ginjal, gagaljantung, gangguan kardiovaskuler, gangren danamputasi pada keadaan berikutnya sehingga dapatmeningkatkan kualitas hidup penderita diabetes(Davidson,1991).Dari metode non-optik yang telah digunakanmembuat penderita diabetes mellitus enggan untukmemeriksakan dan mengontrol kadar glukosa secararutin. Banyak kasus diabetes mellitus yangdisebabkan karena deteksi yang terlambat. Penyakitdiabetes mellitus tidak bisa disembuhkan, sehinggatindakan pencegahan sangat penting dilakukan(Suharyanto,2009). Untuk itu dalam penelitian skripsiini akan dilakukan penelitian untuk merancang suatualat untuk mengukur kadar glukosa darah denganmetode optik.Sumber cahaya yang digunakan pada penelitianini adalah sumber cahaya laser dengan panjanggelombang1,9 µm. Sumber cahaya laser 1,9 µmmemiliki pancaran sinar stabil dan berada padadaerah sinar infa merah dekat yang merupakanpanjang gelombang serapan sampel glukosa darah.Serat optik adalah media transmisi gelombangcahaya yang terbuat dari bahan silika atau plastikberbentuk silinder (Crisp, 2008). Serat optik terdiridari core yang dikelilingi oleh bagian yang disebutcladding. Serat optik telah menjadi perhatian karenakeunggulan yang dimilikinya seperti memilikisensitifitas yang tinggi, tahan terhadap induksi listrik,dan biaya rendah (Rahman et al, 2011). Serat optiksaat ini banyak digunakan dan dikembangkan sebagaisensor misalnya sebagai sensor besaran fisistemperatur (Cai, 2010), sensor pergeseran (Yasin ,2009) dan masih banyak lagi aplikasi serat optikdigunakan sebagai sensor. Serat optik digunakansebagai sensor karena memiliki keunggulan yaitutidak kontak dengan obyek yang digunakan.Serat optik telah banyak dikembangkan dandigunakan sebagai pemecahan masalah deteksi danpemantauan kadar gula darah serta mengatasiketerbatasan teknik yang telah dilakukan sebelumnya(Davies et al, 2006). Pemanfaatan serat optiksebelumnya juga pernah digunakan dalam penelitianpengukuran kadar glukosa murni (Binu et al, 2008).Pengukuran kadar glukosa dengan sinar infra merahdekat dengan berbagai kalibrasi (Heise dalam tuchin,2009) dan juga pengukuran kadar glukosa darahsecara in-vivo (Ozaki, dalam Tuchin, 2009).Penggunaan serat optik dalam pengukuranglukosa darah sangat dimungkinkan. Pada penelitianini diharapkan dapat menghasilkan suatu informasiyang nantinya dapat digunakan sebagai referensidalam proses monitoring permasalahan penyakitdiabetes mellitus yang aman dan tanpa rasa sakit,serta tanpa merusak jaringan sehat yang ada padakulit.E 40METODE PENELITIANPembuatan sampel dan set-up alat dilakukan diPhotonics Research Center Fizik Department,Universiti Malaya, Kuala Lumpur Malaysia.Sedangkan untuk persiapan bahan dan analisa hasilyang diperoleh dilakukan di Laboratorium Optik danAplikasi Laser Departemen Fisika, Fakultas Sains danTeknologi, Universitas Airlangga, Surabaya. Sensor

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8yang digunakan untuk pengukuran kadar glukosadarah dibuat dari bahan serat optik GOF bundledengan 1000 sebagai penerima. Bentuk dari sensortersebut diperlihatkan pada Gambar.1.0,44 mW. Daya keluaran dari laser menurun menjadi0,37 mW setelah dihalangi oleh kuvet kosong tanpasampel darah.Tabel 1. Data dari sensor serat optik untuk mendeteksi kadarglukosa darah pada sampel darah segar dengan sumber cahaya 1,9µmGambar 1. Bentuk sensor serat optik GOF bundle dengan 1000sebagai penerimaAdapun set up alat penelitian diperlihatkan padaGambar 2. Mekanisme kinerja alat adalah sebagaiberikut : Berkas cahaya yang keluar dari laser denganpanjang gelombang 1.9 µm ditransmisikan padasampel melalui serat optik, kemudian sampel akanmengabsorbsi sebagian cahaya yang ditransmisikandan sebagian yang lain diteruskan menuju kedetektordengan serat optik bundle. Detektor pada alat iniberfungsi sebagai pendeteksi intensitas cahaya.Intensitas cahaya yang diterima oleh detektorkemudian diubah menjadi daya dan dibaca oleh powermeter. Sebagai acuan pengukuran adalah denganmenempatkan kuvet yang kosong(tidak berisi sampel)dan melewatkan seberkas cahaya pada kuvet.Data hasil penelitian untuk sampel plasma darahdiperlihatkan pada Tabel 2. Hasil daya keluaranlangsung dari sumber cahaya sebesar 0,7 mW dandaya keluaran dari laser setelah dihalangi oleh kuvetkosong tanpa sampel darah sebesar 0,09 mW.Tabel 2. Data dari sensor serat optik untuk mendeteksi kadarglukosa darah pada sampel plasma darah dengan sumber cahaya 1,9µmLaser λ = 1.9 µmGOF – ProbeBundleGambar 2. Set Up alatHasil yang didapatkan adalah tidak adanyaserapan radiasi cahaya yang besar denganmenggunakan kuvet kosong. Pada saat kuvet diisikansampel darah maka akan terjadi perubahan nilaitegangan yang besar. Perubahan nilai teganganmenunjukkan bahwa terjadi absorbsi radiasi cahayapada sampel.HASIL DAN PEMBAHASANSampelPower MeterHasil eksperimen yang telah dilakukan tentangpengukuran kadar glukosa darah diperoleh databerupa hubungan daya keluaran power meter (mW)terhadap kadar glukosa darah. Sampel yangdigunakan terdapat 4 data variasi kadar glukosadarah. Data hasil penelitian untuk sampel darah segardiperlihatkan pada tabel 4.1. Adapun daya keluaranlangsung dari sumber cahaya laser 1,9 µm sebesarE 41Sumber cahaya laser dengan panjang gelombang1,9 µm memiliki karakteristik keluaran cahaya yangstabil, dapat digunakan dengan sensor serat optikuntuk analisa non-kontak, mudah digunakan untukmenganalisa berbagai macam sampel cairan. Stabilitaskeluaran laser pada panjang gelombang 1,9µm dapatdilihat pada gambar 3.0-10-20-30-40-50-60-701900 1901 1902 1903Gambar 3. Stabilitas keluaran laser pada panjang gelombang 1,9µmPada penelitian ini sampel yang digunakan adalahdarah yang berasal dari manusia pada 4 orang yangberbeda. Pengambilan sampel dilakukan oleh seorang

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dokter bertempat di fakultas kedokteran universitasMalaya. Gambar 4.2 memperlihatkan carapengambilan sampel darah yang digunakan. Sampelpertama yang digunakan dalam penelitian adalahsampel darah segar. Sebelum dilakukan penyimpanandi dalam tabung, terlebih dahulu dilakukan pemberianserbuk Na-EDTA kedalam tabung. Fungsi Na-EDTAdigunakan agar sampel yang disimpan tidakmenggumpal karena berfungsi sebagai anti koagulanpada darah. Pengambilan sampel dilakukan setelahmelakukan puasa makan selama 2,5 jam.Gambar 4. Proses pengambilan sampel darahSampel kedua yang digunakan dalam penelitianadalah plasma darah. Setiap sampel plasma darahdilakukan pengenceran sebanyak 4 kali. Perbandinganantara konsentrasi dan volume pada tiap sampelberbeda-beda. Jumlah konsentrasi setiap sampelplasma sebagai berikut :1. Plasma : plasma murni yang diambil dari darah2. Sampel A : perbedaan antara konsentrasi danvolume (1/10). 150 µl plasma ditambah 1350 µllarutan PBS.3. Sampel B : perbedaan antara konsentrasi danvolume (1/100). 150 µl sampel A ditambah 1350µl larutan PBS.4. Sampel C : perbedaan antara konsentrasi danvolume (1/1000). 150 µl sampel B ditambah 1350µl larutan PBS.Kandungan kadar glukosa dalam darahberpengaruh pada sistem sirkulasi dalam tubuhmanusia. Kadar glukosa tinggi akan meningkatkankekentalan darah dan penurunan kecepatan alirandarah. Sehingga kadar glukosa rendah akan lebihencer dibanding dengan kadar glukosa tinggi dan akanberpengaruh pada absorbsi dari sumber cahaya.Bagian sinar cahaya yang diserap akan tergantungpada berapa banyak molekul yang berinteraksi dengansinar.Pada kadar glukosa tinggi yang lebih kental akandiperoleh absorbsi yang sangat tinggi karena banyakmolekul yang berinteraksi dengan sinar seperti yangditunjukkan pada Tabel 1. data nomor 3 dan 4sehingga intensitas cahaya yang ditransmisikansedikit. Adapun untuk kadar glukosa rendah yanglebih encer, absorbsinya sangat rendah karenamolekul yang berinteraksi dengan sinar sangat sedikitseperti pada data nomor 1 dan 2 sehingga cahaya yangditransmisikan lebih besar. Hukum Lambert-Beermenyatakan bahwa nilai absorbsi berbanding lurusE 42dengan konsentrasi. Radiasi cahaya datang yangditransmisikan ke tempat sampel dapat disebutsebagai I0 dan intensitas radiasi cahaya setelahmelewati sampel dapat disebut sebagai I. Nilaiintensitas cahaya yang ditransmisikan tersebut akandiubah oleh detektor menjadi daya yang nilainyaditunjukkan pada power meter. Bentuk tempat sampeljuga perlu diperhatikan. Semakin panjang tempatsampel maka sinar akan lebih banyak diserap karenasinar berinteraksi dengan lebih banyak molekul dansebaliknya, semakin pendek tempat sampel makasinar yang diserap juga lebih sedikit. Konsentrasi danpanjang sampel (sampel dalam tempatnya) sangatmenjadi pertimbangan dalam hukum Lambert-Beer.Nilai yang disajikan pada Tabel 1 dan Tabel 2merupakan nilai rerata dari hasil sepuluh kalipengukuran untuk masing-masing sampel. Kuvetyang digunakan sebagai tempat sampel darah hanyadigunakan sekali untuk satu sampel agar data yangdiperoleh baik. Grafik pada Gambar 5. menunjukkanbahwa semakin tinggi nilai kadar glukosa darah makanilai yang ditunjukkan oleh sensor semakin kecil.Daya Keluaran (mW)0,040,040,030,030,020,020,010,01y = -0.00034x + 0.08340R² = 0.889380,00120 140 160 180 200Konsentrasi kadar glukosa darahmenggunakan glukometer (mg/dl).Gambar 5. Grafik Hubungan Daya keluaran (mW) dengan KadarGlukosa Darah(mg/dl)Hasil uji linearitas menggunakan Microsoft Exceldiperoleh persamaan regresi linier yang dihasilkanadalah Y= 0.00034x + 0.08340. Persamaan tersebutdapat digunakan untuk mengukur kadar glukosa darahpada alat yang dibuat, sehingga besarnya kadarglukosa darah dapat dihitung dengan persamaan :0,00034Kadar glukosa darah = Daya + 0,08340.Berdasarkan data dari Tabel 2. dapat dibuat grafikseperti pada Gambar 6. Hasil uji linieritas yangdiperoleh dari fitting linier menggunakan MS.Exceldiperoleh persamaan regresi linier yang dihasilkanpada sampel plasma asli adalah Y =0.00059x +0.13822. Sementara itu pada sampel A diperolehpersamaan regresi liniernya Y = 0.00043x + 0.12821.Persamaan regresi linier yang diperoleh dari sampel Badalah Y = 0.00063x + 0.17579. Sedangkanpersamaan regresi linier yang diperoleh dari serum Cadalah Y= 0.00060x + 0.17855. Sama halnya pada

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sampel pertama, persamaan regresi yang diperolehdari sampel plasma asli dapat digunakan untukmengukur kadar gula darah pada alat ini. Besarnyakadar gula darah dapat dihitung dengan persamaan :0.00059Kadar glukosa darah = Daya + 0.13822Daya keluaran(mW)0,100,080,060,040,02y = -0.00063x + 0.17579R² = 0.99538Gambar 6. Grafik Hubungan Daya keluaran (mW) dengan KadarGlukosa Darah(mg/dl) Pada Sampel Plasma Pada EmpatKonsentrasi Berbeda.Dalam penelitian ini nilai batas ukur yang yangdapat diukur oleh sensor adalah nilai kadar glukosaterkecil dari sampel yang ada yaitu 143mg/dLPersamaan regresi dikatakan baik jika nilai koefisienkorelasi (R2) mendekati 1. Pada Gambar 5. danGambar 6. nilai R2 diperoleh 0,889 untuk darah segardan 0,859 untuk serum darah asli. Berdasarkan nilaitersebut, maka hubungan daya keluaran poermeterdan konsentrasi glukosa darah dapat dikatakanmemiliki hubungan yang sangat erat, karena nilaikedua R2 tersebut mendekati 1.KESIMPULANy = -0.00043x + 0.12821R² = 0.96830y = -0.00059x + 0.13822R² = 0.85920Serum (pure)y = -0.00060x + 0.17855R² = 0.97190serum A (1/10)0,00120 140 160 180 200Konsentrasi kadar glukosa darahmenggunakan glukometer (mg/dl)Dari penelitian ini diperoleh persamaan korelasilinear yang mempunyai slope sebesar0,0003mW/(mg/dl) dan linearitas lebih dari 94% darimetode optik yang digunakan untuk mendeteksi kadarglukosa darah. Hasil pengukuran menunjukkansemakin tinggi kadar glukosa darah maka nilai powermeter yang dihasilkan semakin rendah dan semakinrendah kadar glukosa darah maka nilai pembacaanpower meter semakin tinggi. Dari hasil yangdiperoleh maka metode optik dengan menggunakanserat optik dapat dijadikan metode alternatif dalammengukur kadar glukosa dalam darah secara nonkontak.DAFTAR PUSTAKACrisp, Jhon dan Elliot, Barry.(2008). Serat Optik:Sebuah Pengantar, Alih Bahasa: Soni Astranto,S.Si, Penerbit Erlangga, Jakarta.Davidson, M,B. (1991). Diabetes Mellitus- Diagnosisand Treatment, 3rd Edition. ChurchillLivingstone, New YorkDavies, N and Shaw, DD. (2006). New Light UponNon-Invasive Blood Glucose Monitoring.Photonic Therapeutics and Diagnostics II ,Volume 6078, SPIEH. A. Rahman, S. W. Harun, M. Yasin, H. Ahmad.(2011). Fiber Optic Salinity Sensor UsingFiber Optic Displacement Mesurement withFlat And Concave Mirror. Journal Of SelectedTopics In Quantum ElectronicsH.M.Heise, Peter L, R.Marbach. Near –InfraredReflection Spectroscopy for non-invasiveMonitoring of Glucose Established and NovelStrategies for Multivariate Calibration. DalamTuchin V. Valery .(2009). Handbook ofOptical Sensing of Glucose in BiologicalFluids and Tissues. Saratov State Universityand Institute of Precise Mechanics and Controlof RAS Russia. pp: 115-156M. Yasin, S. W. Harun, Kusminarto, Karyono,Warsono, A.H. Zaidan and H. Ahmad.( 2009).Study Of Bundled Fiber Based Displacementsensor Using Theoretical Model And FittingFunction Approaches. Journal OfOptoelectronics And Advanced Materials, Vol.11, Issue: 3, pp. 302-307.Ozaki,Y. Shinzawa, H. Maruo.K, Yi Ping Du,Kasemsumran.S. In Vivo NondestructiveMeasurement of Blood Glucose by NearInfrared Diffuse Reflectance SpectroscopyDalam Tuchin V. Valery .(2009). Handbook ofOptical Sensing of Glucose in BiologicalFluids and Tissues. Saratov State Universityand Institute of Precise Mechanics and Controlof RAS Russia. pp: 235-266P.Cai, D. Zhen, X. Xu, Y. Liu, N. Chen, G. Wei andC.Sui. (2010). A Novel Fiber-OpticTemperature Sensor Based On HighTemperature-Dependent Optical Properties ofZnO film On Shappire Fiber Ending. MaterialsScience and Engineering:B, Vol. 171, Issues:1-3, pp. 116 – 119.S. Binu, V. P. Mahadevan pillai, V. Pradeepkumar, B.B. Padhy, C. S. Joseph, N. Chandrasekaran.2008. Fiber Optic Glucose Sensor. Journal OfMaterial Science and Engineering pp. 183-186Suharyanto, M.Hendy.(2009). Pemicu Diabetes, PolaHidup Tidak Sehat. Kabar Sehat Jakarta.E 43

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Analisis Efek Akupuntur Pada Sinyal EEG Berbasis SpectrogramRobinsar ParlindunganJurusan Teknik ElektroPoliteknik Negeri BandungBandung-Jawa Barat, Indonesiarobinsar.p@gmail.comAbstrakAkupuntur, awalnya dikenal sebagai pengobatan tradisional China, telah menjadi salah satu pengobatantradisional populer di Indonesia. Sebagian besar pasien terapi akupuntur menyatakan pengaruh pada kondisifisiknya, tetapi penjelasan ilmiah masih banyak yang belum terungkap. Penelitian ini mengkuantifikasi efekakupuntur pada sinyal electroencephalogram (EEG) dari 3 naracoba, dengan titik pengukuran bagianhemisphere kiri (P3) dan kanan (P4). Titik akupuntur yang digunakan adalah 7 titik yang dikenal sebagai 2-3-2,yang berfungsi menetralkan disfungsi tubuh manusia. Titik tersebut adalah 2 titik Tien Ie kiri dan kanan, 3 titikTien Su kiri dan kanan dan Kuan Yu pada perut, dan 2 titik Tsu San Lie kiri dan kanan. Sinyal EEGdikuantifikasi menggunakan transformasi spectrogram untuk mengamati perubahan spektral daya dalamdomain waktu dan frekuensi pada gelombang otak, yaitu delta, theta, alpha dan beta. Hasil penelitianmenunjukan bahwa peningkatan spektral daya sesaat jarum akupuntur dimasukan pada tubuh. Setelah ituspektral daya cenderung menurun, dan selama proses akupuntur seluruh naracoba mengalami efek relaksasiyang ditandai dengan dominannya pita frekuensi gelombang alpha dan beta. Selain itu rata-rata spektral dayaP3 dan P4 menunjukan keseimbangan selama dan setelah akupuntur.Kata kunci-akupuntur; EEG; spectrogram; spektral daya; hemisphereAbstractAcupuncture, originally known as traditional Chinese medicine, has became one of the popular traditionalmedication in Indonesia. Most of the patients expressed therapeutic effect of acupuncture on physical condition,but there are many scientific explanation that have not been revealed. This study quantifies the effects ofacupuncture on the signal of electroencephalogram of 3 volunteer, with measurement point of the lefthemisphere(P3) and right (P4). The needles of acupuncture was placed on 7 acupoint, known as 2-3-2technique, which serve to neutralize the dysfunction of the human body. Its points are 2 points of the left andright Tien Ie, 3 points of the left and right Tien Su and Kuan Yu in the stomach, and 2 points of the left and rightTsu San Lie. EEG signal was quantify using spectrogram transform to observe the changing of the powerspectral in the time and frequency domain from the brain-wave : delta, theta, alpha and beta. The result ofinvestigation showed that increasing of power spectral immediately after the acupuncture needle was insertinginto the body. After that, power spectral tends to decrease and during stimulation acupuncture all of thevolunteer have a relaxation effect that was indicated dominantly band of frequency alpha and beta. In addition,the mean of the power spectral from the measured point P3 and P4 tends to reach of balancing during and afteracupuncture.Keywords-Acupunctur; EEG; Spectrogram; Power Spectral; HemispherePENDAHULUANPengobatan alternatif atau tradisional telah lamadikenal masyarakat Indonesia seperti pijat refleksi,jamu, aroma terapi dan akupuntur. Untukmeningkatkan peran pengobatan tradisional makaWHO sebagai badan PBB untuk bidang kesehatantelah mempublikasikan beberapa tujuan strategis yangtertuang pada WHO Traditional Medicine Strategic2002-2005 [1]. Salah satu tujuan strategis tersebutadalah menyatukan dan mengimplemetasikan aspekaspekyang relevan dari pengobatan tradisionalmenjadi sistem kesehatan masyarakat atau dikenalsebagai pengobatan modern. Ide tersebut yangmenjadi perhatian dalam penelitian ini, khususnyauntuk mengintegrasikan akupuntur sebagaiE 44pengobatan modern yang dapat terukur secara empirikdan diterima secara ilmiah [2,3].Akupuntur merupakan terapi fisik dengan caramenusukan jarum ke titik-titik tertentu pada tubuhmanusia. Titik-titik tersebut dipercaya berkaitandengan sistem saraf manusia yaitu saraf pusat dansaraf peripheral. Hipotesa awal bahwa pada sarafpusat, luka tusukan dapat mengaktifkan sistemimunitas tubuh. Sedangkan pada saraf peripheral, lukatusukan memicu (trigger) reaksi fisiologi tubuhdisekitar tusukan dalam meningkatkan sensitifitastubuh dan memperbaiki jaringan yang rusak.Otak merupakan organ vital manusia yangberfungsi mengendalikan seluruh aktifitas tubuh,karena itu banyak penelitian berusaha mengungkapkeberadaan organ ini. Salah satu cara dengan

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8mengukur potensial atau aktifitas listrik yangdihasilkan otak dengan meletakan sejumlah elektrodasebagai sensor pada permukaan kepala (scalp).Tujuan penelitian ini adalah menginvestigasi sinyalEEG akibat stimulasi akupuntur. Kuantifikasi sinyalEEG bertujuan untuk mengamati perubahan spektraldaya akibat stimulasi akupuntur. Karena durasiakupuntur lama, umumnya dalam puluhan menitsampai lebih dari satu jam, maka perubahan yangterjadi pada sinyal EEG harus dianalisis dalamdomain waktu dan frekuensi dengan menggunakanmetoda spectrogram. Dengan metoda ini, analisisfrekuensi dilakukan untuk menentukan spektral dayapada gelombang otak : delta (0,5 – 3 Hz), theta (4 – 7Hz), alpha (8 – 13 Hz), beta (14 – 30 Hz). Analisiswaktu dilakukan untuk mengamati kecenderunganperubahan gelombang otak selama waktu akupuntur.Disamping itu, dengan hasil spektral daya padaanalisis frekuensi digunakan untuk melihatkesimetrisan hemisphere kiri dan kanan.Terapi AkupunturAkupuntur merupakan teknik pengobatan denganmemasukan jarum kedalam tubuh sebagai alat terapikesehatan. Terapi ini diperkirakan berasal dari China,dengan ditemukan batu sebagai alat tusukan yangberusia 3000 tahun SM oleh arkeolog yang dikenaldengan istilah bian shi, dan menjadi bagian daripengobatan tradisional China [2,3,4,8]. Istilahakupuntur berasal dari bahasa Latin, yaitu acus yangberarti jarum dan pungere yang berarti tusukan.Akupuntur memiliki titik tertentu (dikenalsebagai acupoint) yang digunakan untuk memasukanjarum ke tubuh. Titik-titik ini dipercaya sebagaigerbang untuk mempengaruhi, meningkatkan ataumenurunkan dan memperbaiki ketidakseimbanganpada tubuh. Stimulasi pada titik acupoint dipercayamempengaruhi sistem kekebalan tubuh dan sirkulasitekanan darah, ritme jantung dan sekresi asamlambung. Akupuntur juga diduga dapat membantumengendalikan stress dan menyembuhkan lukadengan merangsang lepasnya bermacam hormon.Akupuntur mempengaruhi tubuh denganmenggunakan kemampuan tubuh untukmenyembuhkan (self-healing). Jadi, keefektifanakupuntur berbeda-beda bergantung pada kemampuanself-healing masing-masing pasien [3,4].Titik AkupunturTitik akupuntur terhubung dengan kulit dan sarafsarafotot. Titik akupuntur tersebut sering disebut titikpicu (trigger point), karena dapat memicuketidaknyamanan fisik karena reaksi sensivitas neuronpada titik tersebut. Tiap-tiap orang berbeda reaksinya.Keefektifan akupuntur bergantung padapemilihan titik-titik akupuntur. Hal ini berkorelasilangsung dengan sistem saraf peripheral. Akupunturtidak berpengaruh pada saraf sensorik yangmengalami pembiusan lokal, luka, sentuhan objekyang dingin (contoh es). Telah terbukti bahwa sarafsensorik merupakan komponen anatomi yang vitaluntuk titik akupuntur [4].Akupuntur 2-3-2Terdapat banyak jenis akupuntur yangberkembang di Indonesia. Salah satunya adalahakupuntur 2-3-2 yang merupakan jenis akupunturpaling sederhana. Akupuntur ini direduksi dariakupuntur China yang memiliki titik-titik yangkompleks dan rumit.Akupuntur 2-3-2 memiliki 7 titik utama yangberfungsi untuk menetralkan disfungsi organ padatubuh. Titik-titik tersebut adalah 2 titik Tien Ie kiridan kanan, 3 titik Tien Su kiri dan kanan dan titikKuan Yu pada perut, dan 2 titik Tsu San Lie kiri dankanan [1]. Fungsi masing-masing titik adalah sebagaiberikut :Titik Tien Ie (leher), merupakan titik-titik yangmempengaruhi ke sistem 12 saraf pusat kranial.Titik Tien Su dan Kuan Yu (perut), merupakantitik-titik sistem homeostatis utama yangmengaktifkan sistem kekebalan tubuh melaluipeningkatan konduktivitas saraf.Titik Tsu San Lie (kaki), merupakan titik-titikyang sangat efektif menuju saraf premix dan organberbentuk diafragma.Figure 1. Titik-titik akupuntur 2-3-2Ilustrasi titik-titik akupuntur 2-3-2 ditunjukanpada figure 1. Titik-titik akupuntur ini jika diperlukandapat ditambah bergantung pada penyakit yang ingindisembuhkan dan saraf-saraf yang berhubungandengan penyakit tersebut. Jarum akupuntur dimasukanmelalui kulit dengan kedalaman tertentu, sehinggauntuk dapat mencapai saraf sehingga netralisasidisfungsi organ dapat dilakukan dibutuhkan waktuterapi kira-kira 60 menit atau 1 jam.Mekanisme Akupuntur dan Sistem SarafAkupuntur merupakan terapi fisiologi yangmenstimulasi otak dan saraf peripheral. Tusukanjarum bertujuan membangun sistem mekanismehomeostasis dan menciptakan self-healing(penyembuhan sendiri oleh tubuh). Homeostasismerupakan suatu konsep yang mengacu pada suatuE 45

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8kondisi tubuh dalam mempertahankan kondisi fisikdan kimia yang relatif konstan dalam lingkunganinternal. Sistem saraf yang mempengaruhi terbagidua, yaitu sistem saraf pusat dan saraf peripheral.Pada saraf pusat, luka tusukan akan merangsangotak untuk mengaktifkan sistem kekebalan tubuhseperti endokrin, sirkulasi darah, sistem imunitas dannormalisasi aktivitas fisiologi tubuh. Sedangkan padasaraf peripheral, luka tusukan akan memicu reaksifisiologi tubuh di sekitar daerah tusukan untukmeningkatkan kembali sensitivitas tubuh danmemperbaiki jaringan tubuh yang rusak.Sinyal EegElectroencephalograph (EEG) merupakan salahsatu instrumen medik yang digunakan untukmendeteksi atau merekam sinyal elektrik dari otakdengan cara meletakan sejumlah elektroda padabagian tertentu. Sinyal elektrik ini dihasilkan darireaksi electrochemical pada sel saraf [5,6].A. Gelombang OtakSinyal EEG direkam dalam rentang periodatertentu dengan mengkonversi sinyal analog padaelektroda menjadi sinyal digital.Tabel 1. Tipe-tipe gelombang otakFigure2. Standar internasional peletakan elektroda 10-20Dengan menggunakan sistem ini, terdapat 19elektroda yang ditempatkan untuk mengukurgelombang otak. Huruf pertama menunjukan tempatpada bagian mana dari otak elektroda akanditempatkan, contohnya F berarti Frontal, C berartiCentral, P berarti Parietal, dan O berarti Occipital,sedangkan Fp berarti Prefrontal. Angka setelah hurufpertama menyatakan urutan elektroda yang terbagiatas ganjil (hemisphere kiri) dan genap (hemispherekanan), sedangkan elektroda sepanjang garis tengahtidak diberi nomor tetapi notasi huruf z (contoh Fz, Pzdan Cz). Pada penelitian ini, fokus titik pengukuranpada bagian Frontal yang lebih sensitif terhadapsentuhan dan stimulasi tekanan seperti akupuntur,yakni F3 dan F4.METODAKarena itu, kondisi pasien dapat di evaluasi melaluipengamatan amplitudo spektral daya dalam rentangfrekuensi tertentu yang disebut dengan gelombangotak. Gelombang otak umumnya terbagi menjadi :delta, theta, alpha, beta, dan gamma. Masing-masinggelombang otak ini menyatakan kondisi subyekseperti terlihat pada Tabel 1.B. Penempatan ElektrodaPenempatan elektroda merupakan faktor yangturut menentukan keberhasilan perekaman sinyalEEG. Oleh karena itu International Federation ofSocietes of Electroencephalogramy mengeluarkanstandar penempatan elektroda EEG yang disebutsistem 10-20 [4], seperti pada figure 2. Sistem inimenyatakan elektroda pertama ditempatkan 10% daripangkal hidung (nasion) dan diikuti elektrodaberikutnya 20% dari elektroda pertama.A. Analisis SpectrogramSinyal EEG merupakan sinyal non-stasioner,artinya amplitudo sinyal berubah-ubah terhadapwaktu (time-varying), dengan waktu perekaman yangpanjang. Analisis amplitudo dalam domain wakturelatif tidak menunjukan informasi signifikan. Olehkarena itu perlu dilakukan upaya untuk menguraikansinyal dalam kandungan frekuensi, yang dikenaldengan istilah analisis spektral [7]. Tetapi upayayang hanya menguraikan kandungan frekuensi sinyalseringkali dirasa kurang khususnya pada saatdiperlukannya analisis dalam domain waktu, sehinggaperlu metoda analisis yang dapat merepresentasikankandungan informasi dalam sinyal secara bersamaandalam domain waktu dan frekuensi [6,7].Salah satu metoda yang populer adalahspectrogram. Dengan metoda ini maka representasisinyal dapat dilakukan dalam domain waktu danfrekuensi secara bersamaan. Representasi dalamdomain waktu dan frekuensi ini mempermudah dalamanalisis sinyal khususnya sinyal EEG yang memilikiperekaman yang panjang dan ukuran yang besar. Idedari metoda spectrogram adalah membagi sinyaldalam sejumlah segmen, yang selanjutnya masingmasingsegmen dianalisis menggunakan transformasiFourier seperti tampak pada figure 3. Hasil spektraldaya dari transformasi Fourier kemudiandirepresentasikan terhadap waktu, dalam hal iniperioda sampling sinyal EEG seperti ditunjukan padafigure 4.E 46

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Figure3. Sinyal yang dibagi menjadi beberapa segmenFigure 4.Representasi spektral daya dengan metoda Spectrogramdalam domain waktu dan frekuensiMisal diberikan data digital yaitu x[n], maka dalambentuk diskrit spectrogram dinyatakan menjadi :Spectrogram{x[n]} ≡ X(m, Ω)∞= x[n]w[nn=−∞− m]e −jΩn(1)Dimana w[n–m] merupakan fungsi window danm merupakan variabel yang digeser sepanjang dataEEG (x[n]) dan Ω = 2π/NT s sebagai satuan frekuensidiskrit. Faktor penting pada metoda spectrogramadalah pemilihan panjang window yang optimum daridata-data yang tersegmentasi dan optimalisasi tradeoffdomain waktu dan frekuensi, artinya jika resolusiwaktu ditingkatkan akan menurunkan resolusifrekuensi yang kira-kira sebanding dengan f = 1/NT s .Jumlah data yang pendek atau sedikit dari data-datatersegmentasi dapat juga menyebabkan resolusifrekuensi menjadi rendah. Jika windowing dibuatlebih kecil untuk meningkatkan resolusi waktu, makaresolusi frekuensi menurun dan sebaliknya. Jadikondisi trade-off ini diselesaikan dengan pendekatanprinsip ketidakpastian (uncertainty principle) dimanaperkalian resolusi frekuensi (dinyatakan dalam B) danwaktu (T) harus lebih besar dari atau sama dengan1/4π atau (BT ≥ 1/4π).Fungsi window yang digunakan adalah fungsiPeriodogram Welch, karena estimasi spektralnyalangsung diterapkan pada sekumpulan data x[n]. Jikaterdapat sekumpulan data : x[0], x[1], x[2], ...., x[N-1]. Kemudian data tersebut dibagi-bagi atas Psegmen, dengan masing-masing segmen memiliki Ddata, dan overlap sedemikian hingga satu segmenterhadap segmen lainnya tergeser sepanjang S data(dimana S ≤ D). Dengan demikian maksimum dari Padalah (N – D)/S + 1. Jadi data yang diperoleh adalah:x (p) (k) = w(k)x(k + pS); 0 ≤ k ≤ D − 1; 0 ≤ p≤ P − 1 (2)Selanjutnya untuk setiap data ke-p, dimana terdapatrentang frekuensi -1/2T ≤ Ω ≤ 1/2T diperolehperiodogramnya :P (p) xx(Ω)D−1= 1UDT T x(p) (k)exp(−j2πΩkT)Dimana :UD−1k=0= T w 2 (k)k=0Kemudian diperoleh estimasi akhir sebagai berikut :P W (Ω i )P−1= 1 P P (p) xx (Ω)p=02(3)(5)Faktor U merupakan suatu parameter yangdimaksudkan untuk mengurangi efek bias dari dayawindow yang digunakan.Prosedur Pengambilan DataData diperoleh dari tiga naracoba mahasiswalaki-laki, dengan rentang usia antara 18 – 21 tahun.Ketiga naracoba ini (A, B, dan C) sebelumpengambilan data menyatakan bahwa mereka dalamkondisi mental yang normal, tidak dalam kondisistress. Data diambil di Laboratorium InstrumentasiMedik Teknik Fisika ITB.Semua naracoba ditempatkan pada suatu ruangandengan posisi telentang pada kasur denganmeminimalkan gangguan atau noise. Elektroda emasdigunakan untuk merekam sinyal elektrik denganmenempatkan pada kulit kepala dan naracobadidorong untuk dalam kondisi relaks sebelum jarumakupuntur dimasukan (figure 5).Figure 5. Perekaman sinyal EEG dengan stimulasi akupuntur 2-3-2Alat perekam EEG yang digunakan adalah Bio-Amplifier EEG, dengan antarmuka ke komputermenggunakan perangkat lunak Flexcomp Infiniti(SA7550) disertai kabel serat optik untukmeniminalkan kejutan elektrik ke naracoba. DataEEG kemudian direkam selama kurang lebih 1 jamdan kemudian diproses menggunakan perangkat lunakMATLAB.(4)E 47

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8HASILSinyal EEG yang diperoleh dari perekaman,setelah dianalisis dengan menggunakan metodaspectrogram secara umum nilai spektral daya danvariance sinyal menunjukan kecenderungan menurunselama proses stimulasi akupuntur. Hal ini dapatdilihat secara detail pada peta tunggal kontur 2D yangdapat dilihat pada figure 6 – figure 11, dimana warnamerah merepresentasikan spektral yang tinggi,sedangkan warna biru rendah dan warna kuningmenunjukan spektral daya yang sedang.Figure 9.Kontur spektral daya dari metoda Spektrogram dalamdomain waktu dan frekuensi pada titik P4 dari naracoba BFigure 6 Kontur spektral daya dari metoda Spektrogram dalamdomain waktu dan frekuensi pada titik P3 dari naracoba AFigure 10. Kontur spektral daya dari metoda Spektrogram dalamdomain waktu dan frekuensi pada titik P3 dari naracoba CFigure 7 Kontur spektral daya dari metoda Spektrogram dalamdomain waktu dan frekuensi pada titik P4 dari naracoba AFigure 8. Kontur spektral daya dari metoda Spektrogram dalamdomain waktu dan frekuensi pada titik P3 dari naracoba BFigure 11. Kontur spektral daya dari metoda Spektrogram dalamdomain waktu dan frekuensi pada titik P4 dari naracoba AKontur dalam domain waktu dan frekuensiditunjukan dengan warna yang merepresentasikandensitas spektral daya dari sinyal EEG masing-masingnaracoba pada urutan waktu sebelum (pra), selama(proses), dan sesudah (pasca) proses akupunturdengan titik pengukuran elektroda P3 dan P4 yangditunjukan berturut-turut pada figure 6 dan figure 7untuk naracoba A. Kira-kira 0,5 menit – 1 menitsetelah jarum akupuntur dimasukan ke tubuh dapatdilihat bahwa terjadi peningkatan spektral daya EEGyang signifikan, ditandai dengan warna merah yangkontras. Seiring berjalannya waktu selama prosesakupuntur, daya spektral yang tinggi terlihat beradaE 48

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8pada pita frekuensi theta dan alpha. Spektral dayaEEG cenderung menurun sampai jarum akupunturdilepaskan dari tubuh.Tabel 4. Selisih hemisphere kiri dan kananTabel 2. Rata-rata spektral daya pada 3 naracobaHasil dari kontur spektral daya metoda spectrogramuntuk naracoba B pada titik pengukuran P3 dan P4berturut-turut ditunjukan pada figure 8 dan figure 9.Sedangkan untuk naracoba C ditunjukan pada figure10 dan figure 11. Meskipun pada kedua naracoba Bdan C sedikit berbeda dengan naracoba A, tetapimasih terlihat jelas peningkatan spektral daya EEGketika jarum akupuntur dimasukan ke tubuh. Selamaproses akupuntur, spektral daya EEG yang dominanberada pada pita frekuensi theta dengan intervalwaktu 5-8 menit, sedangkan ketika jarum akupunturdilepaskan maka spektral daya yang dominan beradapada frekuensi alpha.Tabel 3. Variance spektral daya pada 3 naracobaApabila nilai spektral daya dari masing-masingnaracoba dibagi kedalam bagian sebelum (pra),selama (proses) dan sesudah (pasca) proses akupunturmaka dapat diperoleh nilai rata-rata dan variancespektral daya EEG dari masing-masing pita frekuensiuntuk semua naracoba berturut-turut ditunjukan padaTable II dan Table III. Parameter statistik (rata-rataspektral daya dan variance) ini diambil dan diolahdari data spektral daya pada kontur 2D diatas.Jika diamati pada Table II, untuk naracoba Apada saat sebelum (pra) akupuntur gelombang otakyang dominan (rata-rata spektral daya paling tinggi)untuk kedua titik ukur P3 dan P4 adalah alpha danpada saat setelah (pasca) akupuntur gelombang otakyang dominan adalah theta. Untuk naracoba B, saatsebelum akupuntur gelombang otak dominan padatitik ukur P3 dan P4 berturut-turut adalah theta danalpha, sedangkan setelah akupuntur gelombang otakdominan adalah delta. Untuk naracoba C, saatsebelum akupuntur gelombang otak dominan untukkedua titik ukur adalah delta dan setelah akupunturadalah alpha.Untuk mengamati trend pada hemisphere kiri(P3) dan kanan (P4) maka digunakan Table III,dimana selisih rata-rata spektral daya pada P3dikurangi dengan rata-rata spektral daya P4 untukmasing-masing gelombang pada kondisi pra, prosesdan pasca, sehingga diperoleh hasil yang ditunjukanpada Table IV.KESIMPULANAnalisis dengan metoda spectrogram dapatmenunjukan perubahan karakteristik sinyal secarabersamaan dalam domain waktu dan frekuensi.Berdasarkan kontur 2D pada figure 6 – figure 11terlihat dengan jelas peningkatan spektral daya EEGsesaat setelah jarum akupuntur dimasukan dan setelahitu daya spektral cenderung menurun selama dansetelah proses akupuntur.Selama proses akupuntur, analisis spektral dayapada keseluruhan naracoba menunjukan pita frekuensiyang dominan adalah alpha dan theta (Table II). Halini menunjukan bahwa stimulasi akupunturmemberikan efek relaksasi pada manusia (Table I).Nilai rata-rata dan variance dari spektral daya padasemua naracoba menunjukan kecenderungan menurunselama dan setelah proses akupuntur (Table III).Selisih antara nilai rata-rata dari spektral dayapada titik pengukuran P3 dan P4 setelah akupunturmenunjukan penurunan (Table IV). Hal inimenunjukan bahwa spektral daya EEG dari P3 dan P4cenderung menuju ke kesetimbangan. Hasil yangsama juga terlihat pada nilai variance.E 49

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8UCAPAN TERIMA KASIHPenulis mengucapkan terima kasih kepada UPPMPOLBAN yang telah mendanai penelitian ini.DAFTAR PUSTAKAF. I. Muchtadi, G. Ismail, dan Fanty, Acupuncture asTraditional Medicine on ImprovingSustainability of Indonesian Health CareSystems, in Proc. AICBET, 2007, pp. 146-155.G. T. Lewith, Investigating Acupuncture using BrainImaging Techniques : The Current State ofPlay, UK, Oxford Journal, 2005.H. H. M, How Might Acupuncture Work? ASystematic Review of Physiologic RationalesFrom Clinical Trials, USA, Biomed CentralJournal, 2006.Y. T. Ma, M. Ma, Z. H. Che, BiomedicalAcupuncture for Pain management, USA,Elsevier Churchill Livingstone, 2005.J. G. Webster, Medical Instrumentation : Applicationand Design, 3nd ed, USA, John Wiley andSons, 1998.J. L. Semmlow, Biosignal and Biomedical ImageProcessing Matlab-based Applications, USA,Marcel Dekker Inc, 2004.H. A. Tjokronegoro, Analisis Spektral Digital,Indonesia, Penerbit ITB, 2004.P. Rosted, P. A. Griffiths, P. Bacon, and N. Gravill, IsThere An Effect of Acupuncture on TheResting EEG?, USA, ComplementaryTherapies in Medicine, 2001.E 50

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8ANALISIS SPEKTRUM FREKUENSI SINYAL SURFACE EMG UNTUKMENGUKUR TINGKAT KELETIHAN OTOTTriwiyantoJurusan Teknik ElektromedikPoliteknik Kesehatan Kementerian Kesehatan SurabayaEmail : mytutorialcafe@yahoo.co.idAbstrakKeletihan merupakan suatu keadaan dimana otot tidak dapat mempertahankan gaya atau kontraksi yangdiberikan. Kondisi atau tingkat keletihan otot dapat diukur dengan pengambilan data sinyal surface EMG(sEMG). Melalui analisis spektrum, maka sinyal sEMG pada domain waktu dapat ditranformasikan ke domainfrekuensi sehingga lebih memudahkan untuk proses selanjutnya. Dengan menghitung nilai mean frekuensi darispektrum sinyal sEMG yang terukur maka tingkat keletihan otot dapat diketahui.Pengukuran keletihan ototdilakukan dengan mengukur sinyal sEMG pada tiga buah titik sadapan bipolar yaitu deltoid, biceps,dan trapezoid. Pemrosesan sinyal analog dilakukan dengan menggunakan rangkaian bioamplifier yang terdiridari preamplifier, bandpass filter, band rejection, offset tegangan dan penguat isolasi. Pemrosesan data digitalmenggunakan analog to digital converter MAX154, filter digital, Fast Fourier Transformdan mean frekuensi Hasil pengukuran keletihan otot, didapatkan nilai mean frekuensi spektrum sinyal sEMGnilai mengalami penuruan terhadap waktu. Penuruan nilai mean frekuensi semakin cepat bila pemberian bebanyang diberikan semakin berat. Pada pengukuran tiga titik sadapan sinyal sEMG, didapatkan tingkat keletihanotot yang terbesar ditunjukkan pada titik sadapan deltoid dengan hasil penurunan nilai mean frekuensi yangpaling besar 0.18594Hz/s.Kata kunci : keletihan, surface EMG, spectrum frekuensi, FFT, mean frekuensi .PENDAHULUANElectromyogram merupakan potensial listrikyang dibangkitkan oleh serat-serat otot ketika ototdikontraksi oleh unit motor yang diperintahkan daripusat sistem saraf.Sinyal electromyogram dapat diukur dengan duacara, secara invasive yaitu dengan memasukkanelektroda jarum pada otot yang akan diukur dansecara non invasive yaitu dengan meletakkanelektroda pada permukaan kulit, yang akanmenghasilkan sinyal surface electromyogram ( sEMG). Metode non invasive ini lebih sering digunakankarena dapat dilakukan oleh personal selain dokter,dengan resiko yang minimal terhadap subject ( Scottday, 2001 ).Sinyal sEMG merupakan salah satu sinyalelectrophysiology yang paling mudah untuk diukur,tetapi juga merupakan sinyal yang paling sulit untukdiinterpretasikan ( Stegeman, 1999), karena sinyalsEMG ini mempunyai bentuk dan ukuran yangcenderung stokastik atau random ( Carlo, 2001 ).Sinyal sEMG mempunyai jangkauan frequencydominan yang lebarnya 20 sampai 500 Hz yangbergantung pada lokasi dan gaya pada bagian yangdiukur sehingga sulit untuk melakukan interpretasipada sinyal sEMG tersebut (Carr Joseph J, 1981).Dalam mempelajari biomekanika manusia, sangatdiperlukan sekali suatu cara atau metode untukmengetahui tingkat keletihan otot dalam suatukegiatan tertentu. Keletihan merupakan suatu keadaandimana otot tidak dapat mempertahankan gaya ataukontraksi yang diberikan.Metode analisa spektrum masih merupakan suatumetode analisa yang cukup ampuh untukmenyelesaikan permasalahan di bidang pemrosesansinyal. Dengan metode analisa spektrum, sinyalsEMG tersebut dapat diuraikan sesuai dengankomponen-komponen frequency penyusunnya,sehingga diharapkan pengukuran tingkat keletihanotot dapat ditentukan.TINJAUAN PUSTAKAAnatomi Otot RangkaSebuah otot rangka tunggal, seperti triceps,terpasang pada suatu luasan tulang yang lebar padatulang humerus, yang menghubungkan tulang lenganke bagian tulang yang lain, otot ini merucut sampaipada bagian tendon yang terhubung pada ulna, salahsatu tulang pada bagian bawah lengan sepertiditunjukkan pada gambar 1.Gambar 1. Struktur otot biceps dan triceps pada lenganKetika triceps berkontraksi, bagian penyisipanakan tertarik ke arah asal dan lengan akan berada padaposisi lurus atau memanjang pada bagian siku.E 51

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Sehingga triceps adalah suatu ekstensor. Karena ototrangka mengusahakan gaya pada saat berkontraksi,maka biceps dapat dikatakan flexor dari lenganbagian bawah. Secara bersama-sama biceps dantriceps menyusun suatu pasangan antagonistic dariotot. Pasangan yang sama, bekerja secara antagonismelintasi penghubung-penghubung yang lain, yangdiberikan untuk hampir semua pergerakan darikerangka.Sinyal Surface ElectromyographicPada saat pendeteksian dan perekaman sinyalEMG, ada dua hal penting yang harus diperhatikan,adalah rasio sinyal terhadap noise, yang merupakanperbandingan energi sinyal EMG terhadap energisinyal noise. Yang lain adalah distorsi pada sinyal,yang berarti bahwa segala komponen frekuensi disinyal sEMG tidak boleh diubah.Karakteristik Sinyal sEMGTelah dikemukakan bahwa amplitudo dari EMGsinyal adalah stokastik (acak) secara alami dan dapatdiwakili oleh suatu fungsi distribusi Gausian.Amplitudo dari sinyal dapat terbentang dari 0 sampai10 mV ( peak-to-peak) atau 0 sampai 1.5 mV ( rms).Energi yang dapat dipakai dari sinyal dibatasi padafrekuensi mencakup 0 sampai dengan 500 Hz, denganenergi yang dominan menjadi cakupan di 20- 150 Hz.Suatu contoh dari spektrum frekuensi dari EMGsinyal diperkenalkan di dalam Gambar 2Gambar 2. Frekuensi spektrum dari EMG sinyal mendeteksi dariotot tibialis selama suatu kontraksi isometrik yang tetap pada 50%dari MVC ( Deluca,1999 )Keletihan OtotKeletihan otot dapat dihubungkan terhadapjumlah dan laju perubahan dari beberapa variablepada sinyal sEMG, yang menggambarkan perubahanpada aktifitas otot selama suatu kontraksi yang harusdipertahankan ( Marletti et al., 1991). Hal ini dapatdilakukan bergantung pada tingkat motivasiseseorang, pembentukan metabolisma ( asam laktat )pada otot, kekurangan supply energi, atau kombinasidari hal-hal tersebut di atas. Selama kerja dinamisyang berat atau olah raga statis, peredaran darah tidakdapat dijaga dengan keperluan otot untuk kebutuhansupply oksigen dan pembersihan asam laktat, yangmenyebabkan akumulasi laktat, pH yang menurun,persepsi subyektif dari keletihan dan penurunan dayatahan ( Kilbom, 1990). Akan tetapi beberapa penelitimenerjemahkan arti kata “letih” secara berbeda; olehkarena itu definisi operasional dari keletihan ototdapat berubah antar suatu kajian.Bills (1943) memberikan rekomendasi bahwakonsep keletihan dibagi menjadi subyektif, obyektifdan physiological. Keletihan subyektif adalahdibedakan dengan suatu penurunan kesiagaan,konsentrasi mental, dan motivasi, keletihan obyektifadalah dicirikan dengan penurunan input kerja.Keletihan fisiologi adalah dihubungkan denganperwujudan eksternal seperti ketidakmampuanmempertahankan suatu gaya input yang diberikan,gemetar pada otot, dan kesakitan pada sekelompokotot tertentu yang melaksanakan kontraksi.Biopotensial AmplifierFungsi yang paling penting dari amplifierbiopotensial adalah untuk mengambil suatu sinyallistrik yang lemah dari sumber listrik biologis danmeningkatkan amplitudonya sehingga dapatdiprosess, direkam dan ditampilkan. Amplifiertersebut umumnya dalam bentuk amplifier tegangan,karena amplifier ini mampu menaikkan tegangan darisuatu sinyal.Agar dapat berfungsi mengolah sinyal listrikbiologis, semua amplifier biopotensial harusmemenuhi beberapa syarat dasar. Amplifier ini harusmempunyai impedansi input yang tinggi, sehinggaamplifier ini memberikan beban yang minimal darisinyal yang sedang diukur. Karakteristik darielektroda biopotensial dapat dipengaruhi oleh bebanlistrik yang terpasang, bila terjadi pembebanan yangberlebih maka akan mengakibatkan distorsi padasinyal. Efek pembebanan dapat diminimisasi denganmemasang amplifier yang mempunyai impedansiinput yang tinggi, sehingga akan mereduksi distorsiini.Rangkaian input amplifier biopotensial harusmempunyai perlindungan terhadap organisme yangsedang dipelajari. Setiap arus atau potensial yangmuncul melintasi terminal input amplifier dapatmempengaruhi potensial biologis yang sedang diukur.Pada sistem klinik, arus listrik yang diproduksi olehamplifier biopotensial dan muncul pada terminal inputdapat menghasilkan microshocks atau macrosockspada pasien yang sedang diukur. Untuk menghindariini maka diperlukan isolasi dan rangkaian proteksi.Biopotensial amplifier harus beroperasi padasuatu daerah frekuensi spektrum tertentu sesuaidengan jenis bioelectrik yang sedang diukur.Fast Fourier TransformAlgoritma perhitungan digital untuk analisisFourier dinamakan Fast Fourier Transform ( FFT )yang memberikan suatu sarana dasar untuk analisissinyal pada domain frekuensi.Apabila diasumsikan, suatu sinyal waktu diskrityang tidak periodik yang muncul sebagai suatu urutandata yang disampling dari ADC dengan periodaE 52

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sampling T, frekuensi sudut sampling ω s = 22 π , kitaTdapat menuliskan sinyal ini dalam domain waktu :∞X (ω ) =∫−∞x ( t)e− jwtFFT menerapkan algoritma perhitungan denganbantuan transformasi Fourier diskrit dengan evaluasipada suatu sinyal yang terdiri dari ruang sample yangsama dengan N, dan N biasanya merupakan pangkatdua.Gambar 3 ( flowgraph ) menunjukkanperhitungan yang melibatkan pada perhitungan X(k)untuk suatu 8 point data sebelumnya secara berurutan.Openheim dan Schafer (1975) menunjukkan bahwajumlah total dari penjumlahan dan perkaliankompleks yang terjadi adalah Nlog 2 N.dtX(0)X(0)X(4)X(2)W 4 NW 0 NW N0W N2W 0 NX(1)X(2)X(6)X(1)W 4 NW 0 NW N4W N6X(3)X(4)X(5)X(3)W 4 NW 0 NW N0W N2X(5)X(6)X(7)W 4 NW 0 NW 4 NW 6 NX(7)Gambar 3. Grafik sinyal alir dari desimasi waktu dari 8 pointDFT (11)METODE PENELITIANUntuk mencapai tujuan penelitian ini, maka dilakukanperancangan perangkat keras dan perngkat lunakuntuk keperluan akuisisi data sinyal surfaceelectromyography. Secara umum, perancanganperangkat keras dapat dijelaskan sesuai dengandiagram blok gambar 4 dan perancangan perangkatlunak pada gambar 5ELEKTRODAPRE AMPBAND PASSFILTER20 Hz - 500 HzADDERAMPLIFIERPENGUATISOLASIOPTIKGambar 5. Diagram alir pengukuran mean frekuensiHASIL DAN PEMBAHASANPerancangan Perangkat KerasPre AmplifierPreamplifier merupakan bagian yang paling kritispada rangkaian bioamplifier. Perancanganpreamplifier harus menggunakan komponen denganbeberapa persyaratan yang antara lain common moderejection ( CMR ) tinggi, impedansi input tinggi dannoise yang sangat rendah, karena pada bagian inimenentukan kualitas sinyal agar tidak terdistorsi.Dengan perancangan yang tepat maka rangkaianpreamplifier ini dapat menghilangkan atau palingtidak mengurangi sinyal interferensi pada saat prosespengukuran. Perancangan rangkaian preamplifierditunjukkan pada gambar 6.PERSONALCOMPUTERINTERFACEADCPENGUATNON INVERTINGGambar 4. Diagram blok pengambilan data sinyal EMGE 53

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8VCCVCC7AD620V013+2-4U66OP27VEE10k R9V11C31uR88kV21V21V223 U8+62-VEE7841521 3RV410kV31Gambar 6. Rangkaian preamplifierPerancangan gain dari rangkaian preamplifiertersebut dapat diatur dengan menggunakan persamaanberikut.Gain = 1 + 2R10R9+ R13dengan menggunakan komponen pasif resistor sepertiyang ditunjukkan pada gambar 6 maka gain darirangkaian preamplifier tersebut adalah 21xBand Pass FilterRangkaian filter diperlukan untuk melewatkanfrekuensi tertentu yang dikehendaki dan mereduksifrekuensi lain yang tidak diinginkan. Sesuai dengankebutuhan respon frekuensi yang diperlukan darisinyal surface electromyography yaitu 20 s/d 500 Hz,maka frekuensi cutoff dari rangkaian filter ini dapatditentukan dengan menggunakan persamaan berikut.f c =V02R10500R1350012πRC23VEE7 4-+VCCC4R16OP27U1110kC6633n33nV12R188kV22Amplifier InstrumentasiPada perancangan ini, amplifier instrumentasidigunakan untuk mereduksi sinyal common mode dannoise pada input rangkaian band pass filter.C71uGambar 7. Rangkaian amplifier instrumentasi49k9RVGain = + 14Pada perencanaan rangkaian amplifier instrumentasiini dibuat dengan gain sebesar 24,3 X.Amplifier IsolasiTahap isolasi berfungsi untuk memberikangalvanic decoupling untuk pasien dari sistem danmemberikan safety dari bahaya microshock jala-jalalistrik.Amplifier ini dapat memberikan isolasi antaraelektroda yang terhubung ke pasien dan jala-jalalistrik sebesar ± 10 12 Ω .Pada perancangan ini rangkaian amplifier isolasimenggunakan optocoupler dalam bentuk kemasan ICDIP yang terdiri dari LED dan phototransistor.Rangkaian Analog to Digital Converter MAX154MAX154 merupakan analog to digital ( ADC )multi-channel kecepatan tinggi dengan resolusi 8 bit.MAX 154 mempunyai empat analog input channel.Waktu konversi sekitar 2.5 µ s per channel. PadaADC ini juga dilengkapi fasilitas track/hold, sehinggatidak memerlukan track/hold eksternal.Agar ADC dapat melakukan akusisi data sinyalsEMG maka diperlukan interface ke sistem komputer,pada perancangan ini digunakan rangkaianmicrocontroller AVR dengan port-port yangterhubung seperti ditunjukkan pada gambar 8. Dansesuai dengan aturan Nyquist frekuensi samplingADC harus lebih besar atau sama dengan dua kalifrekuensi tertinggi, maka frekuensi sampling ADCpada perancangan ini adalah sebesar 1000 Hz1'st Amplif ier2'nd Amplif ier3'rd Amplif ier+5VU4 MAX15422621A0 DB07A1 DB184DB293AIN1 DB3172AIN2 DB4181AIN3 DB519AIN4 DB62010DB7RD1114INT13VREF+15VREF- RDY165CS REFPB0PB1PA7..PA0PC0PC1Gambar 8. Rangkaian ADC MAX154E 54

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Perancangan Perangkat LunakFast Fourier TransformUntuk keperluan analisa sinyal sEMG, danmengetahui komponen frekuensi penyusun sinyalsEMG, diperlukan program untuk mentrasformasikansinyal dari domain waktu ke domain frekuensi, yaitudengan algoritma FFT ( Fast Fourier Transform )yang mengubah domain waktu ke domain frekuensi.Untuk mendapatkan komponen frekuensi 0-500 Hzmaka diperlukan program FFT dengan point N=1024.FFT(Xreal, Ximag, nu);Magnitudo[i]:=(1/(point/2))*(sqrt(sqr(Xreal[i])+sqr(Ximag[i])));Mean FrekuensiTingkat keletihan otot, dapat diketahui denganmelakukan analisa spektral yaitu dengan menentukannilai mean frekuensi sinyal sEMG.∑ f∑kAkMean frekuensi = ;Akdimana A k : amplitudo FFT pada point ke kf k: frekuensi spektrum pada point ke kJumlah komponen ( k ) frekuensi yang dianalisatergantung pada distribusi spektrum frekuensi sinyalsEMG. Dari hasil pengukuran sinyal sEMG tampakbahwa frekuensi dominan adalalah pada daerah 20sampai dengan 200 Hz.sebagai berikut:Sigma0_fA:=0;Sigma0_A:=0;for k:=20 to 150 dobeginsigma0_A:=sigma0_A+input0[k];fA0[k]:=k*cal_F*input0[k];sigma0_fA:=sigma0_fA+fA0[k];end;Dengan implementasiPengukuran Sinyal sEMGPada penelitian ini, pengukuran sinyal sEMGdilakukan pada tiga titik yang berbeda, biceps,trapezius dan deltoid seperti yang ditunjukkan padagambar 9. Masing-masing titik memerlukan dua buahelektroda ( elektroda aktif ), dan satu buah elektrodapasif, sehingga total pemasangan elektroda sebanyak7 buah elektroda. Elektroda aktif yang digunakanadalah elektroda disposible Ag(AgCl) , untukelektroda pasif, digunakan jenis elektroda kering,yang dipasang pada bagian netral dari jaringan ketigaotot tersebut yaitu pada bagian pergelangan tanganGambar 9 Posisi tiga titik pengukuran biceps,trapezius dan deltoidUntuk mengetahui pengaruh keletihan otot padasinyal surface electromyography, maka dilakukanpengukuran sinyal sEMG pada tiga titik ukur biceps,trapezius dan deltoid dengan postur yang berbedabeda. Ketiga postur pada percobaan ini, sepertiditunjukkan pada gambar 10.Gambar 10. Postur-postur untuk perekaman sinyal EMG (a) deltoid,(b) biceps dan (c) tricepsPengukuran sinyal sEMG dilakukan denganmemberikan suatu variabel beban tertentu ke subyekpada postur dan waktu tertentu tergantungkemampuan si subyek. Hasil pengukuran sinyalsEMG ditunjukkan pada gambar 11, untuk ototdeltoid.Gambar 11. Sinyal surface EMG pada DeltoidGambar 12. Spektrum sinyal surface EMG pada DeltoidE 55

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Estimasi Keletihan OtotPengukuran sinyal sEMG untuk mengetahuipengaruh keletihan otot dilaksanakan denganmemberikan beban pada subyek dengan berat danwaktu tertentu. Perhitungan mean frekuensi sinyalsEMG dilakukan setiap pengambilan data 1024 point,dengan range frekuensi dominan 20 sampai dengan150 Hz (frekuensi dominan). Pengukuran sinyalsEMG dilakukan pada tiga titik ukur yaitu biceps,trapezius dan deltoid dengan masing-masing postur.Kemiringan dari kurva mean frekuensi terhadapwaktu, dapat dihitung seperti yang ditunjukkan padagambar 13. sampai 15.Mean Frekuensi (Hz)72717069686766656463Mean Frekuensi sEMG terhadap Waktu620 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240Waktu (Detik)Gambar 13. Pengaruh keletihan otot terhadap sinyal sEMG padaleft biceps beban 3 kg ( pengukuran pada Subyek A )Mean Frekuensi (Hz)787776757473727170Mean Frekuensi sEMG terhadap Waktu690 20 40 60 80 100 120 140Waktu (Detik)Gambar 14. Pengaruh keletihan otot terhadap sinyal sEMG padaleft trapezius 3 kg ( pengukuran pada Subyek A )Mean Frekuensi (Hz)Mean Frekuensi sEMG terhadap Waktu858483828180797877767574737271700 10 20 30 40 50 60 70 80 90Waktu (Detik)Gambar 15. Pengaruh keletihan otot terhadap sinyal sEMG padaleft deltoid dengan beban 3 kg. ( pengukuran pada Subyek A )Gradient ( Hz/s )0.20.180.160.140.120.10.080.060.040.020Gambar 16. Grafik laju penuruan mean frekuensi terhadap waktu(Hz/s) untuk beban yang berbeda-beda ( pengukuran pada SubyekA )PENUTUP0.07214Laju Mean Frekuensi terhadap Beban0.185940.00211 0.014590.09710.026970.003931 2 3Deltoid Biceps Trapezius Berat Beban ( kg )0.030490.0052Kesimpulan1. Hasil penelitian menunjukkan bahwa tingkatkeletihan otot dapat mempengaruhi sinyal sEMG.Dari pengukuran sinyal sEMG didapatkan hasilyang cukup significant seperti yang ditunjukkanpada grafik gambar 13 sampai dengan gambar 15.2. Pada proses pengukuran mean frekuensimenunjukkan bahwa variabel waktu sangatmempengaruhi gradient fitting mean frekuensi.Yang menunjukkan bahwa semakin lama waktupengukuran sEMG maka akan didapatkangradient yang semakin besar dengan nilai negatif.3. Pengukuran sinyal sEMG pada ketiga posturmenunjukkan bahwa masing-masing otot biceps,dan deltoid tidak menunjukkan suatu koneksisecara anatomi, hal ini tampak pada tampilangrafik masing-masing pengukuran. Pada saatpengukuran sinyal sEMG untuk postur deltoid,tampak bahwa sinyal sEMG yang dominanadalah pada deltoid, pada titik ukur yang laintidak menunjukkan aktivitas yang berarti, begitujuga untuk pengukuran biceps. Pada pengukuransinyal sEMG otot trapezius menunjukkan bahwaada aktivitas sinyal sEMG yang dibangkitkanoleh otot bíceps dan deltoid.Saran1. Penelitian tentang sinyal sEMG masih terbukalebar untuk topik-topik penelitian yangberhubungan. Pada penelitian ini peneliti masihterbatas pada topik tentang perilaku sinyal sEMGdengan menggunakan analisa spektrum frekuensiuntuk mengukur tingkat keletihan otot, tidakmenutup kemungkinan pemrosesan sinyal dapatmenggunakan teknik analisis yang lain sepertiwavelet, autoregressive atau yang lain.2. Pada penelitian ini variable bebas yangdigunakan untuk mempengaruhi sinyal sEMGadalah waktu, berat beban dan postur yangberhubungan dengan titik-titik ukur bíceps,trapezius dan deltoid. Variabel ini dapatdikembangkan dengan melihat posturberdasarkan sudut tertentu, atau eksplorasi posisititik-titik ukur yang lain.E 56

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8DAFTAR PUSTAKACarr Joseph J., et al, Introduction to BiomedicalEquipment Technology, Prentice Hall, NewJersey, 1981.Day Scott, Important Factor in Surface EMGMeasurement, Bortec Biomedical,2000.Derenzo Stephen E, Interfacing, Prentice Hall, NewJersey, 1990Lanza Margaret Kirst, Effects of tool weight onfatigue an Performace During Short CycleOverhead Word Operation,VirginiaPolytechnic Institute and State University,1999.Lamb Robert, Anatomic and Physiologic Basis forElectromyography, US Department of Healtand Human Service, 1992Marras William, Overview of Electromyography inErgonomic, Wayne State in Detroit,Michigan,1999.Tomkins Willis J, Biomedical Digital SignalProcessing, Prentice Hall, New Jersey, 1995.VanRijn Alexander C.Meeting, et.al, High QualityRecording of Bioelectric Event I: InterferenceReduction, Theory and Practice,http://www.biosemi.com/publications/artikel3.htm, Medical Physic Department, Amsterdam,2004VanRijn Alexander C.Meeting, et.al, The IsolationMode Rejection Ratio in Bioelectric Amplifiers,http://www.biosemi.com/publications/artikel5.htm, Medical Physic Department, Amsterdam,2004E 57

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8KLASIFIKASI NORMAL, ABNORMAL, DAN NON-SPERMATOZOA MANUSIAMENGGUNAKAN BACKPROPAGATION NEURAL NETWORKWinarno 1 , K.E. Purnama 2 , S. Hardiristanto 3 , M.H. Purnomo 4Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember , Surabaya, IndonesiaEmail : winarnoosi@gmail.comAbstrakKlasifikasi spermatozoa manusia (normal dan abnormal) dipengaruhi oleh bentuk dan ukurannya. Spermatozoadengan ukuran normal dapat tergolong abnormal jika bentuknya tidak sempurna, sehingga faktor bentuk harusdiperhitungkan dalam analisis abnormalitas spermatozoa. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untukmengklasifikasi abnormalitas spermatozoa berdasarkan fitur bentuk menggunakan Backpropagation NeuralNetwork. Objek penelitian adalah citra spermatozoa manusia dalam buku WHO Laboratory Manual For TheExamination and Processing of Human Semen, 2010 yang terdiri dari 20 citra spermatozoa normal, 92abnormal dan 20 non-spermatozoa. Segmentasi citra untuk memisahkan spermatozoa dari latarnya. Untukmendapatkan informasi tepi digunakan metode pendeteksian tepi Canny. Informasi tepi ini merupakan tahapawal dalam pengkodean rantai menggunakan metode Freeman chain code. Kode rantai citra digunakan untukmendapatkan fitur dengan metode Elliptical Fourier Descriptors (EFD) yang berkaitan dengan koefisienharmonik Fourier ke-n yaitu a n , b n , c n dan d n . Koefisien harmonik Fourier digunakan untuk mengklasifikasispermatozoa normal, abnormal dan non-spermatozoa menggunakan Backpropagation Neural Network. Hasilklasifikasi menunjukkan akurasi terbaik adalah 92,50% pada jumlah hidden layer sama dengan 6 dan 10, sertajumlah harmonik Fourier N=2. Sedangkan, akurasi untuk mengidentifikasi spermatozoa normal, abnormal dannon-spermatozoa masing-masing adalah 83,50%. Sehingga, fitur bentuk dapat digunakan untuk analisisabnormalitas spermatozoa.Kata kunci : Backpropagation Neural Network, Elliptical Fourier Descriptors, Freeman Chain CodePENDAHULUANSalah satu tes laboratorium yang dapatmenentukan kualitas spermatozoa dalam cairan semenadalah dengan analisis spermatozoa. Umumnyaberbagai parameter dalam analisis spermatozoaditentukan secara subjektif oleh ahli, karena ketiadaanperalatan standard kecuali pH dan volume. Prosesmanual yang dilakukan oleh ahli menyita banyakwaktu dan tenaga (Mohd Fauzi Alias dkk., 2011). Dilaboratorium analisis spermatozoa ditentukan secaraacak dalam setiap layang pandang mikroskop. Setiaplayang pandang diperoleh informasi jumlah tertentuspermatozoa normal dan abnormal secara acak. Hasilyang diperoleh dalam setiap layang pandangkemudian dijumlah dan dirata-rata, sehinggadiperoleh informasi persentase spermatozoa normaldan abnormal dari setiap sediaan sampel. Metodekonvensional ini akan menimbulkan perbedaan hasilpengukuran jika dilakukan oleh ahli yang berbeda,karena perhitungan spermatozoa normal dan abnormaldilakukan secara acak.Henry Carillo, dkk., dalam penelitiannya telahmengembangkan sistem CASA (Computer-AidedSperm Analysis) untuk analisis morfologispermatozoa manusia (Carillo, 2007). Segmentasicitra menggunakan metode Otsu dan analisishistogram. Ekstraksi fitur dilakukan denganmengkonversi besaran piksel ke dalam mikrometeruntuk memperoleh ukuran nukleus, akrosom dan midpiece.Akurasi yang dihasilkan dalam segmentasispermatozoa mencapai 95,78%, namun dalampenelitian ini tidak disebutkan dengan jelas akurasisistem yang dihasilkan dalam melakukan klasifikasispermatozoa normal dan abnormal. Abbiramy danShanthi dalam penelitiannya mengembangkansegmentasi spermatozoa dan analisis parametermorfologi berdasarkan deteksi Teratozoospermia(Abbiramy, 2010). Segmentasi dilakukan melalui duatahapan yaitu deteksi sel dan pembagian spermatozoakedalam bagian-bagian tertentu seperti, area kepala,perimeter, panjang kepala, lebar kepala, panjang midpiece,panjang ekor, orientasi dan eccentricity. Hasilpenelitian ini adalah berupa fitur spermatozoa normaldan abnormal berdasarkan ukuran sebagaimana yangtelah disebutkan sebelumnya.Penelitian ini mengusulkan metode klasifikasinormal, abnormal, dan non-spermatozoa berdasarkanpada ciri morfologi (bentuk) menggunakanBackpropagation Neural Network. Backpropagationmerupakan algoritma pembelajaran yang terawasi danmenggunakan perceptron dengan banyak lapisanuntuk mengubah bobot-bobot yang terhubung denganneuron-neuron pada lapisan tersembunyinya. MetodeBackpropagation telah banyak diaplikasikan secaraluas. Sekitar 90% bahkan lebih Backpropagation telahberhasil diaplikasikan di berbagai bidang, diantaranyaditerapkan di bidang finansial, pengenalan polatulisan tangan, pengenalan pola suara, sistem kendali,pengolahan citra medika dan masih banyak lagikeberhasilan Backpropagation sebagai salah satuE 58

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8metode komputasi yang handal (Mauridhi Hery P.,2006).METODEDiagram dari metode yang digunakan dalampenelitian ini ditunjukkan seperti pada Gambar 1.Akuisisi DataSegmentasi CitraPendeteksian TepiPengkodean RantaiEkstraksi FiturKlasifikasiGambar 1. Blok Diagram SistemDataData citra spermatozoa yang digunakan dalampenelitian ini diperoleh dari buku WHO laboratorymanual for the examination and processing of humansemen, edisi ke lima tahun 2010. Data tersebut terdiridari plate 1 yang berisi 20 citra spermatozoa normal,plate 2 terdiri dari 36 citra spermatozoa abnormal,plate 3 terdiri dari 36 citra spermatozoa abnormal danplate 4 terdiri dari 20 citra spermatozoa abnormalserta 20 citra non-spermatozoa, sehingga jumla totalspermatozoa normal adalah 20 sedangkan abnormal92 dan bukan sperma 20.Chain Code (Pengkodean Rantai)Pengkodean rantai dimulai dari hasilpendeteksian tepi berdasarkan pada pengkodeanFreeman pada kontur tertutup. Menurut deskripsiFreeman (Khul dan Giadina, 1982), sebuah konturtertutup dapat dikodekan dengan 8 garis standar padamatriks 3x3 dimana elemen pusatnya adalah kakigaris dan ujungnya diberikan oleh satu elemen padamatriks, Gambar 2.Gambar 2. Representasi pengkodean FreemanDengan menggunakan pengkodean Freeman, sebuahkontur tertutup dapat digambarkan sebagai rantai :C = u 1 u 2 u 3 u 4 … u k (1)dimana u ∈ {0, 1, 2, … ,7} merupakan vektor denganarah (π⁄ 4)u . Panjang masing-masing u akan samadengan 1 jika genap atau √2 jika ganjil. Misalkan uadalah elemen dari rantai Freeman, maka panjang(∆t) dari rantai tersebut adalah :|u i | = ∆t = 1 + √2 − 1 (1 − (−1) u i ) (2)2Sehingga jika p adalah banyaknya elemen pada rantaidari keseluruhan kontur, maka panjang rantai akanmenjadi :pt p = ∆t ii=1Elliptical Fourier DescriptorTujuan utama dari analisis Elliptical Fourier adalahmengaproksimasi edge tertutup sebagai jumlahharmonik eliptik. Untuk setiap harmonik dapatdigunakan 4 koefisien Fourier a n , b n , c n dan d n ,sedangkan untuk mengidentifikasi kontur tertutup Kelemen dapat diperoleh dengan menggunakan Nharmonik (Khul dan Giadina 1982). Koefisien Fouriera n , b n , c n dan d n diberikan oleh :Ka n =T2n 2 π ∆x pcos 2nπt p2 ∆t p Tp=1Kb n =T2n 2 π ∆x psin 2nπt p2 ∆t p Tp=1Kc n =T2n 2 π ∆y pcos 2nπt p2 ∆t p Tp=1Kd n =T2n 2 π ∆y psin 2nπt p2 ∆t p Tp=1− cos 2nπt p−1T− sin 2nπt p−1T− cos 2nπt p−1T− sin 2nπt p−1T(3)(4)(5)(6)(7)Koefisien Fourier a n , b n , c n , d n dari pendekatanFourier pada kontur tertutup digunakan sebagaiklasifikasi kontur. Sifat-sifat bentuk kontur harusdispesifikasikan sebab koefisien yang dihasilkanberagam menurut titik awal penelusuran kontur danrotasi spasial, besaran, translasi kontur serta prosedurnormalisasi. Klasifikasi dapat dibuat secara bebas dariukuran dengan membagi setiap koefisien denganbesaran sumbu semimayor, dan bebas dari translasidengan mengabaikan bias A 0 dan C 0 . Normalisasikoefisien Fourier ditunjukkan pada Persamaan 8.b n∗∗ a n ∗∗∗∗c n d∗∗ = a n ∗ ∗b n∗ ∗ cos ψ 1 sin ψ 1 1n c n d n − sin ψ 1 cos ψ 1 E ∗ (8)Backpropagation Neural networkAlgoritma pelatihan Backpropagation (BP)pertama kali dirumuskan oleh Werbos (Purnomo,2006). Secara garis besar ada dua tahapan dalamproses BP, yaitu learning dan testing. Proses learningmeliputi feed forward dan backpropagation. Padaproses feed forward tiap unit pada lapisan masukanmendistribusikan pola masukan ke unit-unit padalapisan tersembunyi (hidden) dan dihitung nilaipengaktifnya, kemudian tiap unit pada lapisantersembunyi menghitung jumlah total masukannya.E 59

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Nilai pengaktif ini kemudian diteruskan ke unitlapisan keluaran.Proses Backpropagation pada dasarnya adalahmelakukan perhitungan kesalahan dan nilai koreksipada lapisan terakhir berdasarkan target yang telahdiberikan sebagai pembanding. Kesalahan padalapisan terakhir akan digunakan untuk menghitungkesalahan dan nilai koreksi pada lapisan sebelumnya,demikian seterusnya sampai pada lapisan tersembunyiyang pertama.Tahap pelatihan ini merupakan langkahbagaimana suatu jaringan dilatih, yaitu dengan caramelakukan perubahan nilai pada penimbang(sambungan antara lapisan yang membentuk jaringanmelalui masing-masing unitnya). Sedangkanpemecahan masalah baru akan dilakukan jika prosespelatihan tersebut selesai, proses tersebut adalahproses mapping atau proses pengujian/testing.Algoritma Backpropagation menggunakan erroroutput untuk nilai bobot-bobotnya dalam arahmundur, untuk mendapatkan error ini, tahapperambatan maju harus dikerjakan terlebih dahulu.Gambar 4 Pendeteksian Tepi Menggunakan Operator CannyPengkodean Rantai Menggunakan Freeman ChainCodeInformasi tepi yang diperoleh dari hasilpendeteksian tepi menggunakan operator Canny,selanjutnya dijadikan input untuk proses pengkodeanrantai. Metode pengkodean rantai dalam penelitian inimenggunakan aturan Freeman untuk kasus konturtertutup. Gambar 5 menunjukkan representasipengkodean rantai dari tepi sebuah citra yang telahdilakukan pendeteksian tepi dalam bentuk barisanangka.PERCOBAAN DAN HASILAkuisisi DataData citra yang digunakan dalam penelitian iniadalah citra spermatozoa manusia dalam buku WHOLaboratory Manual for The Examination andProcessing of Human Semen fifth edition, 2010seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.Pendeteksian Tepi Menggunakan Operator CannySetelah proses segmentasi, selanjutnya adalahtahap pendeteksian tepi. Metode pendeteksian tepiyang digunakan adalah operator Canny. Salah satukeunggulan pendeteksian tepi Canny adalah mampumenghasilkan garis tepi tunggal. Garis tepi tunggal inimerupakan data awal dalam melakukan pengkodeanrantai. Hasil pendeteksian tepi citra spermatozoaditunjukkan pada Gambar 4.Gambar 5 Pengkodean Rantai Tepi Citra Menggunakan AturanFreemanBarisan angka yang ditunjukkan pada Gambar 5berupa vektor 1 dimensi, namun untuk mempermudahtampilan disajikan dalam bentuk 2 dimensi. Panjangkode rantai antar citra spermatozoa tidak selalu sama,tergantung pada panjang tepi masing-masing citra,semakin besar ukuran citra maka panjang rantainyajuga semakin besar.Ekstraksi Fitur Menggunakan Metode EllipticalFourier DescriptorsKode rantai yang merupakan hasil pengkodeanrantai citra adalah input dalam melakukan ekstraksifitur menggunakan metode Elliptical FourierDescriptors. Hasil ekstraksi fitur berupa koefisienharmonik Fourier a n , b n , c n dan d n . Hasil normalisasikoefisien Elliptical Fourier dari citra spermatozoadengan jumlah harmonik N = 16 ditunjukkan padaTabel 1.(a) (b) (c)Gambar 3 Tahapan Segmentasi Citra, (a) Citra original, (b)Pemotongan citra, (c) Binerisasi CitraE 60

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tabel 1 Koefisien Elliptical Fourier ternormalisasi dari Citra 1.bmpdengan Jumlah Harmonik N = 16Tabel 2 Pengaruh Jumlah Neuron Hidden Layer dan harmonikFourier Terhadap Klasifikasi menggunakan BackpropagationNeural Network.Rekonstruksi Elliptical Fourier DescriptorsHasil rekonstruksi ekstraksi fitur citraspermatozoa dengan menggunakan metode EllipticalFourier Descriptors ditunjukkan oleh Gambar 6. PadaGambar 6 dapat dilihat bahwa perubahan bentuk padarekonstruksi kembali kontur citra spermatozoaberdasarkan metode Elliptical Fourier Descriptorstergantung pada jumlah nilai harmonik Fourier yangdigunakan. Harmonik pertama akan menghasilkanbentuk kontur elips, selanjutnya denganbertambahnya harmonik maka bentuk rekonstruksikembali kontur akan semakin menyerupai konturaslinya. Hal ini dapat dilihat dengan jelas perbedaanhasil rekontruksi pada Gambar 6b dengan masingmasingjumlah harmonik yang digunakan.Klasifikasi Spermatozoa MenggunakanBackpropagation Neural NetworkPada tahap klasifikasi spermatozoa menggunakanbackpropagation neural network, data terbagi menjadidua yaitu data pelatihan dan data pengujian. Baik datapelatihan dan pengujian adalah data fitur yangdiperoleh dari koefisien harmonik Fourier a n , b n , c ndan d n yang telah ternormalisasi.(a)N = 1 N = 2 N = 3N = 8 N = 16 N = 32(b)Gambar 6 Rekonstruksi Kembali Metode Elliptical FourierDescriptors, (a) Kontur Citra asal, (b) Hasil Rekonstruksi DenganN = 1,2,3,8,16,32Keterangan :: klasifikasi dengan akurasi tertinggi: klasifikasi dengan akurasi terendah: rata-rata akurasi tertinggi berdasarkan jumlahharmonik Fourier: rata-rata akurasi terendah berdasarkan jumlahharmonik Fourier: rata-rata akurasi tertinggi berdasarkan jumlahneuron hidden layer: rata-rata akurasi terendah berdasarkan jumlahneuron hidden layerJaringan syaraf tiruan yang digunakan terdiri dari tigalayer, yaitu input layer, hidden layer dan output layer.Bagian input layer terhubung langsung dengan datafitur, hidden layer terdiri dari 2 hingga 16 neuron danoutput layer terdiri dari 3 neuron. Beberapa variabelyang digunakan dalam proses pelatihan jaringandiantaranya : learning rate (α) 0,0555; momentum0,2; dan jumlah iterasi maksimum 20000;Pada Tabel 2 terlihat bahwa akurasi klasifikasispermatozoa menggunakan Backpropagation NeuralNetwork terbaik adalah 92,5% yaitu pada jumlahharmonik Fourier N=2 dan jumlah neuron padahidden layer sama dengan 6 dan 10. Rata-rataklasifikasi dengan akurasi terbaik adalah padaharmonik Fourier N=2, yaitu 89,06%. Sedangkanberdasarkan jumlah neuron hidden layer yangdigunakan rata-rata akurasi terbaik pada jumlahneuron sama dengan 2, yaitu 83,70%. Akurasiklasifikasi terendah adalah 70% yaitu pada jumlahharmonik Fourier N=5 dan jumlah hidden layer 2,serta jumlah harmonik Fourier N=12 dan N=13dengan jumlah hidden layer 10. Rata-rata akurasiklasifikasi terendah adalah 77,19% yaitu pada jumlahharmonik Fourier N=5 dan 80,33% pada jumlahneuron hidden layer 10.Secara singkat hasil klasifikasi spermatozoamenggunakan Backpropagation Neural Networkdapat dilihat pada Tabel 3. Berdasarkan informasiTabel 3 menunjukkan bahwa tingkat akurasi sistemuntuk mengidentifikasi spermatozoa normal,abnormal, dan non-spermatozoa masing-masingadalah 83,50%.E 61

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tabel 3 Perbandingan Hasil Klasifikasi SpermatozoaNomor Kelas Spermatozoa Akurasi (%)1 Normal 83,502 Abnormal 83,503 Non-Spermatozoa 83,50Gambar 7 Grafik ROC Klasifikasi SpermatozoaGrafik Receiver Operating Characteristics (ROC)sistem klasifikasi spermatozoa menggunakanBackpropagation Neural Network ditunjukkan olehGambar 7. Berdasarkan pada Gambar 7 diketahuibahwa akurasi sistem untuk mengklasifikasispermatozoa normal, abnormal dan non-spermatozoaberada diatas garis diagonal, yaitu spermatozoanormal (0.1;0.59), abnormal (0.19;0.84) dan nonspermatozoa(0.04;0.47). Hal ini mengindikasikanbahwa citra yang teridentifikasi secara benar lebihbesar dibandingkan dengan tingkat kesalahannya.Sedangkan grafik precision and recall sistemklasifikasi spermatozoa menggunakanBackpropagation Neural Network ditunjukkan olehGambar 8.Pada gambar 8, posisi masing-masing kelas padagrafik adalah spermatozoa normal (0.59;0.60),abnormal (0.84;0.91), dan non-spermatozoa(0.47;0.8). Klasifikasi kelas abnormal memilikitingkat presisi yang tertinggi dibandingkan dengankelas lainnya yaitu 0.91, sedangkan pada kelas normaltingkat presisinya paling rendah, yaitu 0.60. Padakelas abnormal juga memiliki nilai recall yangtertinggi diantara lainnya, yaitu 0.84, sedangkan kelasnon-spermatozoa adalah yang paling rendah, yaitu0.47. Nilai precision 0.91 berarti bahwa tingkatkecocokan spermatozoa abnormal dalam clustertersebut adalah 0.91, sedangkan nilai recall 0.84berarti bahwa tingkat kecocokan spermatozoaabnormal dalam kelasnya adalah 0.84.KESIMPULANPenelitian ini mengembangkan metode klasifikasinormal, abnormal, dan non-spermatozoa manusiaberdasarkan bentuknya. Metode Elliptical FourierDescriptors digunakan untuk ekstraksi fitur berupakoefisien harmonik Fourier a n , b n , c n dan d n . Metodeklasifikasi Backpropagation Neural Network telahberhasil mengklasifikasi spermatozoa manusianormal, abnormal, dan non-spermatozoa denganakurasi terbaik adalah 92,50% pada jumlah harmonikFourier N=2 dan jumlah neuron pada hidden layersama dengan 6 dan 10, sedangkan akurasi sistemdalam mengidentifikasi spermatozoa normal,abnormal dan non-spermatozoa masing-masingadalah 83,50%.DAFTAR PUSTAKAAbbiramy V.S., Shanthi V., (2010), SpermatozoaSegmentation and Morphological ParameterAnalysis Based Detection of Teratozoospermia,International Journal of ComputerApplications (0975 – 8887) Volume 3 – No.7.Alias M.F., Mat Isa N.A., Sulaiman S.A., MohamedM., (2011), Sprague Dawley Rat SpermClassification Using Hybrid MultilayeredPerceptron Network, WSEAS Transaction onInformation Science and Applications Issue 2,Volume 8, ISSN : 1790-0832.Carillo H., Villarreal J., Sotaquirra M., Goelkel A.,Gutierrez R., (2007), A Computer Aided Toolfor the Assessment of Human SpermMorphology, IEEE.Hayati A., (2011), Spermatozoatologi, PusatPenerbitan dan Percetakan Unair, Surabaya.Hardijanto, Susilowati S., Hernawati T., Sardjito T.,Suprayogi T.W., 2010, Buku Ajar InseminasiBuatan, Pusat Penerbitan dan Percetakan Unair,Surabaya.Khul FP, Giadina CR. (1982). Elliptic FourierFeatures of Closed Contour, ComputerGraphic and Image Processing 18 : 236-258.Purnomo M. H., Kurniawan A., (2006), SupervisedNeural Networks dan Aplikasinya, Graha Ilmu,Yogyakarta.Syahputra H., (2009), Ekstraksi Fitur MenggunakanElliptical Fourier Descriptor untuk PengenalanVarietas Tanaman Kedelai, Institut PertanianBogor, Bogor.World Health Organization, (2010), WHOLaboratory Manual For The Examination andProcessing Of Human Semen Fifth Edition,WHO Press, Switzerland.Gambar 8 Grafik Precision and Recall Klasifikasi SpermatozoaE 62

PENDIDIKAN FISIKAFISIKA LINGKUNGANBIDANG LAINSEMINAR NASIONAL FISIKA TERAPAN III (2012)

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PEMBUATAN PROGRAM SIMULASI EKSPERIMEN BOYLE-GAY LUSSACBERBASIS KOMPUTER SEBAGAI MEDIA PEMBELAJARAN FISIKA DI SMAAmbrosius Advent Wiyono 1 , Herwinarso, Tjondro IndrasutantoProgram Studi Pendidikan FisikaUniversitas Katolik Widya Mandala Surabayae-mail 1 : fr_venno@yahoo.comABSTAKPeralatan untuk melakukan eksperimen Boyle-Gay Lussac di sekolah menengah sangat sulit ditemukan.Penelitian ini dilakukan untuk membantu pelaksanaan praktikum Boyle-Gay Lussac di SMA yang terkendalaoleh ketiadaan peralatan pendukung. Program simulasi eksperimen ini dikembangkan dengan programMacromedia Flash yang memiliki fasilitas bahasa pemrograman (Action Script) untuk mengolah data yang telahdikalibrasi dengan data laboratorium yang diperoleh melalui praktikum Boyle-Gay Lussac agar diperoleh hasilyang mendekati eksperimen nyata. Ketidakpastian yang selalu muncul dalam pengukuran diakomodasi olehfaktor random dalam action script. Melalui program simulasi eksperimen ini secara simulasi siswa seolah-olahdapat melakukan eksperimen Boyle-Gay Lussac dan mengambil data seperti dalam situasi nyata dilaboratorium, kemudian mengolah data yang diperoleh. Meskipun tidak dapat sepenuhnya menjadi penggantieksperimen nyata, namun dalam keadaan yang sulit untuk mendapatkan peralatan pendukung eksperimen,program simulasi eksperimen ini menjadi alternatif kegiatan untuk meminimalkan akibat tidak tersedianyaperalatan eksperimen.Kata kunci: Boyle-Gay Lussac, program simulasi eksperimen, media pembelajaran fisika, Flash.PENDAHULUANFisika merupakan mata pelajaran yangmempelajari sifat fisik dari suatu benda baikperubahan bentuk, sifat, maupun keadaan benda yangdapat diamati. Walaupun mata pelajaran fisika inimempelajari sifat dan bentuk fisik dari suatu benda(yang dapat diamati), tidak semua materi yangdipelajari bersifat nyata.Materi yang dipelajari dalam fisika dapat bersifatabstrak, sehingga merupakan salah satu kendala bagiguru untuk memberikan pemahaman yang baikkepada siswa dalam proses pembelajaran fisika disekolah. Untuk membantu pemahaman para siswadalam mempelajari fisika yang bersifat abstraktersebut dapat digunakan suatu media yang memadahidan mudah digunakan.Media alat praktikum dan media komputer adalahbeberapa contoh media yang dapat dimanfaatkan.Dengan media alat praktikum, seseorang tidak hanyadituntut untuk memahami teori tapi juga mengadakanpembuktian terhadap teori, seperti mengamatifenomena fisis, mengambil data dan menganalisisnyaserta menarik kesimpulan dari hasil yang telahdiperoleh. Di sisi lain, dengan menggunakan mediakomputer juga dapat membantu mengembangkanvisualisasi siswa tentang materi dan cara kerja alatpraktikum walaupun hanya melalui program simulasieksperimen berbasis komputer.Salah satu sub pokok bahasan yang menarikdalam fisika, yang dapat dijelaskan denganmenggunakan media alat praktikum dan mediakomputer adalah Boyle-Gay Lussac. Secara teori,penjelasan mengenai teori Boyle-Gay Lussac relatifmudah untuk dijelaskan kepada siswa SMA. Hanyasaja, penjelasan secara teori mungkin akan membuatsiswa menjadi bingung dalam membayangkan. Olehkarena itu, dibuat juga alat praktikum untukmenunjukkan hubungan dalam teori Boyle-GayLussac.Pengadaan alat praktikum Boyle Gay-lussactidaklah mudah. Hal ini disebabkan adanya faktorbiaya pengadaan yang mahal dan juga waktupelaksanaan praktikum yang relatif lama.Berdasarkan kenyataan tersebut, Penelititermotivasi untuk membuat program simulasieksperimen berbasis komputer untuk menggantikanpenggadaan alat praktikum Boyle Gay-lussac, denganmemanfaatkan program macromedia flash.KAJIAN PUSTAKAMacromedia FlashMacromedia Flash adalah suatu program atausoftware dari perusahaan Macromedia. Program inibanyak digunakan oleh para programmer atau webdesigner untuk membuat animasi sederhana untukdiletakkan pada situs mereka. Pemilihan penggunaanprogram ini adalah karena file yang dihasilkan tidakterlalu besar sehingga animasi yang ditampilkan tidaklambat.Selain digunakan pada pembuatan situsweb, program ini dapat pula dikembangkansebagai media pembelajaran untuk siswa-siswadi sekolah.F 1

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8BoyleDalam sebuah ruang tertutup, gas idealtemperaturnya dibuat tetap sehingga keadaan gashanya ditentukan oleh tekanan dan volume gas.Robert Boyle (1627-1691) kali pertama melakukanpercobaan tersebut (isothermal) dan diperoleh garislengkung (lihat gambar 1).Gambar 2 Grafik V terhadap T pada tekanan konstanGambar 1 Grafik hubungan antara tekanan dan volume padatemperatur konstan.Oleh Boyle, persamaan garis tersebut dituliskansebagai:P V kons tanHal tersebut merupakan hasil percobaan yangdilakukan oleh Robert Boyle pada tahun 1660,kemudian dikenal sebagai hukum Boyle.Gay-LussacJika Boyle menyelidiki hubungan antara tekanandan volume gas pada temperatur tetap, JacquesCharles (1746-1823) dan Joseph Gay Lussac (1778-1850) menyelidiki hubungan antara temperatur danvolume gas proses tekanan tetap (proses isobarik).Jika volume gas pada temperatur 0 0 C atau 273 Kadalah V 0 , kemudian temperaturnya dinaikkanmenjadi t 0 C maka volume gas menjadi :V V1t) V0(0t(1 )273Persamaan di atas dapat diubah menjadi :V0V (273 t)273dengan T = t + 273V 0memiliki nilai yang tetap maka dapat273dituliskan:VcV = c T atau TPersamaan ini lebih dikenal dengan nama HukumCharles, dengan V adalah Volume gas dan Ttemperatur mutlak gas bersatuan Kelvin.Gambar 3 Grafik P terhadap V pada tekanan konstanBoyle Gay-LussacSetiap zat terdiri atas atom-atom. Kemudian,atom akan membentuk molekul-molekul. Atom danmolekul ini disebut sebagai partikel. Teori yangmempelajari tinjauan tentang gaya antara partikelpartikeldan energi partikel tersebut untukmenerangkan sifat partikel disebut dengan teorikinetik zat. Teori kinetik zat yang diterapkan pada gasdisebut teori kinetik gas.Tinjauan teori kinetik pada sifat gas secarakeseluruhan merupakan hasil rata-rata kelakuan gastersebut, dengan anggapan bahwa gas tersebut adalahgas ideal. Dalam kenyataan, gas yang bersifat gasideal tidak ditemukan. Akan tetapi, gas pada tekananrendah dan suhu kamar dapat dianggap memiliki sifatyang mendekati gas ideal.Anggapan mengenai gas ideal secaramakroskopik yaitu sebagai berikut: Gas ideal terdiri atas partikel-partikel dalamjumlah banyak. Partikel tersebut bergerak dalam arah yang acak. Partikel gas ideal tersebar merata dalam ruangyang sempit. Jarak antar partikel jauh lebih besar dari ukuranpartikel itu sendiri. Tidak ada gaya antara partikel yang satu denganpartikel yang lain kecuali terjadi tumbukan. Tumbukan antar partikel maupun antar partikeldengan dinding terjadi secara lenting sempurna. Hukum-hukum Newton tentang gerak berlakupada gas ideal.Proses pada gas selalu dilakukan pada ruangtertutup dan tidak ada kebocoran selama prosessehingga massa gas atau jumlah molekul gas dalamruang tersebut selama proses adalah tetap. Denganmenggunakan asumsi tersebut, secara umumpersamaan keadaan gas ideal dapat dituliskan:F 2

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8P VT nR atau P V = n R TDari persamaan di atas didapatkan bahwa nRmerupakan suatu konstanta dengan n adalah jumlahmol gas yang bersatuan mol dan R adalah tetapan gasumum. Dengan demikian bisa didapatkan bahwa:P VT kons tanatauP1VT11P2V2TPersamaan di atas merupakan gabungan darihukum Boyle dan Hukum Gay-lussac sehinggaPersamaan tersebut sering disebut sebagai persamaanBoyle-Gay Lussac.Bagan Penelitian2Gambar 5 Tampilan Awal Program Simulasi Eksperimen Boyle-Gay LussacKajianEksperimen Boyle-GayLAnalisis dataPembuatan Program SimulasiGambar 6 Tampilan Teori pada Program Simulasi EksperimenBoyle-Gay LussacValidasi AhliPerbaikan?YaUjitidakKesimpulanGambar 4: Bagan PenelitianHASIL DAN PEMBAHASANHasil dari penelitian ini berupa CD yang berisiProgram Simulasi Eksperimen (PSE) Boyle Gay-Lussac. Program ini mensimulasikan praktikumBoyle, praktikum Gay-Lussac, dan juga praktikumBoyle Gay-lussac.Beberapa contoh tampilan dari program iniadalah sebagai berikut:Gambar 7 Tampilan Praktikum Boyle pada Program SimulasiEksperimen Boyle-Gay LussacProgram ini telah diuji coba 2 kali yakni melaluiuji dan uji lapangan pada siswa SMA. Pada uji ahli,tahap ini dilakukan dosen untuk memgetahuikedalaman materi dan juga kebenaran praktikum yangdihasilkan program terhadap praktikum nyata. Revisirevisiyang diberikan oleh dosen digunakan untukmemperbaiki program sehingga program siapdigunakan untuk para siswa.Tahap uji lapangan diperlukan Untuk mengetahuibaik tidaknya suatu program, hasil penilaian iniberupa angket terhadap program yang dibuat.F 3

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8No.12345678910Tabel I Data angket siswa SMAK St. Agnes kelas XI IPA 2PernyataanPilihanSS S TS STSTidak ada kesulitanmembuka program17 15 - 1Tidak ada kesulitanmengoperasikan program 11 19 2 1Mengasyikan dengan adanyasimulasi eksperimen 5 25 3 -Dapat meningkatkanpemahaman materi Boyle-Gay Lussac melalui program5 25 2 -simulasi eksperimenMudah mengerti danmemahami petunjuk5 24 3 1percobaanMateri mudah diingatdengan adanya simulasi 2 24 7 -eksperimenTampilan program cukupmenarik 5 24 3 1Dapat melakukan simulasieksperimen sendiri 4 22 6 1Dapat digunakan sebagaisarana pengganti praktikum 9 19 3 2Program ini menambahkebingungan - 7 20 6Data dari angket tersebut kemudian diolahmenjadi 2 kolom yakni kolom SS+S dan juga kolomTS+STS seperti yang terlihat pada tabel II.Tabel II Data angket siswa SMAK St. Agnes Kelas XI IPA 2(dalam percentase)No.123456Pilihan(%)PernyataanSS+S TS+STSTidak ada kesulitan membukaprogram97% 3%Tidak ada kesulitan mengoperasikanprogram91% 9%Mengasyikan dengan adanya simulasieksperimen91% 9%Dapat meningkatkan pemahamanmateri Boyle-Gay Lussac melalui 91% 6%program simulasi eksperimenMudah mengerti dan memahamipetunjuk percobaan 88% 12%Materi mudah diingat dengan adanyasimulasi eksperimen79% 21%7 Tampilan program cukup menarik 88% 12%8Dapat melakukan simulasieksperimen sendiri79% 21%9Dapat digunakan sebagai saranapengganti praktikum85% 15%10 Program ini menambah kebingungan 21% 79%Angket ini diberikan pada siswa SMAK St.Agnes kelas XI IPA 2 yang berjumlah 33 siswa.Adapun berdasarkan angket yang diberikan:- 97% menyatakan bahwa tidak ada kesulitandalam membuka program.- 91% menyatakan tidak ada kesulitanmengoperasikan program.- 91% menyatakan bahwa mengasyikan denganadanya animasi serta dapat meningkatkanpemahaman materi Boyle-Gay Lussac.- 88% menyatakan bahwa siswa mudah mengertidan memahami petunjuk percobaan sertamenyatakan bahwa tampilan program cukupmenarik.- Namun ada 21% siswa yang menyatakan bahwaprogram simulasi eksperimen ini menambahkebingungan, karena mereka membutuhkanwaktu lebih banyak untuk memahami cara kerjadari program tersebut.Berdasarkan tabel I, jumlah suara pada kolomSangat Setuju (SS) dan Setuju (S) untuk no. 1-9berjumlah 260 suara, dan pada no. 10 berjumlah 7suara. Sedangkan pada kolom Tidak Setuju (TS) danSangat Tidak Setuju (STS) untuk no. 1-9 berjumlah36 suara dan untuk no 10 berjumlah 26 suara.Secara matematis:No 1-9 : SS + S = 260TS + STS = 36No 10 : SS + S = 7TS + STS = 26+Jumlah Suara 329Untuk menentukan bagus atau tidaknya suatuprogram yakni dengan perhitungan matematis daribanyaknya suara yang memilih SS atau S pada no. 1-9dan memilih TS atau STS pada no. 10.Secara matematis didapatkan:260 26x 100% 87%329Dengan demikian, Program Simulasi EksperimenBoyle-Gay Lussac Berbasis Komputer sebagai MediaPembelajaran Fisika di SMA yang telah dibuat dapatdikatakan baik.KESIMPULANProgram simulasi eksperimen Boyle-Gay Lussacberbasis komputer telah dibuat dan diuji coba melalui2 tahap. Tahap pertama diperiksa oleh Dosen sebagaiUji Ahli. Tahap kedua diujikan kepada siswa SMAsebagai pengguna program. Dari hasil uji coba secarakeseluruhan dapat disimpulkan bahwa program yangdibuat dapat dikatakan baik dan bisa digunakansebagai media praktikum bagi siswa SMA.Beberapa saran yang dapat dikemukakan penulisdalam rangka pengembangan dan pemanfaatanProgram Simulasi Eksperimen Boyle-Gay Lussacadalah:1. Guru atau dosen diharapkan dapat memanfaatkanprogram ini sebagai media pembelajaran Fisikauntuk sub pokok bahasan Teori Boyle-GayLussac.2. Pengembangan Program, terutama pada bagianpergerakan animasi yang kurang luwes ataukurang halus.F 4

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8UCAPAN TERIMA KASIHPada kesempatan ini, Penulis ingin mengucapkanterima kasih kepada I-MHERE yang telah membiayaipenelitian ini melalui Program Student Grant.DAFTAR PUSTAKAHaliday & Resnick. 1985. Fisika Jilid I Edisi Ketiga.Jakarta: Erlangga.Kanginan, Marthen. 2004. Fisika Untuk SMA. Jakarta:Erlangga.Komarudin, Nur. 2004. Fisika Untuk SMA Kelas XI.Bandung: RosdakaryaLaboratorium Fisika (2006). Petunjuk PraktikumFisika Dasar II.Soeharto, dkk. 1989. Fisika Dasar II. Jakarta: APTIK.F 5

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGEMBANGAN VIDEO EKSPERIMEN PEMBELAJARAN INQUIRY PADABAHASAN KAPILARITASFarita Saragih, J.V. Djoko Wirjawan, G. Budijanto UntungProgram Studi Pendidikan FisikaUniversitas Katolik Widya Mandala SurabayaEmail 1 : faritasaragih@yahoo.comAbstrakDalam Permendiknas no 23 tahun 2006 tentang Standar Kompetensi Lulusan rumpun mata pelajaran IlmuPengetahuan dan Teknologi, dinyatakan lulusan SMA/MA harus menunjukkan kemampuan dan sikap antaralain: berpikir logis, kritis, kreatif, inovatif, mengembangkan budaya belajar, kompetitif, menganalisis danmemecahkan masalah dan memanfaatkan lingkungan secara produktif. Salah satu metode pembelajaran yangdigunakan dalam mencapai hal tersebut adalah Metode Pembelajaran Inquiry. Mengingat keterbatasan waktudan dan alat yang tersedia dalam suatu pembelajaran nyata tentang Kapilaritas akan dikembangkan alat bantudalam pembelajaran materi Kapilaritas menggunakan metode inquiry.Penelitian ini bertujuan untuk membuat media pembelajaran berupa video eksperimen untuk pembelajaraninquiry bahasan Kapilaritas. Penelitian menggunakan metode penelitian pengembangan yang diujikan kesekolah menengah. Prosedur penelitian yang dilakukan adalah Perancangan global media pembelajaran,perancangan komponen-komponen media pembelajaran, penyusunan skrip video eksperimen, penggabunganvideo dengan flash, validasi ahli, uji coba media pembelajaran dan analisis data.Hasil penelitian ini berupa media pembelajaran video eksperimen untuk pembelajaran Inquiry yang berisifenomena kapilaritas, eksperimen, analisis data, kesimpulan dan penjelasan materi Kapilaritas. Media disimpandalam bentuk Compact Disc (CD). Media ini telah melalui validasi ahli dan uji lapangan. Uji lapangandilakukan di SMA Katolik Santa Maria Surabaya. Berdasarkan hasil angket diperoleh 89,2% respondent setujubahwa media pembelajaran ini baik dan bermanfaat.Kata Kunci: kapilaritas, media pembelajaran inquiry, video eksperimen.PENDAHULUANPermendiknas nomor 22 tahun 2006 tentangstandar isi, khususnya untuk rumpun mata pelajaranIlmu Pengetahuan dan Teknologi di mana pelajaranfisika termasuk di dalamnya, dinyatakan bahwakelompok mata pelajaran ilmu pengetahuan danteknologi dimaksudkan untuk (1) mengenal,menyikapi, dan mengapresiasi ilmu pengetahuan danteknologi (untuk jenjang SD), memperolehkompetensi dasar (untuk jenjang SMP/MTs) dankompetensi lanjut (untuk jenjang SMA/MA) ilmupengetahuan dan teknologi, serta (2) menanamkankebiasaan (untuk jenjang SD/MI) dan membudayakan(untuk jenjang SMP/MTs dan SMA/MA) berpikir danberperilaku ilmiah yang kritis, kreatif dan mandiri.Dalam Permendiknas no 23 Tahun 2006 tentangStandar Kompetensi Lulusan (SKL), khususnya padaSKL rumpun mata pelajaran. Ilmu Pengetahuan danTeknologi, dinyatakan bahwa lulusan SMA harusmenunjukkan sejumlah kemampuan dan sikap, antaralain: (1) berpikir logis, kritis, kreatif, dan inovatifsecara mandiri, (2) mengembangkan budaya belajaruntuk pemberdayaan diri, (3) kompetitif, sportif, danetos kerja untuk mendapatkan hasil yang terbaikdalam bidang iptek, (4) menganalisis danmemecahkan masalah kompleks, (5) menganalisisfenomena alam dan sosial sesuai dengan kekhasandaerah masing-masing, (5) memanfaatkan lingkungansecara produktif dan bertanggung jawab dan (6)berkomunikasi dan berinteraksi secara efektif dansantun melalui berbagai cara termasuk pemanfaatanteknologi informas (DIKTI, 2006).Khusus untuk pelajaran Fisika, Permendiknastentang standar isi menyatakan bahwa tujuanpelajaran Fisika di SMA/MA adalah agar pesertadidik memiliki kemampuan-kemampuan sebagaiberikut. (1) Membentuk sikap positif terhadap fisikadengan menyadari keteraturan dan keindahan alamserta mengagungkan kebesaran Tuhan Yang MahaEsa. (2) Memupuk sikap ilmiah yaitu jujur, obyektif,terbuka, ulet, kritis dan dapat bekerjasama denganorang lain. (3) Mengembangkan pengalaman untukdapat merumuskan masalah, mengajukan dan mengujihipotesis melalui percobaan, merancang dan merakitinstrumen percobaan, mengumpulkan, mengolah, danmenafsirkan data, serta mengomunikasikan hasilpercobaan secara lisan dan tertulis. (4)Mengembangkan kemampuan bernalar dalam berpikiranalisis induktif dan deduktif dengan menggunakankonsep dan prinsip fisika untuk menjelaskan berbagaiperistiwa alam dan menyelesaian masalah baik secarakualitatif maupun kuantitatif. (5) Menguasai konsepdan prinsip fisika serta mempunyai keterampilanmengembangkan pengetahuan dan sikap percaya dirisebagai bekal untuk melanjutkan pendidikan padajenjang yang lebih tinggi serta mengembangkan ilmupengetahuan dan teknologi (DIKTI, 2006).Salah satu metode pembelajaran yang dapatdigunakan untuk mencapai apa yang digariskan dalamperaturan menteri tersebut adalah metode inqury(inquiry). Metode pembelajaran inqury, dikenalF 6

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dengan inquiry-based learning. Melalui metode ini,siswa dituntut untuk menjelaskan secara rasionalfenomena-fenomena yang memancing rasa ingin tahu.Ini berarti bahwa pembelajaran inqury berkaitandengan aktivitas dan keterampilan aktif yang fokuspada pencarian pengetahuan atau pemahaman untukmemuaskan rasa ingin tahu.Berdasarkan uraian di atas, maka penelitian inidilakukan dengan tujuan mengembangkan alat bantudalam pembelajaran materi Kapilaritas menggunakanmetode inqury. Mengingat keterbasan waktu dan alatyang tersedia dalam suatu pembelajaran nyata tentangkapilaritas maka alat bantu yang dikembangkan akandikemas dalam bentuk media berupa Compact Disc(CD) pembelajaran yang memuat video tentangfenomena sehari-hari dan eksperimen kapilaritasbeserta langkah-langkah pembelajaran yangmengggunakan metode inqury.KAJIAN PUSTAKAMetode InquryInqury didefinisikan sebagai usaha untuk mencarikebenaran dan pengetahuan atau usaha untukmenggali informasi dari berbagai pertanyaan. Metodeinqury merupakan metode pembelajaran yangberupaya menanamkan dasar-dasar berpikir ilmiahpada diri siswa, sehingga dalam proses pembelajaransiswa lebih banyak belajar sendiri, mengembangkankreativitas dalam memecahkan masalah. Pada metodeini, siswa ditempatkan sebagai subjek yang belajar.Kelengkapan inkuari terjadi melalui proses keaktifansiswa dalam mengumpulkan informasi atau data yangkemudian dimanfaatkan sebagai bentuk pengetahuanbaru. Proses ini terlahir dari rasa penasaran atau rasaingin tahu untuk menjawab pertanyaan yang diajukan.Dalam prakteknya, aplikasi pembelajaran metodeinqury sangat beragam, bergantung pada situasi dankondisi sekolah, namun terdapat 5 komponen yangumum pada metode inqury, yaitu:1. Question. Pembelajaran dimulai dengan sebuahpertanyaan pembuka yang memancing rasa ingintahu siswa atau kekaguman siswa akan suatufenomena.2. Student Engagement. Dalam metode inqury,keterlibatan aktif siswa merupakan suatukeharusan sedangkan peran guru adalah sebagaifasilitator.3. Cooperative Interaction. Siswa diminta untukberkomunikasi, bekerja berpasangan atau dalamkelompok, dan mendiskusikan berbagai gagasan.Dalam hal ini, siswa bukan sedang berkompetisi.Jawaban dari permasalahan yang diajukan gurudapat muncul dalam berbagai bentuk, dankemungkinan semua jawaban benar.4. Performance Evaluation. Dalam menjawabpermasalahan, biasanya siswa diminta untukmembuat sebuah produk yang dapatmenggambarkan pengetahuannya mengenaipermasalahan yang sedang dipecahkan. Bentukproduk ini dapat berupa slide presentasi, grafik,poster, karangan, dan lain-lain. Melalui produkprodukini guru melakukan evaluasi.5. Variety of Resources. Siswa dapat menggunakanbermacam-macam sumber belajar, misalnyabuku teks, website, televisi, video, poster,wawancara dengan ahli, dan lain sebagainya.Adapun peranan guru dalam pembelajarandengan metode inqury adalah sebagai pembimbingdan fasilitator. Tugas guru adalah memilih masalahyang perlu disampaikan kepada kelas untukdipecahkan Namun dimungkinkan juga bahwamasalah yang akan dipecahkan dipilih oleh siswa.Tugas guru selanjutnya adalah menyediakan sumberbelajar bagi siswa dalam rangka memecahkanmasalah. Guru memberikan pertanyaan-pertanyaanyang menggiring ke pemecahan masalah. Gurumengawasi siswa memecahkan masalah, tetapidiusahakan tidak intervensi dari guru (http://julhasratman.blogspot.com/ 2011/ 11/ modelpembelajaran-inquiry-training.html).Manfaat Metode InquryMetode inkuari ini memiliki beberapa manfaat,yaitu:a) Dapat membentuk dan mengembangkan konsepdasar kepada siswa, sehingga siswa dapatmengerti tentang konsep dasar ide-ide denganlebih baik.b) Membantu dalam menggunakan ingatan dantransfer pada situasi proses belajar yang baru.c) Mendorong siswa untuk berfikir dan bekerja atasinisiatifnya sendiri, bersifat jujur, obyektif, danterbuka.d) Mendorong siswa untuk berpikir kritis danmerumuskan hipotesisnya sendiri.e) Memberi kepuasan yang bersifat intrinsik.f) Situasi pembelajaran lebih menggairahkan.Dapat mengembangkan bakat atau kecakapanindividu.g) Memberi kebebasan siswa untuk belajar sendiri.h) Menghindarkan diri dari cara belajar tradisional.i) Dapat memberikan waktu kepada siswasecukupnya sehingga mereka dapatmengasimilasi dan mengakomodasi informasi.Media PembelajaranMedia adalah sebuah sarana atau alat yangmempunyai fungsi menyampaikan pesan. Mediamerupakan bentuk jamak dari kata “medium” yangberasal dari bahasa latin yang berarti “perantara”.Istilah media dapat diartikan sebagai perantara dalammenyampaikan informasi dari pengirim pesan kepadapenerima pesan. Dalam proses pembelajaran, sipengirim pesan adalah guru dan si penerima pesanadalah siswa (http:// biocyberway. Blogspot.com /2009 / 12 / arti-media pembelajaran.html).Media pembelajaran merupakan perantara ataualat untuk memudahkan proses belajar mengajar agartercapai tujuan pengajaran secara efektif. Untukmenyampaikan informasi dari guru ke siswa, biasanyaF 7

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8guru menggunakan alat bantu mengajar (teachingaids) baik elektronik maupun non-elektronik,prototype, simulator, “training/science kit”, modulpembelajaran, instrumen asesmen dan sebagainya(DIKTI, 2005).Video EksperimenDalam dunia pendidikan, penggunaan mediapembelajaran berbasis komputer sangatlah membantuguru pada kegiatan proses belajar mengajar selain itujuga dapat membantu siswa memahami materi yangdisampaikan serta dapat mempersingkat waktu. Salahsatu penyampaian materi dengan menggunakan mediapembelajaran adalah dengan menggunakan mediaaudio visual video. Pada media audio visual video,dapat memberikan suatu tontonan yang berbeda kesiswa.Dalam video, pengabungan antara suara, gambardan musik dapat memberikan alternatif mediapembelajaran. Video eksperimen yakni suatutayangan yang menunjukkan prosedur dalammelakukan eksperimen serta terdapat juga analisisdata dan kesimpulannya. Penggunaan videoeksperimen dalam menyampaikan materi didalamproses belajar mengajar sangatlah membantu gurukarena dapat mempersingkat waktu untuk melakukaneksperimen.Program MediaMacromedia Flash adalah software yang dipakaisecara luas oleh profesional web karenakemampuannya dalam menampilkan multimedia,gabungan antara grafis, animasi dan suara, sertainteraktifitas bagi pengguna internet(F.HPrasetyo,2007).AVS Video EditorTegangan PermukaanTegangan permukaan merupakan besaran fisikayang terkait dengan kecenderungan permukaan zatcair untuk menegang sehingga permukaannya sepertiditutupi suatu lapisan elastis. Timbulnya teganganpermukaan ditunjukkan pada Gambar 2.1. Partikel Aditarik oleh gaya yang sama besar ke segala arah olehpartikel – partikel di dekatnya. Sebagai hasilnya,resultan gaya pada partikel-partikel di dalam zat cair(yang diwakili oleh A) adalah sama dengan nol,sehingga di dalam zat cair tidak terjadi teganganpermukaan.Bagaimana dengan partikel–partikel dipermukaan zat cair (yang diwakili oleh B)? Partikel Bditarik oleh partikel–partikel yang ada di samping dibawahnya dengan gaya–gaya yang sama besar, tetapiB tidak ditarik oleh partikel–partikel di atasnya(karena di atas B tidak ada partikel zat cair). Sebagaihasilnya, terdapat resultan gaya berarah ke bawahyang bekerja pada permukan zat cair. Resultan gayaini menyebabkan partikel-partikel pada permukaan zatcair seakan–seakan tertutup oleh hamparan selaputelastis yang ketat. Selaput ini cenderung menyusutsekuat mungkin. Oleh karena itu, sejumlah tertentucairan cenderung mengambil bentuk denganpermukaan sesempit mungkin. Inilah yang kita sebutdengan tegangan permukaan (B.Foster. 2004).Gambar 1 Partikel A berada dalam zat cair dan partikel B dipermukaan zat cairAkibat tegangan permukaan ini, setetes cairancenderung berbentuk bola karena dalam bentuk bolaitu, cairan mendapatkan luas permukaan yangtersempit. Inilah yang menyebabkan tetes air yangjatuh dari kran berbentuk bola.Tegangan Permukaan Pada Kawat yangDibengkokkanSeutas kawat dibengkokkan ddengan bentuk U.Ketika alat ini dicelupkan dalam larutan sabun dandikeluarkan, kawat kedua (jika beratnya tidak begitubesar) akan tertarik ke atas. Untuk menahan kawat iniagar tidak meluncur ke atas, perlu mengerjakan gayaT ke bawah. Total gaya ke bawah yang menahankawat kedua adalah F = W 1 + W 2 .Gambar 2 Kawat yang dilapisi larutan sabunMisalkan panjang kawat kedua adalah l. Larutansabun yang menyentuh kawat kedua memiliki duapermukaan, yaitu sepanjang sisi depan dan belakangkawat sehingga gaya tegangan permukaan bekerjasepanjang l panjang permukaan.Secara matematis ditulis:Tegangan permukaan (γ) dalam larutan sabundidefinisikan sebagai perbandingan antara gayategangan permukaan (F) dan panjang permukaan (d)dimana gaya itu bekerja. Tegangan permukaanbekerja pada dua sisi pada kawat. Secara matematisditulis :F 8

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(1)Sehingga diperoleh,(2)Tegangan permukaan bukanlah besaran gaya,tetapi merupakan gaya dibagi dengan panjang,sehingga satuan tegangan permukaan adalah N/m.Kohesi dan AdhesiSetetes air yang jatuh di kaca meja akan berbedabentuknya bila dijatuhkan di sehelai daun talas.Mengapa demikian? Antara molekul-molekul airterjadi gaya tarik-menarik yang disebut dengan gayakohesi molekul air. Gaya kohesi diartikan sebagaigaya tarik-menarik antara partikel-partikel zat yangsejenis. Pada saat air bersentuhan dengan benda lainmaka molekul-molekul bagian luarnya tarik-menarikdengan molekul-molekul luar benda lain tersebut.Gaya tarik-menarik antara partikel zat yang tidaksejenis disebut gaya adhesi. Gaya adhesi antaramolekul air dengan molekul kaca berbedadibandingkan gaya adhesi antara molekul air denganmolekul daun talas. Demikian pula gaya kohesi antarmolekul air lebih kecil daripada gaya adhesi antaramolekul air dengan molekul kaca. Itulah sebabnya airmembasahi kaca berbentuk melebar. Namun air tidakmembasahi daun talas melainkan tetes air berbentukbulat-bulat menggelinding di permukaan karena gayakohesi antar molekul air lebih besar daripada gayaadhesi antara molekul air dan molekul daun talas.Gambar 4. Meniskus cekung dan meniscus cembungMeniskus cembung maupun meniskus cekungmenyebabkan sudut kontak antara bidang wadah(tabung) dengan permukaan zat cair berbedabesarnya. Meniskus cembung menimbulkan sudutkontak tumpul (> 90), sedangkan meniskus cekungmenimbulkan sudut kontak lancip (< 90).Sudut KontakSudut kontak () yaitu sudut yang dibatasi oleh 2bidang batas yaitu dinding tabung dan permukaan zatcair. Dengan pemahaman bahwa, dinding tabung : sebagai bidang batas antara zatcair dan tabung,permukaan zat cair : sebagai bidang batas antarazat cair dan uapnya ( = 180 0 ).Menurut sudut kontaknya bentuk-bentuk meniskuspermukaan zat cair dalam bejana (W. Sears et al,1962):1. Cekung, contoh: air dengan dinding gelas; 0º 90º , zat cair membasahi dinding.Gambar 3 Air di daun talasGaya kohesi maupun gaya adhesi mempengaruhibentuk permukaan zat cair dalam wadahnya. Misalkanke dalam dua buah tabung reaksi masing-masingdiisikan air dan air raksa. Apa yang terjadi?Permukaan air dalam tabung reaksi berbentuk cekungdisebut meniskus cekung sedangkan permukaan airraksa dalam tabung reaksi berbentuk cembung disebutmeniskus cembung. Hal itu dapat dijelaskan bahwagaya adhesi molekul air dengan molekul kaca lebihbesar daripada gaya kohesi antar molekul air,sedangkan gaya adhesi molekul air raksa denganmolekul kaca lebih kecil daripada gaya kohesi antaramolekul air raksa.Gambar 5 Air dengan dinding gelas2. Cembung, contoh: raksa cair dengan dindinggelas, 90º < 180º, zat cair tidak membasahidinding.Gambar 6 Raksa dengan dinding gelasF 9

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-83. Datar, contoh: air dengan dinding perak; = 90ºGambar 7 Air dengan dinding perakKenaikan Zat Cair Dalam Pipa KapilerZat cair yang membasahi dindingGambar 8 Zat cair yang membasahi dinding = massa jenis zat cair (kg/m 3 )y = tinggi permukaan zat cair (m) = sudut kontak = tegangan permukaan (N/m)r = jari-jari pipa kapiler (r)g = percepatan gravitasi (m/s 2 )Adanya gaya adhesi menyebabkan zat cair yangberkontak dengan dinding naik, serta adanya gayakohesi menyebabkan zat cair yang ada di tengah ikutnaik pula (M. Kanginan.2004). Naiknya air dalampipa diimbangi oleh gaya ke atas yang berasal daritegangan permukaan air. Jika sudut kontak antarapermukaan air dengan kaca dinyatakan sebagai θ,gaya efektif ke atas persatuan panjang yang dihasilkanoleh tegangan permukaan sebesar . Dengandemikian kenaikan / penurunan zat cair dalam pipakapiler :(3)METODOLOGIMengacu pada tujuan pengembangan mediapembelajaran yang telah diuraikan sebelumnya,penelitian pengembangan untuk membuat videoeksperimen pembelajaran inquiry pada bahasankapilaritas dilakukan melalui langkah-langkahberikut: Perancangan global media pembelajaran Perancangan komponen-komponen mediapembelajaranPenyusunan skrip video eksperimenPenggabungan video dengan flashValidasi ahliUji coba media pembelajaranAnalisis DataHASIL DAN PEMBAHASANPenelitian ini menggunakan metode penelitianpengembangan yaitu suatu penelitian yangberorientasi pada pengembangan produkpembelajaran yang akan digunakan untuk pemecahanmasalah pembelajaran. Secara garis besar, isi mediapembelajaran yang ada dalam CD adalah:a). Tampilan depan, berisi judul media, nama pembuatmedia serta tombol “enter” untuk masuk kedalam menu utama. Tampilan depan ditunjukkandalam gambar 9.b). Menu Utama, berisikan empat buah tombol yaitu:first, video, topics dan exit. Diharapkan penggunameng-klik tombol first sebelum meng-klik tombollainnya.c). First, berisi cara penggunaan media pembelajaranyang dilengkapi dengan animasi scroll pada bagiansamping tayangan ini. Pada scroll terdapat tandapersegi panjang yang dapat digerakkan naik turun.d). Video, berisikan video pertama, dugaan sementaradan video kedua. Video pertama menayangkanfenomena kapilaritas. Dugaan sementara(hipotesis) atas apa yang telah ditayangkan olehvideo pertama lalu memilih jawaban yang sesuaidengan apa yang telah ditayangkan pada videopertama. Pada video kedua berisikan prosedureksperimen Kapilaritas, analisis data dankesimpulan.e). Topics, berisikan submenu materi yang terdiri daritiga buah tombol yaitu 1,2 dan 3. Pada tombol 1berisi submenu Tegangan Permukaan, tombol 2berisi submenu Kapilaritas dan tombol 3 berisisubmenu Hubungan Tegangan Permukaan danKapilaritas. Ketiga submenu materi ini, berisipenjelasan materi, gambar serta rumus.f). Exit, tombol untuk mengakhiri program dankembali ke tampilan depan media pembelajaran.(2‐3)Gambar 9 Tampilan DepanF 10

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 13 Tampilan Submenu Video Eksperimen KapilaritasGambar 10 Tampilan menu firstGambar 11 Tampilan Menu Video Pertama, salah satu fenomenakapilaritasGambar 14 Tampilan Submenu Topics.Pada akhir pembelajaran (uji lapangan), penelitiberdiskusi dengan siswa dan meminta siswa mengisiangket yang berkaitan dengan kualitas mediapembelajaran. Data yang diperoleh dari angketdirangkum pada table I.Gambar 12 Tampilan Submenu Dugaan SementaraF 11

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8No.1.2.3.4.5.6.7.8.Tabel I . Ringkasan skor angket terhadap 29 siswaPernyataanMedia pembelajaran dapatmemancing rasa ingin tahu.Media pembelajaran dapatmemuaskan rasa ingin tahu.Media pembelajaran dapatmembuat saya lebih aktif.Media pembelajaran dapatmembuat saya lebih berpikirkritis.Video fenomena Kapilaritasdalam media pembelajaranmenarik.Video eksperimen dalammedia pembelajaranmempermudah pemahamanKapilaritas.Suara yang dihasilkan videobaik.Media pembelajaran inimenyebabkan kebingungan.PilihanSTS TS S SS2 24 32 25 24 21 41 24 45 21 31 5 21 23 21 54 23 2Berdasarkan data angket di atas, 89,2% siswamenyatakan bahwa media pembelajaran videoeksperimen pembelajaran inqury bahasan Kapilaritasbaik dan sangat bermanfaat. Peneliti juga melakukanwawancara pada beberapa siswa. Hasil wawancaramenyatakan media pembelajaran ini baik, tidakmenyebabkan kebinggungan dan sangat bermanfaat.Hasil wawancara ini sesuai dengan hasil observasidan hasil angket.Dengan demikian, media pembelajaran yangdiberi judul Video Eksperimen untuk PembelajaranInqury Pada Bahasan Kapilaritas ini cukup baikdigunakan oleh guru sebagai alat bantu dalampembelajaran menggunakan metode Inqury padabahasan Kapilaritas. Disamping itu, video ini dapatjuga digunakan secara mandiri oleh siswa untukmemperdalam memperdalam materi yang telahdisampaikan di sekolah.KESIMPULANSesuai dengan tujuan penelitian ini, telah berhasildikembangkan produk pembelajaran berupa CD(Compact Disc) yang diberi judul Video EksperimenUntuk Pembelajaran Inqury Pada Bahasan Kapilaritasyang berisi fenomena kapilaritas, hipotesa,eksperimen Kapilaritas, kesimpulan dan penjelasanteori Kapilaritas. CD ini telah melalui uji ahli danmengalami perbaikan. Hasil angket terhadap mediapembelajaran menunjukkan 89,2% siswa menyatakanbahwa media pembelajaran ini baik dan dapat dipakaiuntuk pembelajaran di kelas. Namun demikian, masihdiperlukan penyempurnaan sehingga pemahamantentang kapilaritas dapat ditingkatkan dengan mudah.Keistimewaan CD ini terletak pada video yangmenunjukkan fenomena dan eksperimen Kapilaritasserta data berdasarkan pembelajaran inqury. CD inidapat digunakan guru sebagai alat bantu mengajar dandapat juga digunakan secara mandiri oleh siswa.F 12SARAN1. Mengingat pentingnya mengkaitkan fenomenaalam dengan pelajaran fisika, maka disarankankepada peneliti berikutnya untuk mengembangkanmedia seperti ini untuk pokok bahasan lainnya.2. Pembuatan video tentang fenomena perlu dicobapenayangannya menggunakan cerita yang berisigambar bergerak dan “dalang” (pencerita).3. Media pembelajaran ini, selain dapat digunakandengan metode inqury juga dapat digunakandengan menggunakan metode Direct Instructionsdan Kooperative.UCAPAN TERIMA KASIHPeneliti menyampaikan terima kasih kepadaProyek I-MHERE UKWMS yang telah membiayaipenelitian ini melalui program Student Grant.DAFTAR PUSTAKADIKTI, (2005), Konsep Dasar dan KarakteristikPenelitian untuk Peningkatan KualitasPembelajaran (PPKP). Jakarta: DirektoratPembinaan Pendidikan Tenaga Kependidikandan Ketenagaan Perguruan Tinggi.DIKTI. (2006). Peraturan Menteri PendidikanNasional Nomor 23 Tentang Standar Isi Fisika.B. Foster. (2004), Terapdu Fisika SMA Untuk KelasXI. Jakarta: Erlangga.M. Kanginan. (2004), FisikaUntuk SMA kelas XI(jilid 2B). Jakarta:Erlangga.F.H. Prasetyo. (2007), Desain dan Aplikasi MediaPembelajaran Dengan MenggunakanMacromedia Media Flash MX .W. Sears et al. (1962), Fisika untuk Universitas.http:// biocyberway. Blogspot.com / 2009 / 12 / artimediapembelajaran.html.http:// julhasratman.blogspot.com/ 2011/ 11/ modelpembelajaran-inquiry-training.html.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENERAPAN MODEL PEMBELAJARAN LANGSUNG BERBANTUAN MEDIABERBASIS KOMPUTER UNTUK MENINGKATKAN PRESTASI BELAJAR ALAT-ALAT OPTIK BAGI SISWA DI SMAK DIPONEGORO BLITARFeby Restiana Dewi 1 , I Nyoman Arcana 1 , dan G. Budijanto Untung 11 Program Studi Pendidikan FisikaUniversitas Katolik Widya Mandala Surabayae-mail 1 : diewee02@gmail.comAbstrakObservasi awal yang dilakukan peneliti di kelas X-B di SMAK Katolik Diponegoro Blitar menunjukkan bahwanilai rata-rata kelas mata pelajaran fisika 54,70 dan hanya 16,22% dari 37 siswa yang memenuhi kriteriaketuntasan minimum (KKM). Dalam upaya untuk meningkatkan rata-rata kelas dan prosentase siswa yangmemenuhi KKM telah dilakukan penelitian tindakan kelas (PTK) di kelas tersebut pada pokok bahasan alat-alatoptik dengan menerapkan model direct instruction yang dilengkapi dengan media komputer dan disertai denganlembar pertanyaan. Setelah melewati dua siklus PTK, pada akhir siklus rata-rata kelas hasil belajar fisikameningkat menjadi 81,30 dan prosentase siswa yang memenuhi KKM meningkat menjadi 70,27%.Kata kunci: Direct Instruction (DI), media berbasis komputer, prestasi belajar fisika, alat-alat optik.PENDAHULUANFisika adalah salah satu bidang studi yangmenjadi sorotan dibanyak sekolah untuk diperhatikandan ditingkatkan nilainya karena bidang studi fisikaturut menentukan kelulusan bagi siswa SMA kelasXII IPA sehingga nilai pelajaran Fisika diharapkanmencapai Standar Ketuntasan Minimum (SKM).Namun berdasarkan pengamatan yang dilakukanditemukan prestasi belajar yang kurang memuaskanpada siswa kelas X-B di SMAK Katolik DiponegoroBlitar. Hanya 16,22% dari 37 siswa yang mendapatnilai diatas Standart Ketuntasan Minimun yaitu 75.Rendahnya prestasi siswa terjadi karena siswa kurangantusias terhadap pelajaran fisika, banyak siswa yangijin keluar kelas saat proses belajar berlangsung,banyak siswa yang mengobrol sendiri dengantemannya. Kurangnya antusiasme para siswa jugaterlihat pada saat siswa diberi tugas atau soal latihanyang dikerjakan di sekolah, siswa hanyamenggantungkan jawaban dari satu temannya yangdianggap paling bisa dan siswa hanya menyalinjawaban yang ada di papan tulis. Untuk meningkatkanantusiasme dan mengoptimalkan hasil pembelajaranFisika banyak faktor yang harus diperhatikan, salahsatunya penggunaan media pembelajaran.Pembelajaran dengan model pembelajaran langsungmenggunakan media berbasis komputer dapatmemberikan pengalaman yang lebih berarti bagi siswaserta dapat membawa siswa kepengalaman yang lebihnyata terhadap materi-materi yang sulit untukdibayangkan. Media yang diberikan adalah mediadengan sajian menarik dan animatif sehingga sayanguntuk dilewatkan. Media pembelajaran berbasiskomputer adalah media yang cocok untuk diterapkanpada proses pembelajaran dengan materi Alat-alatOptik.Penelitian Tindakan Kelas dengan menerapkanmodel pembelajaran langsung dengan berbantuanmedia berbasis komputer di kelas X-B SMAKDiponegoro Blitar pada pokok bahasan alat-alat optikdilakukan untuk meningkatkan prestasi belajar siswa.Dalam penelitian ini prestasi belajar siswa diukurmelalui skor hasil tes siswa.KAJIAN PUSTAKATeori PembelajaranHoward L Kingsly yang dikutip oleh WastySumanto (1998:104) menyatakan bahwa belajaradalah proses dimana tingkah laku dalam arti luasditumbuhkan atau diubah melalui praktek ataulatihan-latihan. Dengan demikian belajar memang erathubungannya dengan perubahan tingkah lakuseseorang, karena adanya perubahan dalam tingkahlaku seseorang, karena adanya perubahan dalamtingkah laku seseorang menandakan telah terjadibelajar dalam diri orang tersebut. Dalam hal ini makadapat dikatakan belajar tidak hanya penambahan ilmupengetahuan namun juga belajar dapat dikaitkansebagai usaha mengubah tingkah laku sepertiketrampilan, sikap, minat serta penyesuaian diri gunamencapai tujuan belajar yang membuahkan hasil.Hasil BelajarMenurut Djamarah (2000: 45), hasil adalahprestasi dari suatu kegiatan yang telah dikerjakan,diciptakan, baik secara individu maupun kelompok.Hasil tidak akan pernah dihasilkan selama orang tidakmelakukan sesuatu. Untuk menghasilkan sebuahprestasi dibutuhkan perjuangan dan pengorbanan yangsangat besar. Hanya dengan keuletan, sungguh–F 13

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8sungguh, kemauan yang tinggi dan rasa optimismedirilah yang mampu untuk mancapainya. Nasution (1995 : 25) mengemukakan bahwa hasil adalah suatuperubahan pada diri individu. Perubahan yangdimaksud tidak halnya perubahan pengetahuan, tetapijuga meliputi perubahan kecakapan, sikap, pengrtian,dan penghargaan diri pada individu tersebut.Sementara itu, Arikunto ( 1990:133) mengatakanbahwa hasil belajar adalah hasil akhir setelahmengalami proses belajar, perubahan itu tampakdalam perbuatan yang dapat diamati, dan dapatdiukur.Model Pengajaran Langsung (Direct Instruction)Model pembelajaran langsung adalah modelpembelajaran yang menekankan pada penguasaankonsep dan/atau perubahan perilaku denganmengutamakan pendekatan deduktif dan lebihberpusat pada guru. Ciri-ciri pembelajaran langsungadalah sebagai berikut :1. Transformasi dan ketrampilan secara langsung.2. Pembelajaran berorientasi pada tujuan tertentu3. Materi pembelajaran yang telah terstuktur4. Lingkungan belajar yang telah terstruktur5. Distruktur oleh guru.Guru berperan sebagai penyampai informasi, dandalam hal ini guru sesebaiknya menggunakanberbagai media yang sesuai, misalnya film, taperecorder, gambar, peragaan, dan sebagianya.Informasi yang disampaikan dapat berupapengetahuan prosedural (yaitu pengetahuan tentangbagaimana melaksanakan sesuatu) atau pengetahuandeklaratif, (yaitu pengetahuan tentang sesuatu dapatberupa fakta, konsep, prinsip, atau generalisasi).Model pembelajaran langsung dikembangkan untukmengefisienkan materi ajar agar sesuai dengan waktuyang diberikan dalam suatu periode tertentu. Denganmodel ini cakupan materi ajar yang disampaikan lebihluas dibandingkan dengan model-model pembelajaranyang lain.Arti Media PembelajaranKata media berasal dari bahasa latin yangmerupakan bentuk jamak dari medium. Medium dapatdidefinisikan sebagai perantara atau pengantarterjadinya komunikasi dari pengirim menuju penerima(Daryanto,2010). Pengertian umumnya adalah segalasesuatu yang dapat menyalurkan informasi darisumber informasi kepada penerima informasi. Dalamhal ini kita membatasi pada media pendidikan sajayakni media yang digunakan sebagai alat dan bahankegiatan pembelajaran.Pada hakekatnya proses belajar mengajar adalahproses komunikasi, penyampaian pesan dari pengantarke penerima. Pesan berupa isi atau ajaran yangdituangkan ke dalam simbol-simbol komunikasi baikverbal (kata-kata dan tulisan) maupun non verbal,proses ini dinamakan encoding. Penafsiran simbolsimbolkomunikasi tersebut oleh siswa dinamakandecoding. Dalam penafsiran tersebut ada kalanyaberhasil dan ada kalanya gagal. Dengan kata laindapat dikatakan kegagalan/keberhasilan itudisebabkan oleh gangguan yang menjadi penghambatkomunikasi yang dalam proses komunikasi dikenaldengan barries atau noise. Oleh karena itu mediapembelajaran menempati posisi yang cukup pentingsebagai salah satu komponen sistem pembelajaran.Tanpa media, komunikasi tidak akan terjadi danproses pembelajaran sebagai proses komunikasi jugatidak akan bisa berlangsung secara optimal (Daryanto,2010).Media Berbasis KomputerKomputer sudah tidak asing lagi ditelingamasyarakat. Komputer seakan menjadi primadonaseiring dengan perkembangan kualitas hidupseseorang. Komputer tidak hanya digunakan sebagaisarana pengolahan kata, namun komputer dapat jugamenjadi sarana multimedia untuk mengoptimalkantampilan teks, grafik, gambar, dan suara. Dengantampilan yang dapat mengkombinasikan berbagaiunsur, komputer dapat digunakan sebagai mediateknologi yang efektif untuk pengajaran materipembelajaran yang relevan. Oleh karena itu, dalambidang pendidikan juga menggunakan komutersebagai alat bantu dalam administrasi sekolah bahkanalat bantu dalam proses belajar mengajar.Komputer sangat membantu dalam proses belajarmengajar. Komputer dapat menjadi sarana prosespembelajaran dengan sajian multimedia berbasiskomputer. Multimedia berbasis komputer dapat puladimanfaatkan dalam penjelasan materi, melakukansimulasi, dan melatih ketrampilan atau kompetensitertentu yang tidak bisa dilakukan sesungguhnya.Komputer dapat juga menghasilkan program animasiyang digunakan sebagai media pembelajaran.Misalnya, program animasi yang dibuat oleh ErmondDarmoyo, S.Pd alumni dari Program Studi PendidikanFisika Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya.Program animasi yang dibuat oleh Ermondmenggunakan flash. Program animasi ini berisitentang tayangan materi alat-alat optik meliputi mata,cacat mata, lup, mikroskop, dan jenis-jenis teropong.Dalam program animasi ini yang dibuat oleh Ermondjuga terdapat simulasi yang menunjukkan anatomimata, cacat mata yang dapat menunjukkanpenggunaan kacamata pada orang yang cacat mata,simulasi tentang lup, mikroskop, dan teropong. Tidakhanya tayangan materi dan simulasi, program animasiini dilengkapi dengan video praktikum tentangcermin. Oleh karena itu program animasi yang dibuatoleh Ermond cocok digunakan sebagai mediapembelajaran.Materi PembelajaranDalam penelitian ini materi pembelajaran yangdisampaikan pada siswa mengacu pada pokokbahasan alat-alat optik yang terdapat pada bukuFisika 2000 Jilid 1b Untuk Smu Kelas 1 (MarthinKanginan,2000) Materi pembelajaran ini menjadiF 14

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8bagian dari RPP yang dikembangakan pada tahappersiapan pelaksanaan PTKMETODOLOGI PENELITIANPenelitian ini menggunakan metode penelitiantindakan kelas (PTK) yang modelnya dikembangkanoleh Kemmis dan McTaggart (1988) yang meliputiserangkaian siklus yang saling terkait(berkesinambungan). Setiap siklus mencakup empattahapan, yaitu: persiapan tindakan (plan), tindakan(action), observasi (Observe), dan refleksi (reflect).Setelah satu siklus berakhir, dilanjutkan dengan siklusberikutnya dengan memanfaatkan hasil refleksi padasiklus sebelumnya. Penelitian Tindakan Kelas (PTK)ini dilaksanakan di SMAK Diponegoro, JalanDiponegoro Blitar dengan subyek penelitian iniadalah siswa kelas X-B SMAK Diponegoro Blitardengan jumlah 37 siswa.Siklus dalam penelitian ini meliputi :1. Penyiapan skenario pembelajaran yangdituangkan dalam pembentukan RPP. Penyiapansarana pendukung yang meliputi : buku paket,lembar pertanyaan, media berbasis komputer.Penyiapan instrumen penelitian yang terdiri dari:instrumen pengukur hasil belajar dan instrumenuntuk refleksi. Penyiapan sarana observasi :Catatan untuk guru, Catatan interaksi guru-siswa,Kamera/handycam, Kertas untuk mencatat halhalkhusus, ulangan harian.2. Tindakan pembelajaran akan dilaksanakan dikelas nyata sesuai dengan skenario pembelajaranyang telah dibuat. Jadi, tindakan akan dilakukandalam situasi pembelajaran yang aktual sehinggatidak menuntut kekhususan waktu maupuntempat, artinya, guru mengajar seperti biasadalam hal waktu dan tempat, sesuai denganjadwal pelajaran yang berlaku saat itu.3. Observasi (pengamatan) dilaksanakan selamaproses pembelajaran berlangsung. Observasimenggunakan instrumen seperti yang telahdiuraikan pada tahap persiapan. Observasidilakukan oleh guru pengajar (partisipasi) danguru pengamat. Shooting memakai handycam.Shooting dilakukan oleh guru pengamat atautenaga administrasi. Pengambilan foto memakaikamera, dilakukan pengamat atau tenagaadministrasi.4. Persiapan Refleksi yang dilakukan pada setiapakhir pertemuan kelas dan ditutup dengan refleksiyang dilakukan opada akhir siklus. Refleksimeliputi refleksi proses dan refleksi hasil belajar.Bahan refleksi proses adalah semua hasilobservasi, yaitu: catatan-catatan selamapembelajaran di kelas berlangsung, perekamanhandycam, foto, hasil angket yang telah diisisiswa,dll. Sedangkan bahan refleksi hasil belajaradalah skor kuis, bentuk-bentuk kesalahan yangdialami siswa, dan jumlah (presentase) siswayang masih mengalami kesalahan. Indikataor daritercapainya tujuan penelitian adalah:1. Minimal nilai rata-rata kelas X-B SMAKDiponegoro Blitar adalah 80.2. Minimal 70% siswa kelas X-B SMAKDiponegoro Blitar mencapai SKM(SKM=75).Jika hasil refleksi menunjukkan bahwa indikatorkeberhasilan belum tercapai, maka penelitian akandilanjutkan pada siklus 2. Hasil observasi dan refleksididokumentasi dengan baik, dokumen ini akandigunakan untuk perbandingan siklus berikutnya.Hasil penelitian di analisis secara deskriptif,melalui tahapan: reduksi data, penyajian data dalamtable, menghitung rata-rata dan presentase, kemudiandilakukan pemaknaan terhadap hasil hitungan.HASIL DAN PEMBAHASANObservasi AwalPada tahap observasi awal penelitimengidentifikasikan permasalahan yang muncul dikelas agar dapat dipenuhi langkah untuk mengatasipermasalahan tersebut. Peneliti melakukan observasiawal dengan cara mengikuti kegiatan pembelajaransecara langsung, mencari informasi tentangkeberagaman kemampuan akademik siswa melaluiguru bidang studi, serta mencari informasi pendapatsiswa tentang pelajaran fisika yang dilakukan melaluiwawancara. Pada observasi awal ini ditemukan bahwawaktu tersita untuk menyalin catatan materi dipapantulis, siswa kurang memperhatikan ketika gurumenjelaskan, dan siswa mengandalkan teman denganmeminjam catatan dan tugas teman. Dari observasiawal ini diperoleh data bahwa nilai rata-rata kelasadalah 54,70 dan siswa yang mencapai SKM adalah16,22%.Siklus 1Siklus I dilakukan pada tanggal 11 April 2012, 17April 2012, dan 20 April 2012 dengan materi matadan lup. Dalam tiap siklus terdiri atas 4 tahapan yaitu: perencanaan, pelaksanaan, pengamatan dan refleksi.Pada tahap perencanaan peneliti melakukanpersiapan komponen belajar yang meliputi, RencanaPelaksanaan Pembelajaran (RPP), Mempersiapkanmedia pembelajaran, Mempersiapkan lembarpertanyaan, soal-soal latihan, soal evaluasi danmempersiapkan lembar pengamatan guru.Pelaksanaan pada siklus 1 dilakukan dua kalipertemuan:1. 11 April 2012 : penjelaskan materi denganbantuan media2. 17 April 2012 : pembahasan soal latihanDengan melakukan tes belajar pada tanggal 20April 2012 diperoleh data bahwa nilai rata-rata kelasadalah 64,62 dan siswa yang mencapai SKM adalah35,14%. Hasil yang diperoleh pada siklus 1 belumsesuai dengan indikator yang diharapkan, makadengan merujuk pada refleksi yang dilakukan disiklus 1 penelitian dilanjutkan ke siklus 2. Refleksipada siklus 1 mendapatkan hasil sebagai berikut :F 15

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-81. Peneliti kurang terampil menggunakan kalimatyang lebih sederhana agar siswa lebih mudahmenangkap maksud yang disampaikan peneliti.2. Peneliti sebaiknya sesekali berjalan di antarasiswa saat penjelasan materi agar siswa merasadiperhatikan.3. Peneliti kurang menyediakan waktu yang lebihlama agar siswa dapat mencoba program simulasiyang terdapat dalam media.4. Peneliti kurang memotivasi siswa agar siswa aktifdalam proses pembelajaran.5. Peneliti harus lebih berusaha untuk membimbingsiswa dalam mengerjakan soal-soal latihan.Siklus 2Melihat hasil refleksi pada siklus 1 makadilakukan perbaikan pada pelaksanaan siklus 2.Perbaikan yang harus dilakukan pada siklus 2 adalahsebagai berikut :1. Menyusun kalimat yang singkat dan lebihsederhana dalam menyampaikan materi daninstruksi dari peneliti.2. Sesekali Berjalan diantara siswa pada saatpenjelasan materi.3. Menyediakan waktu yang lebih lama untuk siswadalam mencoba program simulasi yang terdapatdalam media.4. Memotivasi siswa agar lebih aktif dalam prosespemblajaran.5. Membimbing siswa dalam mengerjakan soal-soallatihan.Siklus 2 dilakukan pada tanggal 25 April 2012,27 April 2012, 2 Mei 2012. Materi yang disampaikanpada siklus kedua adalah mikroskop dan teropong.Pada tahap perencanaan peneliti melakukanpersiapan komponen belajar yang meliputi, RencanaPelaksanaan Pembelajaran (RPP), Mempersiapkanmedia pembelajaran, Mempersiapkan lembarpertanyaan, soal-soal latihan, soal evaluasi danmempersiapkan lembar pengamatan guru.Pelaksanaan pada siklus 2 dilakukan dua kalipertemuan:1. 25 April 2012 : penjelaskan materi denganbantuan media2. 17 April 2012 : pembahasan soal latihan danmencoba program simulasi pada mediaDengan melakukan tes belajar pada tanggal 2 Mei2012 diperoleh data bahwa nilai rata-rata kelas adalah81,30 dan siswa yang mencapai SKM adalah 70,27%.Berdasarkan refleksi dapat disimpilkan bahwapelaksanaan siklus kedua mampu meningkatkanprestasi belajar siswa pada pelajaran fisika pokokbahasan alat-alat optik sesuai dengan indikator yangditetapkan sehingga PTK dapat dihentikan.Pembahasan dari penelitian ini adalah sebagaiberikut:1. Pada siklus I, diperoleh data prestasi belajar siswameningkat. Hal ini terlihat dari hasil evaluasi yangdilaksanakan terdapat peningkatan 35,14% siswayang mencapai SKM walaupun masih rendahyaitu dengan rata-rata kelas 64,62. Untukmemperbaikinya lagi maka dilakukan siklus II.Siswa terlihat mulai terbiasa dan menikmatimetode belajar yang digunakan peneliti. Haltersebut mempengaruhi hasil evaluasi yangmeningkat dari 35,14% menjadi 70,27% siswayang lulus SKM dengan rata-rata kelas 81,30. Darihasil tersebut menunjukkan bahwa indikatorkeberhasilan sudah terpenuhi.2. Berdasarkan PTK yang telah dilakukan melaluidua siklus diperoleh kesimpulan bahwa tujuan daripenelitian ini telah tercapai. Siswa tampakbersemangat dan senang dalam mengikuti prosespembelajaran mengunakan media pembelajaranberbasis komputer yang dilengkapi dengan lembarpertanyaan.KESIMPULANPenerapan model pembelajaran langsung (DirectInstruction) dengan berbantan media berbasiskomputer dan lembar pertanyaan dapat meningkatkanprestasi belajar siswa kelas X-B SMAK DiponegoroBlitar pada mata pelajaran Fisika pokok bahasan alatalatoptik yang dapat dilihat melalui peningkatanprosentase siswa yang lulus SKM dari 16,22%menjadi 70,27% dan peningkatan skor rata-rata kelasdari 54,70 menjadi 81,30.UCAPAN TERIMA KASIHPeneliti menyampaikan terima kasih kepada I-MHERE UKWMS yang telah membiayai penelitianini melalui program Student Grant.DAFTAR PUSTAKAAnonymous.2011.Pengertian Belajar dan HasilBelajar. http://duniabaca.com/pengertianbelajar-dan-hasil-belajar.html.diakses tanggal31 Maret 2012.Astari, Runi. 2011. Penerapan Model PengajaranLangsung Untuk Meningkatkan Keaktifan danPrestasi Belajar Siswa pada SubpokokBahasan Difraksi Cahaya Di Kelas XII IPA 2SMA YPPI I Surabaya (Skipsi Mahasiswa,tidak dipublikasikan)Darmoyo, Ermond.2008.Pembuatan ProgramEksperimen Efek Fotolistrik Sebahai MediaPembelajaran Fisika ModernDaryanto. 2010. Media Pembelajaran.Iskandar. 2011. Penelitian Tindakan Kelas.Jones, Edwin R. dan Richard L. Childers. 1990.Contemporary College Physics.Kanginan, M.1995.Fisika 2000 Jilid 1b Untuk SmuKelas 1.Sudrajat, Akhmad. 2011. Model PembelajaranLangsung.http://akhmadsudrajat.wordpress.com/2011/01/27/model-pembelajaran-langsung/. diaksestanggal 07 Mei 2012.F 16

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PEMANFAATAN PEMBELAJARAN FISIKA BERBASIS WEB DALAMMENINGKATKAN INTERAKSI BELAJAR MAHASISWAHeni Safitri 1 , Herawati 2 , Widiasih 31,2,3 Program Studi Pendidikan Fisika PMIPA FKIP Universitas TerbukaEmail : henip@ut.ac.idAbstrakPembelajaran fisika menuntut metode pembelajaran yang menarik sehingga mahasiswa dapat mudah mengertigejala dan peristiwa atau fenomena yang terjadi di alam. Disisi lain, era teknologi dan informasi saat inimenuntut seseorang untuk dapat beradaptasi dengan pemanfaatan komputer dan internet. Untuk itu, diperlukansuatu metode pembelajaran fisika yang sejalan dengan hal tersebut. Universitas Terbuka dengankarakteristiknya sebagai perguruan tinggi jarak jauh telah menyediakan layanan bantuan belajar yang berbasisweb dengan berbagai fasilitas yang telah disediakan pengajar untuk dimanfaatkan mahasiswa.Layanan bantuanbelajar ini berupa web suplemen, dry lab, tutorial online, latihan mandiri dan ruang baca virtual. Salah satufasilitas bantuan belajar yang dapat melihat interaksi belajar mahasiswa yaitu tutorial online. Fasilitas padatutorial online yang diberikan dapat berupa materi, tugas dan diskusi. Untuk materi tutorial, pengajarmenyediakan layanan bantuan belajar dalam bentuk text, presentasi, video, animasi dan atau simulasi. Makalahini memberikan gambaran tentang kegiatan belajar-mengajar dengan tutorial online pada pembelajaran fisikadimana mahasiswa dapat terlibat secara aktif dalam membangun pengetahuannya dengan menempatkanpengajar sebagai fasilitator, akan dijelaskan pula pemanfaatan tutorial online bagi mahasiswa.Kata kunci : Pembelajaran Fisika, Interaksi Mahasiswa, Pembelajaran Berbasis WebPENDAHULUANTidak dapat dipungkiri, saat ini kemajuanteknologi dan informasi merambah dengan sangatcepat ke seluruh dunia, khususnya penggunaaninternet. Berbagai informasi yang kita inginkan akandapat mudah kita dapatkan hanya denganmengetikkan kata satu kata saja. Begitu mudah dansangat menarik. Di sisi lain, pendidik memerlukanmetode pembelajaran yang mampu menarik perhatianpeserta didik sehingga dalam proses pentransferanilmu kepada peserta didik lebih mudah dimengerti.Untuk diperlukan sebuah system pembelajaran yanglebih menarik dengan disajikan melalui sebuah sistempembelajaran yang berbasis teknologi informasi yangdirasa akan lebih mudah dimengerti.Fisika, merupakan salah satu mata pelajaran sainsyang mungkin bagi banyak kalangan dirasa sulit, olehkarenanya dengan metode pembelajaran yang lebihmenarik, diharapkan dapat lebih memotivasi parapelajar untuk mempelajari fisika dengan lebihmenarik dan mudah dimengerti, sehingga dapatberguna untuk mempercepat pengembangan sains diIndonesia terutama dalam mata pelajaran fisika.Lebih jauh, Pat Brogan (1999) mengemukakantentang keuntungan yang diperoleh sistem belajarmengajaryang terintegrasi secara online, sebagaiberikut: Sistem belajar-mengajar secara online akanmemberikan kebebasan kepada siswa untukmenentukan dan merencanakan kompetensi apa yangakan mereka kembangkan. Lebih lanjut, dikatakanbahwa keuntungan yang disediakan dari lingkunganbelajar-mengajar terintegrasi adalah ekstensif:berjalan cepat, tantangan dan kepuasan siswameningkat, fleksibel dalam penyebaran materi pelajaran,instruksi menjadi lebih personal ber-dasarkan padatingkat pembebanan, dan efektivitas biaya meningkatbagi suatu institusi. Dengan sistem belajar online,institusi dapat menciptakan kampus maya, yaknimahasiswa, pendidik dan yang lainnya dapatberkolaborasi.Universitas Terbuka dengan karakteristiknyasebagai perguruan tinggi negeri jarak jauh telahmenyediakan layanan bantuan belajar yang berbasisweb dengan berbagai fasilitas yang telah disediakanpengajar untuk dimanfaatkan mahasiswa. Layananbantuan belajar ini berupa web suplemen, dry lab,tutorial online, latihan mandiri dan ruang baca virtual.Salah satu fasilitas bantuan belajar yang dapat melihatinteraksi belajar mahasiswa yaitu tutorial online(tuton). Fasilitas pada tuton yang diberikan dapatberupa materi, tugas dan diskusi. Untuk materitutorial, pengajar dapat menyediakan layanan bantuanbelajar dalam bentuk text, presentasi, video, animasidan atau simulasi serta teleconference (openmeeting).Yunus (2004) menyatakan dalam pembelajaran di UT,tuton merupakan bagian integral dari prosespembelajaran mahasiswa, dan dalam tutorialterkandung berbagai aspek, yaitu bantuan belajar,interaksi tutor dengan mahasiswa, dan interaksimahasiswa dengan mahasiswa. Manfaat lain dariTuton menurut W Zhang, K Perris, E Kwok (2005)adalah bersifat fleksibel karena tidak memerlukanjadwal yang ketat seperti jadwal didalam kelas,disamping itu juga tidak mengganggu waktu bekerjabagi pegawai. Sehingga, Tuton memberikankeleluasaan kepada mahasiswa untuk belajar danF 17

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dapat menyesuaikan waktu belajar dengan waktupekerjaannya maupun kehidupan pribadinya.Makalah ini memberikan gambaran tentangkegiatan belajar-mengajar dengan tutorial online padapembelajaran fisika dimana mahasiswa dapat terlibatsecara aktif dalam membangun pengetahuannyadengan menempatkan pengajar sebagai fasilitator.Pengamatan terhadap pemanfaatan tutorial online bagimahasiswa dalam pembelajaran fisika dilakukan padamahasiswa yang mengikuti matakuliah di programstudi pendidikan. Fisika Universitas Terbuka (PFIS-UT) masa registrasi 2012.1. Tuton didisain dalam 8inisiasi selama 8 minggu (1 inisiasi setiap minggu),dalam minggu 3,5, dan 7 tuton tidak cuma berisimateri pelajaran tapi juga berisi tugas-tugas untukmahasiswa, tugas tersebut harus dikerjakan dankemudian dikirim kepada tutor. Disamping itumahasiswa juga diharapkan terlibat dalam diskusiberkaitan dengan materi Tuton. Observasi dilakukanterhadap pemanfaatan tutorial online (tuton) dilihatdari keaktifan mahasiswa dalam mengakses inisiasi,berdiskusi dan mengerjakan tugas-tugas Tuton.TUTORIAL ONLINE UNIVERSITAS TERBUKATutorial online (Tuton) mulai dilaksanakan di UTsejak tahun 1997. Dengan perkembangan OpenSource Software, pada tahun 2002 LearningManagement system yang digunakan oleh UT dalammengembangkan aplikasi tuton adalah ManhattanVirtual Classroom dan sejak tahun 2004 sampaisekarang UT telah menggunakan software Moodle(Modular Object-Oriented Dynamic). Moodle adalahsalah satu aplikasi e-learning yang Open Source.Moodle merupakan paket software yang diproduksiuntuk kegiatan belajar berbasis internet dan website.Moodle tersedia dan dapat digunakan secara bebassebagai produk open source dibawah lisensi publikGNU. [5] Dalam membangun e-learning, Moodlemempunyai keunggulan, antara lain adalah 1)sederhana, efisien, dan kompatibel dengan banyakbrowser; 2) mudah cara instalasinya serta mendukungbanyak bahasa, termasuk bahasa Indonesia; 3)tersedianya manajemen situs untuk pengaturan situskeseluruhan, mengubah theme,menambah module,dan sebagainya; 4) membutuhkan satu database.Database yang ada di aplikasi tuton dapat dihubungkan dihubungkan dengan sistem databasemahasiswa UT. Hal ini akan memudahkanpengelolaan data mahasiswa peserta tuton, sehinggamahasiswa yang akan mengikuti tuton adalahmahasiswa yang hanya benar-benar telahmeregistrasikan mata kuliah pada semester berjalan.Gambar 1. Tampilan Tuton UTTUTORIAL ONLINE PEMBELAJARAN FISIKAPada awal perencanaan PFIS-UT, matakuliahyang disediakan tuton memiliki kriteria antara lain:tingkat kesulitan matakuliah, tingkat kepentinganmata kuliah dalam program studi, jumlah mahasiswayang meregistrasi matakuliah cukup banyak sertaketersediaan tutor di fakultas. Namun denganberjalannya waktu, semua mata kuliah yangditawarkan program studi pendidikan fisikaUniversitas Terbuka harus menyediakan tuton,sehingga mata kuliah yang disediakan tuton terusbertambah sesuai dengan keadaan pengampu ataupengelola tutorial. Untuk masa registrasi 2012.1program studi Pendidikan Fisika Universitas Terbukamenawarkan tuton pada 23 matakuliah biasa dan 1matakuliah tugas akhir program (TAP). Tabel berikutmerupakan rincian data peserta tuton setiap matakuliah masa registrasi 2012.1.Tabel 1. Jumlah peserta tuton 2012.1Kode MK Jumlah Jumlah peserta %registrasi tutonPEFI4101 349 83 23,78PEFI4102 152 22 14,47PEFI4201 83 33 39,76PEFI4204 22 7 31,82PEFI4205 22 6 27,27PEFI4207 23 4 17,39PEFI4302 73 20 27,40PEFI4303 51 22 43,14PEFI4310 32 7 21,88PEFI4312 77 11 14,29PEFI4313 79 35 44,30PEFI4314 115 13 11,30PEFI4315 63 12 19,05PEFI4316 43 6 13,95PEFI4327 119 23 19,33PEFI4405 114 11 9,65PEFI4418 92 30 32,61PEFI4419 110 30 27,27PEFI4420 129 11 8,53PEFI4421 113 13 11,50PEFI4422 56 3 5,36PEFI4425 145 35 24,14PEFI4500 74 35 47,30PEFI4525 97 34 35,05Total 2233 506 22,66F 18Menurut Mery Noviyanti dan Sri Wahyuni (2005),Mekanisme dalam mengelola tutorial online meliputilangkah-langkah sebagai berikut.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 2. Mekanisme pengelolaan tutorial onlineDalam mekanisme ini terjadinya interaksi antaratutor/dosen dimungkinkan saat diskusi. Dalam diskusimahasiswa dapat memberikan pertanyaan terhadapbahan pertemuan yang berupa presentasi, video,artikel atau mahasiswa diberikan kesempatan denganmahasiswa lain untuk saling berdiskusi.HASIL DAN DISKUSIBerdasarkan tabel 1 tersebut, dari keseluruhanmata kuliah yang ditawarkan tidak sampai 50%mahasiswa yang aktif mengikuti tuton mata kuliah.Hal ini menurut Errington (2001) dalam Padmo danJulaeha (2007) dapat terjadi karena dipengaruhi olehfaktor yang menentukan penerapan flexible learningyaitu kompetensi atau kemampuan pengguna,dukungan sarana, dan kecukupan infrastruktur.Sedangkan untuk melihat aktifitas mahasiswa dalamberinteraksi didalam tuton dari tabel 1, kamimengobservasi 1 mata kuliah biasa dan 1 mata kuliahTAP pada program PFIS-UT.Untuk mata kuliah fisika kuantum (PEFI4419)diawal pertemuan tutor banyak memberikan fasilitasyang dapat dimanfaatkan berupa video, presentasimaupun artikel tentang topik yang dibahas.Sedangkan pada mata kuliah Tugas Akhir Program(PEFI4500) tutor memberikan problem solving dancase study yang akan berusaha dipecahkanmahasiswa. Gambar 3 memberikan gambaranpartispasi siswa yang aktif dalam tuton tersebut,inisiasi yang diberikan tutor hanya berupa artikel sajaatau presentasi. Sedangkan pada gambar 4, terlihatjumlah mahasiswa yang aktif berpartisipasi dalamsetiap diskusi pada tuton. Terlihat bahwa jumlahmahasiswa yang ikut aktif dalam diskusi pada diskusipertama relatif lebih banyak dibandingkan denganmahasiswa yang aktif daripada diskusi kedua danketiga,Gambar 4. Jumlah mahasiswa yang aktif diskusi pada setiappertemuan tutonDari gambar 4. Kea ktifan Mahasiswa dalam Diskusi,terlihat bahwa, mahasiswa yang mengikuti diskusiterlihat kecenderungan menurun dan pada diskusi 6dan 7 mahasiswa yang terlibat diskusi semakinsedikit.Gambar 3. Jumlah mahasiswa yang aktif membaca materi setiappertemuan tutonGambar tersebut menjelaskan bahwa diawalpertemuan tuton mahasiswa cukup antusias mengikutituton namun dengan berjalannya pertemuan dapatdilihat terjadi penurunan partisipasi mahasiswa. Halini dimungkinkan terjadi dikarenakan tutor pada saatawal-awal pertemuan memberikan fasilitas lengkap(video, presentasi dan artikel), namun ternyata diakhirtutorial terutama pertemuan ketujuh dan delapanF 19Gambar 5. Jumlah mahasiswa yang mengerjakan tugas tutorial.Jika dilihat dari ketiga gambar tersebut, dapat dilihatbahwa kecenderungan partisipasi mahasiswamengalami penurunan diakhir-akhir pertemuan tuton.Hal ini dimungkinkan terjadi dikarenakan kendalasaat mahasiswa mengikuti pelaksanaan tuton, yaitupertama kesulitan dalam mengakses internet, kedua,inisiasi tidak menarik untuk dibaca dan terlambatdiberikan serta tidak ada tanggapan atas jawabanmahasiswa, dan ketiga tidak dapat menggunakankomputer berbasis internet. Hal ini sesuai denganpendapat Bandalaria (2003) yang mengemukakanbahwa terdapat tiga masalah utama yang menghambatpartisipasi mahasiswa dalam belajar online. Pertama,dispositional problems, yaitu masalah yang mengacupada pribadi mahasiswa, seperti sikap, rasa percayadiri, dan gaya belajar. Kedua, circumstansialproblems, yaitu masalah yang berkaitan dengan

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8kondisi khusus seperti geografis, ketersediaan waktu,dan sebagainya. Ketiga, teknical problems, yaitumasalah yang berkaitan dengan hardware danprogram software yang digunakan dalam belajaronline. Untuk itu diperlukan beberapa upaya yangdapat meningkatkan pemanfaatan tuton bagimahasiswa dalam pembelajaran fisika, sepertiperlunya tutor memberikan penyediaan konten danmateri yang menarik sehingga mahasiswa termotivasiuntuk ikut serta dalam tuton. Lebih lanjut C Bianco(2005 ) menyatakan bahwa itu tutor dalammengembangkan materi belajar dalam Tuton, harusmendesain materi sejelas mungkin, sehingga dapatmengakomodasi berbagai cara belajar mahasiswa.Interaksi dan komunikasi antara mahasiswa dengandosen merupakan aspek yang penting dalampendidikan, bahwa, tutorial adalah suatu prosespemberian bantuan dan bimbingan belajar dariseseorang kepada orang lain.KESIMPULANPemanfaatan Pembelajaran Fisika Berbasis Webyaitu tutorial online dapat meningkatkan InteraksiBelajar Mahasiswa. Namun Ketidakbiasaan danketidaksiapan pengajar dan peserta didik dalammemanfaatkan pembelajaran berbasis web akanmengakitbatkan pembelajaran tersebut tidak berfungsisecara optimal. Untuk itu, hendaknya pengajar danpeserta didik dapat menyikapi secara optimis. Perlukekonsistenan dari pendidik sebagai fasilitator dalammenyiapkan bahan pembelajaran berbasis web denganbaik dan memotivasi mahasiswa agar interaksimahasiswa dalam tutorial online tetap terjagasehingga kualitas dan kuantitas mahasiswa yangmemanfaatkan layanan bantuan belajar ini lebihmeningkat.DAFTAR PUSTAKABandalaria, M.dP. (2003). Shifting to online tutorialsupport system: A syntesis of experience.Jurnal Pendidikan Terbuka dan Jarak Jauh, 4(1), 32 – 41C Bianco, (2005), Online Tutorial: Tips from theLiterature. Library Philosophy and Practice, 8(1). diunduh 23 Juli, 2008, darihttp://www.webpages.uidaho.edu/~mbolin/bianco2.htmlDewi Padmo, Siti Julaeha, (2007). TingkatKepedulian dan Self Efficacy MahasiswaUniversitas Terbuka Terhadap E-Learning,Jurnal Pendidikan Terbuka dan JarakJauh,Volume 8 no. 1 Maret 2007Mery Noviyanti, Sri Wahyuni (2005), The ReadinessOf Universitas Terbuka Tutors In ManagingThe Online Tutorial. AAOU Conference 5 th .Jakarta 2005.Muhamad Yunus,(2004), Perkembangan SistemLayanan Bantuan Belajar, UniversitasTerbuka Dulu, Kini, dan Esok. Jakarta:Universitas Terbuka.Pat Brogan. (1999), Using The Web for InteractiveTeaching and Learning, The Imperative for theNew Millennium, A White Paper (Internet):Macromedia Corporate Research Studio,LondonW Zhang, K Perris, E Kwok, (2003), Use of TutorialSupport: experinces from Hong Kong distancelearners. Asian Journal of Distance Education.1 (1), 12-19, 2003. Diunduh 30 Mei, 2005, darihttp://www.AsianJDE.orgF 20

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGEMBANGAN PROGRAM DRY LAB DALAM PEMBELAJARAN FISIKASEBAGAI MEDIA PEMBELAJARAN JARAK JAUHHerawati 1 , Heni Safitri 2 , Widiasih 31,3 Program Studi Pendidikan Fisika Fakultas Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam2 UniversitasTerbukaEmail : hera@ut.ac.id; henip@ut.ac.id; widiasih@ut.ac.idAbstrakUniversitas Terbuka sebagai universitas yang menerapkan sistem belajar jarak jauh membutuhkan suatu mediapembelajaran untuk menyampaikan materi perkuliahan kepada mahasiswanya. Salah satu materi yang harusdisampaikan adalah materi praktikum. Guna membantu pemahaman mahasiswa dalam kegiatan praktikummaka dikembangkanlah dry laboratorium (percobaan kering). Dry lab adalah praktikum yang dilakukan secaravisual melalui simulasi komputer. Tujuan dari dikembangkannya dry lab adalah untuk membantu mahasiswadalam melaksanakan praktikum secara mudah, menyenangkan, serta efektif dan efesien. Makalah inimenggambarkan tentang prosedur pengembangan dry lab mulai dari pengertian, materi yang dikembangkandalam dry lab, serta bagaimana mengoperasikan dry lab tersebut. Studi ini dilakukan di program studiPendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Fakultas Keguruan dan IlmuPendidikan, Universitas Terbuka. Studi ini merupakan studi literatur yang dilengkapi dengan contoh aplikasidari program dry lab. Implikasi dari pengembangan ini adalah program dry lab yang siap diimplementasikankepada mahasiswa pendidikan fisika dan dapat meningkatkan pemahaman mahasiswa dalam hal praktikum.Kata kunci :PENDAHULUANFisika adalah ilmu yang menyelidiki gejala-gejalaalam, sehingga membutuhkan sejumlah metode untukdigunakan sebagai dasar melakukan observasi danprediksi. Objek dan kejadian alam harus diselidikimelalui eksperimen dan observasi serta dicarikejelasannya melalui proses pemikiran untukmendapatkan alasan atau argumentasinya(Prasetyo:1998).Untuk membelajarkan konsep-konsep fisika kedalam pembelajaran yang menyenangkan bagi siswa,maka dilakukan suatu kegiatan praktik yang bertujuanuntuk membuat siswa bekerja melalui olah pikir danolah tangan. Menurut Kerr dalam Prasetyo (1998)dalam bukunya “practical work in school science”kegiatan praktik merupakan percobaan yangditampilkan oleh guru dalam bentuk demonstrasisecara kooperatif oleh sekelompok siswa, maupunperorangan dan observasi oleh siswa dimana kegiatantersebut dapat dilakukan dalam bentuk kegiatanpraktikum.Universitas Terbuka (UT) sebagai perguruantinggi yang menerapkan Sistem Pendidikan JarakJauh (SPJJ), dimana terdapat keterpisahan fisik antaradosen dan mahasiswanya membutuhkan mediapembelajaran sebagai penyampai materi kepadamahasiswanya. Bahan Ajar Cetak (BAC) dalambentuk modul dan Bahan Ajar Non Cetak (BANC)dalam bentuk Computer Assissted Instructional(CAI), Video Interaktif dan Web Suplemen,merupakan bahan ajar pokok dan suplemen materiyang berperan sebagai pengganti dosen untukmenyampaikan materi perkuliahan kepadamahasiswanya.Sementara itu, untuk mata kuliah yangmembutuhkan praktek dan praktikum, UTbekerjasama dengan universitas – universitaspenyelenggara tatap muka yang memilikilaboratorium untuk menyediakan tempat, waktu, dantenaga ahli kepada mahasiswa yang akan melakukanpraktikum. Selain itu, UT juga menyediakan layananbantuan belajar dalam bentuk tutorial tatap mukauntuk melaksanakan mata kuliah yang membutuhkanpraktek dan praktikum. Guna meningkatkan layanankepada mahasiswanya dalam hal akses praktek danpraktikum, UT mengembangkan suatu programbantuan belajar untuk mata kuliah berpraktek danpraktikum yaitu program “dry lab” atau laboratoriumkering.Makalah ini menggambarkan tentangpengembangan dry lab di Universitas Terbuka mulaidari pengertian, manfaat, tahapan pengembangan sertaevaluasi yang dilakukan oleh ahli media yang bergunauntuk menilai kelayakan program dry lab yang telahdikembangkan.Dry Lab sebagai Media Pembelajaran BerbasisKomputer dalam SPJJMedia pembelajaran merupakan hal yang pentingdalam SPJJ yang berperan sebagai pengganti dosendalam menyampaikan materi kepada mahasiswanya.Peran ini diharapkan dapat menimbulkan terjadinyainteraksi langsung antara dosen dan mahasiswa sertadapat memberikan umpan balik yang dibutuhkanpeserta didik dengan segera sehingga tercipta prosespembelajaran yang efektif dan terjalin komunikasiF 21

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dua arah (Hannafin dan Peck dalam Budiastra, 2004).Salah satu media yang dapat mengakomodasiinteraktivitas dan umpan balik yang dibutuhkan dalampembelajaran adalah media komputer.Media berbasis komputer inilah yangdimanfaatkan UT dalam mengembangkan drylab yangdapat membantu mahasiswa untuk melaksanakanpraktikum. Melalui media inilah dikembangkan suatuprogram yang dapat mensimulasikan materi – materiyang akan dipraktekkan yang sesuai dengan situasiyang sebenarnya dalam lab basah (wet lab).Terminologi dry lab tidak secara spesifik dapatdidefinisikan. Namun definisi awal diberikan olehWikipedia sebagai “a laboratory where computationalor applied mathematical analyses are done on acomputer – generated model to simulate aphenomenon in the physical realm...” Terminologilain diberikan oleh Harran Research Group sebagai alaboratory for making computer simulation or for dataanalysis especially by computers. Dari definisi yangdiberikan dapat dinyatakan bahwa dry lab merupakansimulasi praktikum yang menggunakan komputeruntuk dapat diambil data dan dilakukannya analisis.Menurut Learmonth (1996) tujuandikembangkannya dry lab diharapkan dapat 1)mendukung dalam persiapan praktikum. Mahasiswadapat mempersiapkan dan merencanakan kegiatanpraktikum sebelum praktikum sebenarnya dimulai.Hal ini dapat membantu mahasiswa sehingga terbiasadengan konsep, data, dan aspek numerik dalameksperimen sebelum mahasiswa masuk kelaboratorium sebenarnya. Di sisi lain, hal ini ditujukanbagi pengembang dry lab itu sendiri yang harusmemperhatikan program dengan melengkapi softwareprogram dry lab dengan simulasi yang mudahdigunakan oleh mahasiswa 2) Membantu dalamperhitungan dan analisis data, melalui dry labmahasiswa dapat menggunakan data logging bycomputer dan menghitung serta menganalisisnya, baiksebelum, selama atau setelah melaksanakanpraktikum. 3) membantu mensimulasikan hasilperolehan data. Program dry lab yang dikembangkandiharapkan dapat mengakomodasi contoh – contohyang mencakup simulasi data dari praktikum yang dilakukan di wet lab, sehingga mahasiswa dapat dibantudalam memperluas analisis dimana hal ini tidak dapatdilakukan pada saat praktikum berlangsung. Lebihlanjut, hal lain yang dapat dilakukan adalah programdry lab ini dapat menirukan data eksperimental yangmesti direkam dalam cara tradisional, bahkanmungkin dapat memberikan bantuan lebih lanjutdalam analisis data yang akan disimulasikan.Sementara itu, Learmonth juga menyatakanbahwa peran dry lab tidak dimaksudkan untukmenggantikan peran praktikum tradisional dilaboratorium basah (wet lab), namun dimaksudkanuntuk melengkapi dan meningkatkan pengalamanmahasiswa sebelum, selama, dan setelah pelaksanaanpraktikum.Selain itu, dikembangkannya dry lab diharapkandapat mengurangi permasalahan yang terjadi padasaat eksperimen di laboratorium seperti biaya alat danbahan, tekanan yang dialami siswa pada saatpraktikum, dan kesulitan dalam melakukan praktikumtertentu seperti yang berkaitan dengan racun kimia,bahan radioaktif, dan praktikum hewan.(Johnston&Pets,1996)Pengembangan Dry Lab di Universitas TerbukaMateri pada dry lab yang dikembangkan dalampengembangan ini adalah materi tentang topik gayagesek pada mata kuliah praktikum Fisika 1(PEFI4309). Pengumpulan data dilakukan denganmenyebarkan angket kepada ahli media untukmengevaluasi produk Dry lab yang sudah jadi.Beberapa tahapan pengembangan dry yang dilakukandi UT adalah sebagai berikut.Tahap penilaian kebutuhan belajar peserta didik.Pada tahap ini dilakukan proses penilaiankebutuhan belajar peserta didik. Sebagai mahasiswaSPJJ, mahasiswa UT memiliki kendala dalam halakses praktikum. Hal ini terjadi karena Unit ProgramBelajar Jarak Jauh (UPBJJ) yang tersebar di 37propinsi sampai saat ini tidak dilengkapi denganlaboratorium. Disamping itu, lokasi dan ketersediaanalat dan bahan praktikum tidak dapat ditemukan disebarang tempat. Dengan kondisi seperti itu,mahasiswa harus tetap melaksanakan praktikum ditempat di mana UT melakukan kerjasama dengannyaseperti di universitas pembina atau tempat yangmemiliki fasilitas laboratorium yang memadai.Berdasarkan kebutuhan mahasiswa akan praktikum,maka UT mengembangkan dry lab yangmemungkinkan mahasiswa dapat mencoba programsimulasi praktikum yang ada di modul praktikumsebelum mahasiswa melakukan praktikum yangsebenarnya.Pada tahap ini dikembangkan pula beberapaproduk yang berupa peta kompetensi melalui analisisinstruksional. Tujuan analisis ini untuk menetapkantujuan yang diharapkan dimana pengembang programharus mempertimbangkan kemampuan penggunaprogram. Selain itu. Penentuan tujuan instruksionalini dituangkan ke dalam Garis Besar Program Media(GBPM) Dry lab.Tahap Disain.Pada tahap ini dikembangkan alur flowchart yangmengilustrasikan urutan penyajian materi programDry lab. Urutan ini harus dapat dilihat secara globaldan mudah dituangkan dalam pembuatan story boardyang kemudian diterjemahkan ke dalam naskahframe demi frame. Frame dibuat agar rancangantampilan gambar dan sajian pembelajaran sesuaidengan alur materi pada flowchart. Dalam penulisanframe naskah, semua komponen yang akan munculseperti teks, gambar, animasi, audio, atau video,tombol serta hubungan navigasi yang akan digunakanF 22

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8harus disertakan. Selain itu, dipertimbangkan pulastrategi penyampaiannya agar display yang dihasilkannantinya menarik untuk dilihat dan tidak terkesanmonoton.Tahap Pengembangan Produk.Pada tahap ini dilakukan perakitan seluruhelemen media yang meliputi teks, gambar, animasi,audio dan video. Peralatan yang diperlukan sepertiperangkat keras yang berupa kamera foto digital,kamera video digital, ataupun perangkat lunak yangdigunakan.Tahap Evaluasi.Setelah produk dry lab jadi, maka dilakukanevaluasi terhadap materi dan dalam bentuk penyajianmedia yang dilakukan oleh ahli materi dan ahli media.Ahli materi menelaah dan mengkaji tentang konsep –konsep yang dikembangkan dalam naskah dry labmeliputi ketercapaian kompetensi, kebenaran konsep,keluasan dan kedalam konsep, sistematika penyajianmateri. Evaluasi terhadap media dilakukan oleh Ahlimedia yang menelaah dan mengkaji dari sisi programdry lab meliputi unsur visual terdiri dari tampilangrafis yang meliputi pemilihan pemilihan huruf, teksdan keterbacaan gambar, simulasi, petunjukmelakukan praktikum, dan menginput data. Unsursuara yang dilihat dari kualitas suara pada videoataupun dari narasi materi serta sound effect pada tiaptampilan program. Selain itu, dari unsur formatpenyajian yaitu tentang tata letak program, konsistensipenyajian turut dievaluasi. Selanjutnya kemudahannavigasi bagi pengguna juga turut ditelaah. Sebanyaktiga orang ahli media telah mengevaluasi program drylab yang sudah jadi. Hasil telaah terlihat pada Tabel I.Tabel 1 mengungkapkan hasil penilaian dari ahlimedia dengan skala yang digunakan adalah skala 1 =sangat kurang bagus, skala 2 = kurang bagus danskala 3 = cukup bagus, skala 4 = bagus, dan skala 5 =sangat bagus.Hasil menunjukkan bahwa penilaian terhadapunsur visual, format penyajian, suara, interaktivitas,dan navigasi yang memiliki skala 4 dengan kategoribagus adalah efesiensi teks, gambar dan tampilannyadan disertai dengan keserasian warna backgrounddengan teks, konsistensi penyajian, dan kemudahanmemilih menu sajian, kebebasan menu sajian, dankemudahan dalam menggunakan data praktikum sertakemudahan dalam menginput data praktikum.Sedangkan untuk unsur yang memiliki skala 2 dengankategori kurang bagus adalah keterbacaan petunjukmelakukan praktikum, kerapian tampilan slide, tataletak, dan kualitas penanganan respon siswa.Beberapa masukan juga diberikan oleh penelaahmedia diantaranya adalah pemanfaatan ruang dalamtampilan yang kurang optimal, terdapat kesalahanpengucapan dalam narasi penjelasan dan juga adapenjelasan narasi yang tidak tuntas yang belumdiedit, tidak adanya petunjuk praktikum danpenggunaan alat dan bahan, pada animasi disebutkanbenda yang bergerak pada bidang miring namundalam animasinya yang bergerak adalah bendamiringnya, masih ada beberapa navigasi yangmembuat pengguna harus bolak – balikmengoperasikannya, serta belum adanya kebenaranisian data laporan dari respon pengguna. Masukan –masukan tersebut memberikan peluang akan adanyaperbaikan bagi program dry lab yang sudah jadi atauyang sedang dikembangkan.TABEL 1. HASIL TELAAH DARI AHLI MEDIAAspek Tampilan dan Interaktivitas dalamProgram Dry labUnsur VisualPemilihan jenis hurufPemilihan ukuran hurufPenggunaan jarak (baris, alinea, dan karakter)Keterbacaan teksEfisiensi teksEfisiensi gambarTampilan gambarPenempatan gambarKeterbacaan tujuan praktikumketerbacaan alat dan bahanketerbacaan petunjuk melakukan praktikumketerbacaan menginput data praktikumketerbacaan simulasi praktikumKeserasian warna background dengan teksUnsur Format PenyajianKerapian tampilan slideTata letak (layout)Konsistensi penyajianUnsur SuaraKualitas suaraUnsur InteraktivitasTingkat interaktivitas siswa dengan mediaKualitas penanganan respon siswaUnsur NavigasiKemudahan navigasiKemudahan memilih menu sajianKebebasan memilih menu sajianKemudahan dalam penggunaankemudahan menggunakan data praktikumkemudahan menginput data praktikumkemudahan hasil input data praktikumkelayakan sebagai media praktikum virtualSkalaPenelaahan yang dilakukan oleh ahli mediasesuai dengan faktor – faktor yang perlu diperhatikandalam pengembangan dry lab. Menurut Learmonth3,73,33,73,04,04,04,03,70,00,02,73,03,74,02,32,74,33,73,72,33,74,34,34,03,74,03,03,3F 23

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(1996) beberapa elemen kunci dalam pengembanganlab kering berbasis komputer (computer based ’dry’laboratories) adalah pertimbangan software yangdigunakan yang meliputi validitas, ketepatan,kemudahan dalam menggunakan, fleksibilitas, dankualitas. Validitas mencakup data base yangdigunakan dalam program simulasi. Apakah programsimulasi tersebut tepat dan lebih baik utuk menyajikanmateri atau justru lebih tepat disajikan dalam bentukmedia lainnya. Faktor fleksibilitas meliputi disaindalam penyajian termasuk variasi data atau tahapan –tahapan yang membuat pengunna tidak menjadibosan. Software juga harus mengakomodasi penggunayang dapat dengan mudah menggunakan program drylab.KESIMPULANPengembangan Dry lab mata kuliah PraktikumFisika 1 telah dilakukan dengan hasil yang cukupbagus. Namun perlu ada tindak lanjut berdasarkanmasukan dari ahli media berupa revisi sehinggamenghasilkan program yang lebih baik dan siapdiimplementasikan oleh mahasiswa.Ucapan terima kasihPenulis mengucapkan terima kasih pada ahlimedia: Bapak Pak Elang Krisnadi, Pak Edi Syarif,dan Ibu mestika sekar Winahyu atas masukan dandikusinya yang bermanfaat.DAFTAR PUSTAKABudiastra, Ketut A.A. (2004). Laboratorium Keringdan Laboratorium Basah. Universitas Terbuka.Jakarta.Johnston, Ian. & Peat, Mary. (1996). What Did WeLearns From Dry Labs Workshop inProceedings Of Dry Labs Workshop.University of Sydney.Learmonth, roberta. (1996). IT in TeachingExperimental Science: the ScientificPerspective in Proceedings Of Dry LabsWorkshop. University of Sydney.Prasetyo, Zuhdan. (1998). Kapita Selektapembelajaran Fisika. Universitas Terbuka.Jakarta.http://en.wikipedia.org/wiki/Dry_lab akses tanggal 3Agustus 2012.http://www.merriam-webster.com/medical/dry%20labakses tanggal 5 Agustus 2012.http://www.molnarinstitut.com/HP/Software/DryLab.phpaksestanggal 2012.F 24

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PEMANFAATAN LABORATORIUM FISIKA SMA RSBI DI KABUPATEN SLEMANYOGYAKARTA TAHUN 2012Heru WahyudiSMA Islam 3 SlemanJl. Turi Km 0.5 Pakem, Sleman, Yogyakarta, 55582.Telp/Faks 0274-895167Email: heruwahyudi37@yahoo.co.idAbstrakTujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui sejauh mana pemanfaatan laboratorium fisika dalam membantupembelajaran fisika, mengetahui kondisi daya dukung SDM dan sarana prasarana laboratorium fisika,mengetahui standar mutu yang telah ditetapkan SMA berstatus RSBI dalam pemanfaatan laboratorium fisika.Penelitian menggunakan metode kuantitatif dan kualitatif. Subjek penelitian ini adalah kepala sekolah, gurufisika, laboran dan siswa kelas XI IPA yang berjumlah 127 siswa. Metode yang digunakan dalammengumpulkan data dengan observasi, angket, dan wawancara. Adapun teknik untuk menganalisis data adalahteknik analisis data deskriptif. Setting penelitian mengambil tempat di SMA Negeri 1 Sleman pada waktusemester genap tahun pelajaran 2011/2012. Berdasarkan hasil analisis diskriptif menunjukkan bahwapemanfatan laboratorium fisika di SMA Negeri 1 Sleman dapat dilaksanakan secara efektif dan efisien.Angket siswa menunjukkan bahwa praktikum di laboratorium sangat membantu dalam pemahaman konsepfisika. Kelengkapan sarana prasarana laboratorium memiliki kategori sangat baik. Penggunaan saranaprasarana memiliki kategori baik/ layak pakai. Kinerja guru fisika memiliki kategori sangat baik. Adanyastandar mutu pengadaan alat/bahan dan pelaksanaan praktikum yang jelas dan sistematis.Kata kunci : SMA-RSBI, Pemanfaatan laboratorium fisikaPENDAHULUANPenyelenggaraan sekolah berstatus “RintisanSekolah Bertaraf Internasional” (RSBI) yang efektifdan efisien menjadi tuntutan di era globalisasi saat ini.Sehingga pada kenyataannya dibutuhkanprofesionalisme sumber daya manusia yangkompetitif dan memiliki daya saing tinggi. Kompetisiini diharapkan dapat memenuhi kebutuhanmasyarakat maupun pemerintah dalammengembangkan dan menyelenggarakan programpendidikan sesuai dengan standar mutu yang telahditetapkan.Pembelajaran fisika merupakan pembelajaranyang mengembangkan ranah kognitif, afektif,sekaligus psikomotor secara simultan. Oleh karena iturancangan pembelajaran fisika harus dapat memuatpengembangan ketiga ranah tersebut. Untukmengembangkan ranah afektif dan psikomotor tidakcukup hanya mengandalkan pembelajaran di kelas,tetapi perlu ditunjang dengan pembelajaran di luarkelas, baik dalam bentuk praktikum maupuneksperimen yang terarah.Keberadaan laboratorium fisika di sekolah sangatpenting dalam mendukung keberhasilan pembelajaranagar pemahaman siswa terhadap materi menjadi utuhdan komprehensif. Permasalahan yang sering munculdi lapangan adalah peralatan laboratorium fisikajumlah dan macamnya terbatas di suatu sekolah.Persoalan lain, selain keterbatasan peralatan adalahmasalah manajemen pengelolaan laboratorium yangkurang terfokus pemanfaatannya untuk pembelajaranfisika.Analisis pemanfaatan laboratorium fisikadilaksanakan dengan harapan agar dapat memenuhituntutan kebutuhan untuk menciptakan efektifitas,efisiensi pembelajaran fisika sehingga sesuai denganstandar mutu yang ditetapkan oleh Rintisan SekolahBertaraf Internasional (RSBI) khususnya di SMANegeri 1 Sleman. Hasil dari analisis pemanfaatanlaboratorium fisika adalah adanya tolok ukur sejauhmana kebermanfaatan laboratorium sebagai bagiandari pembelajaran fisika dalam kaitannyameningkatkan prestasi akademik agar mampubersaing dengan sekolah-sekolah lain. Berdasarkanuraian di atas, maka peneliti mengambil judul:“Pemanfaatan Laboratorium Fisika SMA RSBI DiKabupaten Sleman Yogyakarta Tahun 2012”.Rumusan MasalahBerdasarkan uraian di atas, rumusan masalahpenelitian ini adalah:1. Bagaimanakah pemanfaatan laboratorium fisikadalam membantu pembelajaran fisika di SMANegeri 1 Sleman?2. Bagaimanakah kondisi daya dukung SDM dansarana prasarana laboratorium fisika di SMANegeri 1 Sleman?3. Bagaimanakah standar mutu SMA Negeri 1Sleman sebagai sekolah berstatus RintisanSekolah Bertaraf Internasional (RSBI) dalampemanfaatan laboratorium fisika?F 25

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tujuan PenelitianTujuan penelitian ini adalah untuk:1. Mengetahui pemanfaatan laboratorium fisikadalam membantu pembelajaran fisika di SMANegeri 1 Sleman.2. Mengetahui kondisi daya dukung SDM dansarana prasarana laboratorium fisika di SMANegeri 1 Sleman3. Mengetahui standar mutu yang telahditetapkan SMA Negeri 1 Sleman sebagaisekolah berstatus Rintisan Sekolah BertarafInternasional (RSBI) dalam pemanfaatanlaboratorium fisika.Manfaat PenelitianBerdasarkan tujuan penelitian di atas makamanfaat dari penelitian ini adalah:1. Bagi guru dan siswa, hasil penelitian inidiharapkan dapat mengungkap pentingnyamenggunakan laboratorium dalam pembelajaranfisika.2 Bagi kepala sekolah, hasil penelitian ini diharapkandapat memberikan sumbangan dalam pelaksanaantugasnya sehingga dapat bekerja secaraprofesional.3. Bagi Pemerintah, hasil penelitian ini diharapkandapat dipakai sebagai referensi pemerintah(instansi terkait), khususnya untuk menindaklanjuti atau mengevaluasi sekolah yang memilikistatus Rintisan Sekolah Bertaraf Internasional(RSBI).Ruang Lingkup PenelitianDalam ruang lingkup penelitian ini, penulismembahas tentang analisis pemanfaatanlaboratorium fisika SMA RSBI di KabupatenSleman tahun 2012. Untuk mempermudah dalammelakukan penelitian ini penulis membatasi ruanglingkup pembahasan yang meliputi :1. Pemanfaatan laboratorium fisika yang dibatasipada keadaaan, penggunaan dan kondisi saranaprasarana laboratorium2. Kesiapan sumber daya manusia dibatasi padakinerja guru fisika dan sikap siswa dalamkegiatan laboratorium fisika3. Standar mutu laboratorium fisika dibatasi padapengadaan alat/ bahan dan pelaksanaanpraktikum.KAJIAN PUSTAKAPengertian dan Tujuan RSBI/SBISekolah bertaraf internasional (SBI) adalahsekolah yang sudah memenuhi standar nasionalpendidikan (SNP) yang diperkaya dengan keunggulanmutu tertentu yang berasal dari negara anggota theOrganisation for Economic Co-operation andDevelopment (OECD) atau negara maju lainnya(Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 78Tahun 2009 tentang penyelenggaraan sekolah bertarafinternasional pada jenjang pendidikan dasar danmenengah).Tujuan penyelenggaran SBI yang tertuang dalamPermendiknas Nomor 78 Tahun 2009 yaitu untukmenghasilkan lulusan yang memiliki: 1) Kompetensisesuai dengan standar lulusan dan diperkaya denganstandar kompetensi pada salah satu sekolahterakreditasi di negara anggota OECD atau negaramaju lainnya; 2) Daya saing komparatif tinggi yangdibuktikan dengan kemampuan menampilkankeunggulan lokal di tingkat internasional; 3)Kemampuan bersaing dalam berbagai lombainternasional yang dibuktikan dengan perolehanmedali emas, perak, perunggu, dan bentukpenghargaan internasional lainnya; 4) Kemampuanbersaing ke luar negeri terutama bagi lulusan sekolahmenengah kejuruan; 5) Kemampuan berkomunikasidalam bahasa Inggris (skor TOEFL>7,5(Permendiknas Nomor78 Tahun 2009) dalam skalainternet based test) dan/atau bahasa asing lainnya; 6)Kemampuan berperan aktif secara internasional dalammenjaga kelangsungan hidup dan perkembangandunia dari perspektif ekonomi, sosio-kultural, danlingkungan hidup; dan 7) Kemampuan menggunakandan mengembangkan teknologi komunikasi daninformasi secara internasional.LaboratoriumMenurut Kertiasa (2006) Laboratorium adalahtempat bekerja untuk mengadakan percobaan ataupenyelidikan dalam bidang ilmu tertentu sepertifisika, kimia, biologi dan sebagainya. Dalampengertian terbatas laboratorium adalah suaturuangan tempat dimana percobaan dan penelitiandilakukan, tempat ini dapat merupakan suaturuangan tertutup, kamar atau ruangan terbuka,misalnya kebun.Menurut John W. Hansen & Gerald G. Lovedahl(2004) ”belajar dengan melakukan” merupakan saranabelajar yang efektif, artinya seseorang akan belajarefektif bila ia melakukan. Pemahaman peserta didikterhadap materi ajar akan lebih efektif jika ia tidakhanya memperoleh konsepnya, tetapi ia juga mampumenemukan konsep itu sendiri. Confuciusmenyatakan bahwa “what I do, I understand” apayang saya lakukan, saya paham (Mel Silberman,2002), artinya ketika seorang guru banyakmemberikan aktivitas yang bersifat keterampilan,maka anak didik akan memahaminya secara lebihbaik, dan itu hanya dapat diperoleh melalui praktikumatau eksperimen.Pengelolaan LaboratoriumMenurut Nuryani (2005), garis besar pengelolaanlaboratorium dibagi menjadi 3 (tiga), yaitu: 1)kegiatan pemeliharaan, 2) penyediaan alat-alat danbahan yang diperlukan, 3) peningkatan daya gunalaboratorium.Sebagai pengelola laboratorium, seseorang harusbenar-benar menaati tata tertib laboratorium agarF 26

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8fungsi laboratorium dapat tercapai secara optimal.Adapun peraturan tata tertib bagi pengelolalaboratorium/guru adalah sebagai berikut :1) menjelaskan tata tertib, 2) menegakkan disiplin, 3)melakukan kontrol kegiatan, 4) mempersiapkan alatdan bahan, 5) menjelaskan fungsi alat-alat danbahayanya, 6) menjaga kebersihan dan kerapian, 7)memandu penggunaan alat-alat listrik, 8)mengusahakan keamanan zat-zat berbahaya, 9)memberikan petunjuk dan larangan, 10) menyediakankotak PPPK, 11) mengecek semua lampu danperalatan sebelum meninggalkan laboratorium.Mengingat peran penting yang dimiliki olehlaboratorium sebagai sarana pembelajaran, makadipandang perlu untuk dilakukan penelitian berkenaanpemanfaatan laboratorium fisika di SMA RintisanSekolah Bertaraf Internasional (RSBI) KabupatenSleman Yogyakarta. Hal ini ditinjau dari kemampuanguru, kelengkapan sarana prasarana laboratoriumdalam mendukung pembelajaran dan teknispengelolaan laboratorium fisika denganmempertimbangkan aspek minat/ sikap siswaterhadap pembelajaran fisika menggunakanlaboratorium.METODE PENELITIANAnalisis pemanfaatan laboratorium fisika SMARintisan Sekolah Bertaraf Internasional (RSBI) diKabupaten Sleman ini seharusnya dilakukan di semuaSMA yang memiliki status RSBI. Di KabupatenSleman ada 2 (dua) sekolah yang berstatus RSBIantara lain SMA Negeri 1 Sleman dan SMA Negeri 1Kalasan. Akan tetapi dengan mempertimbanganwaktu, tempat dan biaya maka peneliti menentukansubjek penelitian di SMA Negeri 1 Sleman.Untuk mengungkap sikap siswa, pengambilandata dilakukan dengan sampel keseluruhan siswakelas XI IPA berjumlah 127 siswa terdiri dari 48laki-laki dan 79 perempuan. Sedangkan variabelpenelitian adalah sikap siswa, kemampuan kinerjaguru, kelengkapan sarana dan prasarana laboratoriumfisika dan teknis pengelolaan laboratorium fisika.Pengambilan data dilakukan pada semester genaptahun pelajaran 2011/2012. Data dan informasi yangterkumpul dari penelitian ini dianalisis denganmenggunakan Statistika Deskriptif.HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANHasil penelitian yang berkaitan dengan analisispemanfaatan laboratorium fisika diperoleh dariobservasi, angket dan wawancara di SMA Negeri 1Sleman. Berdasarkan data yang terkumpul diperolehdata sebagai berikut:Instrumen PenelitianPada penelitian ini menggunakan instrumenpenelitian seperti terlihat pada tabel 1 sebagai berikut:TABEL I. Instrumen PenelitianNoMetodeResponden/ SubyekPenelitian ObservasijacaraKiner- Angket Wawan-1. Kepala Sekolah v v2. Teman Sejawat v v3. Guru Fisika v v v4.Kepala LaboratoriumFisikav v v5. Laboran v v v6. Siswa v vKondisi Laboratorium7. Fisika, Sarpras, Alatdan BahanvKinerja GuruUntuk mengetahui kompetensi pendidikkhususnya kompetensi pedagogik, kepribadian, sosialdan profesional diperoleh melalui angket. Angkettersebut berisi serangkaian pertanyaan dengan skalaskor 1 – 4. Kriteria yang dipakai dalam penilaiankinerja guru adalah sebagai berikut:AspekKompetensiPedagogik(18 item)Kepribadian(6 item)Sosial(9 item)Profesional(16 item)Penilaian DiriTABEL II. Skor Penilaian Aspek KompetensiSkorKriteriaX 54 Sangat baik36 X 54 Baik18 X 36 CukupX 18 Tidak baikX 18 Sangat baik12 X 18 Baik6 X 12 CukupX 6 Tidak baikX 27 Sangat baik18 X 27 Baik9 X 18 CukupX 9 Tidak baikX 48 Sangat baik32 X 48 Baik16 X 32 CukupX 16 Tidak baikBerdasarkan hasil analisis angket penilaiankinerja guru fisika SMA Negeri 1 Slemanmemberikan penilaian diri pada aspek kompetensipedagogik, kepribadian, sosial, dan kompetensiprofesional yang secara umum hasilnya sebagaiberikut:F 27

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8NoTABEL III. Skor Penilaian Aspek Kompetensi GuruAspekKompetensi1 Pedagogik2 Kepribadian3 Sosial4 ProfesionalInterpretasiPersentase(%)Sangat baik 90,27Baik -Cukup -Tidak baik -Sangat baik 95,83Baik -Cukup -Tidak baik -Sangat baik 88,88Baik -Cukup -Tidak baik -Sangat baik 87,50Baik -Cukup -Tidak baik -Penilaian dari atasan, dan juga teman sejawatDari hasil angket yang diisi oleh guru matapelajaran fisika kelas XI SMA Negeri 1 Sleman.Penilaian dari atasan dan teman sejawat tanpasepengetahuan guru yang bersangkutan inidiharapakan dapat memberikan penilaian yang lebihobyektif tentang aspek kompetensi guru. Data yangtercantum pada penilaian ini merupakan rerata(triangulasi data) yang berasal dari penilaian diri,penilaian atasan (kepala sekolah) dan juga penilaiandari teman sejawat. Teman sejawat yang dimaksudadalah sesama guru fisika yang diasumsikanmengetahui aktifitas guru yang bersangkutan. Jikadibuat tabulasi data, dari aspek pedagogik,kepribadian, sosial serta profesional sebagai berikut:TABEL IV. Penilaian dari guru, teman sejawat, dan kepala sekolahNoAspekPresentaseInterpretasiKompetensi(%)Sangat baik 85,181 PedagogikBaik -Cukup -Tidak baik -Sangat baik 92,592 KepribadianBaik -Cukup -Tidak baik -Sangat baik 87,043 SosialBaik -Cukup -Tidak baik -Sangat baik 82,814 ProfesionalBaik -Cukup -Tidak baik -Dari tabel diatas, ternyata semua aspek tetapcenderung ke arah sangat baik, meskipun terjadipenurunan rerata persentase.Penataan Alat LaboratoriumPenataan (ordering) alat di laboratorium denganmaksud agar alat tertata dengan baik. Dalam menataalat tersebut berkaitan erat dengan keteraturan dalampenyimpanan (storing) maupun kemudahan dalampemeliharaan (maintenance). Keteraturanpenyimpanan dan pemeliharaan memerlukan caratertentu agar petugas laboratorium dengan mudah dancepat dalam pengambilan alat. Dengan demikianpenataan alat laboratorium bertujuan agar alat-alattersebut tersusun secara teratur, indah dipandang(estetis), mudah dan aman dalam pengambilan dalamarti tidak terhalangi atau mengganggu peralatan lain,terpelihara identitas dan presisi alat, serta terkontroljumlahnya dari kehilangan. Gambar berikutmenunjukkan penatan alat laboratorium fisika diSMA Negeri 1 Sleman.TABEL V. Beberapa alat percobaan fisika di SMA Negeri 1Sleman dan cara penyimpanannyaNo Nama Alat Neraca/ Timbangan12Gambar AlatFungsiPenyimpananNamaAlatGambar AlatFungsiPenyimpananKelengkapan Saranamenentukan massa bendaruang almari/ rakVoltmeter DCmenentukan tegangan listrik arus searahruang almari/ rakHasil analisis observasi terhadap kelengkapansarana laboratorium fisika dalam mendukungkegiatan praktikum di SMA Negeri 1 Slemandiperoleh data sebagai berikut:F 28

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8NoTABEL VI. Kelengkapan sarana laboratorium dan kondisinyaSaranaTidakada /tidaklayakpakaiAda /kuranglayakpakaiKondisiAda /cukuplayakpakai1 Alarm Kebakaran v2 Alat kebersihan v345Bak Tempat CuciAlatKotak P3K IsiLengkapLemari EsvvAda /baiklayakpakai6 PeneranganvRuangan7 Ruangan Alat v8 RuanganPengelola9 RuanganPenimbangan10 RuanganPersiapan11 RuanganPraktikum12 Sanitasi v13 Stop KontakListrik14Tabung PemadamKebakaran15Tempat Sampahv16 Ventilasi Ruangan vJumlah 1 0 5 10Kelengkapan sarana yang terdapat di SMANegeri 1 Sleman tahun 2012 berdasarkan hasilobservasi menunjukkan hasil sebagai berikut: 1)belum tersedia alarm kebakaran, 2) ada 5 item yangmemiliki kondisi ada/ layak pakai, 3) ada10 itemmemiliki kondisi ada/ baik layak pakai. Dengandemikian kelengkapan sarana penunjang laboratoriumfisika dapat dikategorikan sangat baik.Kelengkapan PrasaranaHasil analisis observasi terhadap kelengkapanprasarana laboratorium fisika dalam mendukungkegiatan praktikum diperoleh data seperti Tabel VII.Kelengkapan prasarana berdasarkan hasil observasisebagi berikut: 1) ada 2 item yang memiliki kondisiada/ cukup layak pakai, 2) ada 10 item memilikikondisi ada/ baik layak pakai. Dengan demikiankelengkapan prasarana penunjang laboratorium fisikadapat dikategorikan sangat baik.vvvvvvvNoTABEL VII. Kelengkapan prasarana laboratorium besertakondisinyaPrasaranaTidakada /tidaklayakpakaiAda /kuranglayakpakaiKondisiAda /cukuplayakpakaiAda /baiklayakpakai1 Jam dinding v2 Kipas angin v3 Komputer v4 Kursivpraktikum5 LCD v6 Lemari alat v7 LemarivATK8 Mejavpraktikum9 Papan tulis v10 Rak alat v11 Rak bahan v12 Televisi 29” vJumlah 0 0 2 10Angket SiswaNo12345678910TABEL VIII. Hasil angket siswaPernyataanSikap Siswa (%)B SBB SKB TBMenurut pendapat sayapenggunaan laboratoriumuntuk raktikum/ eksperimenpada pembelajaran fisikadapat:Membantu menemukandan merumuskan konsepfisika 57,48 33,07 7,09 2,36Membantu membuktikankonsep fisika 77,17 13,39 7,87 1,57Meningkatkanketerampilan motorik 65,35 15,75 14,17 4,72Membantumenginterpretasikankonsep fisika 71,65 12,60 8,66 7,09Membantu mengujihipotesis 59,84 35,43 3,15 1,57Menumbuhkan motivasibelajar 63,78 29,13 3,94 3,15Menumbuhkan kerjasamadalam kelompok 60,63 25,98 8,66 4,72Memperlancar kegiatanproses pembelajaran 58,27 29,92 9,45 2,36Mengenali benda-bendafisis 70,08 18,90 7,87 3,15Menumbuhkan dayakreatifitas 44,09 40,94 9,45 5,51Rata-rata 62,83 25,51 8,03 3,62F 29Keterangan : B = Benar, SBB = Sebagian BesarBenar, SKB = Sebagian Kecil Benar, dan TB = TidakBenarBerdasarkan hasil angket pada tabel di atasmenggambarkan bahwa dari 127 siswa, sebanyak62,83 % siswa menyatakan benar terhadap 10pernyataan yang berkaitan dengan laboratorium fisika.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Selanjutnya sebanyak 25,51% menyatakan setujusebagian besar benar, 8,03 % menyatakan sebagiankecil benar dan 3,62 % menyatakan tidak benar.Dengan demikian dapat disimpulkan bahwapenggunaan laboratorium fisika mendapat tanggapanatau respon sangat positif dari siswa sehinggapenggunaanya dapat dinyatakan efektif. Berikut inigrafik presentase angket siswa:Standar MutuStandar mutu pengadaan alat dan bahan sertapelaksanaan praktikum di SMA Negeri 1 Slemanmeliputi aspek pelaksana, aktivitas, dan dikumen/catatan mutu yang telah tersusun secara sistematis.Standar mutu ditetapkan sebagi pedoman dalammelakukan kegiatan pemanfaatan laboratorium fisikaagar efisien dan efektif.Berikut ini disajikan foto dokumentasi pada saatmelakukan pengambilan data di SMA Negeri 1Sleman selama semester genap tahun pelajaran 2012Grafik 1. Rata-rata presentase angket siswaKeterangan Grafik: 1 = Benar, 2 = Sebagian BesarBenar, 3 = Sebagian Kecil Benar, 4 = Tidak BenarAdministrasi Laboratorium FisikaTABEL IX. Hasil pengadministrasian laboratoriumGambar 1. Foto dokumentasi pengambilan data angket siswa dikelasNo Komponen kondisi1 Daftar Inventaris Alat/Bahan 12 Daftar Inventaris Prasarana 13 Daftar Inventaris Sarana 14 Daftar Peminjaman Alat 25 Daftar Pengembalian Alat 26 Jadwal Kegiatan Pengelola Lab. 17 Jadwal Kerja Kepala Lab. 18 Jadwal Penggunaan Lab. 19 Jadwal Praktikum 110 Kartu Praktikum 211 Program Kerja Kepala Lab. 112Standar Mutu PelaksanaanPraktikum113Standar Mutu PengadaanAlat/Bahan114 Struktur Organisasi 115 Tata Tertib Guru/ Laboran 116 Tata Tertib Siswa 117 Kartu Perbaikan Alat 1Ket:1. Ada/ baik lengkap2. Ada/ cukup lengkap3. Ada/ kurang lengkap4. Tidak ada/ tidak lengkapBerdasarkan hasil observasi kelengkapanadministrasi laboratorium fisika seperti terlihat padatabel di atas menunjukkan: 1) ada 3 item yangmemiliki kondisi ada/ cukup lengkap layak pakai, 2)ada 14 item memiliki kondisi ada/ baik lengkap.Dengan demikian kelengkapan administrasilaboratorium fisika dapat dikategorikan sangat baik.Gambar 2. Foto dokumentasi observasi di laboratorium fisikaPENUTUPSimpulanSimpulan yang dapat diambil dari penelitian iniadalah:1. Dari hasil analis pemanfaatan laboratoriumfisika di SMA Negeri 1 Sleman dapatdikategorikan sangat baik, sehingga mampumendukung proses pembelajaran pada matapelajaran fisika2. kondisi daya dukung SDM berdasarkan hasilsupervisi memiliki kategori sangat baik, saranaprasarana laboratorium fisika memiliki kategorisangat baik, penggunaan sarana prasaranamemiliki kategori baik/ layak pakai3. Adanya standar mutu yang telah ditetapkanoleh SMA Negeri 1 Sleman sebagai sekolahberstatus RSBI mengenai pengadaan alat/ bahandan pelaksanaan praktikum fisikaF 30

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Saran1. Kepada Pemerintah (Dinas Dikpora ProvinsiDaerah Istimewa Yogyakarta) untukmeningkatkan pengawasan atau evaluasi kepadasekolah-sekolah RSBI di Daerah IstimewaYogyakarta khususnya berkaitan dengan saranadan prasarana laboratorium fisika/ IPA agarmemenuhi standar bagi rintisan sekolah bertarafinternasional (RSBI)2. Kepada Lembaga Penjaminan Mutu Pendidikan(LPMP) Provinsi daerah Istimewa Yogyakartaagar meningkatkan kompetensi guru-guru disekolah RSBI melalui diklat pengelolaanlaboratorium fisika/ IPA3. Kepala sekolah bersama-sama komite sekolahRSBI Provinsi Daerah Istimewa Yogyakartaturut membantu dalam meningkatkankelengkapan sarana prasarana dan pemanfaatanlaboratorium fisika/ IPA agar lebih berdayaguna dan berhasil guna.UCAPAN TERIMA KASIHPenulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada semua pihak yang telah mendukungmenyelesaikan makalah ini, khususnya keluarga besarSMA Negeri 1 Sleman Yogyakarta.DAFTAR PUSTAKADepartemen Pendidikan Nasional: Peraturan MenteriPendidikan Nasional Nomor 78 Tahun 2009tentang Penyelenggaraan Sekolah BertarafInternasional pada Jenjang Pendidikan Dasardan MenengahDepartemen Pendidikan Nasional: Peraturan MenteriPendidikan Nasional Nomor 26 Tahun 2008tentang Standar Tenaga Laboratorium SekolahDepartemen Pendidikan Nasional: Peraturan MenteriPendidikan Nasional Nomor 24 Tahun 2007tentang Standar Sarana dan Prasarana SekolahJohn W.Hansen & Gerald G. Lovedahl.(2004).Developing Technology Teachers:Questio-ning the Industrial Tool Use Model.Journal of Technology EducationMel Silberman. (2002). Active Learning : 101Strategies to Teach any Subject (TerjemahanSarjuli, Adzfar Ammar, Sutrisno, et. Al.).Boston : Allyn and BaconNana Sudjana. (2002). Penilaian Hasil Proses BelajarMengajar. Bandung Remaja Rosda KaryaNuryani, R., 2005, Strategi Belajar Mengajar Biologi,Malang : UM PressNyoman Kertiasa. (2006). Laboratorium Sekolah danPengelolaannya. Jakarta: Pudak ScientificPusat Kurikulum (2003).Kurikulum BerbasisKompetensi. Jakarta: Balitbang DepdiknasSugiyono. (2008), Metode Penelitian Kuantitatif,Kualitatif dan R & D, Penerbit Alfabeta,BandungF 31

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGEMBANGAN MEDIA PEMBELAJARAN INTERAKTIF BERBASISKOMPUTER TENTANG KINEMATIKA GERAK LURUSJane Koswojo, Nyoman Arcana, J.V. Djoko WirjawanProgram Studi Pendidikan Fisika Universitas Katolik Widya Mandala SurabayaEmail: bernadette_jane_koswojo@yahoo.co.idAbstrakKinematika gerak lurus merupakan bagian kecil namun sangat penting dari mekanika. Cukup banyak siswaSMA yang masih kesulitan memahami kinematika gerak lurus dikarenakan bosan terhadap penyampaian materikinematika gerak lurus dikelas yang kurang didukung dengan media yang memadai. Diperlukan adanya mediapembelajaran multimedia interaktif tentang kinematika gerak lurus yang dilengkapi dengan audio, video,animasi, dan simulasi. Penelitian ini dilakukan untuk menjawab kebutuhan tersebut. Dalam penelitian ini,pengembangan media pembelajaran akan memanfaatkan program Adobe flash yang dilengkapi dengan actionscript 3 sebagai program utama mendukung pembelajaran disekolah. Media yang dikembangkan melaluipenelitian ini dilengkapi pula dengan latihan-latihan soal yang dirancang untuk meningkatkan pemahamankinematika gerak lurus siswa SMA (pengguna program). Sebelum digunakan oleh siswa SMA, mediapembelajaran ini diujicobakan pada 15 mahasiswa di Program Studi Pendidikan Fisika Unika WIdya MandalaSurabaya. Dari ujicoba tersebut dapat disimpulkan bahwa lebih dari 90% dari responden menyatakan mediayang dibuat menarik, lebih dari 90% dari responden menyatakan media yang dibuat dapat sebagai mediapembelajaran mandiri, lebih dari 90% dari responden menyatakan media yang dibuat dapat mempercepatpemahaman, dan lebih dari 90% dari responden menyatakan media yang dibuat dapat digunakan sebagaisarana pengayaan.Kata Kunci: media pembelajaran interaktif, kinematika gerak lurus, flash, audio, video, simulasiPENDAHULUANPada mata pelajaran Fisika SMA kelas X, siswamengenal pokok bahasan Kinematika Gerak Lurus.Siswa perlu memperkuat konsep dasarnya supayatidak mengalami kesulitan memperdalam materi inisaat duduk di kelas XI. Secara umum, pokok bahasanKinematika Gerak Lurus bukanlah suatu materi yangsulit, hanya saja banyak guru yang menghadapkansiswa langsung pada rumus sehingga materi menjaditidak menarik, bahkan siswa menjadi kehilanganmotivasi belajar. Oleh karena itu perlu dicari mediapembelajaran sedemikian rupa sehingga siswa tidakmenyadari bahwa mereka telah diarahkan kepadarumus-rumus. Media pembelajaran yang dirasa cocokdi antaranya adalah media pembelajaran denganmemanfaatkan komputer.Pada tahun-tahun belakangan ini, komputermendapatkan perhatian besar dalam kegiatanpembelajaran/ instruksional (CAI atau ComputerAssisted Instruction), dengan kecepatan penguasaanmateri yang dapat diatur sendiri oleh pemakainya.Komputer nampaknya sangat cocok untuk belajarsecara individual, pengembangannya sebagai alatinstruksional sangat dipengaruhi oleh kemajuanpembelajaran terprogram.Kurikulum KTSP memiliki prinsip kegiatanpembelajaran yang berpusat pada siswa dan siswadiharapkan mampu untuk belajar mandiri. Tetapisampai saat ini masih banyak guru yang mengajardengan cara yang konvensional yakni dengan metodeF 32ceramah dimana guru sebagai pusat informasisedangkan siswa hanya duduk menerima secara pasifinformasi pengetahuan dan keterampilan. Hal inimenyebabkan kemampuan bernalar siswa juga kurangberkembang karena tidak ada kebebasan siswa untukmengungkapkan pendapatnya sehingga siswacenderung diam dan kurang berani menyatakangagasannya. Situasi ini bertentangan dengan prinsipKurikulum Tingkat Satuan Pendidikan (KTSP) yangmenghendaki guru inovatif dan siswa kreatif.Dengan menggunakan media pembelajarancomputer, diharapkan motivasi siswa untuk belajarmeningkat, sehingga siswa mampu untuk belajarmandiri sesuai dengan kecepatan penguasaan materimasing-masing. Untuk itu diperlukannya suatu mediapembelajaran computer yang memiliki karakteristikstand alone yaitu program dikembangkan tidakbergantung pada media lain, dan mengatasiketerbatasan waktu, ruang, dan daya indera, baiksiswa maupun guru/ instruktur.Berdasarkan alasan-alasan itulah maka penelitian inidilakukan.LANDASAN TEORIMedia PembelajaranMedia berasal dari kata medium yang secaraharfiah berarti perantara atau pengantar. Media adalahperantara atau pengantar pesan dari pengirim kepenerima pesan (Sadiman, 2002: 6). Secara umummedia pembelajaran dalam pendidikan disebut media,yaitu berbagai jenis komponen dalam lingkungan

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8siswa yang dapat merangsangnya untuk berpikir(Gagne dalam Sadiman, 2002: 6). Berdasarkanpengertian-pengertian yang telah diberikan, makamedia pembelajaran merupakan segala sesuatu yangdigunakan dalam kegiatan pembelajaran agar dapatmerangsang pikiran, perasaan, motivasi dan perhatiansiswa sehingga proses interaksi komunikasi edukasiantara guru (atau pembuat media) dan siswa dapatberlangsung secara tepat guna dan berdayaguna.InteraktifInteraktif didefinisikan bersifat saling melakukanaksi, antar-hubungan, saling aktif. Multimediainteraktif adalah suatu tampilan multimedia yangdirancang oleh desainer agar tampilannya memenuhifungsi menginformasikan pesan dan memilikiinteraktifitas kepada penggunanya (user).Pembelajaran MandiriBelajar mandiri merupakan suatu sistem belajaryang memungkinkan siswa dapat belajar sendiri daribahan cetak, program siaran dan bahan rekaman yangtelah disiapkan sebelumnya. Ciri utama belajarmandiri adalah adanya pengembangan kemampuansiswa untuk melakukan proses belajar yang tidaktergantung pada faktor guru, teman, kelas dllKinematika Gerak LurusGerak termasuk bidang yang dipelajari dalammekanika yang merupakan cabang dari Fisika.Mekanika sendiri dibagi atas tiga cabang ilmu yaitukinematika, dinamika dan statika. Kinematika adalahilmu yang mempelajari gerak tanpa mempedulikanpenyebab timbulnya gerak. Dinamika adalah ilmuyang mempelajari penyebab gerak yaitu gaya. Statikaadalah ilmu yang mempelajari tentang keseimbanganstatis benda.Kinematika gerak lurus hanya membahaskinematika gerak yang memiliki lintasan lurus.Karena bentuk lintasan lurus ini, kinematika geraklurus sering disebut sebagai kinematika gerak 1dimensi. Secara umum, gerak lurus dibedakan atastiga kelompok, yaitu Gerak Lurus Beraturan (GLB),Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB), dan GerakLurus Tidak Beraturan (GLTB)Posisi, Lintasan, Jarak Tempuh, dan PerpindahanSuatu benda dikatakan bergerak apabilakedudukannya berubah terhadap suatu titik acuantertentu. Kedudukan (posisi) adalah letak suatu bendapada suatu waktu tertentu terhadap suatu acuantertentu. Titik acuan adalah titik patokan yang dipakaiuntuk menyatakan kedudukan suatu benda pada suatusaat.Dalam kinematika, vektor posisi disimbolkansebagai r dan secara SI dinyatakan dengan satuanmeter (m). Posisi objek yang bergerak selalu berubahterhadap waktu sehingga vektor posisi sesaat darirobjek dituliskan sebagai t dimana t merupakanvariabel waktu yang dalam SI memiliki satuan sekon(s). Ketika objek menjalani geraknya, posisi objekselalu berubah terhadap waktu. Titik-titik yangdilewati objek selama geraknya dapat membentuksuatu kurva yang biasa dikenal dengan nama lintasangerak objek. Bentuk lintasan objek dapat digunakansebagai salah satu cara untuk menentukan jenis gerakbenda tersebut. Gerak dengan bentuk lintasan garislurus dikenal dengan nama gerak lurus, gerak denganlintasan berbentuk melingkar dinamakan gerakmelingkar, dan seterusnya.Pada gerak lurus, posisi sesaat suatu benda (terhadapacuan) cukup dinyatakan sebagai x(t) dimana tmenyatakan variabel waktu yang dalam SI memilikisatuan sekon (s). Posisi merupakan besaran vektor.Pada gerak lurus hanya terdapat dua kemungkinanarah yang dapat diwakili oleh tanda “+” dan “-“ padasistem bilangan real sehingga notasi vektor padagerak lurus boleh tidak digunakan. Namun demikian,posisi sesaat x(t) harus tetap diartikan sebagai besaranvektor.Jarak tempuh adalah panjang lintasan yangditempuh oleh suatu objek yang bergerak, mulai dariposisi awal dan selesai pada posisi akhir.Perpindahan adalah perubahan posisi suatu bendakarena adanya perubahan waktuxt xt2 xt 1(1)Perbedaan jarak dan perpindahan adalah:1) Jarak didefinisikan sebagai panjang lintasan yangditempuh oleh suatu benda dalam selang waktutertentu. Jarak tempuh merupakan besaran skalaryang nilainya selalu positif2) Perpindahan didefinisikan sebagai perubahankedudukan suatu benda dalam selang waktutertentu. Perpindahan merupakan besaran vektor.Kecepatan dan KelajuanKelajuan didefinisikan sebagai jarak tempuhsuatu benda dibagi selang waktu untuk menempuhjarak itu. Dengan demikian diperolehjarak tempuhkelajuanwaktu tempuhJika kelajuan dinyatakan sebagai u, jarak yangditempuh sebagai s dan waktu tempuh sebagai t, makaakan diperolehsu t(2)Kelajuan merupakan besaran yang tidakbergantung pada arah sehingga kelajuan termasukbesaran skalar. Selain itu, nilai dari kelajuan selalupositif. Alat untu mengukur kelajuan dinamakanspeedometer.Kelajuan rata-rata didefinisikan sebagai kelajuandari sebuah benda untuk menempuh jarak tertentuF 33

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dalam tempo waktu tertentu. Secara matematis,definisi kelajuan rata-rata dapat ditulis sebagaisu t(3)Kelajuan sesaat adalah besar jarak yang ditempuhper satuan waktu pada satu waktu tertentu. Definisikelajuaan sesaat, sering disederhanakan sebagai besardari kecepatan sesaat atau kecepatan sesaat tanpaarah. Sehingga secara matematis, kelajuan sesaatdapat dituliskan sebagai:dsut dt(4)Kecepatan adalah perpindahan suatu benda dibagiselang waktu untuk menempuhnya. Secara matematis,kecepatan dapat dituliskan sebagaiperpindahankecepatan perubahan waktuxvt tx2 x1vt t t(5)21Kecepatan rata-rata adalah besar perpindahantotal yang dilakukan oleh sebuah benda dalam selangwaktu tertentu. Secara matematis, kecepatan rata-rataadalah:x v t(6)kecepatan sesaat adalah besar kecepatan benda,besar perpindahan per satuan waktu, tepat pada satuwaktu tertentu. Dengan demikian, kecepatan sesaatditemukan dengan menggunakan definisi kecepatanrata-rata dengan memperkecil selang waktu hinggamendekati nol (limit mendekati nol). Dengandemikian, secara matematis kecepatan sesaat dapatdituliskan sebagai:xdvt lim xt t0tdt(7)Berdasarkan definisi yang sudah dijelaskandiatas, dapat diketahui bahwa speedometer yang adapada kendaraan adalah sebuah alat yang digunakanuntuk mengukur kelajuan sesaat (atau kelajuan) darikendaraan, bukan kecepatan sesaat (atau kecepatan)karena speedmeter tersebut tidak dapatmengidentifikasikan arah gerakan yang dilakukanoleh kendaraan.PercepatanPercepatan yang dalam bahasa inggrisnyaacceleration didefinisikan sebagai perubahankecepatan dibagi dengan perubahan waktu.vat t(8)Percepatan rata-rata deidefinisikan sebagaiperbandingan antara perubahan kecepatan denganselang waktuva t(9)`Percepatan sesaat didefinisikan sebagaiperubahan kecepatan yang berlangsung dalam waktusingkat. Definisi ini secara matematis dapat dituliskansebagai:vdat lim vt t 0 tdt(10)Gerak Lurus BeraturanGerak Lurus Beraturan (GLB) adalah gerakanbenda pada lintasan berupa garis lurus dankecepatannya tetap. Karena kecepatannya konstan,maka percepatannya sama dengan nol. Berdasarkandefinisi dari kecepatan maka diperoleh:x v0t x 0(11)Bentuk grafik dari kecepatan terhadap waktuadalah grafik mendatar dengan gradien garis samadengan nol.Gambar 1. Grafik kecepatan versus waktu pada GLBBentuk grafik dari jarak terhadap waktu adalahgrafik linier dengan gradien konstan.Gambar 2. Grafik jarak versus waktu pada GLBGerak Lurus Berubah BeraturanGerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB) adalahgerakan benda pada lintasan berupa garis lurusdengan kecepatan berubah secara beraturan tetapipercepatannya tetap. Berdasarkan definisi percepatandiperolehv v 0at(12)Berdasarkan definisi kecepatan diperoleh1 2x v0t at x02(13)AtauF 34

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-81 2 x v0t at2Jika persamaan v v at dan01 2 x v0t at2digabungkan maka akan diperoleh persamaan baruv2 v20 2ax(14)Bentuk grafik dari percepatan terhadap waktuadalah grafik mendatar dengan gradien garis samadengan nol.Gambar 3. Grafik percepatan versus waktu pada GLBBBentuk grafik dari kecepatan terhadap waktuadalah grafik linier dengan gradien konstan.Gambar 4. Grafik kecepatan versus waktu pada GLBBBentuk grafik dari jarak terhadap waktu adalahgrafik parabola.Gambar 5. Grafik jarak versus waktu pada GLBGerak Lurus Tidak Beraturan (GLTB) merupakanperpaduan antara Gerak Lurus Beraturan (GLB) danGerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB). Namun,gerak ini tidak termasuk dalam gerak parabola.Biasanya gerak ini terjadi pada gerak kendaraanseperti pergerakan sepeda motor, mobil, kereta dll.Oleh karena itu, bentuk grafik dari gerak inimerupakan perpaduan dari grafik GLB dan GLBB.Gambar 6. Grafik kecepatan versus waktu pada gerak perpaduanantara GLB dan GLBBGerak VertikalGerak vertikal merupakan gerak lurus berubahberaturan dimana percepatannya disebabkan karenagaya tarik bumi dan disebut percepatan gravitasi bumi(g) dengan arah kebawah (kepusat bumi). Padakenyataannya, besar percepatan gravitasi bergantungpada jarak antara benda kepusat bumi, tetapi untukbenda-benda yang dekat dengan permukaan bumi,besar percepatan gravitasinya dianggap konstan.Berdasarkan persamaan 12, 13, dan 14, makapersamaan untuk gerak vertikal dapat dituliskan: v gtvy 0y yv2y12 2gy20 v0t gt v20Gerak vertikal dibedakan menjadi 3, yaitu gerakvertikal ke atas, gerak vertikal ke bawah dan gerakjatuh bebas.a. Gerak Vertikal ke AtasSebuah bola yang dilepar keatas, Selama bolabergerak ke atas, gerakan bola melawan gaya gravitasiyang menariknya ke bumi. Akhirnya bola bergerakdiperlambat. Akhirnya setelah mencapai ketinggiantertentu yang disebut tinggi maksimum, bola tak dapatnaik lagi. Pada saat ini kecepatan bola nol. Olehkarena tarikan gaya gravitasi bumi tak pernah berhentibekerja pada bola, menyebabkan bola bergerak turun.Pada saat ini bola mengalami jatuh bebas, bergerakturun dipercepat.Jadi bola mengalami dua fase gerakan. Saatbergerak ke atas bola bergerak GLBB diperlambatdengan kecepatan awal tertentu lalu setelah mencapaitinggi maksimum bola jatuh bebas yang merupakanGLBB dipercepat dengan kecepatan awal nol. Dalamhal ini berlaku persamaan-persamaan GLBB.vy v0 gt(15)y yv2y12 2gy20 v0t gt v20(16)(17)b. Gerak Vertikal ke BawahGerak vertikal ke bawah yang dimaksudkanadalah gerak benda-benda yang dilemparkan vertikalke bawah dengan kecepatan awal tertentu. Jadi sepertiF 35

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8gerak vertikal ke atas hanya saja arahnya ke bawah.Sehingga persamaan-persamaannya sama denganpersamaan-persamaan pada gerak vertikal ke atas,hanya saja arah kecepatannya karena kebawahberharga negatif (-v y ). Sebab gerak vertikal ke bawahadalah GLBB yang dipercepat dengan percepatanyang sama untuk setiap benda yakni -g.Maka persamaan GLBB masih berlaku padabagian ini, sehingga persamaan yang digunakan untukmenyelesaikan persoalan GVB adalah persamaanGLBB.Berdasarkan definisi kecepatan dimana percepatan (a)digantikan dengan percepatan gravitasi (-g), makadiperolehvy v0 gt(18)Berdasarkan definisi kecepatan diperoleh1 2y v0t gt y02(19)Atau1 2y v0t gt21 2Jika persamaan v v0 at dan x v0t at2digabungkan maka akan diperoleh persamaan baru2 2vy v0 2gy(20)c. Gerak Jatuh BebasGerak jatuh bebas ini merupakan gerak lurusberubah beraturan tanpa kecepatan awal (v0), dimanapercepatannya disebabkan karena gaya tarik bumi dandisebut percepatan gravitasi bumi (g).Sebuah benda dikatakan mengalami jatuh bebas,jika memenuhi syarat-syarat sebagai berikut:a. Kecepatan awal nol (v 0 =0) benda dilepaskanb. Gesekan udara diabaikanc. Benda dijatuhkan dari tempat yang tidak terlalutinggi (percepatan gravitasi dianggap tetap)Rumus-rumus yang digunakan seperti halnya GerakVertikal ke Bawah hanya saja v 0 =0 sehingga:v y gt(21)1 2y gt y02(22)v 2y 2gyTicker Timer(23)Ticker timer adalah alat yang berfungsi untukmerekam perubahan kecepatan pada suatu benda.Bagian-bagian dari ticker timer antara lain:1. Suatu besi yang dililiti kumparan yang berfungsimenghasilkan elektromagnet untuk menggetarkanstylus (plat baja).2. Magnet U yang berfungsi untuk menginduksi.3. Tempat tinta (karbon) yang berfungsi sebagaitempat cetak ketikan-ketikan pada kertas pita(ticker tape).4. Stylus (plat baja) yang berfungsi sebagai pengetikrekaman waktu pada kertas karbon.5. Ticker tape (kertas pita) merupakan tempat hasilcetakan yang berupa titik-titik yang berasal darikertas karbon.Gambar 7. Bagian-bagian ticker timerMisalkan ticker timer dihubungkan ke sumbertegangan ac 50 Hz, maka jarum baja akan melakukan50 getaran tiap sekon. ini berarti bilah memerlukanwaktu 1/50 sekon untuk satu getaran. Waktu satugetaran ini disebut satu ketikan. Secara umum jikaticker timer dihubungkan ke sumber tegangan listrikac dengan frekuensi f Hz, maka berlaku:1waktu 1ketikan sekon (24)fCara kerja ticker timer adalah sebagai berikut.Pada ujung bilah getar dipasang sebuah ujungruncing. Arah ujung runcing ini tegak lurus bilah.dibawah ujung runcing ini diletakan sehelai kertaskarbon yang berbentuk lingkaran. Bila bilah bergetar,ujung runcing itu melakukan ketikan pada kertaskarbon. Ketikan ini menimbulkan titik hitam dibawahkertas karbon. Dibawah karbon dipasang pita kertasyang disebut pita ketik. Pita ketik ini dapat bergeserpada sebuah alur menurut arah memanjangnya.Apabila pewaktu ketik kita jalankan dan pita ketik inikita tempelkan pada benda yang sedang bergerak,maka diatas pita ketik akan kita dapatkan tanda titiktitikpada jarak tertentu. Jarak antara titik-titik itubergantung pada cepat atau lambatnya gerak benda.Jarak antara dua titik yang berdekatan disebut satuketikan.Sebuah benda yang sedang bergerak lurusberubah beraturan dengan percepatan tetap a.Percepatan a dihubungkan ke kecepatan awal dankecepatan pada saat t melalui persamaanvv - v0a tt - t0METODOLOGI PENELITIANMedia pembelajaran yang dibuat meliputi teorimengenai kinematika gerak lurus yang dilengkapidengan animasi, simulasi gerak maupun grafik, videopraktikum, latihan soal untuk meningkatkanF 36

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8pemahaman siswa mengenai materi kinematika geraklurus, soal evaluasi, dan games.Adapun metodologi dari penelitian ini adalah:a) Studi PustakaStudi pustaka dilakukan untuk mempelajarimateri kinematika gerak lurus dari beberapa bukuSMA maupun Perguruan Tinggi. Uraian yang akandisajikan dalam media pembelajaraninteraktifdisusun rapi dan diseleksi terlebih dahulu.b) Pembuatan Media PembelajaranMedia pembelajaran yang dibuat meliputi teori,simulasi, video, latihan soal, evaluasi, dan games.Tampilan teori kinematika gerak lurus dan gamesdibuat menggunakan Adobe Flash CS3. Semua uraianteori yang terseleksi dimasukan ke program AdobeFlash CS3. Uraian yang diberikan juga dilengkapisimulasi dan animasi agar dapat memberi gambaranyang jelas dengan konsep yang ada. Tampilan soallatihan dan evaluasi tentang kinematika gerak lurusdibuat menggunakan Adobe Flash CS3. Soal yangdikerjakan oleh siswa (pengguna media pembelajaran)dapat dinilai secara otomatis oleh program soal yangdibuat. Skor yang diperoleh siswa dapat disimpandalam eksternal file melalui php yang diolahmenggunakan macromedia dreamweaver 8 danXAMPP win32 1.6.6. Tampilan video praktikumdibuat menggunakan Adobe Flash CS3, sedangkanproses pembuatan video menggunakan handycam danprogram editing video seperti Ulead Video Studio 11dan semua sound yang dimasukan kedalam mediapembelajaran di edit menggunakan Sony Sound Forge8.0.c) Validasi AhliValidasi media pembelajaran bertujuan untukmengetahui apakah media pembeajaran yang dibuatlayak digunakan atau tidak (Arcana, 2008). Kelayakanini dapat dilihat dari kesesuaian antara produk dengantujuan yang ingin dicapai.Berdasarkan tujuan dari pengembangan mediapembelajaran ini, maka media pembelajaran ini akanmengalami pengujian yang menyangkut tiga aspekyaitu:1) Aspek ketepatan isi pembelajaran berkaitandengan kebenaran materi, kedalaman materi,keluasan materi, kelengkapan materi.2) Aspek instruksional berkaitan dengan kejelasanstandar kompetensi yang ingin dicapai, kejelasanpetunjuk belajar, kemudahan memahami materi,ketepatan urutan penyajian, kemampuan untukdigunakan secara mandiri, kemampuan untukmeningkatkan motivasi dan gairah belajar siswa,bersahabat dengan user/ pemakai (user friendly).3) Aspek tampilan komputer meliputi kejelasanpetunjuk penggunaan, keterbacaan, sistematika,kualitas tampilan gambar dan animasi, komposisiwarna dan kualitas animasi.Keseluruhan aspek yang divalidasi dan indicatordisajikan pada table 3.1.VariabelKetepatanmateripembelajaranInstruksionalTampilankomputerTabel 1. Variable dan IndikatorIndikator1.kebenaran konsep yangdiamati dalam CD2. kedalaman materi3. keluasan materi4. kelengkapan materi1.kejelasan standar kompetensiyang ingin dicapai2. kejelasan petunjuk belajar3.kemudahan memahamimateri4. ketepatan urutan penyajian5.kemampuan untuk digunakansecara mandirikemampuan untuk6. meningkatkan motivasi dangairah belajar siswa7.bersahabat dengan user/pemakai (user friendly)1.kejelasan petunjukpenggunaan2. keterbacaan3. sistematika4.kualitas tampilan gambar dananimasi5. komposisi warna6. kualitas animasiMedia pembelajaran yang telah dibuat diujivaliditasnya. Validitas ahli dilakukan oleh para ahlidalam bidang yang terkait dengan tiga aspek tersebut,yaitu ahli dalam hal materi pembelajaran, ahli dalamhal instruksional, dan ahli dalam hal tampilankomputer. Dari para ahli ini dapat diperoleh masukanyang direkam melalui wawancara terstruktur.RevisiRevisi dilakukan berdasarkan masukan dari ujiahli yang direkam melalui wawancara terstruktur.Masukan dari para ahli dapat digunakan untukperbaikan media pembelajaran sebelum uji lapanganUji terbatasUji terbatas adalah uji penggunaan produkterhadap sebagian subjek yang menjadi sasaran. Ujiterbatas dilakukan kepada 15 mahasiswa ProgramStudi Pendidikan Fisika Universitas Katolik WidyaMandala SUrabaya. Saran dari sasaran pengembangandigunakan untuk penyempurnaan media pembelajaranyang akan diujicobakan kepada pengguna.d) RevisiRevisi dilakukan berdasarkan masukan dari ujiterbatas yang direkam melalui hasil angket. Masukandari responden dapat digunakan untuk perbaikanmedia pembelajaran sebelum dilakukan uji lapangan .F 37

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8e) Uji LapanganUji lapangan adalah uji penggunaan produkterhadap subjek yang menjadi sasaran. Subjek yangmenjadi sasaran pengembangan adalah siswa SMAKSanta Agnes Surabaya yang sedang mempelajaripokok bahasan kinematika gerak lurus. Saran darisasaran pengembangan digunakan untukpenyempurnaan media pembelajaran.Subjek yang menjadi sasaran pengembanganadalah siswa SMAK Santa Agnes Surabaya yangsedang mempelajari subpokok bahasan kinematikagerak lurus. Media pembelajaran ini dapat dikatakanbaik bila lebih dari 80% hasil angket menyatakanbaik. Disamping mengisi angket, peneliti jugamelakukan wawancara pada beberapa siswa. Hasilobservasi, diskusi, angket, dan wawancara dapatdigunakan untuk perbaikan media pembelajaran.f) RevisiRevisi dilakukan berdasarkan masukan dari ujilapangan yang direkam melalui hasil angket. Masukandari pengguna dapat digunakan untuk perbaikanmedia pembelajaran sebelum dikemas dalam produkakhir media pembelajaran berupa CD pembelajaran .Pembuatan Produk Akhir dalam Bentuk CDPembelajaranProduk akhir media pembelajaran meliputi teori,simulasi, video, latihan soal, evaluasi, dan gamesyang telah direvisi dari hasil uji ahli dan uji lapangan.Hasil akhir media pembelajaran disimpan dalambentuk CD sehingga siap dipergunakan pada setiapsaat.HASIL DAN PEMBAHASANHasil penelitian berupa CD (Compact Disk) yangberisikan media pembelajaran mengenai kinematikagerak lurus. Secara umum, isi program yang terdapatdalam CD adalah teori yang dilengkapi animasi agardapat memberi gambaran yang jelas dengan konsepyang ada, simulasi, video, latihan soal, evaluasi, dangames. Adapun print out dari beberapa halaman yangada pada layer monitor adalah sebagai berikut:Gambar 8. Preview media pembelajaranUjicoba dilakukan kepada siswa-siswi SMAK StAgnes. Cara pengujian dilakukan dengan angket. Datayang diperoleh dari angket dirangkum kemudiandiolah menjadi bentuk persentase (%) yang terbagiatas dua kolom pilihan (SS+S dan TS+STS)F 38

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8No12345678910Tabel 2. data angket siswaPERNYATAANTidak ada kesulitanmembuka programTidak ada kesulitanmengoperasikanprogramMengasyikandengan adanyaanimasi/ simulasiDapat mempercepatpemahamanPeristiwa kinematikagerak lurus mudahdiamati melaluianimasiMudah diingatdengan adanyaanimasiTampilan programcukup menarikDapat dipelajarisendiriDapat digunakansebagai saranapengayaanProgram inimenambahkebingunganPILIHAN (%)SS+STS+STS100 0100 0100 0100 0100 0100 0100 0100 093.33 6.670 100Berdasarkan data diatas dapat dilihat bahwa100% dari responden menyatakan media yang dibuatmenarik, 100% dari responden menyatakan mediayang dibuat dapat sebagai media pembelajaranmandiri, 100% dari responden menyatakan mediayang dibuat dapat mempercepat pemahaman, dan93.33% dari responden menyatakan media yangdibuat dapat digunakan sebagai sarana pengayaan.Hasil angket yang menyatakan SS+S daripernyataan nomor satu sampai sembilan dan TS+STSdari pernyataan nomor sepuluh adalah:(SS S) (STS TS) 134 15100% 100%150150 99.33%Ini berarti bahwa 99.33% mahasiswa menyatakanbahwa media pembelajaran ini baik dan bermanfaat,hanya saja berdasarkan hasil komentar darimahasiswa ada yang menyatakan untuk memperbaikisedikit kekurangan sehingga media pembelajaranyang akan diujicobakan ke lapangan menjadi lebihsempurna.KESIMPULANMedia pembelajaran berbasis computer tentangkinematika gerak lurus telah berhasil dibuat dandiujicobakan. Dari hasil ujicoba terbatas secara umummengatakan bahwa program sudah cukup bagus.Berdasarkan data diatas dapat disimpulkan bahwamedia pembelajaran interaktif berbasis komputermenarik, dapat sebagai media pembelajaran mandiri,dapat mempercepat pemahaman, dan dapat digunakansebagai sarana pengayaan.UCAPAN TERIMAKASIHPeneliti menyampaikan terimakasih kepada I-MHERE UKWMS yang telah membiayai penelitianini sesuai dengan kontrak nomor 013/IMHERE-UKWMS/A01/KONTRAK/SG/III/2012DAFTAR RUJUKANA. Education. 2007. Computer Assisted Instruction(CAI).http://blog.persimpangan.com/blog/2007/08/14/computer-assisted-instruction-cai/ (diaksespada tanggal 10 Desember 2011)A. Sadiman. 2002. Media Pendidikan. Jakarta: RajaGrafindo PersadaAdministrator. 2010. Pengertian MediaPembelajaran.http://forum.upi.edu/index.php?topic=15693.0(diakses pada tanggal 10 Desember 2011)Admin. 2010. Pengertian Prestasi Belajar.http://belajarpsikologi.com/pengertianprestasi-belajar(diakses pada tanggal 10Desember 2011)B. Foster. 2006. Terpadu Fisika SMA untuk Kelas X.Jakarta: ErlanggaG. Seran. 2007. Fisika Untuk SMA/MA Kelas X.Jakarta: GrasindoHalliday dan Resnick. 1991. Fisika Jilid I(terjemahan). Jakarta: ErlanggaM. Kanginan. 2004. Fisika untuk SMA kelas X.Jakarta: ErlanggaMulyadi. 1991. Psikologi Pendidikan, Malang: BiroIlmiah, FT. IAIN Sunan Ampel.Nasution S., 2004, Didaktik Asas-asas Mengajar,Jakarta: Bumi Aksara.S. Zemansky. 1991. Fisika untuk Universitas 1(Terjemahan). Jakarta: Bina CiptaF 39

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGEMBANGAN MEDIA PEMBELAJARAN FISIKABERBASIS VIDEO TENTANG USAHA DAN ENERGIMartha Kustiani 1 , Sugimin W. Winata 2 , Herwinarso 3Program Studi Pendidikan FisikaUniversitas Katolik Widya Mandala Surabayae-mail 1 : jes_myteen@yahoo.comAbstrakUsaha dan energi muncul dalam berbagai fenomena dalam kehidupan sehari-hari, namun kurang disadari olehsebagian besar siswa yang mempelajari fisika. Penelitian ini dilakukan untuk menampilkan berbagai fenomenayang terkait dengan usaha dan energi dalam bentuk media pembelajaran berbasis video. Penelitianpengembangan ini meliputi penyusunan rencana pelaksanaan pembelajaran (RPP), pembuatan buku ajar,penyusunan skrip video, pengambilan gambar, pengisian suara (dubbing), pengeditan gambar dan suaradengan ULEAD Pro 8, dan pembuatan animasi dengan Macromedia Flash 8. Hasil akhir media pembelajarandigabung dalam format avi yang disimpan dalam DVD yang siap dijalankan dengan DVD player. Uji coba awalyang telah dilakukan pada 26 siswa kelas XI memberikan masukan bahwa 92,31% siswa menyatakan mediayang telah dibuat dapat membantu siswa memahami usaha dan energi.Kata kunci : media pembelajaran berbasis video, usaha dan energi.PENDAHULUANKualitas sumber daya manusia tidak terlepas darisatuan pendidikan. Kualitas tersebut juga dipengaruhioleh proses pembelajaran yang dilakukan di sekolah.Menurut Mulyasa (2004: 3), untuk meningkatkankualitas sumber daya manusia khususnya pesertadidik yang menjadi subyek untuk menampilkankeunggulan dirinya yang tangguh, kreatif, mandiri,dan profesional dalam bidangnya masing-masing. Halini tidak terlepas dari proses pembelajaran yangdilakukan di kelas. Menurut standar prosespendidikan (PP No. 19 Tahun 2005 pasal 19) prosespembelajaran pada satuan pendidikan perludilaksanakan secara interaktif, inspiratif,menyenangkan, menantang, mampu memotivasipeserta didik untuk berpartisipasi aktif, sertamemberikan ruang lingkup yang cukup bagi prakarsa,kreativitas, dan kemandirian sesuai dengan bakat,minat, dan perkembangan fisik serta psikologispeserta didik.Fisika termasuk salah satu cabang IlmuPengetahuan Alam yang memiliki makna yang luasdan yang mempelajari segala aspek dalam kehidupansehari-hari. Dalam kegiatan pembelajaran fisikaseorang guru harus dapat menguasai materi, mampumenyampaikannya pada peserta didik, dan juga harusmampu memilih metode dan model pembelajaranyang sesuai dengan keadaan peserta didik.Usaha dan Energi adalah salah satu pokokbahasan pelajaran fisika yang memiliki dan mencakupbanyak materi pembahasan dan juga perlu ditunjangdengan praktikum serta kejadian nyata yang terjadisehari-hari.Salah satu cara yang dilakukan peneliti untukmeningkatkan kualitas peserta didik dalammengajarkan konsep fisika khususnya pokok bahasanusaha dan energi yaitu dengan membuat mediapembelajaran video yang inovatif, menyenangkan,dan interaktif. Dalam video dijelaskan kejadiansehari-hari yang berhubungan dengan fisikakhususnya pada pokok bahasan usaha dan energi, dandilengkapi dengan simulasi praktikum serta soal-soalpada buku ajar siswa untuk melatih peserta didikdalam menyelesaikan permasalahan pada pokokbahasan ini.Dengan menggunakan media video, siswa lebihmudah belajar tidak hanya di sekolah namun juga bisadi rumah. Selain itu, dengan memanfaatkan mediavideo semua materi usaha dan energi dapatdivisualisasikan sehingga peserta didik dapattermotivasi untuk lebih senang belajar fisika.Berdasarkan uraian di atas, penelitian yangdilakukan berjudul ”Pembuatan Media PembelajaranFisika Berbasis Video dengan Pokok Bahasan Usahadan Energi”.LANDASAN TEORITeori PembelajaranIlmu pengetahuan alam yang sering dikenaldengan istilah sains, merupakan ilmu dasar yang eratdengan kehidupan kita sehari-hari. Menurut Bolemanet. al (1995:1), sains merupakan pengetahuan yangdigunakan untuk menjelaskan fenomena-fenomenaalam. Secara khusus sains menggunakan suatupendekatan empiris untuk mencari penjelasan alamitentang fenomena yang diamati di alam semesta(Depdiknas, 2008:4).Berdasarkan berbagai pengertian tentang sainsmaka dapat dikatakan bahwa Sains adalah cabangkeilmuan yang berkaitan dengan cara mencari tahutentang alam secara sistematis. Dari definisi tersebutdapat dipahami bahwa sains bukan hanya penguasaanF 40

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8kumpulan pengetahuan berupa fakta, konsep atauprinsip saja tetapi juga suatu proses penemuan ilmiahyang telah diuji kebenarannya.Menurut Puskur (Trianto, 2007b), definisi sainsmeliputi empat unsur utama yang meliputi sikap,proses, produk dan aplikasi. Sikap yaitu rasa ingintahu tentang benda, fenomena alam, makhluk hidupserta hubungan sebab-akibat yang menimbulkanmasalah baru yang dapat dipecahkan melalui proseduryang benar. Proses yaitu suatu prosedur pemecahanmasalah melalui metode ilmiah yang meliputipenyusunan hipotesis, perancangan eksperimen,evaluasi, pengukuran dan penarikkan kesimpulan.Produk adalah hasil dari kegiatan ilmiah berupa fakta,prinsip, teori dan hukum. Sedangkan aplikasi yaitupenerapan metode ilmiah dan konsep sains dalamkehidupan sehari-hari.Fisika adalah salah satu cabang ilmu dari sains.Fisika memiliki pengertian bahwa sains yangmempelajari gejala alam yang tidak hidup atau materidalam lingkup ruang dan waktu. Beberapa sifat yangdipelajari dalam fisika merupakan sifat yang dipelajaridalam semua sistem materi yang ada, seperti hukumkekekalan energi.Fisika merupakan ilmu pengetahuan yangberusaha menguraikan serta menjelaskan hukumhukumalamdan kejadian-kejadian alam dengangambaran menurut pemikiran manusia. Tujuanpembelajaran fisika tidak selalu membuat pesertadidik menjadi Fisikawan. Namun memberi ide padapeserta didik tentang cara Fisikawan memandangdunia untuk mendapatkan kepuasan dalam memahamidan meramalkan hasil kegiatan yang terjadi di alamsekitar, mendapatkan penghargaan dalam duniateknologi, mampu mengambil keputusan, dan belajarcara bertanya (Zitzewitz: 1995:54).Dalam pembelajaran Fisika, peserta didik perludiajarkan secara utuh kemampuan sains yang meliputisikap ilmiah, proses ilmiah maupun produk ilmiahsehingga peserta didik dapat belajar mandiri untukmendapatkan hasil optimal. Sesuai dengan hakekatsains, maka sains sebaiknya dilaksanakan secarainkuiri ilmiah untuk menumbuhkan kemampuanberpikir, bekerja dan bersikap ilmiah sertamengkomunikasikannya sebagai aspek pentingkecakapan hidup (Depdiknas, 2006b:377)Arti Media PembelajaranIstilah media berasal dari bahasa latin yangmerupakan bentuk jamak dari medium. Secara harfiahberarti perantara atau pengantar. Pengertian umumnyaadalah segala sesuatu yang dapat menyalurkaninformasi dari sumber informasi kepada penerimainformasi.Dalam dunia pendidikan, media sering digunakanuntuk menunjang pembelajaran. Istilah pembelajaranlebih menggambarkan usaha guru untuk membuatbelajar para peserta didiknya. Kegiatan pembelajarantidak akan berarti jika tidak menghasilkan kegiatanbelajar pada para peserta didiknya. Kegiatan belajarhanya akan berhasil jika si belajar secara aktifmengalami sendiri proses belajar. Seorang guru tidakdapat mewakili belajar peserta didiknya. Seorangpeserta didik belum dapat dikatakan telah belajarhanya karena ia sedang berada dalam satu ruangandengan guru yang sedang mengajar.Pekerjaan mengajar tidak selalu harus diartikansebagai kegiatan menyajikan materi pelajaran.Meskipun penyajian materi pelajaran memangmerupakan bagian dari kegiatan pembelajaran, tetapibukanlah satu-satunya. Masih banyak cara lain yangdapat dilakukan guru untuk membuat peserta didikbelajar. Peran yang seharusnya dilakukan guru adalahmengusahakan agar setiap peserta didik dapatberinteraksi secara aktif dengan berbagai sumberbalajar yang ada.Media pembelajaran adalah media yangdigunakan dalam pembelajaran, yaitu meliputi alatbantu guru dalam mengajar serta sarana pembawapesan dari sumber belajar ke penerima pesan belajar(peserta didik). Sebagai penyaji dan penyalur pesan,media belajar dalam hal-hal tertentu bisa mewakiliguru menyajiakan informasi belajar kepada pesertadidik. Jika program media itu didesain dandikembangkan secara baik, maka fungsi itu akandapat diperankan oleh media meskipun tanpakeberadaan guru.Peranan media yang semakin meningkat seringmenimbulkan kekhawatiran pada guru. Namunsebenarnya hal itu tidak perlu terjadi, masih banyaktugas guru yang lain seperti: memberikan perhatiandan bimbingan secara individual kepada peserta didikyang selama ini kurang mendapat perhatian. Kondisiini akan terus terjadi selama guru menganggap dirinyamerupakan sumber belajar satu-satunya bagi pesertadidik. Jika guru memanfaatkan berbagai mediapembelajaran secara baik, guru dapat berbagi perandengan media. Peran guru akan lebih mengarahsebagai fasilitator pembelajaran dan bertanggungjawab menciptakan kondisi sedemikian rupa agarpeserta didik dapat belajar. Untuk itu guru lebihberfungsi sebagai penasehat, pembimbing, motivatordalam Kegiatan Belajar Mengajar.Media Berbasis VideoMenurut Daryanto (2011 ; 79) video merupakanmedia yang sangat efektif untuk membantu prosespembelajaran baik secara individu, kelompok maupunmassal. Video memiliki karakteristik yang dapatmenampilkan gambar bergerak dan disertai suara.Video juga dapat dikombinasikan dengan animasi danpengaturan kecepatan untuk mendemonstrasikanperubahan dari waktu ke waktu.Video dapat disajikan dalam CD (compact disk)ataupun DVD (digital vertile disc) sehinggamempermudah guru dan peserta didik untukmenontonnya melalui komputer/notebook, VCDplayer dan DVD player. Video juga dapat membantuproses pembelajaran langsung maupun tidak langsung(saat guru tidak hadir dalam kelas).F 41

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Sebelum memulai pembuatan video, hal pertamayang dilakukan adalah membuat naskah video ataulebih dikenal dengan script. Pembuatan naskah videodilakukanDalam pembuatan video diperlukan prosesediting. Proses editing ini bermanfaat agar video yangdisajikan dapat bagus secara teknik dari sudutpandang seni. Pengeditan video membutuhkanperangkat lunak khusus, misalnya Microsoft MovieMaker, iMovie, Adobe Premier, Ullead, Vegas, danmasih banyak lagi. Hal yang paling utama adalahkeahlian pengeditan yang menentukan hasil akhirsebuah sajian video.Video editing adalah suatu proses memilih ataumenyunting gambar dari hasil shooting dengan caramemotong gambar ke gambar (cut to cut) atau denganmenggabungkan gambar-gambar dengan menyisipkansebuah transisi.UsahaUsaha adalah hasil kali besar perpindahanterhadap gaya yang searah dengan perpindahantersebut. Bila sebuah benda dikerjakan oleh gaya yangmembentuk sudut terhadap arah perpindahannya,makaBW AB dWWWABABAB F dsABAF cosdsBila sudut α adalah sudut tumpul maka usahanyanegatif. Gaya yang usahanya bergantung pada lintasanyang ditempuhnya tidak sama dengan nol disebutgaya non-konservatif. Gaya yang usahanya tidakbergantung pada lintasan yang ditempuhnya danhanya bergantung pada letak titik awal dan titik akhirdisebut gaya konservatif.Usaha oleh gaya tersebut ketika benda berpindahdari x 1 ke x 2 W F dlWWx2x1x2x1F( x )î dxîF( x ) dxBerdasarkan persamaan diatas diperoleh lintasandi bawah kurva F (x) yang dibatasi oleh x 1 dan x 2.W AB F cossDengan notasi vektor: W AB F sUsaha merupakan besaran SKALAR dengansatuan Nm (newton meter) atau sering disebut J(joule).F adalah gaya yang berubah-ubah baik besar maupunarahnya. Benda mengalami perpindahan .Kerja oleh pada perpindahan adalah dW F dsdW F cosdsKerja olehpada perpindahan dari A ke B adalahEnergiSetiap benda yang bergerak memiliki energikinetik. Energi kinetik dipengaruhi oleh besarnyamassa benda dan besar kecepatan benda.1 2EK mv2Energi PotensialBila gaya-gaya yang bekerja dari lingkunganpada benda adalah gaya konservatif maka usaha darigaya-gaya ini tidak bergantung kepada lintasan yangditempuh, dan hanya bergantung pada posisi titik awaldan titik akhir. Karena itu dapat didefinisikan suatufungsi U yang hanya bergantung pada posisisedemikian rupa hingga:F 42

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Perhatikan bahwa lintasan tidak perlu dituliskanlagi karena hasilnya tidak bergantung pada lintasan.Sehingga untuk lintasan tertutup dipenuhi:Fungsi U disebut energi potensial dari sistem.Tanda minus pada energi potensial menunjukkanbahwa melakukan usaha untuk melawan gaya darilingkungan sistem. Perlu diperhatikan, energipotensial bukan milik benda sendiri melainkan milikbenda dan lingkungannya bersama-sama.Hukum Kekekalan Energi MekanikUsaha yang dilakukan oleh gaya luar pada bendasama dengan selisih energi kinetik, dan energi gayakonservatif usahanya sama dengan selisih energipotensial. Hubungan dari kedua persamaan tersebutadalah:F = gaya luarBerdasarkan persamaan diatas dapat dibuktikanbahwa energi mekanik tidaklah kekal.HASIL DAN PEMBAHASANHasil penelitian ini berupa kaset DVD yangberisikan video USAHA dan ENERGI. Video iniberisi tentang materi USAHA dan ENERGI sertapratikum yang berhubungan dengan USAHA danENERGI.Untuk memberikan gambaran secara umum yangterdapat dalam DVD tersebut, peneliti memberibeberapa bagian yang terdapat dalam video. Berikutadalah gambar-gambar yang terdapat dalam bagianvideo.Pada hukum Kekekalan Energi Mekanikamemiliki gaya luar sama dengan nol, maka:Jumlah energi kinetik dan energi potensialdisebut energi mekanik. Bentuk ringkas dari hukumkekekalan energi mekanik:Bersama dengan media pembelajaran video ini,disertai dengan Buku Ajar Siswa dan naskah filmuntuk melengkapi media pembelajaran video.Ujicoba video ini dilakukan kepada siswa-siswikelas XI SMA St. Agnes Surabaya sebanyak 26orang. Ujicoba dilakukan dengan menggunakanangket. Data yang diperoleh dirangkum dandiolahmenjadi bentuk presentase dandirangkummenjadi dua kolom ( SS + S dan TS +STS)Usaha total oleh gaya resultan dapat dipilah atasbagian konservatif dan bagian non konservatif,misalnya pada gaya gesek.F 43

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8No.12345678910PernyataanMedia mudahdioperasikanSuara yangdihasilkanvideo baikPenyampaianmateri olehpresenter jelasVideo dapatmeningkatkanpemahamanmateri Usahadan EnergiEksperimendalam videomudahdilakukansendiriTampilanvideo menarikPenggunaanbahasa dalamvideo mudahdimengertiEksperimendalam videomenarikVideo layakdigunakansebagai mediapembelajaranmandiriMedia inimenambahpengetahuanPilihanSS+S TS+STS100%100%100%7,69% 92,31%100%34,62% 65,38%100%11,54% 88,46%100%100%KESIMPULANBerdasarkan hasil dan diskusi yang telahdijabarkan, maka dapat diambil kesimpulan bahwapembuatan media pembelajaran fisika berbasis videodengan pokok bahasan Usaha dan Energi yang baikberorientasi pada karakteristik video yaitu mediavideo yang mudah dioperasikan, suara yangdihasilkan jelas, tampilan video yang menarik,penggunaan bahasa Indonesia yang baik dan benar,eksperimen juga cukup menarik. Selain berorientasipada karakteristik, media video ini juga memberipengaruh pemahaman kepada peserta. Pengaruh yangdiberikan meliputi: peserta didik dapat memahamimateri dengan penyampaian materi yang jelas daripresenter, eksperimen yang dapat dilakukan secaramandiri, menambah pengetahuan dan media videojuga dapat digunakan sebagai sarana belajar mandiri.UCAPAN TERIMA KASIHPeneliti menyampaikan terima kasih kepada I-MHERE Universitas Katolik Widya MandalaSurabaya (IBRD Load No 4789-IND & IDA Load No4077-IND) yang telah membiayai penelitian ini,DAFTAR PUSTAKADaryanto. 2010. Media Pembelajaran. Yogyakarta :Gava MediaGiancoli, Douglas C. 1998. Fisika Jilid 1. Jakarta:Erlangga.Kanginan, Marthen. 2006. Fisika untuk SMA 2.Jakarta: Erlangga.Mulyasa, E. 2004. KBK, Konsep, Karakteristik, danImplementasi. Bandung: Remaja Rosda Karya.Sears & Zemansky, Physics University.Young, Hugh D., Roger A. Freedman, T.R. Sandin,dan A. Lewis Ford. 2002. Sears and ZemanskyFisika Universitas: Edisi Kesepuluh. AlihBahasa Endang Juliastuti. Jakarta: Erlangga.Berdasarkan tabel diatas, 26 siswa menilai bahwamedia mudah dioperasikan, suara yang dihasilkanvideo baik, penyampaian materi oleh presenter jelas,eksperimen dalam video mudah dilakukan sendiri,penggunaan bahasa dalam video mudah dimengerti,video layak digunakan sebagai media pembelajaranmandiri, media ini menambah pengetahuan. Padapernyataan video dapat meningkatkan pemahamanmateri Usaha dan Energi (92,31%), tampilan videomenarik (65,38%), dan eksperimen dalam videomenarik (88,46%).F 44

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENENTUAN JENIS DAN KADAR RADIONUKLIDA PADA AIR DI SEPANJANGDAERAH ALIRAN SUNGAI BRANTAS DENGAN METODE ANALISISPENGAKTIVAN NEUTRON(APN)Nur Aini Maftukhah * , Suryani Dyah Astuti * , Arif Wibowo ** Program Studi Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas AirlanggaEmail: nuraini.maftukhah@gmail.comAbstrakTelah dilakukan penelitian tentang Penentuan Jenis Dan Kadar Radionuklida Pada Air Di Sepanjang DaerahAliran Sungai Brantas Dengan Metode Analisis Pengaktivan Neutron(APN). Tujuan dari penelitian ini adalahmengetahui jenis dan kadar radionuklida yang ada di sepanjang Daerah Aliran Sungai (DAS) Brrantas sertauntuk uji keamanan kualitas air di sepanjang DAS Brantas. Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalahAnalisis Aktivasi Neutron (APN) untuk menganalisis secara kualitatif dan kuantitatif. Analisi kualitatif untukmengetahui jenis radionuklida dan analisis kuantitatif untuk mengetahui kadar radionuklidanya. Penelitiandimulai dengan pengambilan sampel air pada 4 titik, yaitu di sumber sungai Brantas di Batu, Mojokerto,Porong, dan Rungkut. Sampel yang terkumpul dipreparasi, kemudian diaktivasi dengan reaktor nuklir, setelahitu dilakukan pencacahan dengan menggunakan spektrometer gamma. Hasil analisis kualitatif menunjukkanbahwa air di DAS Brantas mengandung unsur Arsen(As), Stronsium(Sr), Perak(Ag), Ferum(Fe), danKobalt(Co). Analisis kuantitatif menunjukkan kadar unsur tersebut yaitu: As(0,006-0,301 ppm), Sr (0,842-2,866ppm), Ag (0,043-0,365 ppm), Fe (1,000-18,678 ppm), dan Co (0,006-0,016) ppm.Kata Kunci: DAS Brantas, APN, RadionuklidaPENDAHULUANSungai merupakan salah satu sumber air yangbanyak dimanfaatkan oleh masyarakat Indonesiauntuk memenuhi kebutuhan hidup. Di Indonesiaterdapat banyak sungai besar yang sangat berpotensidigunakan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat,seperti untuk memenuhi kebutuhan konsumsi danirigasi. Salah satu sungai besar yang ada di Indonesiaadalah sungai Brantas. Daerah Aliran Sungai (DAS)Brantas terletak di Jawa timur, memiliki panjang 320km yang melewati 10 kabupaten dan 7 kota(BP DASBrantas, 2006).Seiring peningkatan pertumbuhan industri, makasemakin banyak pula limbah yang dihasilkan yangmemberi kontribusi terhadap pencemaran lingkunganair di sekitar DAS Brantas. Sehingga diperlukan suatupenelitian untuk mengetahui kandungan unsur yangterdapat di dalam air DAS Brantas.Tujuan dari penelitian ini adalah untukmengetahui jenis dan kadar radionuklida yangterkandung pada air di sepanjang DAS Brantas.Penelitian yang telah dilakukan oleh Sudianto(2006)pada sedimen DAS Brantas menunjukkan adanyabeberapa jenis radionuklida yang terkandung dalamsedimen tersebut. Radionuklida yang terdapat padasedimen DAS Brantas yang paling banyak adalahFe 59 , Gd 153 , Sc 46 , Co 60 , dan Cr 51 .Metode analisis telah banyak digunakan untukmenganalisis kandungan radionuklida dalam suatusampel, diantaranya adalah metode analisis serapanatom(AAS) dan analisis pengaktifan neutron(APN).APN adalah suatu metode yang memanfaatkan prinsipreaksi inti dengan neutron. Kelebihan metode APNadalah dapat mendeteksi unsur secara serentak dengansensitivitas yang tinggi. APN mampu mencirikanunsur kualitatif dalam orde 10 -9 gram, bahkan mampumencapai ketelitian hingga orde 10 -12 gram(Krane,2008). Pada APN, kontaminasi yang tinggi tidakakan menimbulkan masalah asalkan kontaminasiterjadi setelah penyinaran. Metode ini dapatdigunakan untuk menganalisis cuplikan dalam bentukpadat, cair, dan gas. Sedangkan AAS hanya mampumenganalisis cuplikan dalam bentuk cair danmetodenya mono unsur.APN merupakan teknik analisis unsur-unsurkelumit (trace element). Analisis ini didasarkan padapembentukan radionuklida sebagai hasil reaksi darinuklida-nuklida dalam bahan yang dianalisis. Radiasigamma yang dipancarkan oleh suatu sampel yangtelah diaktifasi mengandung energi tertentu yangmenunjukkan unsurnya. Dari radiasi gamma ini makaakan didapatkan data kualitatif maupun kuantitatifdari unsur yang telah diaktivasi tersebut(Susetyo,1988). Inti atom unsur-unsur yang beradadalam cuplikan akan menangkap neutron dan berubahmenjadi unsur radioaktif pemancar sinar γ danlainnya. Sinar γ yang dipancarkan oleh berbagai unsurdalam cuplikan yang telah diradiasi, dapat dianalisiskualitatif dan kuantitatif secara spektrometer gamma.F 45

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8METODE PENELITIANStasiunLokasiTabel I. Hasil analisis kualitatifAs 76Sr 85IsotopAg 110mFe 55Co 60A Batu √ √ √ √ √B Mojokert √ √ √ √ √oC Porong √ √ √ √ √D Rungkut √ √ √ √ √E Jagir √ √ √ √ √Ket: √= terdeteksiRadionuklida yang terdeteksi dari kelima titiktersebut adalah Arsen (As 76 ), Stronsium (Sr 85 ), Perak(Ag 110m ), Ferum (Fe 55 ), dan Kobalt (Co 60 ).Analisis kuantitatif dilakukan untuk menghitungkadar dari unsur-unsur yang telah diketahui tersebut.Hasil dari analisis kuantitatif sampel air DAS Brantasadalah:Tabel II. Hasil analisis kualitatifStasiunKadar (ppm)As 76 Sr 85 Ag 110m Fe 55 Co 60A 0,006±0,000 1,136±0,321 0,122±0,029 8,838±1,786 0,011±0,005B 0,021±0,001 0,842±0,070 0,106±0,012 9,783±4,612 0,016±0,006C 0,009±0,000 1,135±0,401 0,139±0,010 16,304±3,843 0,012±0,006D 0,301±0,001 2,010±0,073 0,043±0,030 1,000±0,000 0,014±0,003E 0,040±0,005 2,866±0,259 0,365±0,129 18,678±2,032 0,006±0,008Gambar 1. Diagram alir penelitianSampel diambil dari 5 titik yaitu Batu,Mojokerto, Porong, Rungkut, dan Jagir, Banyaknyasampel masing-masing sebanyak 2 liter. Sampel yangtelah terkumpul kemudian dipreparasi dan diaktivasi.Sampel yang telah diaktivasi tersebut kemudiandicacah dengan menggunakan spektrometer gamma.Analisis yang digunakan ada 2 macam, yaknianalisis kualitatif dan analisis kuantitatif. Analisiskualitatif bertujuan untuk menentukan jenisradionuklida yang terdapat dalam sampel, sedangkananalisis kuantitatiif berguna untuk menentukan kadarradionuklida yang terdapat dalam sampel.HASIL DAN PEMBAHASANHasil pencacahan berupa spektrum energi-γ.Berdasarkan spektrum yang muncul tersebutkemudian dilakukan analisis kualitatif dan kuantitatif.Analisis kualitatif ditentukan dengan cara menentukanpuncak-puncak spektrum energi gamma, kemudiandicocokkan dengan Neutron Activation Tabelsehingga dapat diketahui jenis unsurnya.Dari penelitian yang telah dilakukan, hasilanalisis kualitatifnya adalah sebagai berikut:Dari hasil tersebut,dapat diketahui bahwakonsentrasi As 76 adalah 0,006-0,301 ppm, kadar Sr 85adalah 0,842-2,866 ppm, konsentrasi Ag 110m 0,043-0,365 ppm, konsentrasi Fe 55 1,000-18,678 ppm, dankonsentrasi Co 60 0,006-0,016 ppm.Pola Persebaran As 76Gambar 2. Pola Persebaran As dalam air sungai BrantasArsenik memiliki memiliki sifat fisis dalam fasepadat dan massa jenisnya 5,727 gr cm -3 , dan berwarnaabu-abu metalik. Arsenik biasanya berasal dari bahanpestisida, insektisida, herbisida, atau bahan anorganikpada pertanian (Ismunandar, 2004). Konsentrasi yangterdeteksi berkisar antara 0,006-0,301 ppm. Padadiagram diatas, Arsen terdapat paling banyak padadaerah D. Pada daerah D, air sungai memang terlihatlebih hitam daripada yang lainnya. Hal inimengindikasikan terdapatnya kandungan Arsenikyang memang cukup tinggi dibandingkan yang lain.F 46

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pola Persebaran Sr 85Pola Persebaran Fe 55Gambar 3. Pola Persebaran Sr dalam air sungai BrantasStronsium merupakan isotop yang memilikikesamaan sifat dengan kalsium. Sehingga ketikamasuk ke dalam tubuh manusia akan terakumulasidalam tulang (Shadilly, ). Ketika jumlahnya terlalubanyak, maka akan dapat menyebabkan kanker.Proses produksinya:Sr 85 + n Sr 84 + γ, tenaganya 514 keV. Kadarstronsium terbanyak terdapat pada daerah E(Jagir).Dan kadar terendah pada daerah B(Mojokerto).Pola Persebaran Ag 110mGambar 5. Pola Persebaran Fe dalam air sungai BrantasBerdasarkan gambar 4.5 dapat dilihat polapersebaran Fe dalam air sungai lebih tinggi jikadibandingkan dengan konsentrasi unsur yang lainnya.Konsentrasi Fe semakin merapat di daerah hilir.Konsentrasi tertinggi terdapat di daerah E (Jagir)yakni sebesar 18,678 ppm. Sedangkan konsentrasiterendah terdapat pada daerah D (Rungkut) yaknisebesar 1 ppm.Pola Persebaran Co 60Gambar 4. Pola Persebaran Ag dalam air sungai BrantasMenurut Rahmalia dkk (2004) Perak (Ag)merupakan salah satu jenis logam berat yangpada batas-batas tertentu bersifat polutan bagilingkungan. Pencemaran logam berat perak (Ag)dalam bentuk ion logamnya jarang terjadi, tapi peraksering dijumpai dalam bentuk mineral atau berasosiasidengan unsur lain di lingkungan seperti sulfida ataubergabung dengan sulfida logam lainnya terutamalogam timbal (Pb), tembaga (Cu), besi (Fe) dan emas(Au). Dari sifat fisis, Perak(Ag) memiliki fase padat,berwarna putih mengkilap, dan memiliki massa jenis10,49 gr cm -3 . Unsur Ag tertinggi terdapat didaerahE(Jagir). Ag banyak masuk ke perairan kebanyakanberasal dari industri fotografi (Suhendrayatna, 2001).Gambar 6. Pola Persebaran Co dalam air sungai BrantasKobalt (Co) memiliki sifat fisis warna abu-abumetalik dan massa jenisnya 8,9 gr cm -3 . Konsentrasiterendah terdapat pada daerah E yaitu 0,006 ppm dankonsentrasi tertinggi terdapat pada daerah B yaitu0,016 ppm. Kadar Co cenderung meningkat menujusamapai daerah Mojokerto. Di Mojokerto, sungaiterbelah menjadi 2, yakni ke Porong dan Surabaya. DiPorong dan Surabaya terjadi penurunan konsentrasiCo. Tenaga Co adalah sebesar 1173,2 keV. Reaksinyaadalah Co 59 +nCo 60 +γ.KESIMPULAN DAN SARANBerdasarkan penelitian yang dilakukan, makadapat disimpulkan bahwa radionuklida yangterkandung dalam Sungai Brantas yaitu Arsen (As 76 ),Stronsium (Sr 85 ), Perak (Ag 110m ), Ferum (Fe 55 ), danKobalt (Co 60 ). Kadar dari masing masing radionuklidatersebur yaitu: As 76 (0,006-0,301 ppm), Sr 85 (0,842-2,866 ppm), Ag 110m (0,043-0,365 ppm), Fe 55 (1,000-18,678 ppm), dan Co 60 (0,006-0,016 ppm).F 47

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Ucapan Terima KasihUcapan terima kasih disampaikan kepada DitjenDIKTI yang telah membiayai penelitian ini, Ibu Dyahdan Bapak Arif yang mendampingi penyusun dalampenelitian ini.DAFTAR PUSTAKAAnonim. Statistik BP DAS Brantas. 2006.Cember, H. 1983. Introduction to Health Physics.Second Edition. Pergamon PressDwijananti, P. Widarto. Darmawati, Y. 2010.Penentuan Kadar Radionuklida pada LimbahCair Pabrik Galvanis dengan Metode AnalisisAktivasi Neutron Thermal Reaktor Kartini. J.Pend Fis. Ind., Vol. 6, No. 1Dyson, N.A. 1993. Radiation Physics WithApplication in Medicine and Biology. 2 ndedition. England: Ellis Horwood LimitedKrane, K. 2008. Fisika Modern Terjemah. Jakarta:UI-PressRahmalia, W, Yulistra, F, Ningrum, J, Qurbaniah, M.Iamadi, M. 2004. Pemanfaatan Potensi TandanKosong Kelapa Sawit (Elais guineensis Jacq)Sebagai Bahan Dasar C-Aktif Untuk AdsorpsiLogam Perak Dalam Larutan. Pontianak:Universitas TanjungpuraShadily, Hasan. . 2012. http://books.google.co.id/books?id=BJrFsQ0SwzgC&pg=PA1042&lpg=PA1042&dq=bahaya+strontium&source=bl&ots=vJjS5mvNpJ&sig=OyFktOxJLRWyAOnjr5ElxEG3COg&sa=X&ei=roYzUJ_RFI6HrAfBv4CgAQ&ved=0CBMQ6AEwATgK#v=onepage&q&f=false. Diakses tanggal 21 Agustus2012.Sudianto. 2006. Penentuan Aktivitas dan DistribusiRadionuklida Pada Sedimen DaerahAliran(DAS) Brantas. Skripsi S1. Surabaya:UNAIRSuhendrayatna 2001. Heavy Metal Bioremoval byMicroorganisms : A Literature Study. Japan:Department of Applied Chemistry andChemical Angineering. Faculty ofEngineering. Kagoshima University 1-21-40Korimoto. Kagoshima 890-0065Susetyo, W., 1988, Spektrometri Gamma danPenerapannya Dalam Analisis PengaktifanNeutron. Yogyakarta: Gadjah Mada UniversityPress.Turner, James E. 2007. Atom, Radiation, andRadiation Protection. 3 rd edition. Weinheim:Wiley-VCHUrbanusa, Dody. 2012. Sungai Brantas, Kediri.http://tripwow.tripadvisor.com/slideshowphoto/sungai-brantas-kediri-jakartaindonesia.html?sid=15317562&fid=upload_12980517760-tpfil02aw-24791. Diakses tanggal12 Januari 2012Zaman, B. Taftazani, A. Retnaningrum, R.P.S. 2007.Studi Analisa dan Pola PersebaranRadioaktivitas Perairan dan Sedimen. JurnalBerkala Teknik Keairan Vol. 13, No.4-Desember 2007F 48

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENELITIAN REKAYASA KOMPOR WAJAN LISTRIK BATIK CAPSuharyantoBalai Besar Kerajinan Dan BatikKementererian Perindustrian Republik IndonesiaJl. Kusumanegara No. 7. YogyakartaEmail : haryantov220@gmail.comAbstrakTelah dilakukan penelitian rekayasa kompor wajan listrik batik cap . Krisis energi dan kebijakan konversi dariminyak tanah ke gas yang digulirkan pemerintah menyebabkan pengrajin batik cap mengalami kesulitan untukbersaing di pasar global. Perajin batik cap selama ini menggunakan minyak tanah sebagai bahan bakar utamapada kompor untuk mencairkan liln batik perintang pewarnaan pada proses pembatikan . Dengan programkonversi energi tersebut pengrajin batik mengalami penurunan produksi dan daya saing. Penelitian inidilakukan untuk mengatasi permasalahan tersebut, dengan merancang dan membuat kompor wajan cap listrikmenggunakan sistem pemanasan secara konduksi. Hasil penelitian adalah sebuah prototype kompor wajanlistrik batik cap dengan spesifikasi daya listrik 700 Watt, tegangan listrik 220 Volt, frekuensi 50 Hz . Dari hasilpengujian menunjukkan bahwa kompor wajan listrik batik cap hasil rekayasa mampu mencairkan lilin batikdengan baik pada rentang suhu 85 0 C – 95 0 C dan penghematan konsumsi energi atas penggunaan komporwajan listrik batik cap adalah sebesar 90,14 % bila dibandingkan dengan menggunakan kompor wajan capyang berbahan bakar minyak tanah.Kata kunci : rekayasa, kompor wajan cap, listrik, batik.1. PENDAHULUAN1.1.Latar BelakangKetergantungan masyarakat perajin batik capterhadap kompor minyak tanah sangat tinggi. Sejakkebijakan yang digulirkan pemerintah mengkonversiminyak tanah ke LPG maka sejak itu pulakelangsungan wirausahawan batik cap dikalanganUsaha Mikro Kecil dan Menegah (UMKM) terancamgulung tikar. Kelangkaan dan mahalnya minyak tanahsebagai bahan bakar utama kompor minyak tanahyang digunakan perajin batik cap untuk mencairkanliin batik sebagai perintang zat pewarna pada prosespengecapan menyebabkan para perajin batik cap tidakmampu melangsungkan usahanya. Apalagi untukbersaing di pasar global, dan bahkan gulung tikar dariusahanya sebagai perajin batik cap. Penelitianrekayasa ini bertujuan untuk merancang dan membuatkompor wajan listrik batik cap yang hemat energi dansumber energi yang digunakan cukup tersedia sertabisa digunakan sebagai subtitusi kompor minyaktanah. Teknologi yang digunakan adalahmemanfaatkan panas dari sumber panas (heater) yangdibuat sedekat mungkin (sistem konduksi) denganwajan cap sebagai media pencair lilin batik sehinggadiperoleh effisiensi yang tinggi dan tidak banyakenergi yang terbuang.1.2.TujuanPenelitian rekayasa ini bertujuan untukmerancang dan membuat kompor wajan listrik batikcap menggunakan energi listrik yang effisien daneffektif.F 491.3.SasaranKompor Wajan listrik batik cap diharapkan mampumenjadi solusi bagi Usaha Mikro Kecil danMenengah khususnya pengrajin batik cap dalammenghadapi kelangkaan dan mahalnya bahan bakarminyak tanah serta mendukung program pemerintahdalam rangka menurunkan emisi global warming.1.4.Ruang LingkupRuang lingkup dalam perekayasaan ini meliputi :studi literatur yaitu mempelajari hasil – hasilpenelitian terdahulu untuk dijadikan referensi dalamperekayasaan, pengumpulan data dilakukan untukmengetahui variable apa saja yang diperlukan dalamperekayasaan perancangan dan pembuatan komporwajan listrik batik cap. Kemudian dilkaukanperancangan untuk mendapatkan disain yangergonomis , pemakaian energi yang minimalis danpengoperasian serta perawatan yang mudah.Selanjutnya dilakukan pembuatan berikut uji cobadari hasil perekayasaan tersebut.1.5. Hasil Yang DiharapkanHasil yang diharapkan dalam penelitian iniadalah sebuah prototype kompor wajan listrik batikcap yang effisien dan mampu menggantikan wajankompor batik cap berbahan bakar minyak tanah atauyang lainnya.1.6.Tinjauan PustakaPerekayasaan untuk mengatasi permasalahankelangkaan dan mahalnya minyak tanah sebagaibahan bakar utama pada kompor pernah dilakukanoleh Taufik dkk.(BPPT 2010) dengan inovasinya

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8yang berjudul kompor batik effisien , namun hasilnyamasih belum optimal karena sistem pemanasannyamengguankan sistem radiasi dengan sumber panasbelitan nikelin (spiral) terbuka sehingga masih banyakenergi yang terbuang dan pemanas mudah sekaliputus ( rusak). Nurul Eksanti (1996) juga telahmelakukan penelitian dengan judul ”Bio EtanolSebagai Bahan Bakar Kompor ” hasilnyamenunjukkan bahwa kompor Bio etanol cukupeffisien dibandingkan dengan kompor minyak tanah,tetapi masyarakat terkendala dalam proses pembuatangas bio etanol. Penggunaan kompor gas berbahanbakar LPG yang dijadikan program konversi energioleh pemerintah akhir-akhir ini menimbulkanketakutan di kalangan masyarakat, hal tersebutdikarenakan adanya banyak kejadian ledakan yangterjadi diberbagai daerah akibat kebocoran gas.Keengganan masyarakat khususnya pengrajin batikcap menggunakan kompor Gas disamping masalahtersebut juga disebabkan karena harga LPG juga terusmengalami kenaikan, sehingga program tersebutbelum diterima oleh masyarakat sepenuhnya. Olehkarena itulah dalam penelitian rekayasa ini perludilakukan terobosan inovasi untuk mencari alternatifpengganti kompor wajan cap minyak tanah yang lebiheffisien, efektif dan terjangkau sehingga dapatmemecahkan permasalahan yang dihadapi oleh parapengrajin khususnya IKM batik cap.2. BAHAN DAN METODE2.1.BahanBahan yang digunakan dalam perekayasaandiklasifikasikan menjadi dua (2) bagian yaitu bahandan alat.2.1.1. BahanBahan yang digunakan dalam penelitian rekayasakompor wajan listrik batik cap diantaranya adalahlimbah alumunium yang dirancang sebagai wajantempat lilin, thermostat sebagaipengatur suhu,rangkaian pengatur tegangan untuk mengatur dayalistrik yang dikehendaki, lampu indikator sebagaipenanda kompor hidup dan mati , pemanas typetubular sebagai sumber panas dan pipa black steelyang digunakan sebagai body kompor untuk dudukanwajan cap.2.2. MetodePenelitian rekayasa kompor wajan listrik batikcap dilaksanakan di Laboratorium Engineering BalaiBesar Kerajinan dan Batik Yogyakarta. Kecuali satuhal yaitu wajan cap dicetak di pengrajin almunium diKampung Nitikan Kotagede Yogyakarta denganmaterial seperti yang biasa digunakan oleh pengrajintersebut yaitu limbah aluminium yang dicetak sesuaidengan pesanan dari pemesan. Beberapa datadiperoleh dari pengrajin yang dilakukan denganinterfiew untuk mendapatkan variabel apa saja yangdiperlukan dalam perancangan dan pembuatankompor wajan listrik batik cap. Agar penelitianRekayasa ini dapat terlaksana dengan baik sesuaidengan perencanaan maka disusunlah diagram alurproses penelitian perekayasaan sebagaimana terlihatpada gambar 1. Berikut :2.1.2. AlatProses penelitian rekayasa kompor wajan listrikbatik cap memerlukan peralatan bantu untukmewujudkan desain rancangan dan pembuatanprototype. Adapun alat dimaksud diantaranya adalahSaeperangkat komputer dengan soft ware Auto Caddan Finite Element, multimeter , Osiloskop, sebagaialat ukur , Gergaji mesin, Meisn Las, Mesin bubutyang dipergunakan untuk pembuatan perekayasaanwajan kompor listrik batik cap.F 50Gambar 1. Diagram alur proses rekayasa kompor wajan listrik batikcap.Penelitian rekayasa diawali dengan membuatrancangan terlebih dahulu dan mensimulasi sistempemanasan menggunakan software finite elemenuntuk mengestimasi rambatan panas dari sumberpanas sampai ke wajan cap sebagai media pencair lilinbatik. Selanjutnnya rancangan tersebut diwujudkandengan membuat prototipe (kompor wajan cap) dandilanjutkan dengan uji coba untuk mendapatkansetingan pengatur daya masuk ke kompor sehingga

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8didapatkan panas lilin batik yang sekualitas denganjika menggunakan kompor minyak tanah. Uji cobadilakukan dengan mencoba kompor hasil rekayasauntuk pembuatan batik cap kemudian dibandingkandengan hasil batik cap yang menggunakan wajan sertakompor minyak tanah dalam proses pembuatannya.Hasil uji coba dicatat dan dianalisa untuk mengetahuitingkat effisiensi dan efektifitas hasil perrekayasaan.Perancangan rekayasa kompor wajan listrik batikcap dilakukan dengan bantuan software Auto Caduntuk memperoleh gambar desain yang akandiwujudkan. Adapun gambar desain tersebutsebagaimana disajikan pada Gambar 2. Berikut:IN PUT220 V , 50HzFSVRCDTRTSH L 1 L 2Gambar 3. Diagram rangkaian pengaturan tegangan ACPrinsip kerja dari rangkaian pada Gambar 3. Adalahsebagai berikut; jika tegangan AC 220 V dihubungkanke input rangkaian pengatur tegangan AC makategangan Out put akan diatur oleh sudut picu yang ditrigerkan melalui gate Triac (T) dan besar kecilnyategangan Out put akan mengikuti persamaan berikut .Gambar 2. Desain kompor wajan listrik batik capWajan (1) terbuat dari limbah aluminium yang dicetakmenggunakan moulding dengan ukuran yang sudahditentukan yaitu diameter 40 Cm, tinggi 5 Cm danketebalan wajan 0,65 Cm, pemanas (2) terbuat darililitan nikelin yang dimasukkan dalam selubung pipadengan diameter 1 Cm dengan jenis tubular heater700 watt (exs china), Lampu indikator(3) difungsikansebagai penanda bahwa ada arus yang mengalirmasuk ke pemanas jika lampu dalam kondisi hidup(”On), Body atau Casing (4) sebagai tumpuan wajancap serta pelindung komponen pengatur tegangan agartidak tersentuh oleh manusia, Thermostat (5) sebagaipengatur suhu yang dikehendaki untuk pengecapan,Saklar (6) berfungsi untuk meng-hidup dan matikankompor wajan listrik batik capsesuai dengan yangdikehendaki. Sedangkan Kaki (8) adalah merupakantumpuan dari keseluruhan badan kompor wajan listrikbatik capagar secara ergonomis menarik untukdipandang.Perancangan kompor wajan listrik batik capinidilengkapi dengan pengatur tegangan yang digunakanuntuk mengontrol tegangan masuk ke pemanas(heater) menggunakan pengaturan tegangan AC. Halini dimaksudkan untuk mengatur besaran daya yangdisuplay kepemanas. Adapun rangkaian selengkapnyasebagaimana terlihat pada Gambar 3. berikut :V o = ωt d (ωt) ½.... .......... (1)Perancangan kompor wajan listrik batik cap jugadilengkapi dengan Thermostat yang digunakan untukmengontrol suhu secara otomatis. Jika suhu komporwajan listrik batik cap sudah sesuai dengan suhu yangdikehendaki diharapkan pemanas tidak perlu hidupsecara terus menerus. Setelah tahapan demi tahapandikerjakan maka selanjutnya adalah pekerjaanfinishing, Finishing adalah pekerjaan akhir dariserangkaian proses pembuatan wajan kompor listrikbatik cap. Agar hasil dapat menarik secara ergonomimaka pekerjaan finishing dirancang menggunakan cathamertone dengan warna ocean blue.3.HASIL DAN PEMBAHASAN3.1. HasilHasil rekayasa kompor wajan listrik batik capdisajikan pada Gambar 4. berikut :Gambar 4. Hasil rekayasa kompor Wajan listrik batik Cap.Adapun spesifikasi kompor wajan listrik batik caphasil rancang bangun disajikan pada tabel sebagaiberikut :F 51

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tabel 1. Spesifikasi kompor wajan listrik batik cap.Catu daya listrik : 110 - 220 Volt AC,1FaseDaya listrik : 700 WattPengatur panas : ElektronisPanas yang dihasilkan : 85 – 135 0 CDiameter wajan : 40 CmDimensi kompor : 40 Cm x 37 CmBerat kompor : 7 KgData Hasil PengujianHasil pengujian kompor wajan listrik batikcapdisajikan pada gambar berikut :thermostat ini disebabkan karena jenis thermostatyang digunakan adalah jenis capillary thermostat yaituthermostat yang menggunakancairan air raksa atausilikon dalam tabung sensor. Ketika suhu benda naikmaka suhu sensor juga akan ikut naik sehinggamengakibatkan volume cairan didalamnyamengembang. Tekanan akibat volume yang naik inidisalurkan ke suatu membran sehingga terdesak danmenyebabkan saklar putus. Pengaturan suhu lilin padasuhu 95 0 C hal ini dimaksudkan bahwa pada suhutersebut diperoleh hasil pengecapan yang optimalyaitu hasil ketebalan pola cap konsisten dan tembus(tidak mbleber) sebagaimana hasil penelitianterdahulu yang menyatakan bahwa suhu lilin optimaluntuk proses pengecapan batik adalah 95 0 C. Berikutcontoh hasil uji pengecapan pola batik :Gambar 5. Grafik hasil pengujian3.2. PembahasanDari Gambar 5. Grafik trend waktu dalam menitterhadap suhu dalam 0 C , dengan suhu adalah derajatpanas dari lilin menunjukkan bahwa dari t = 0 (start)temperatur suhu lilin menunjukkan pada angka 36 0 Chal ini sesuai dengan suhu lingkungan sekitar. Seiringdengan berjalannya waktu berubah secara liniersampai dengan pada suhu pengaturan thermostat yaitusebesar 95 0 C yang diperoleh pada waktu menit ke 16( enam belas) dari saat wajan kompor mulaidihidupkan (start). Setelah suhu lilin mencapai padapengaturan suhu yang dikehendaki yaitu 95 0 C , aruslistrik yang masuk ke pemanas akan mati dengansendirinya, dimana kondisi ini di lakukan oleh switchyang dikendalikan oleh thermostat. Pada kondisiberikutnya yaitu pada menit ke 16 (enam belas) suhulilin turun sampai pada batas 85 0 C pada waktu menitke 18 (delapan belas) Thermostat melalui switchnyaakan menghubungkan kembali sumber arus yangmasuk ke pemanas, begitu seterusnya. Perbedaan suhulilin dengan pengaturan pada thermostat cukupsignifikan hal ini disebabkan oleh pemasanganthermostat pada kompor wajan listrik batik capyangdiletakkan pada bagian bawah wajan, sedangkan suhupada saat pengukuran dilakukan dengan alat ukurthermostat sejenis yang dicelupkan langsung padalilin batiknya . Kelembaman tanggapan dariGambar 6. Sampel hasil pengujian pengecapan3.2.1. Aspek TeknologiKompor wajan listrik batik capsecara teknologidapat diklasifikasikan sebagai kategori LowTeknologi, karena teknologinya sangat sederhana danmudah untuk pengoperasian serta perawatannya. Halini memang di desain sedemikian rupa sehinggadiharapkan rekayasa ini dapat menggantikan wajankompor cap batik berbahan bakar minyak tanah yangselama ini digunakan oleh para pengrajin UMKMbatik cap yang bisa dikatakan hampir semua pengrajinbatik cap diseluruh pelosok nusantara gagap denganteknologi.3.2.2. Aspek EkonomisKompor wajan listrik batik cap ini layakdigunakan dalam industri batik cap.Industri batik cap yang selama ini menggunakanbahan bakar minyak tanah untuk pengecapan kainbatik dengan harga bahan bakar minyak tanah Rp.2.500,00 per liter (Permen ESDM No. 01 Th. 2009).Kenyataan dilapangan harga jual minyak tanahtembus sampai harga Rp. 12.000/ liter dan asumsipenggunaan waktu kerja 24 hari per bulan, maka rataratakebutuhan minyak tanah 2 liter per hari (interview pengrajin) . Jadi penggunaan bahan bakarminyak tanah = 2 liter x 24 hari x Rp. 12.000,00 atausebesar Rp. 576.000,00 per bulan.Produk kompor wajan listrik batik cap menggunakanmetode pemanasan lilin batikF 52

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8yang mengubah energi listrik menjadi energi panaswajan cap batik tertambat pada suhu 93 o C atau tidakperlu mengubah tombol pengatur suhu sehinggamudah digunakan, dan penggunaan kompor wajanlistrik batik cap akan meminimalkan terbentuknyaasap sehingga memperkecil timbulnya polusi udara.Penggunaan produk ini akan membutuhkan biayaenergi listrik sebagai berikut:- Pada saat pencairan lilin batik:Kebutuhan energi listrik selama 30 menit = 30menit x 700 Watt / 60 menit x Rp. 790,00 perKwh (tarif dasar listrik gol. tarif R-1/ TR1.300VA Pra Bayar PERPRES. No. 8 Th. 2011) /1000 Wh atau sebesar Rp. 147,46 per hari.- Pemakaian selanjutnya:Kebutuhan energi listrik selama 8/2 jam (asumsikompor listrik 5 menit hidup dan 5 menit mati) =8/2 jam x 700 Watt x Rp. 790,00 per Kwh / 1000atau sebesar Rp. 2.212,00 per hari.- Kalkulasi biaya energi listrik per bulan:Kebutuhan energi listrik selama 1 bulan = 24 harix (Rp. 147,46 + Rp. 2.212,00) per hariatau sebesar Rp. 56.760,00 per bulan.Penghematan yang terjadi atas penggunaan komporwajan listrik batik cap sebesar = 100 % - (Rp.56.760,00 / Rp. 576.000 x 100 %) atau sebesar 90,14% (signifikan).3.2.3. KeunggulanKeunggulan kompor wajan listrik batik cap hasilrekayasa adalah energi yang digunakan jauh lebiheffisien dibanding dengan wajan kompor cap baikyang berbahan bakar minyak tanah maupun LPG. Halini bisa dilihat pada tabel perbandingan biayainvestasi dan operasional pertahun penggunaan dariberbagai jenis kompor wajan cap batik sebagaiberikut:Tabel 1. Perbandingan biaya operasional kompor wajan capJenisWajankomporCapHargaKompor(Rp)BiayaOperasional./bulan (Rp)Operasional/Tahun (Rp)Minyak 225.000 576.000 6.912.000LPG 750.000 240.000 2.880.000Listrik 1.250.000 56.760 681.120Disamping keunggulan tersebut diatas, kompor wajanlistrik batik cap hasil rekayasa mempunyai kelebihanyaitu tidak menimbulkan pencemaran lingkunganyang berwujud polusi udara sebagaimana yang terjadipada wajan kompor cap berbahan bakar minyak tanahdan wajan kompor cap berbahan bakar LPG.Penerapan kompor wajan listrik batik cap hasilrekayasa pertama akan dilakukan di UMKM pengrajinbatik cap, khusunya di wilayah Daerah IstimewaYogyakarta (DIY) sebagimana telah dicanangkan olehDeperindakop Propinsi DIY pada bulan Juni tahun2012 dengan programnya yaitu pengadaan 150 unitWajan kompor listrik bekerjasama dengan Balai BesarKerajinan dan Batik Yogyakarta sebagai inventorperekayasaan. Selanjutnya akan dilakukan desiminasiuntuk seluruh UMKM pengrajin Batik cap diseluruhpelosok nusantara, dengan harapan bahwa hasilpenelitian rekayasa ini dapat digunakan untukmenyelesaikan masalah kelangkaan dan mahalnyaminyak tanah bagi UMKM pengrajin batik cap.4. KESIMPULAN DAN SARAN4.1. KesimpulanPenelitian rekayasa kompor wajan listrik batikcap telah berhasil diwujudkan dengan spesifikasisuplay tegangan listrik 220 Volt, 50 Hz, 1 fase, dayainput 700 Watt, panas yang dihasilkan maksimum 1350C , berat kompor 7 Kg dilengkapi denganpengkondisian suhu secara otomatis dan pengaturtegangan untuk mengendalikan daya wajan komporlistrik batik cap. Kompor wajan listrik batik captelahberhasil diuji coba untuk proses pengecapan pada kainprimisima dan menghasilkan hasil yang terbaikdengan suhu lilin berkisar pada 85 0 C – 95 0 C.Kompor wajan listrik batik cap juga mempunyaieffisiensi jauh lebih tinggi bila dibandingkan denganwajan kompor minyak tanah yaitu sebesar 90,14 %.4.2. SaranPenelitian rekayasa serupa perlu dilanjutkandengan berbagai variasi bahan wajan cap (aluminium,tembaga, kuningan ) untuk mendapatkan effisiensiyang lebih tinggi.5. DAFTAR PUSTAKAAdrosko, R.J. (1971) “Natural Dyes and HomeDyeing”, Copy right of original, DaverPublicatioon, Inc. New York.Dedy, dkk, (2008) Rancang Bangun Kompor TenagaSurya”, Proceeding Seminar NasionalUniversitas Sultan Agung, Semarang.H. Rasyid M. (1993). Power Electronics, Circuit,Devices and Aplications . Prentice Hall. Inc . ASimon & Schuster Company. EnglewoodClifts, New JerseyHolman, J. P., (1990),”Heat Transfer “ McGraw-HillPublishing Company, New York.Suprapto, H., (2000),”Penggunaan Zat Warna AlamiUntuk Batik”, Balai Batik dan KerajinanYogyakartaW.l. Mc Cabe, J.C. Smith dan P. Hariott (1990),”Operasi Teknik Kimia Jilid 2”,PenerbitErlangga Jakarta.Nurul Eksanti (1996),” Kompor Berbahan Bakar BioEtanol” Proceeding Seminar Nasional SekolahTinggi Teknologi Nasional Yogyakarta.Taufik, dkk (2010),”Rekayasa Kompor BatikEffisien” Badan Pengkajian dan PenerapanTeknologi Yogyakarta.F 53

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8ANALISIS PENGETAHUAN MASYARAKAT TERHADAP PENTINGNYA SIKAPTANGGAP BENCANA DI WILAYAH RAWAN BENCANA PESISIR JAWA TIMUREko HariyonoJurusan Fisika FMIPA-UNESAABSTRAKPentingnya pengetahuan tentang kebencanaan sangat diperlukan bagi masyarakat utamanya yang bertempattinggal di wilayah rawan bencana. Pesisir Jawa Timur memiliki potensi bencana yang cukup besar dengankarakteristik bencana yang berbeda dibandingkan dengan wilayah-wilayah lain di Indonesia. Banyuwangi,Trenggalek dan Pacitan merupakan reprentasi kabupaten di wilayah pesisir yang memiliki potensi bencanayang relatif tinggi. Permasalahan yang mendasar adalah kurangnya pengetahuan warga masyarakat dengansikap tanggap bencana yang sering terjadi di wilayah tersebut. Kondisi ini akan berdampak pada rendahnyasikap tanggap bencana yang beresiko terhadap tingginya korban jiwa saat terjadi bencana alam. Pemetaanpengetahuan masyarakat tentang kebencanaan dinilai sangat penting karena akan sangat membantu dalammemberikan layanan pra bencana, saat bencana dan pasca bencana sesuai dengan karakteristik bencana diwilayah pesisir Jawa Timur.Kata Kunci: pengetahuan masyarakat, sikap tanggap bencana, wilayah rawan bencanaPENGANTARBencana dapat terjadi kapan saja dan dimanasaja, namun dengan pengetahuan dan keterampilanyang baik, resiko terbesar sebagai konsekuensibencana dapat dihindari. Banyaknya korban jiwapada setiap bencana alam pada umumnya disebabkankarena ketidak tahuan masyarakat tentang bencanadan bagaimana cara bertindak ketika terjadi bencana(Wicaksono:2007). Cara bertindak ketika terjadibencana disebut teknik mitigasi. Coburn, A.W.,Spence, R.J.S., Pomonis, A. (1994) mendefinisikanmitigasi sebagai langkah untuk mengambil tindakanuntuk mengurangi pengaruh-pengaruh sebelumbencana terjadi.Dengan penguasaan teknik mitigasi yang baikdan adanya sikap tanggap pada bencana maka untukbisa terhindar dari bencana alam sangat mungkindilakukan.Jawa Timur merupakan salah satu propinsi diIndonesia yang memiliki potensi terjadinya bencana.Utamanya bagi daerah di sepanjang pesisir pantaiselatan khususnya Banyuwangi, Trenggalek danPacitan. Sejak tahun 1836 sampai dengan tahun 2003tercatat 13 kali peristiwa gempa yang melanda JawaTimur dengan keadaan terparah terjadi pada tahun1972 di Blitar-Trenggalek, disusul tahun 1994 diBanyuwangi, dan tahun 2003 di Pacitan yangmenewaskan ratusan orang dan mengakibatkanrusaknya pemukiman penduduk.Pada bulan Oktober 2009, berdasarkan hasilpenelitian LIPI menyatakan bahwa daerah JawaTimur memiliki potensi dilanda gempa besar sehinggagubernur Jawa Timur Soekarwo meminta seluruhkabupaten/kota di daerah Jawa Timur untukmelakukan siaga bencana melalui early warningsystem atau system peringatan dini terutama bagiwilayah pesisir yang memiliki potensi terjadinyatsunami. Informasi itu banyak menimbulkankepanikan bagi masyarakat Jawa Timur umumnya dankhususnya yang terletak di wilayah pesisir. KarenaF 54berdasarkan pengalaman, potensi tsunami seringmuncul bersamaan dengan gempa yang terjadi diwilayah tersebut. Keadaan ini dikuatkan lagi olehpemberitaan Koran Tempo 15 Desember 2009 bahwamasyarakat pesisir Jawa Timur diminta waspadaigempa. Berdasarkan informasi di atasmenggambarkan bahwa wilayah Jawa Timur adalahwilayah yang tergolong rawan bencana. Sehinggapengkajian dan penelitian ini sangat perlu dilakukanmengingat pentingnya teknik mitigasi dan tanggapbencana bagi masyarakat yang ada di wilayah pesisirJawa Timur sehingga perlu ada pembekalan sejak dinitentang mitigasi dan sikap tanggap bencanabagi masyarakat.Sikap Tanggap BencanaMitigasi adalah sebuah tindakan untukmengurangi pengaruh sebelum bencana terjadi.Antara mitigasi dan tanggap bencana merupakanserangkain komponen yang harus dimiliki olehsiapapun supaya dapat terhindar dari bencana yangakan menimpa. Yang perlu diperhatikan terkaitdengan teknik mitigasi adalah subyek bencana, yaitumasyarakat. Masyarakat yang mengerti, terlatih, dantanggap dalam mengantisipasi ancaman bencanageologis merupakan factor penentu dalam mitigasibencana geologis (www://findpdf.com).Terkait dengan bentuk bencana, ada beberapateknik mitigasi yang dapat dilakukan sesuai dengankarakteristik bencana. Mitigasi bencana gerakantanah, yang dapat dilakukan adalah relokasimasyarakat yang bermukim dan beraktivitas di alurlembah yang terancam bencana. Mitigasi bencanagempa bumi, yang dapat dilakukan adalah penataanruang dengan memperhatikan kawasan rawan bencanagempa bumi. Mitigasi bencana letusan gunung berapi,yang dapat dilakukan adalah menerapkan systemperingatan dini, secara stuktural melakukan penataanruang dengan memperhatikan kawasan rawanbencana. Mitigasi untuk bencana tsunami, yang dapat

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dilakukan adalah merelokasi pemukiman di kawasanrawan tsunami, penataan ruang di wilayah pantai danpembangunan jalur hijau. Jika relokasi tidak mungkindilakukan, upaya yang dapat dilakukan adalahpenentuan rute untuk penyelamatan diri,pembangunan selter (bangunan tinggi), sertapembuatan bukit buatan. Secara non structural antaralain melalui sosialisasi, pendidikan dan pelatihanpenanggulangan bencana tsunami yang melibatkanseluruh warga masyarakat.Untuk dapat melaksanakan teknik mitigasi,diperlukan sikap tanggap bencana. Pemahamanterhadap bencana mencakup sikap-sikap, antara lain:1. bagaimana bahaya-bahaya itu muncul2. kemungkinan terjadi dan besarnya3. mekanisme fisik kerusakan4. elemen-elemen dan aktivitas-aktivitas yangpaling rentan terhadap pengaruh-pengaruhnya5. konsekuensi-konsekuensi kerusakan. (Coburn,A.W., Spence, R.J.S., Pomonis, A:1994)Dari uraian di atas, hal menarik untuk dilakukandalam menyelamatkan korban bencana alamutamanya gempa bumi dan tsunami adalah melatihwarga masyarakat untuk bisa mengenali karakteristikbencana, peluang terjadinya, kuantitas dankualitasnya, mekanisme fisik kerusakan dankonsekuensi kerusakan akibat bencana.Teknik mitigasi dan sikap tanggap bencanamerupakan implementasi dari sikap posistif dankesadaran bahwa bencana alam merupakan sebuahfenomena yang tidak bisa dikalahkan. Yang bisadilakukan adalah menyikapi bencana tersebut secaraarif dengan mencegah kemungkinan paling burukyang bisa terjadi dengan menggunakan ilmupengetahuan dan teknologi. Seperti yangdikemukakan oleh Coburn, A.W., Spence, R.J.S.,Pomonis, A. (1994), ada banyak cara untukmengurangi dampak dari suatu bencana, dan untukmelakukan mitigasi dari pengaruh-pengaruh darisuatu kemungkinan bahaya atau kecelakaan. Caracarayang dimaksudkan oleh Coburn dkk adalahdengan epidemiologi pengetahuan yang sistematissehingga bencana-bencana tersebut dapat dihindari.Ada dua cara yang dapat dilakukan dalammenghindari kerusakan akibat bencana yaitupencegahan dan penangan. Dalam pencegahan yangdapat dilakukan adalah menjaga hubungan yangharmonis antara manusia dan lingkungan tanpa harusmembuat kerusakan. Dengan lingkungan yang terjagabaik maka akan memberikan dampak yang baik jugabagi kehidupan manusia. Sedangkan untuk bencanayang tidak mampu dicegah dapat dihindari denganmengenali gejalanya dan memilih tindakanpenyelamatan yang efektif.Karakteristik dan Potensi Bencana di WilayahPesisirJawa Timur memiliki potensi gempa dan tsunamiyang besar karena memiliki beberapa gunung berapiseperti Semeru dan Bromo dan wilayah Jawa Timurjuga terletak di patahan Samudra Indonesia sehinggamemiliki potensi terjadinya gempa tektonik dantsunami bagi daerah-daerah yang ada di wilayahpesisir Jawa Timur. Diketahui bahwa di bagianselatan Jawa Timur, tepatnya di Samudra Hindia,terdapat pertemuan lempeng tektonik IndianAustralian dan lempeng tektonik Eurasian sehinggamengakibatkan kondisi wilayah Jawa Timurmempunyai seismisitas yang tinggi atau “aktif”ditinjau dari frekuensi kejadian gempa bumi(http://www.d-infokom-jatim.go.id).Wilayah Banyuwangi memiliki potensi gempabesar dan tsunami, terutama pada pada 7 kecamatanBanyuwangi di bagian selatan yaitu: Pasanggaran,Siliragung, Tegaldelimo, Purwoharjo, Rogojampi,Muncar dan Glenmore. Sedangkan untuk KabupatenTrenggalek dan Pacitan harus lebih waspada karenahampir seluruh bagian dari kota tersebut dekat dengangaris pantai dan kota tersebut berdekatan dengan jalurlintas gempa.Terjadinya gempa dan tsunami selalu diikutidengan korban jiwa yang tidak sedikit jumlahnya.Seperti juga yang pernah dialami oleh KabupatenBlitar, Kabupaten Banyuwangi dan KabupatenPacitan. Kurangnya pemahaman tentang resikobencana mengakibatkan gempa bumi yang terjadipada tahun 1972, 1994 dan tahun 2003, ratusan orangmeninggal dunia, rusaknya tempat pemukiman danhilangnya mata pencaharian sebagian besarmasyarakat pesisir Jawa Timur.Bencana memiliki beberapa karakteristik, antaralain: tidak dapat ditebak, musibah dan bagian dariresiko hidup sehari-hari. Konsentrasi orang-orang dantingkat populasi yang meningkat di seluruh dunia inimeningkatkan pula resiko bencana danmelipatgandakan konsekuensi-konsekuensi bahayaalam ketika bahaya itu muncul. Akan tetapiepidemiologi bencana suatu ilmu pengetahuan yangsistematis dari apa yang terjadi dalam suatu bencanamenunjukkan bahwa bencana-bencana itu sebagianbesar bisa dicegah. Coburn, A.W., Spence, R.J.S.,Pomonis, A. (1994).METODE PENELITIANPenelitian ini bersifat deskriptif kualitatif sesuaidengan permasalahan yang ingin diselesaikan tentangtingkat pengetahuan masyarakat di daerah rawanbencana di wilayah pesisir Jawa Timur. Dalammengidentifikasi pengetahuan masyarakat tentangkebencanaan di wilayah pesisir Jawa Timur digalidengan angket yang dikembangkan peneliti dandisebarkan pada masyarakat di beberapa daerah ditiga kabupaten yaitu Banyuwangi, Trenggalek danPacitan yang menurut Badan Nasional Kebencanaanmemiliki potensi bencana yang cukup besar. Dalammelaksanakan kegiatan penelitian diawali kegiatanpemetaan untuk menentukan daerah-daerah yangdianggap paling rawan bencana dan masyarakatnyasudah pernah mengalami peristiwa bencana.Kemudian dilakukan penyebaran kuisener padabeberapa orang yang dianggap mewakili kondisiF 55

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8masyarakat di wilayah tersebut. Kuisener berisipertanyaan tentang pengetahuan masyarakat tentangpengalaman mendapatkan pelatihan tentang mitigasi,jenis pelatihan yang pernah dilakukan tentangtindakan penyelamatan saat terjadi bencana, memilikiketerampilan mengenali tanda-tanda bencana,kesesuaian tindakan yang dilakukan saat terjadibencana, tindakan yang dilakukan untukmeminimalkan resiko bencana,Data yang diperoleh kemudian dijabarkan secaradeskriptif untuk dapat disimpulkan terkait denganpengetahuan masyarakat di masing-masing daerahtersebut.HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANBerdasarkan hasil penelitian dapat diidentifikasiwilayah di tiga kabupaten yang memiliki potensibencana dengan karakteristik bencana yang berbedabedadengan data sebagai berikut:Tabel 1. Daerah rawan bencana di wilayah pesisir Jawa TimurNo Kabupaten JenisBencana1. Banyuwangi Banjir,sunami,tanahlongsor2. Trenggalek Banjir,gempa,tanahlongsor,sunami,anginputtingbeliung,kebakaran,3. Pacitan Tanahlongsor,gelombangpasangabrasi/banjir,banjirdantanahlongsorWilayah PenelitianDs. Buluagung Kec.Siliragung, Ds. SaronganKec. Pesanggaran, Ds.Pesanggaran Kec.Pesanggaran, Ds.Sumberagung Kec.Pesanggaran, Ds. PancerKec. Pesanggaran.Ds. Gading Kec.Watulimo, Ds. PanggulKec. Panggul, Ds.Bogoran Kec. Kampak,Ds. Timahan Kec.Kampak, Ds.Bendoagung Kec.Kampak, Ds. NglebengKec. Panggul, Ds.Sawahan Kec. Panggul,Ds. Prigi Kec. Watulimo,Ds. Wonocoyo Kec.Panggul, Ds. Prigi Kec.Watulimo, Ds. TasikMadu Kec Watulimo,Ds. Sidoharjo KecPacitan, Ds. Ngreco Kec.Tegalombo, Ds. MbaranKec. Tegalombo, Ds.Ploso Kec. Pacitan, Ds.Krajan Kec. Tegalombo,Ketiga wilayah tersebut dipandang memilikipotensi bencana yang paling besar dibandingkandengan wilayah-wilayah yang lain. Dari hasilpenelitian yang dilakukan terhadap masyarakat diwilayah rawan bencana untuk 3 Kabupaten yaituBanyuwangi, Trenggalek dan Pacitan untuk diketahuitingkat pengetahuan masyarakat terhadap teknikmitigasi dan sikap tanggap bencana di wilayah yangdiidentifikasi rawan bencana dapat di lihat pada tabeldi bawah ini.Tabel 2. Gambaran pengetahuan masyarakat terhadap materikebencanaanNo Fokuspertanyaan1. Masyarakatyangmendapatkankegiatanpelatihanmitigasi dantanggapbencana2. Pelatihantindakanpenyelamatansaat terjadibencana3. Memilikipengetahuandanketerampilandalammengenalitanda-tandaalam4 Kesesuaiantindakan yangdilakukan saatterjadi bencanaKabupatenBanyuwangi Trenggalek Pacitan92,31% 36,84% 45,45%16,67% 62,50% 0,00%23,08% 26,32% 72,72%61,54% 42,11% 63,63%Berdasarkan data di atas daerah yang relatifminim mendapatkan pelatihan tentang kebencanaanadalah Kabupaten Trenggalek 36,84% dan Pacitan45,45%. Sedangkan Kabupaten Banyuwangimelakukan kegiatan pelatihan tentang kebencanaansangat tinggi mencapai 92,31%. Kondisi initermotivasi dengan tingginya frekuensi bencana diKabupaten Banyuwangi yang relatif lebih banyakterjadi dibandingkan dengan daerah-daerah yang lain.Rata-rata pelatihan yang pernah dilakukan untuk tigakabupaten tersebut adalah 58,2%. Namun pelatihanyang diberikan masih sebatas pada tindakanpertolongan pada korban bencana alam tidakditekankan pada tindakan penyelamatan diri saatterjadi bencana. Hal ini bisa dilihat dari data tentangjenis pelatihan yang dilakukan. Di Kabupaten Pacitanbelum pernah diberikan pelatihan tindakanpenyelamatan saat terjadi bencana.Terkait dengan pengetahuan masyarakat tentangkebencanaan juga relatif masih rendah. Hasilpenelitian juga menunjukkan pengetahuan danketerampilan masyarakat untuk mengenali tandatandaalam terkait dengan bencana yang akan terjadi.Rata-rata kurang dari 50%.Cenderung masyarakatmasih menunggu informasi terkait dengan apa yangdilakukan saat terjadi bencana. Tidak kalahpentingnya adalah kesesuain tindakan untukpenyelamatan saat terjadi bencana rata-rata 55,76%.Angka ini relatif masih rendah dan menggambarkankemampuan masyarakat di wilayah pesisir terkaitdengan tindakan saat terjadi bencana.Beberapa temuan yang bisa dikomunikasikanadalah sebagian masih berpandangan bahwa bencanaF 56

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8tidak perlu dihindari karena sudah menjadi kehendakalam. Selain itu masih ada yang memprioritaskanuntuk menyelamatkan harta benda saat terjadibencana sebelum menyelamatkan diri dan kurangnyapengetahuan masyarakat tentang potensi dankarakteristik bencana di daerah masing-masing.Berdasarkan data-data tersebut dapat dijelaskanbahwa banyaknya korban saat terjadi bencanadisebabkan oleh rendahnya pengetahuan masyarakatterhadap potensi dan karakteristik bencana sertatindakan penyelamatan saat terjadi bencana.SIMPULAN DAN SARANBerdasarkan paparan dapat disimpulkan bahwapengetahuan masyarakat di wilayah pesisir tentangmasalah kebencanaan masih rendah utamanyamengenali karakteristik dan potensi bencana diwilayah tersebut serta ketepatan tindakanpenyelamatan pada saat terjadi bencana. Untukmeminimalkan korban yang terjadi karena bencanamaka di sarankan:1. Masyarakat diberikan pengetahuan tentangkarakteristik dan potensi bencana di wilayahnyamasing-masing.2. Pelatihan yang dilakukan lebih ditekankan padabagaimana tindakan penyelamatan saat terjadibencana.3. Keterampilan mengenali tanda-tanda alam harusdiberikan sehingga dapat diambil langkahantisipasi sebelum terjadi bencana.4. Pembinaan masyarakat untuk selalu menjagakeseimbangan alam.REFERENSICoburn, A.W., Spence, R.J.S., dan Pomonis, A. 1994.Mitigasi Bencana. Edisi ke dua. CambridgeArchitectural Research United The Oast House.http://www.d-infokom-jatim.go.id. TerjadiGempa Bumi Tektonik di Blitar. Rabu 11 Juni2009.Ilyas, T. 2006. Mitigasi Gempa dan Tsunami diDaerah Perkotaan. Makalah seminar bidangKerekayasaan Fakultas Teknik Unsrat.Laksono, S.M., 2008. Pengembangan KurikulumPembelajaran Konversi, Lingkungan Hidupdan Mitigasi Bencana Alam. Prodi PendidikanBiologi FKIP Universitas Sultan AgengTirtayasa Serang Banten.PNPM Mandiri dan DPM Dirjen Cipta Karya, 2008.Pengelolaan Penanganan Bencana ModulKhusus Fasilitator Pelatihan Utama.Wicaksono, 2007. Pedoman Menghadapi BencanaGempa dan Tsunami. Jakarta: Kreasi Jakarta.F 57

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PEMISAHAN BANYAK SUMBER SUARA MESIN BERPUTARDENGAN METODE LI-TIFROM BLIND SOURCE SEPARATIONGalih A (1) , Dhany Arifianto (2)(1) Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya(2) Jurusan Teknik Fisika-FTI ITSemail : galihpoliteknik@gmail.com, dhany@ep.its.ac.idAbstrakIndustri secara operasional beroperasi terus-menerus menggunakan mesin-mesin berputar. Maintenance mesinsecara berkala sangatlah diperlukan untuk menjaga kontinuitas produksi. Teknik yang lazim dipakai adalahoperator langsung ke lapangan mengecek satu persatu keadaan mesin-mesin. Padahal dalam suatu industrimesin yang digunakan tidak hanya satu, puluhan mesin digunakan untuk proses produksi. Hal ini mempersulitoperator. Pada penelitian ini diusulkan teknik monitoring tanpa sentuh yaitu dengan menganalisa sinyal suarayang diemisikan oleh mesin berputar. Karena mesin yang digunakan berjumlah banyak, maka suara dari mesinmesinakan tercampur. Diperlukan teknik untuk memisahkan suara tercampur menjadi komponen penyusunnya,yaitu metode Li-Tifrom Blind Source Separation (Li- Tifrom BSS). Penelitian ini menggunakan microphonearray sebagai sensornya, dimana jumlahnya sama dengan jumlah sumber mesinnya. Berdasarkan eksperimenyang dilakukan, performansi pemisahan sinyal suara mesin dari sinyal campuran secara instantaneous linearmixture dilihat dari nilai MSE. MSE yang diperoleh sebesar 0,0243, menunjukkan hasil yang sangatKata kunci: Li-Tifrom, BSS, Instantaneous Mixture, SIRPENDAHULUANMetode yang digunakan dalam mendeteksikerusakan mesin di industri masih secara manual.Operator harus mengecek satu per satu mesin-mesindalam jumlah yang banyak. Oleh karena itu,diperlukan perkembangan penelitian terhadap analisasinyal suara mesin yang diemisikan oleh mesin-mesinberputar untuk mempermudah monitoring tanpasentuh.Alasan lain yang melatar belakangi penelitian iniyaitu adanya penelitian tentang pemisahan banyaksumber bunyi dari mikrofon. Bunyi campuran darimesin mampu dipisahkan menjadi bunyi tunggalsesuai dengan bunyi aslinya. Dari pemecahan masalahinilah kemudian dikembangkan penelitian denganjumlah sensor yang digunakan sama dengan jumlahsumber mesinnya. Dari latar belakang tersebut makatujuan dari penelitian ini yaitu mampu memisahkanbanyak sumber suara mesin dari mikrofon denganmetode Li-Tifrom-BSS. Hasil pemisahan (sinyalestimasi) ini akan dibandingkan dengan sinyal sumber(baseline) dengan menghitung nilai SIR (Signal toInterference Ratio). Dari penelitian ini diharapkandapat bermanfaat bagi praktisi industri dalampenentuan kerusakan mesin dengan analisa pola suara.Blind Source Separation (BSS)Blind Source Separation merupakan suatumetode yang digunakan untuk memisahkan sinyalcampuran dari banyak sumber suara tanpa mengetahuibanyak informasi mengenai sumber tersebut danbagaimana proses pencampurannya [1].SUnknown mixing systemAXSeparation systemWm n mGambar 1. Diagram Blind Source Separation [2 ]Gambar 2 Diagram pencampuran dan pemisahan sinyal [2]X = AS (1)Y = WX (2)Pada gambar 1 terdapat dari 2 proses yaitu prosespencampuran sinyal dan proses pemisahan sinyal.Dalam proses pencampuran, S ditunjukkan sebagaisinyal sumber sedangkan A adalah matrik pencampurdimana kedua hal ini tidak diketahui sebelumnya.Karena tidak diketahui kedua hal tersebut makadisebut Blind. Untuk proses pemisahan sinyal, adanyavariable X menunjukkan sinyal observasi atau sinyalhasil pengukuran sedangkan W menunjukkan matrikinvers dari A dan y adalah sinyal estimasi (hasilpemisahan). Sinyal estimasi ini diperoleh dariperkalian matrik W dan X. Diagram detail dalampencampuran dan pemisahan sinyal dapat dilihat padagambar 2. Dari diagram ini terlihat bahwa sensor satu(X1) menerima sinyal dari S1 dan S2 begitupula X2.yF 58

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Kemudian X1 dan X2 akan dipisahkan dengandikalikan matrik W sehingga menjadi sinyal estimasiY1 dan Y2.LI-TIFROMProses pencampuran disini menggunakanpencampuran instantaneous linier.x 1 (t)a 11 s 1 (t) + a 12 s 2 (t) (3)x 2 (t) = a 21 s 1 (t) + a 22 s 2 (t) (4)Dimana a ij koefisien matrix pencampur A yangbernilai real, konstan dan tidak nol. x 1(t)x 2 (t) = h 11h 21h 12 s 1(t)h 22 s 2 (t) X(t) = HS(t) (5)LI-TIFROM adalah suatu metode pemisahan sumbersecara buta berdasarkan pada analisa frekwensiwaktu.Prinsip kerjanya yaitu :1. Menghitung Short Time fourier Transform(STFT) dari Sumber2. Menemukan zona sumber tunggal frekuensiwaktu,dimana sumber tunggal adalah sumberyang aktif.3. Kemudian, setiap zona tersebut,diestimasi kolomdari matrik campurannya4. Ketika semua kolom dari matrik campurannyatelah diestimasi, langkah selanjutnya yaiturecovering sumber.LI-TIFROM ditulis dalam MATLAB 7.0 SignalProcessing Toolbox.Parameter inputan :1. x : matrik 2 dimensi dari sensor yang digunakan.2. N_sumber : jumlah sumber yang dideteksi.3. nb_samp_in_win : jumlah samples windows padaperhitungan STFT4. overlap : overlap antara dua window dalamdomain frekuensi - waktu.5. nb_win : jumlah window dalam domainfrekuensi-waktu.6. fs : frekuensi samplingSTFT (Short Time Fourier Transform)Memberikan solusi berdasarkan window yangakan memfilter sinyal bunyi. STFT (Short TimeFourier Transform) merupakan algoritmapengembangan dari FFT (Fast Fourier Transform).Algoritma STFT akan mencuplik sinyal masukandalam rentang waktu t tertentu. Sinyal masukan awalmasih dalam domain frekuensi. Sinyal hasil cuplikantersebut akan menempati domain waktu danfrekuensi. Untuk pencuplikan sinyal, STFTmenggunakan fungsi window dengan lebar window(T) sesuai dengan sinyal hasil cuplikan. Fungsiwindow diletakkan pada sinyal yang pertama untuktiap frekuensi yang berbeda.Penelitian ini dilakukanuntuk mengetahui keakuratan dari window pada STFT(Short Time Fourier Transform) terhadap pemisahanbunyi berdasarkan frekuensi.Mean Square Error (MSE)MSE di dalam statistik merupakan kuadrat rataratadari error. MSE adalah perbedaan antara sinyalasli dengan sinyal estimasi. sinyal estimasi merupakansinyal output dari sistem (http://en.wikipedia.org).Semakin kecil nilai MSE maka sinyal asli dengansinyal estimasi mempunyai kesamaan. MSEdigunakan untuk mengukur rata-rata kesalahan yangberasal dari kuantitas yang akan diestimasi.MSE = 1 ∑ n (S − S n i−1 e) 2 (6)dimana : MSE = mean square errorn = banyaknya sampleS = sinyal asliSe = sinyal estimasiKuantitas dari MSE dapat menilai kualitas akantiap-tiap teknik BSS algoritma EM dalammemisahkan sinyal dan menyusunnya kembali,dengan harapan akan terdapat kesesuaian dengansinyal asli (baseline).Microphone ArrayMicrophone array merupakan sekumpulanmikrofon yang terhubung menjadi satu kesatuan untukmenerima serta mentransmisikan sinyal suara. Denganmenggunakan susunan mikrofon daripada satumikrofon, maka dapat dicapai seleksi spasial,memperkuat propagasi sumber dari arah tertentu danmelemahkan propagasi sumber dari arah lainnya.Faktor penting yang harus diperhatikan dalam teknikmicrophone array adalah :1. 1.Frekuensi SamplingSyarat penentuan frekuensi samplingf s ≥ 2f max (7)dimana := frekuensi samplingF 59f sf max = frekuensi sumber= 1λ min2. Jarak antar MikrofonJarak antar mikrofon (d) dapat ditentukan denganpersamaan :d < λ min(8)23. Sudut Datang antara Sumber dan Mikrofon.Perhitungan ketiga faktor tersebut menjadi dasardalam desain ekperimental. Apabila perhitungan inidiabaikan maka dapat terjadi peristiwa spatialaliasing pada saat pengambilan data perekaman sinyalsuara. Kemungkinan juga terdapat sinyal suara yangtidak akan terdeteksi oleh mikrofon.METODE PENELITIANProses PerekamanProses perekaman merupakan tahapan pentingpenelitian ini, yaitu dengan merekam bunyi mesin.Suara motor akibat dari motor yang bergerak danmenimbulkan getaran. Proses perekaman suara mesindibagi menjadi 2 tahap yaitu :1. Single channel (perekaman baseline) Perekamanbunyi setiap satu mesin.2. Multi channel (perekaman sinyal campuran).Proses perekaman ini dilakukan di ruang SemiUnechoic Lab. Akustik dan Fisika Bangunan dimana

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8derau latar dapat diabaikan. Data perekaman untukmesin kondisi normal dan bearing fault. Perekamanhanya dilakukan untuk jumlah sensor sama denganjumlah sumbernya (kasus determined)Tabel 1. Konfigurasi Perekaman Sinyal BaselineNo. Kondisi Mesin1. Normal2. Bearing FaultSkema eksperimental ini dapat dilihat padagambar 3.Setelah pengolahan sinyal baseline, dilakukanpengolahan terhadap sinyal campuran dari dua sinyalsuara mesin dengan karakteristik berbeda tersebut.Asumsi pada saat pencampuran sinyal tersebut adalahinstantaneous mixture. Hasil dari pemisahan sinyaltersebut kemudian di-plot 1 gambar dengan sinyalbaseline-nya sehingga perbedaan antara sinyalestimasi dan sinyal baseline dapat dengan jelas dilihatsecara visualisasi. Plot gambar sinyal estimasi danbaseline ditampilkan pada gambar 5. Sinyal estimasiditunjukkan dengan warna merah sedangkan sinyalwarna biru ditunjukkan warna biru.RUANG SEMI UNECHOICLABORATORIUM AKUSTIK DANFISIKA BANGUNAN1Source 1 (original: blue - estimated: red)amplitudo0.50-0.515 cmB30 cm30 cm3 mGambar 3. Skema Eksperimen Determinded BSSSetelah data diperoleh, maka proses selanjutnyayaitu pengolahan data dengan software matlab. Dalampengolahan tersebut faktor utama dalammengeksekusi program yaitu panjang data. Panjangdata yang digunakan dalam penelitian ini yaitusebesar 16000. Sedangkan frekuensi samplingnya didownsamplemenjadi 16.000Hz.HASIL DAN PEMBAHASANDalam penelitian ini, pemisahan sinyal suaradari jumlah mikrofon sama dengan dari jumlahsumber bunyi mesin berhasil dilakukan denganmetode LI-TIFROM Blind Source Separation. hasilyang diperoleh dari pengambilan data denganperekaman baseline ditampilkan seperti gambar 4.amplitudoamplitudo10.50-0.5-10 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000waktuSinyal baseline normal10.50-0.5Gambar 4 Sinyal Suara Baseline dengan panjang data 16000Bearing Fault (b) NormalNSinyal Baseline Bearing-10 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000waktu3.5 mamplitudo-110.50-0.5-12000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000waktuSource 2 (original: blue - estimated: red)2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000waktuGambar 5. Plotting Sinyal Estimasi dan Baseline dengan 2mikrofon dan 2 sumber bunyi mesinSinyal estimasi (merah) terlihat rapat dengansinyal baseline-nya (biru) sehingga pemisahan inidapat dikatakan sangat baik. Hal ini diperkuat dengannilai MSE yang ada pada tabel 2. Untuk MSE sinyalestimasi mesin bearing fault sebesar 0.0243, sinyalestimasi mesin normal 0.0317. Pada gambar (6),sinyal estimasi 1 adalah sinyal untuk mesin bearingfault dan sinyal estimasi 2 untuk mesin sinyal normal.AmplitudoAmplitudo10.50-0.5Sinyal Estimasi 1-10 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000WaktuSinyal Estimasi 210.50-0.5-10 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000waktuGambar 6. Plotting Sinyal EstimasiMetode yang digunakan untuk mengukurbesarnya varians dari dua sinyal tersebut yaitu MSE(Mean Square Error). Nilai MSE ini ditampilkandalam tabel 2. Nilai MSE ini merupaka nilai errorterkecil hasil perbandingan sinyal estimasi masing-F 60

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8masing mesin dengan sinyal baseline masing-masingmesin juga.Tabel 2. MSE perbandingan sinyal baseline dengan sinyal estimasidari 2 mikrofon dan 2 sumber bunyi mesinMSESinyal estimasiInstantaneous LinearMixtureBearing 0.0243Normal 0.0317Kemudian hasil ekstraksi sinyal estimasi dari Li-Tifrom BSS ini dibandingkan dengan tfBSS. Untukmembandingkan dua metode ini konfigurasi yangdigunakan haruslah sama sehingga konfigurasi yangdipilih adalah 2 sensor dan 2 sumber (jumlahsensornya sama dengan jumlah sumbernya (m=n)).Asumsi pencampuran yang dipakai dalam dari Li-Tifrom BSS dan tfBSS di sini adalah instantaneousmixture.Uji varians dari sinyal estimasi dan baseline darikedua metode ini ditampilkan pada tabel 3 denganditentukan besarnya nilai MSE masing-masing sinyal.Dari tabel tersebut, terlihat bahwa nilai MSE Li-Tifrom lebih kecil dibandingkan nilai MSE tfBSS.Dengan demikian, hasil pemisahan sinyal suaradengan pencampuran instantaneous mixture lebihbaik dengan algoritma Li-TifromTabel 3 MSE hasil sinyal suara mesin antara ICA dengan TFBSSdengan konfigurasi 2 sensor - 2 sumberKESIMPULANMSE Li-Tifrom tfBSSBearing 0.0243 1.6692Normal 0.0317 0,0304Dari eksperimen yang telah dilakukan makakesimpulan yang dapat diambil dari penelitian iniyaitu sebagai berikut :1. Sinyal suara campuran instantaneous mixtureberhasil dipisahkan dengan metode Li-Tifromblind source separation2. Dalam pengolahan data, untuk kasus jumlahsensor sama dengan jumlah sumber, metode Li-Tifrom lebih baik dibandingkan tfBSS denganMSE terkecil 0,0243DAFTAR PUSTAKAFevotte, Cedric., Doncarli, Christian. 2004. “TwoContribution to Blind Source SeparationUsing Time-Frequency Distribution”. IEEESignal Processing Letters vol 11 no.3 March.Processing, vol. 46, pp. 2888–2897, Nov 1998.Cardoso JF. 1998. Blind Signal Separation:Statistical Principles. Proceedings of IEEE.86: 2009-2025Atmaja, B.,T., 2009 ”Machines Sound Separationfrom Microphone Array using IndependentComponent Analysis (ICA) for FaultDetection” Indonesia: Teknik Fisika-ITSWang F, Li H, Zhang Y and Li R. 2006. Novel ICAAlgorithm with Nonparametric EstimationBased on GGD Kernel. International Journalof Innovative Computing. Information andControlAbrard F., Deville Y., 2003, Blind Separation ofDependent Sources Using The “Time-Frequency Ratio of Mixtures” Approach.Proceedings of IEEE. 7803-7946Puigt Matthieu, Deville Y., 2008, Signal SeparationCampain Principles and Performance of theLi-Tifrom Software, Laboratoire ofAstrophysique de Toulouse-Tarbes, FranceDeville Y., Puigt M., and Albouy B., 2004 Timefrequencyblind signal separation : extendedmethods, performance evaluation for speechsources, Proceedings of the IEEE InternationalJoint Conference on Neural Networks (IJCNN2004), pp. 255-260, Budapest, HungaryF 61

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGEMBANGAN BAHAN AJAR FISIKA SMA KELAS X PADA MATERIGELOMBANG ELEKTROMAGNETIK DENGAN APLIKASI SPREADSHEETEXCELHeru Edi Kurniawan 1)Pascasarjana Pendidikan Sains Universitas Sebelas Maret Surakartaheruedi@gmail.comAbstrakPenelitian ini bertujuan untuk mengetahui apakah buku ajar Fisika pada materi gelombang elektromagnetikdengan aplikasi Spreadsheet Excel terhadap pemahaman siswa tentang kemampuan komunikasi ilmiah siswakelas X Sekolah Menengah Atas Negeri 3 Surakarta.Penelitian ini merupakan penelitian pengembangan(Research and Development) yang meliputi tahap (1) Analisis Kebutuhan (2) Pengembangan Produk Awal dan(3) Uji Coba dan Revisi. Analisis kebutuhan meliputi analisis siswa dan kurikulum. Pengembangan produk awalmeliputi pengembangan buku ajar dan pengembangan perangkat penilaian. Uji coba dan revisi meliputi : ujipakar, uji lapangan siswa kelompok kecil, kelompok terbatas, dan kelompok besar. Data dikumpulkan melaluilembar kerja siswa (LKS), lembar penilaian buku ajar, tes, observasi, dan wawancara. Data dari LKS, lembarpenilaian buku ajar, tes,dan observasi dianalisi dengan deskriptif prosentase. Hasil wawancara dianalisisdengan deskriptif kualitatif. Data pre test dan post test dianalisis dengan rumus Hake (gainternormalisasi).Hasil uji pakar menunjukan bahwa draft awal bahan ajar yang diajukan tergolong baik untukkelayakan isi, kebahasaan, sajian, dan kegrafisan. Rata-rata skor menurut pakar pada aspek isi bahan ajarmencapai 90 % (baik), kebahasaan mencapai 95% (baik), sajian mencapai 96 % (baik), kegrafisan mencapai100 % (sangat baik). Penelitian pengembangan ini telah menghasilkan model buku ajar Fisika berbasisSpreadsheet Excel yang berdampak positif di sekolah. Hasil uji siswa kelompok kecil menghasilkan rata-rataskor 86,25% yang tergolong baik. Hasil uji siswa kelompok kecil menghasilkan secara rata-rata 86,25% yangtergolong baik. Hasil uji coba kelompok terbatas mengalami pengembangan dan kenaikan yang cukup baik yaitudari rata-rata 67,9% menjadi 88%, Kemudian pada pengujian di kelompok besar menghasilkan rata-rata82,3%. Pengujian kemampuan berkomunikasi ilmiah menunjukan hasil pre test adalah 38,08% dan post test85% sehingga dapat dihasilkan nilai gain 0,75 yang berarti ada peningkatan kemampuan komunikasi ilmiahsiswa. Melalui serangkaian uji dan revisi tersebut maka telah dapat dihasilkan bahan ajar fisika berbasisSpreadsheet Excel berdampak positif bagi siswa dalam kemampuan berkomunikasi ilmiah. Penelitian ini dapatditindaklanjuti dengan penelitian pengembangan berikutnya untuk meningkatkan kualitas bahan ajar. Selain ituproduk bahan ajar yang dihasilkan dapat dibandingkan dengan produk lain melalui penelitian eksperimenkomparatif.Kata kunci: Spreadsheet, Fisika, Excel, buku, ajar,penelitian,pengembangan.PENDAHULUANSaat ini kurikulum yang diterapkan di Indonesiapada semua jenjang pendidikan adalah KTSP(Kurikulum Tingkat Satuan Pendidikan). Dalamperkembangan terkini Menteri Pendidikan Nasional2011 juga mengeluarkan suatu slogan ”PendidikanBerkarakter”. Hal ini memacu kreativitas di tingkatsatuan pendidikan untuk senantiasa mengembangkankreatvitasnya dalam pembelajaran. Pembelajaran padaumumnya menggunakan media pembelajaran baikberupa alat peraga ataupun media presentasi. Mediapresentasi dapat berupa Chart, OHP maupun LCD.Alat peraga yang dapat digunakan cukup beragamdari peralatan sesungguhnya sampai dengan simulasidan animasi.Berkaitan dengan pembelajaran di kelas saat ini,telah dikembangkan berbagai media pembelajaraninovatif. Salah satu media pembelajaran yang sedangpopuler adalah bahan ajar berupa Spreadsheet Excel(Microsoft Exce)l. Berdasarkan hasil peneletiansebelumnya telah dilakukan wawancara tentangpemanfaatan Spreadsheet Excel dalam pembelajaranFisika terhadap beberapa guru SMA yang menjadianggota MGMP Fisika di Kabupaten Sukoharjo yaitu: 1) Pada umumnya siswa SMA telah mengenalSpreadsheet Excel. Di tingkat SLTP siswa telahbelajar tentang Spreadsheet Excel dari ekstrakurikulerKomputer atau pelajaran TIK (Teknologi Informasidan Komunikasi). 2) Pengalaman siswa menggunakanSpreadsheet Excel umumnya untuk mengelolakeuangan atau administrasi perkantoran. 3) Siswatelah mengenal cara membuat grafik dengan manual(kertas milimeter) atau dengan komputer (denganprogram Word atau Spreadsheet Excel). Namungrafik tersebut umumnya merupakan grafik berbentukbatang atau lingkaran sebagai deskriptif atas datasuatu laporan dalam bentuk tabel. Tidak ada siswayang menggunakannya untuk membantu memahamisuatu persamaan dalam Fisika. Grafik yangmenjelaskan hubungan antara dua variabel fisis(scatter diagram) sangat penting dalam Fisika. NamunF 62

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8jenis grafik ini tidak banyak diketahui atau digunakansiswa. (4) Laporan praktikum umumnya ditulis siswapada blangko manual atau ada yang diketik siswadengan komputer. Untuk yang menggunakankomputer, pada bagian teks ditulis dengan programWord namun tabel atau grafik masih ditulis manual,walaupun pada tingkat yang sederhana. Sedangkandipihak guru, jarang sekali ditemui guru Fisika yangmenggunakan Spreadsheet Excel dalam pembelajaranFisika. Tidak berbeda dengan siswanya, Gurubiasanya hanya menggunakan Spreadsheet Exceldalam kepentingan administrasi maupun laporankeuangan saja. Hal ini menandakan bahwa guru dansiswa belum secara maksimal menggunakanSpreadsheet Excel untuk mendukung belajarnyakhusunya belajar Fisika. Potensi Spreadsheet Excelsebagai alat bantu untuk meningkatkan kemampuanpemahaman konsep dan berkomunikasi ilmiah belumdimanfaatkan secara maksimal.Hasil survey yang dilakukan oleh Lim (2005:31)menunjukan bahwa terjadi penurunan kemampuanmenggunakan Spreadsheet dikalangan mahasiswadibandingkan saaat duduk di sekolah menegah. Limjuga menemukan bahwa kemampuan siswi lebihrendah daripada siswa. Temuan lain lain kemampuanmahasiswa di kampus yang jauh dari pusat kota lebihrenda daripada mahasiswa yang kampusnya diperkotaan. Informasi ini dapat digunakan sebagaibahan per timbangan penyusunan bahan ajarmenyangkut gender dan ketersediaan sarana.Kemudian hasil penelitian Hasil penelitian SongTae Pak (2005:32) menunjukan bahwa : ” 70% gurumerasa mendapatkan ide baru pembelajaran denganpemanfaaatan Microsoft Excel dan 80% siswa merasaterbantu belajar fisikanya.” Guru-guru yang belumberpengalaman menggunakan pemprogramanmenyatakan eksperimen berbasis komputermenyatakan bahwa model dengan spreadsheet initidak sulit. Dalam penelitian tersebut belumdiungkapakan secara eksplisit kemampuan siswadalam berkomunikasi ilmiah (dalam hal ini memplotgrafik), yang diukur hanyalah respon siswa dan guru.Hasil akhir dari penelitian tindakan kelas olehHaryono (2006:54), menyimpulkan bahwa : ”siswakelas XII SMA telah dapat menggunakan MicrosoftExcel untuk memplot grafik peluruhan radioaktif baikdengan solusi numerik maupun analitik. Rerata skoryang diperoleh siswa untuk aplikasi Microsoft Excelsebesar 81.” Dalam penelitian tersebut jugadiungkapkan kesulitan yang dihadapi menyangkutwaktu pelaksanaan. Siswa kelas XII pada semester IIdihadapkan pada persiapan ujian. Kegiatan seperti ujicoba, ujian praktek, tes-tes masuk perguruan tunggidan lain-lain menggangggu kelancaran penelitian.Informasi ini menunjukan bahwa sebaiknyapengenalan Spreadsheet Excel yang terpadu denganpembelajaran Fisika tidak di kelas XII melainkankelas X atau XI.Berdasarkan hasil-hasil penelitian tersebut makadapat disimpulkan bahwa dalam pembelajaran Fisikadengan memanfaatkan Spreadsheet Excel dapatmeningkatkan prestasi belajar siswa. Oleh karena itu,perlu digalakan penggunaaan Spreadsheet Exceldalam pembelajaran Fisika. Dengan tersedianya bahanajar Fisika berbasis Spreadsheet Excel ini diharapakandapat meningkatkan kualitas dan kuantitaspembelajaran Fisika yang pada giliranya dapatmeningkatkan prestasi belajar siswa. Hal ini sejalandengan maksud penelitian ini untuk mengembangkanbahan ajar Fisika berbasis Spreadsheet Excel yangmemadai.Mempertimbangkan alasan-alasan yang telahdiuraikan, maka peneliti bermaksud untukmengadakan penelitian pengembangan bahan ajarFisika pada siswa kelas X Sekolah Menengah Atas.Adapun judul penelitian tersebut adalahPengembangan Bahan Ajar Fisika SMA Kelas X PadaMateri Gelombang Elektromagnetik Dengan AplikasiSpreadsheet Excel.Metodologi PenelitianJenis penelitian yang akan digunakan adalahpenelitian pengembangan (Research andDevelopment). “Penelitian pengembangan digunakanuntuk mendesain produk atau prosedur baru yangteruji secara sistematis di lapangan, dievaluasi,dikembangkan sedemikian sehingga memenuhikriteria efektivitas, kualitas atau kemiripan dengansuatu standar” (Borg dan Gall, 2003:569).Model pengembangan yang digunakan dalampenelitian ini adalah model yang dikembangkan olehSukmadinata. Model ini meliputi 2 tahappengembangan yaitu studi pendahuluan danpengembangan buku ajar. (Syaodih 2007:187) Tahaptahappenelitian pengembangan yang dilakukanadalah :tahap studi pendahuluan terdiri atas: studipustaka,survei lapangan, analisis kebutuhan. Analisikebutuhan dilakukan terhadap siswa dan kurikulum.Analisis siswa dimaksudkan untuk mengetahuikeadaan siswa, yang dalam penelitian ini adalahkeadaan dapat atau tidaknya berkomuikasi ilmiah.Untuk mengetahui hal ini maka dilakukan teskemampuan berkomunikasi ilmiah sebagai pre test.Jika berdasarkan pre test pada pokok bahasan tertentuternyata siswa mampu berkomunikasi ilmiah, makadilakukan pre test untuk pokok bahasan yang lain.Jika pada pokok bahasan berikutnya ternyata siswatidak mampu berkomuniaksi ilmiah, maka penelitiandilanjutkan ke analisis kurikulum. Analisis kebutuhanselanjutnya adalah terhadap kurikulum yangberlaku.Kurikulum yang berlaku untuk siswa SMAsaat ini adalah Kurikulum Tingkat Satuan Pendidikan(KTSP). Telah dititikberatkaan pada pokok bahasanyang terpilih berdasarkan hasil analisis siswa. Telaahmateri meliputi : Standar Kompetensi (SK),Kompetensi Dasar (KD) dan Indikator pada pokokbahasan tersebut serta Rencana PelaksanaanPembelajaran (RPP). Penyusunan produk awal ataudraft buku ajar meliputi pengembangan draft bahanajar dan pengembangan alat penialian. Bahan ajarberupa buku ajar disususn dengan memperhatikanF 63

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8kaidan penyusunan buku ajar dalam buku pandiuanpengembangan bahan ajar departemen pendidikannasional tahun 2008. Berdasarkan data-data yangdiperoleh dari survei lapangan dengan mengacu padadasar-dasar teori atau konsep dan hasil-hasilpenelitian terdahulu, maka peneliti menyusun draftawal buku ajar yang dikembangkan serta prosespengembangannya.Rancangan buku ajar yang akan dikembangkanmencakup:1. Tujuan penggunaan buku ajar.2. Pengguna buku ajar yang akan dikembangkan.3. Deskripsi komponen-komponen buku ajar danpenggunaannya.Komponen-komponen buku ajar yang akandikembangkan mencakup:1. Tujuan buku ajar2. Materi buku ajar3. Proses pembelajaran dan media alat bantuPembelajaran4. Tugas dan evaluasi hasil pembelajaran5. Sumber-sumber belajarSetelah draft awal buku ajar disusun makasebelum diujicobakan di lapangan dilakukan evaluasiatau uji coba di atas meja. Uji coba atau evaluasi inisemata-mata bersifat perkiraan atau judgementberdasarkan analisis dan pertimbangan logika penelitidan ahli. Selama melalui proses pembelajaran,dilakukan pengamatan siswa dalam berkomunikasiilmiah melalui melihat cara menggambar grafik.Setelah pembelajaran diadakan tes komunikasi ilmiahberupa pemberian soal yang berisi kemampuankomunikasi ilmiah yaitu membuat tabel dan grafik,serta menintepretasikan grafik untuk mengetahuisejauh mana terjadi peningkatan komunikasi ilmiahsiswa terhadap materi dalam pengembangan. Pre tesdan post tes dilakukan dengan menggunakan tes.Grafik rerata pencapaian pemahaman konsepsiswa sebelum dan sesudah pembelajaran untuk siswakategori tinggi, sedang dan rendah. Untuk setiaptahapan uji coba, diadakan evaluasi untuk mengetahuipeningkatan komunikasi ilmiah setelah mengikutikegiatan pembelajaran dengan buku ajar yangmenggunakan aplikasi Spreadsheet Excel denganmenggunakan gain ternormalisasi yaitu denganmengukur gain nilai siswa sebelum dan setelahmengikuti kegiatan pembelajaran dengan persamaangain ternormalisasi.HASIL DAN PEMBAHASANBerdasarkan kurikulum yang berlaku di sekolahmaka pokok bahasan yang relevan dengan waktupenelitian yang dilakukan oleh peneliti yaitu adasemester genap. Pokok bahasan yang sesuai dengankondisi analisis terhadap kondisi siswa adalah materipada pokok bahasan gelombang elektromagnetik, olehkarena dalam pok bahasan tersebut banyak konsepFisika yang dibutuhkan dalam hal visualisasinya danpengingatan akan pra konsep yang seharusnyadikuasai sebelum siswa masuk ke dalam materi babgelombang elektromagnetik seperti konsepgelombang secara umum, gelombang mekanik, dansebagainya.Berdasasarkan analisis siswa dan kurikulum yangditerapkan di sekolah. Analisis ini dilakukan denganmelihat hasil test yang dilakukan oleh guru padamateri di semester II kelas X SMA, kemudiandlakukan pre trest awal. Pre test dilakukan di kelasX.1 dan X.2 yang berjumlah masing-masing 34 siswa.Pre test dilakukan pada tanggal 12 April 2011 selama1 jam pelajaran (45 menit). Diperoleh hasil pada kelasX.2 analisis bahwa hampir semua siswa sulitmengkomunikasikan persamaan y=Asin(ωt) beberapatemuannya antara lain grafik y-t berdasarkanpersamaan y=Asin(ωt) di plot berbentuk garis luruslinier miring kekanan (75%) kesalahan tersebutmenyebabkan intepretasi grafik kurang tepat.Sehingga siswa SMA 3 Surakarta masih belum bisaberkomunikasi ilmiah pada pokok bahasan gelombangterkhusus gelombang elektromagnetik.Gambar 1 Diagram Batang Hasil Pre Test kelas X.2Hasil uji komunikasi ilmiah siswa yatiu denganmengukur hasil melalui proses pembelajaran,dilakukan pengamatan siswa dalam berkomunikasiilmiah melalui melihat cara menggambar grafik.Setelah pembelajaran diadakan tes komunikasi ilmiahberupa pemberian soal yang berisi kemampuankomunikasi ilmiah yaitu membuat tabel dan grafik,serta menintepretasikan grafik untuk mengetahuisejauh mana terjadi peningkatan komunikasi ilmiahsiswa terhadap materi dalam pengembangan. Pre tesdan post tes dilakukan dengan menggunakan tes.Grafik rerata pencapaian pemahaman konsepsiswa sebelum dan sesudah pembelajaran untuk siswakategori tinggi, sedang dan rendah. Untuk setiaptahapan uji coba, diadakan evaluasi untuk mengetahuipeningkatan komunikasi ilmiah setelah mengikutikegiatan pembelajaran dengan buku ajar yangmenggunakan aplikasi Spreadsheet Excel denganmenggunakan gain ternormalisasi yaitu denganmengukur gain nilai siswa sebelum dan setelahmengikuti kegiatan pembelajaran dengan persamaangain ternormalisasi Hake berikut:〈g〉 = 〈S post test〉 − 〈S pre test 〉100% − 〈S pre test 〉dengan:< g > = gain atau peningkatan pemahaman konsepFisikaS pre test = nilai rata-rata pre test (%)F 64

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8S post test = nilai rata-rata post test (%)〈g〉 = 〈S post test〉 − 〈S pre test 〉Keputusan uji:100% − 〈S pre test 〉1. Jika () ≥ 0.7 maka gain dikategorikan85 − 38, 08tinggi;〈g〉 =100% − 38, 082. Jika 0.7 > () ≥ 0.3 maka gain〈g〉 = 0, 75dikategorikan sedang;Nilai gain (peningkatan) komunikasi ilmiah sebesar3. Jika () < 0.3 maka gain dikategorikan 0,75 yaitu tegolong tinggirendah.Rekapitulasi hasil Evaluasi buku ajar sebagai berikut :Tabel 1. Rekapitulasi Hasil Evaluasi Buku AjarNo Komponen Skor Skor Maks % Skor Rata-Rata (%)KELAYAKAN ISI 90Kesesuaian dengan SK dan KD 4 5 80Kesesuaian dengan kebutuhan siswa 5 5 100Kesesuaian dengan kebutuhan bahan ajar 4 5 80Kebenaran substansi materi 5 5 100Manfaat untuk penambahan wawasan pengetahuan 5 5 100Kesesuaian dengan nilai moralitas, social 4 5 80KEBAHASAAN 95Keterbacaan 5 5 100Kejelasan informasi 5 5 100Kesesuaian dengan kaidah Bahasa Indonesia 4 5 80Penggunaan bahasa secara efektif dan efisien 5 5 100SAJIAN 96Kejelasasan tujuan 5 5 100Urutan Penyajian 5 5 100Pemberian motivasi 5 5 80Interaktivitas ( stimulus dan respon) 5 5 100Kelengkapan informasi 5 5 100KEGRAFISAN 100Penggunaan font ( jenis dan ukuran) 5 5 100Lay out, tata letak 5 5 100Illustrasi , grafis, gambar, foto 5 5 100Desain tampilan 5 5 100Berdasarkan Tabel 1 di atas dapat disimpulkan bahwarata-rata skor menurut pakar pada aspek isi bahan ajarmencapai 90 % (baik), kebahasaan mencapai 95%(baik), sajian mencapai 96 % (baik), kegrafisanmencapai 100 % (sangat baik).Hasil uji komunikasi ilmiah siswa yatiu denganmengukur hasil melalui proses pembelajaran,dilakukan pengamatan siswa dalam berkomunikasiilmiah melalui melihat cara menggambar grafik.Setelah pembelajaran diadakan tes komunikasi ilmiahberupa pemberian soal yang berisi kemampuankomunikasi ilmiah yaitu membuat tabel dan grafik,serta menintepretasikan grafik untuk mengetahuisejauh mana terjadi peningkatan komunikasi ilmiahsiswa terhadap materi dalam pengembangan. Pre tesdan post tes dilakukan dengan menggunakan tessebesar 〈g〉 = 0, 75 Nilai gain (peningkatan)komunikasi ilmiah tersebut tegolong tinggi.Dengan memperhatikan hasil-hasil dari langkahpengembangan di atas maka dapat dikatakanpenelitian ini telah menghasilkan model buku ajarFisika berbasis Spreadsheet Excel yang berdampakpositif terhadap kemampuan pemahaman konsepdan kemampuan komunikasi ilmia siswa disekolah. Selanjutnya berdasarkan tolok ukurkeberhasilan penelitianyang dikemukakan pada babIII yaitu apabila gain yang diperoleh lebih dari 0,3maka penelitian pengembangan ini dikatakan berhasil.Jika tidak demikian maka penelitian pengembanganini dikatakan belum berhasil dan gain diperolehF 65ternyata sebesar 0,7 artinya lebih dari 0,3 maka secaraumum penelitian pengembangan ini secara umumdikatakan berhasil.Gambar 2 Diagram Batang Hasil Pengembangan Buku AjarKESIMPULANPengembangan bahan ajar Fisika berbasisSpreadsheet Ecxel dapat meningkatkan kemampuankomunikasi ilmiah siswa yaitu dapat dilihat dalampenggunaan Microsoft Excel, siswa mudah dalammembuat tabel perhitungan dan memplot grafik.Kesimpulan ini didukung dengan setelahpembelajaran diadakan tes komunikasi ilmiah berupapemberian soal yang berisi kemampuan komunikasiilmiah yaitu membuat tabel dan grafik, sertamenintepretasikan grafik untuk mengetahui sejauhmana terjadi peningkatan komunikasi ilmiah siswaterhadap materi dalam pengembangan. Hasil Pre tes(38,08%) dan post tes (85%) kemudian dilakukanperhitungan gain sebesar 〈g〉=0,75 Nilai gain

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8(peningkatan) komunikasi ilmiah tersebut tegolongtinggi.DAFTAR PUSTAKAAhmad Fauzi. 2009. Pengembangan Bahan AjarFisika dengan Aplikasi Spreadsheet. Thesis.Semarang : Universitas Negeri Semarang.Nana Saoudih Sukmadinata. 2006. Metode PenelitianPendidikan. Bandung : Rosda.Suharsimi Arikunto. Dasar-dasar EvaluasiPendidikan. Jakarta: Bumi Aksara, 2007.Sutardi. 2008. Pengembangan Bahan Ajar FisikaBerbasis Spreadsheet untuk MeningkatkanKemampuan Berkomunikasi Ilmiah. Thesis.Semarang : Universitas Negeri SemarangZaenudin.2005. Pengembangan Bahan Ajar FisikaMenggunakan Komputer Berbasis Web PadaMata Kuliah Fisika Sekolah Menengah PokokBahasan Listrik Statis. Skripsi. Semarang :Universitas Negeri Semarang.F 66

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PERANCANGAN STRATEGI PROGRAM PERKULIAHAN FISIKAUNTUK MENINGKATKAN KEMAMPUAN MENGANALISIS DANMENGEVALUASI MAHASISWA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIKNEGERI BANDUNGI Gede Rasagama 1 , Kunlestiowati Hadiningrum. 2 ,Mukhtar Ghozali 31,2, Unit Pelayanan Mata Kuliah Umum, Politeknik Negeri Bandung3 Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri BandungJln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga, BandungINDONESIAEmail: igesagama@polban.ac.idAbstrakTujuan penelitian adalah mengetahui strategi perkuliahan fisika yang mampu meningkatkan kemampuanmenganalisis dan mengevaluasi mahasiswa Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung (POLBAN).Metode penelitian adalah metode deskriptif analitik meliputi: menganalisis landasan pengembangan strategiperkuliahan; merumuskan struktur program perkuliahan; menganalisis landasan penyusunan pedomanperkuliahan (uraian materi, analisis konsep, kemampuan menganalisis dan mengevaluasi); merumuskanpedoman perkuliahan (rencana pelaksanaan perkuliahan, petunjuk kegiatan dosen, tugas pendahuluan, lembarkerja mahasiswa dan petunjuk praktikum); menyusun format monev kegiatan perkuliahan mahasiswa (tugaspendahuluan, lembar kerja mahasiswa, laporan praktikum dan hasil diskusi laporan praktikum); dan menyusuninstrumen evaluasi program perkuliahan (kisi dan soal tes kemampuan berpikir, lembar observasi aktivitasdosen-mahasiswa dalam perkuliahan, kisi dan soal kuesioner penjaring tanggapan mahasiswa terhadap strategiperkuliahan, angket pemahaman mahasiswa terhadap lembar kerja mahasiswa (LKM) dan petunjuk praktikum,serta angket penilaian mahasiswa terhadap tugas pendahuluan. Hasil penelitian menunjukkan strategiperkuliahan fisika untuk meningkatkan kemampuan menganalisis dan mengevaluasi mahasiswa tersusun atas 5komponen dan 19 sub-komponen.Kata kunci: strategi perkuliahan fisika, menganalisis, mengevaluasi dan jurusan teknik kimia politeknik.PENDAHULUANTiga pilar kurikulum, Universitas Purdue(Jamieson, 2007 dalam Redish, 2008) yaitu sebuahrencana reformasi kurikulum untuk The Engineer of2020 (National Academy of Engineering, 2004 dalamRedish, 2008) tampak dimunculkan pendidikan sains(fisika) sebagai salah satu pilar bidang pengetahuan(kognitif) penting yang dianggap mampu memberipengalaman belajar dan membentuk sikap (afektip)dan keterampilan (skill) yang dibutuhkan mahasiswaprodi keteknikan. Melalui konsistensi penerapanstrategi perkuliahan yang tepat, materi fisika dapatberkontribusi besar bagi mahasiswa prodi keteknikandalam mencapai kompetensi lulusan masa depanseperti diharapkan.Hasil survey (2011) prihal strategi perkuliahanfisika melalui e-mail terhadap 12 alumnus JurusanTeknik Kimia Politeknik Negeri Bandung (POLBAN)yang bekerja di industri, menyatakan bahwa 50%responden menyatakan strategi perkuliahan fisika diJurusan Teknik Kimia POLBAN belum mampumemberi dukungan bagi terbentuknya kompetensilulusan yang dibutuhkan ketika bekerja di Industri,dan 100% responden menyetujui pendapat bahwakemampuan menganalisis dan mengevaluasi sangatpenting dikembangkan dalam perkuliahan untukkepentingan pekerjaan di industri. Kemampuanmengevaluasi termasuk salah satu tipe kompetensilulusan bagi prodi D3 Teknik Kimia dan D4 TeknikKimia Produksi Bersih, sedang kemampuanmenganalisis juga termasuk salah satu tipekompetensi lulusan prodi D4 Teknik Kimia PoduksiBersih dan D3 Analis Kimia, Jurusan TeknikPOLBAN (Website Polban, 2011).Perguruan tinggi politeknik sebagai bagian satuanpendidikan vokasional bertugas mendidik mahasiswa,tidak hanya menekankan penguasaan pengetahuansemata, namun juga menekankan penguasaanketerampilan berbasis pengalaman kerja memakaiperalatan di laboratorium, terkait program studi, dimana mahasiswa belajar. Bidang teknik kimiapoliteknik merupakan bidang studi yang mempelajariteknik proses konversi dari bahan baku atau bahanmentah menjadi produk, melalui proses kimia danfisika di dalam suatu kegiatan industri proses. Lulusanke-4 prodi di jurusan teknik kimia Polban (ProgramStudi D3 Teknik Kimia, Program Studi D4 TeknikKimia Produksi Bersih, Program Studi D3 AnalisKimia, Program Studi D4 Teknik PerancanganSanitasi Pemukiman (kerjasama POLBAN denganDepartemen KIMPRASWIL) tampak memiliki profilkompetensi berbeda-beda (Website Polban, 2011). Iniberarti mahasiswa di setiap prodi membutuhkankonten mata kuliah bervariatif dan kemampuanberpikir tertentu yang khas untuk terbentuknyaF 67

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8kemampuan mengolah bahan baku atau bahan mentahberbasis teknologi menjadi suatu produk tertentu.Proses perkuliahan bagi mahasiswa setiap prodi harusdilaksanakan melalui konten dan strategi yang tepatagar dihasilkan lulusan sesuai dengan profilkompetensi lulusan setiap prodi dan lulusan yangkompetitif serta lulusan yang mampu terjun di duniakerja global yang berubah dengan cepat.Dari sudut pandang lain, tampak ada peranstrategis yang mampu diperankan oleh tipekemampuan menganalisis dan mengevaluasi terhadappengembangan kemampuan profesional mahasiswajurusan teknik kimia politeknik, baik untukkepentingan mahasiswa selama menempuhpendidikan di kampus maupun setelah lulus dan terjundi industri. Dengan demikian pengembangankemampuan menganalisis dan mengevaluasi sangatrelevan dengan misi pendidikan politeknik, khususnyaprodi-prodi di jurusan teknik kimia politeknik.METODE PENELITIANMetode penelitian adalah metode deskriptifanalitik.Aspek dan dokumen yang dianalisis berupa:landasan pengembangan strategi program perkuliahanfisika (PPF) Jurusan Teknik Kimia POLBAN, strukturPPF berbasis materi PPF Prodi D3 Teknik Kimia, D4Teknik Kimia Produksi Bersih dan D3 Analis KimiaJurusan Teknik Kimia POLBAN, landasanpenyusunan pedoman perkuliahan (uraian materi,analisis konsep, dan analisis kemampuan berpikir danlangkah pembelajaran), pedoman perkuliahan(rencana pelaksanaan perkuliahan, petunjuk kegiatandosen, tugas pendahuluan, LKM dan petunjukpraktikum), format monev kegiatan perkuliahanmahasiswa (format monev tugas pendahuluan,laporan praktikum dan lembar kerja mahasiswa), daninstrumen evaluasi PPF (kisi dan soal tes kemampuanberpikir, lembar observasi aktivitas dosen danmahasiswa dalam pelaksanaan PPF, kisi dan soalkuesioner penjaring tanggapan mahasiswa terhadappelaksanaan PPF, angket pemahaman dan keterbacaanterhadap tugas pendahuluan, LKM dan petunjukpraktikum).TEMUAN DAN PEMBAHASANKajian Interactive Lecture Demonstration (ILD)sebagai metode pembelajaran tampak mempunyaisejumlah kegiatan penting yang mempermudahketercapaian sasaran pembelajaran (Crouch, 2004;Sokoloff, Thornton, dan Laws, 2004 dalam Bolotin,2007), yaitu: mengerjakan tugas pendahuluan,mengamati, memprediksi, merundingkan,merefleksikan dan memakai perangkat alat penunjukgejala fisika. Sementara itu, lulusan politeknikdipastikan bekerja dalam suatu bidang yangberbasiskan sebuah sistem peralatan, dan keberhasilanlulusan dalam menangani pekerjaan sangatlahditentukan oleh penguasaan konsep dan keterpaduanantar konsep dalam sistem peralatan. Dengandemikian, implementasi ILD akan memberipengalaman bekerja awal dan latihan kebiasaanberpikir awal berupa kemampuan menganalisiskonsep.Kajian pembelajaran kooperatif (PK) sebagaimetode pembelajaran tampak juga mengarahkanpebelajar pada kondisi pengembangan kemampuanmengevaluasi pebelajar, antara lain: a) Fokus padapenggunaan tim kecil saling bekerjasama untukoptimalisasi pencapaian tujuan pembelajaran (Nurhadi,2004). Sesama anggota tim dan antar tim salingmengevaluasi; b) Memberi peluang pengajarmelakukan intervensi positif demi kemajuankomunikasi antar tim dan antar anggota tim (Yusuf,2003). Peluang ini dapat harus dimanfaatkan untukpengembangan kemampuan mengevaluasi; c)Mengkondisikan pebelajar harus mempunyaiketerampilan sosial (Lungdren dalam Karuru, 2003),sebagai keterampilan dasar untuk pengembangankemampuan mengevaluasi; d) Menciptakan situasipengembangan keterampilan yang amat dibutuhkanketika lulusan bekerja seperti: kemampuan tatap muka,kebergantungan positif, akuntabilitas individual danmenjalin hubungan antar pribadi (Ibrahim, 2000),responsibiltas (Yusuf, 2003), rasa kebersamaan dalamkeberagaman (Ibrahim, 2000).Praktikum sebagai metode pembelajaran jugatampak memberi peluang besar bagi pengembangankemampuan berpikir, yaitu melalui reformasi isi jobsheet khusus untuk pengembangan kemampuanmenganalisis dan mengevaluasi berbasiskan dataeksperimen dan konsep fisika. Hal ini selaras denganpendapat Wiyanto (2005) bahwa pelaksanaanpraktikum dapat menumbuhkan kemampuan berpikir,bekerja dan bersikap ilmiah pebelajar. Peran aktifpebelajar melalui kegiatan berpikir (mind on) dankegiatan bekerja (hand on) dalam bentuk praktikumadalah selaras dengan esensi tuntutan kurikulum yangberlaku saat ini.Dengan demikian, memasukkan metode ILDkedalam kerangka metode PK sebagai strategiperkuliahan tipe I (model pembelajaran DIBeK)sangatlah tepat. Metode ILD sangat tepat untukpenyajian masalah dan kerangka penyelesaianmasalah kasar, dan metode PK yang didominasikegiatan diskusi (kelompok dan kelas) sangat tepatuntuk merumuskan penyelesaian masalah di bawahbimbingan dosen sebagai moderator. Baik kegiatandemonstrasi maupun diskusi senantiasa diarahkanpada pengembangan kemampuan berpikir berbasisgejala fisika dalam peralatan demonstrasi. Modelpembelajaran DIBeK , diperlihatkan pada Tabel 1..F 68

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tabel 1. Sintaks Model Pembelajaran Demonstrasi Interaktif Berbasis KooperatifA. PendahuluanDosen meminta tagihan Tugas Pendahuluan XXX untuk dikumpulkan, menjelaskan tujuan kegiatan, mengorganisasi mahasiswa kedalam kelompok-kelompok belajar, membagikan LKM XXX dan membangkitkan motivasi dengan tanya jawab/diskusi tentangperistiwa dalam kehidupan sehari-hari yang berhubungan dengan konsep XXX.B. Kegiatan IntiTahap I: Menyajikan masalah dan skema penyelesaian masalah kasar dengan kegiatan demonstrasi interaktif .− Kegiatan demonstrasi dilakukan dengan melibatkan beberapa mahasiswa dan mengikuti Petunjuk Kegiatan Dosen XXX,yang telah dipersiapkan.− Dosen mengarahkan kegiatan demonstrasi kepada pengembangan ke-5 sub-indikator kemampuan berpikir terkait konsepXXX sehingga mahasiswa mampu:1. Membedakan konsep relevan dari tidak relevan berbasis gejala fisika dalam sistem peralatan demonstrasi;2. Menentukan keberfungsian suatu konsep berbasis gejala fisika dalam sistem peralatan demonstrasi;3. Menentukan titik tinjauan suatu konsep berbasis gejala fisika dalam sistem peralatan demonstrasi;4. Menguji sebuah gejala fisika sebagai kesalahan untuk kriteria/standar tertentu terkait sistem peralatan demonstrasi; dan5. Mempertimbangkan beberapa gejala fisika setipe untuk kriteria/standar tertentu terkait sistem peralatan demonstrasi.Tahap II: Bekerja dan Diskusi Kelompok.− Tiap kelompok berdiskusi untuk mengerjakan tugas sesuai tagihan LKM XXX dan dosen memberi bimbingan bagikelompok, yang mengalami kesulitan menjawab pertanyaan yang ada di LKM XXX.Tahap III: Presentasi Kelompok dan Diskusi Kelas.− Dosen memberi kesempatan individu dalam kelompok menyampaikan gagasan (berargumentasi), dimana anggota wakilkelompok secara bergantian mempresentasikan hal-hal esensial terkait hasil kerja kelompok, yaitu jawaban pertanyaan padaLKM XXX.− Dosen melakukan evaluasi terhadap peningkatan ke-5 sub-indikator kemampuan berpikir mahasiswa, sesuai tuntutankegiatan demonstrasi pada tahap I.− Berdasarkan hasil diskusi yang berlangsung, dosen mengakhiri tahap ini dengan merumuskan tiap jawaban pertanyaanterkait ke-5 sub indikator kemampuan berpikir untuk kategori terbaikTahap IV: Memberikan penghargaan.− Dosen mencari cara-cara untuk menghargai baik upaya maupun hasil belajar individu dan kelompok.C. Penutup− Dosen memberi kesempatan mahasiswa menanyakan kembali konsep XXX yang belum dipahami.− Dosen meminta mahasiswa mempelajari kembali materi XXX dan mengaitkan dengan materi berikutnya.− Dosen meminta mahasiswa mengumpulkan LKM XXX yang telah diisi selama kegiatan pembelajaran dan memberi tugaspendahuluan baru untuk pertemuan berikutnya.Praktikum sebagai kegiatan terpisah dari modelpembelajaran DIBeK, dianggap pengganti ILD tipeperkuliahan ke-1. Mahasiswa melakukan praktikumdi laboratorium dan dipandu petunjuk praktikum,sehingga mahasiswa memperoleh pemahamankonsep dalam gejala fisika seperti ditunjukkanperangkat peralatan praktikum. Praktikan menyusunlaporan sebagai langkah penguasaan konsep awaldan pembentukkan landasan kemampuan berpikirawal. Melalui implementasi metode PK, penguasaankonsep dan landasan kemampuan berpikir awaldiperkuat sehingga terjadi peningkatam kemampuanberpikir (menganalisis dan mengevaluasi) dalampersonal mahasiswa. Strategi ini disebut tipeperkuliahan ke-2 atau metode praktikum plus diskusi,seperti diperlihatkan pada Tabel 2.Tabel 2. Sintaks Metode Praktikum Plus DiskusiA. Diterapkan kegiatan praktikum di Laboratorium Fisika dengan sintaks sebagai berikut:− Mengorganisasi mahasiswa ke dalam kelompok-kelompok belajar. Dosen menjelaskan kepada mahasiswa prihal caranyamembentuk kelompok belajar dan membantu setiap kelompok agar dapat melakukan transisi secara efisien.− Dosen meminta tagihan Tugas Pendahuluan XXX untuk ditunjukkan sebagai persyaratan mengikuti kegiatan praktikum.− Membimbing kelompok mahasiswa mengikuti kegiatan praktikum sesuai tagihan kegiatan yang ada dalam petunjuk praktikumXXX sehingga mahasiswa mampu menguasai konsep-konsep fisika sebagai landasan pengembangan ke-5 sub-indikatorkemampuan berpikir, meliputi: a) Membedakan konsep relevan dari tidak relevan; b) Menentukan keberfungsian suatu konsep;c) Menentukan titik tinjauan suatu konsep; d) Menguji sebuah fenomena fisika sebagai suatu kesalahan untuk mendapat standaratau kriteria tertentu; dan e) Mempertimbangkan beberapa fenomena fisika setipe yang memenuhi standar/kriteria tertentu.Implementasi kegiatan diluar perkuliahan formal dan tiap tim melakukan bergantian sesuai jadual, karena keterbatasan alat.B. Diterapkan kegiatan diskusi berbasis hasil kegiatan praktikum, dengan sintaks sebagai berikut: .− Penyajian masalah oleh dosen. Dosen menyajikan masalah dan skema penyelesaian masalah kasar, disesuaikan konten subindikatorkemampuan berpikir yang dikembangkan.− Bekerja dan Diskusi kelompok. Tiap kelompok berdiskusi untuk mengerjakan tugas sesuai tagihan LKM XXX dan dosenmemberi bimbingan bagi kelompok, yang mengalami kesulitan menjawab pertanyaan yang ada di LKM XXX.− Presentasi Kelompok dan Diskusi Kelas. Dosen memberi kesempatan individu dalam kelompok menyampaikan gagasan(berargumentasi) dan sekaligus melakukan evaluasi terhadap peningkatan ke-5 sub-indikator kemampuan berpikir mahasiswa,sesuai tagihan dalam LKM XXX. Anggota selaku wakil kelompok secara bergantian mempresentasikan hal-hal esensialterkait hasil kegiatan pengembangan ke-5 sub-indikator kemampuan berpikir. Berdasarkan hasil diskusi, dosen merumuskanjawaban pertanyaan terkait, yang masuk kategori terbaik.− Memberi Penghargaan. Dosen mencari cara-cara untuk menghargai baik upaya maupun hasil belajar individu dan kelompok.Implementasi kegiatan dalam perkuliahan formal, khusus membahas kelanjutan hasil kegiatan praktikum terkait.F 69

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Berdasarkan alur berpikir di atas, maka perludirumuskan komponen dan sub-komponen strategiPPF (DIBeK dan praktikum-PK), dimanakomponennya meliputi: landasan pengembanganstrategi PPF, struktur PPF berbasis materi PPF hasilpenelitian, landasan penyusunan pedomanperkuliahan, pedoman perkuliahan, format monevkegiatan perkuliahan, dan instrumen evaluasi PPF.Landasan Pengembangan Strategi PerkuliahanLandasan filosofis: Pengembangan didasarkanpada pentingnya dampak penggunaan modelpembelajaran DIBeK dan metode praktikum plusdiskusi terhadap peningkatan kemampuanmenganalisis dan mengevaluasi mahasiswa.Landasan psikologis: Pengembangan didasarkanpada 2 aspek bidang psikologi pendidikan, yaitupsikologi perkembangan dan psikologi belajar.Psikologi perkembangan, yaitu: kondisi mahasiswasebagai peserta didik telah berada pada faseperkembangan matang dalam segenap aspek, baikfisik, sosial, emosional, nilai dan intelektual(Sukmadinata, 2005). Psikologi belajar, yaitu: prosesbelajar mengajar harus berdasarkan teori dan hakekatbelajar. Melihat adanya sejumlah tahapan prosesbelajar dalam model pembelajaran DIBeK dan metodepraktikum plus diskusi, maka keduanya telah sesuaidengan teori dan hakekat belajar. Di sisi lain tampakada kematangan mahasiswa dalam segenap aspekperkembangan sehingga strategi PPF yangdikembangakn mempunyai landasan psikologis yangkokoh untuk pengembangan kemampuanmenganalisis dan mengevaluasi mahasiswa.Landasan sosiologis: Pengembangan dilakukandalam koridor mempersiapkan mahasiswa agarmampu terjun di masyarakat. Implementasi modelpembelajaran DIBeK dan metode praktikum plusdiskusi diarahkan pada pemberian pengalaman belajarbagi mahasiswa baik dalam aktivitas bekerja maupunberpikir sehingga tumbuh kemampuan menganalisisdan mengevaluasi dalam diri mahasiswa, yangnantinya berperan penting ketika mahasiswamengikuti mata kuliah lanjutan maupun ketikamahasiswa telah terjun di industri.Landasan berpikir untuk perancangan strategiPPF adalah materi perkuliahan fisika, hasil studikelayakan pada 14 dosen Prodi D3 Teknik Kimia, 12dosen Prodi D4 Teknik Kimia Produksi Bersih, dan 7dosen Prodi D3 Analis Kimia Jurusan Teknik KimiaPOLBAN. Setiap komponen PPF dideskripsikansecara bertahap dan diusahakan agar selalu fokus pada3 aspek penting yaitu: kemampuan menganalisis,kemampuan mengevaluasi dan penguasaan konsepfisika sebagai dasar pengembangan kemampuanberpikir (menganalisis dan mengevaluasi).Struktur Strategi PerkuliahanStruktur PPF merupakan hasil kajian materi dankonsep fisika yang harus dikuasai dalam perkuliahan.Struktur PPF terdiri dari struktur PPF Teori danstruktur PPF Praktek. Di dalam struktur PPF terdapatkomponen seperti pokok dan sub-pokok bahasan,proses pembelajaran, tujuan pembelajaran, strategipembelajaran, tagihan tugas dan kegiatan ekstra. Isisetiap komponennya merupakan deskripsi ringkassetiap komponen. Tujuan penyusunannya adalahuntuk mengetahui isi setiap komponen danketerkaitan antar komponen guna kepentinganimplementasi PPF ½ semester.Struktur PPF praktek mengandung komponenseperti judul praktikum, sub-indikator kemampuanberpikir yang dikembangkan, konsep fisika yangdisajikan, kegiatan praktikum dan tagihan tugas.Isinya adalah deskripsi ringkas setiap komponen.Tujuan utama penyusunannya adalah untukmengetahui materi, target, jenis dan tagihan tugas darikegiatan praktikum yang mendukung perkuliahantatap-muka untuk implementasi PPF praktek selama½ semester. Selain itu untuk mengetahui keterkaitanantar komponen dalam mendukung pelaksanaanstruktur PPF teori. Konten total struktur ini hanyasebagian dari struktur PPF teori.Landasan Penyusunan Pedoman PerkuliahanLandasan ini terdiri atas uraian materi pokokbahasan esensial bagi ketiga prodi Jurusan TeknikKimia POLBAN, analisis konsep dan analisiskemampuan berpikir serta langkah pembelajarannya.Uraian materi (hasil kajian materi dan konsepfisika yang harus dikuasai dalam perkuliahan)merupakan deskripsi lengkap atas sejumlah konseppenyusun setiap pokok bahasan PPF. Sesuai temuanpenelitian, hanya perlu disusun 11 tipe uraian materipokok bahasan ke-3 prodi Jurusan Teknik KimiaPOLBAN, yaitu: besaran, satuan, pengukuran danketidakpastian; kalkulus dasar; dinamika; usahaenergi;fluida; suhu-kalor; teori kinetik gas;termodinamika; listrik dinamis; optika fisis; dangelombang elektromagnetik. Berdasarkan suatu uraianmateri dapat diketahui rincian seluruh konsep,kedudukan setiap konsep, dan keterkaitan antarkonsep dalam sebuah pokok bahasan. Kegiatan iniberperan penting sebagai landasan teori (berpikir)dalam mendesain analisis konsep dan analisiskemampuan berpikir, khususnya materi atau konsepfisika yang mendasari kegiatan pengembangankemampuan berpikir mahasiswa.Analisis konsep (hasil kajian materi dan konsepfisika yang harus dikuasai dalam perkuliahan) terdiriatas komponen seperti label, definisi, atribut (kritis,variabel), hirarki (super-ordinat, ko-ordinat, subordinat),dan jenis konsep. Tujuan penyusunannyaadalah untuk mengetahui karakteristik sebuah konsepyang muncul dalam suatu pokok bahasan. Denganmelaksanakan kegiatan ini diharapkan tidak ada lagimiskonsepsi muncul terkait penggunaan konsepdalam kegiatan pembelajaran untuk pengembangankemampuan berpikir mahasiswa.Analisis kemampuan berpikir merupakan hasilkajian kemampuan berpikir yang menjadi target danharus dikuasai mahasiswa dalam pelaksanaan PPF.Komponen yang perlu ditelusuri dalam melakukanF 70

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8analisis indikator kemampuan berpikir adalah: a)konsep dalam pokok bahasan fisika sebagai materipembelajaran, b) indikator kemampuan berpikirsebagai target pembelajaran umum, c) sub-indikatorkemampuan berpikir sebagai target pembelajarankhusus, d) metode pembelajaran untuk mencapaitarget pembelajaran dan e) rencana evaluasi untukmengukur ketercapaian target pembelajaran.Indikator kemampuan berpikir (menganalisis danmengevaluasi) dianalisis berdasarkan pengertian versiAnderson, L.W., dkk. (2001). Analisis kemampuanberpikir dibatasi dalam lingkup konsep fisika sebuahpokok bahasan. Artinya kemampuan berpikir yangdikembangkan dicari keterkaitannya dengan sub-subpokok bahasan penyusun sebuah pokok bahasan fisikasebagai materi pembelajaran. Selanjutnyadimunculkan suatu target pembelajaran berdasarkan 2hal saling mendukung dan terkait, yaitu konsep fisikadan sub-indikator kemampuan berpikir. Hasilnyaberupa tujuan pembelajaran khusus yang akan dicapaimelalui pembelajaran. Untuk mencapai tujuan inimaka disusun langkah pembelajaran, denganmemperhatikan 3 hal penting, yaitu: pokok bahasanfisika sebagai materi pembelajaran, modelpembelajaran DIBeK dan metode praktikum plusdiskusi sebagai strategi perkuliahan, dan kontenevaluasi sebagai target pembelajaran. Hasil analisisindikator kemampuan berpikir merupakan landasanteori (berpikir) dalam menyusun rencana pelaksanaanperkuliahan (RPP) setiap pokok bahasan, sepertitercantum dalam struktur PPF teori dan praktek.Berdasarkan hasil analisis kemampuan berpikir dapatdiketahui deskripsi lengkap prihal target utama danlangkah pembelajaran tiap perkuliahan pokok bahasan.Pedoman PerkuliahanBerdasarkan hasil analisis indikator kemampuanberpikir, terutama target pembelajaran setiapperkuliahan yang disusun berdasarkan konsep fisikadan sub-indikator kemampuan berpikir tertentu, makadapat disusun RPP setiap pokok bahasan, denganmengikuti tahapan-tahapan model pembelajaranDIBeK dan metode praktikum plus diskusi. Untukmenjamin keterlaksanaan RPP di lapangan makaperlu disusun fasilitas pendukungnya berupa:petunjuk kegiatan dosen, petunjuk praktikum, tugaspendahuluan dan LKM. Setiap RPP suatu pokokbahasan didukung dengan satu perangkat fasilitasperkuliahan.Komponen RPP meliputi: a) indikator dan subindikatorkemampuan berpikir terkait konsep fisikatertentu, sebagai deskripsi target pembelajaran; b)materi pembelajaran fisika yang mendapat penekananutama dalam pembelajaran, sehingga kondisipembelajaran selalu dikaitkan dan disesuaikan dengankonten evaluasi; (c) kegiatan pembelajaran yangmendeskripsikan tahapan-tahapan kegiatan, dengantetap fokus kepada penyajian semua materipembelajaran yang telah dirumuskan; dan d) alokasiwaktu setiap tahapan perkuliahan. Tujuan penyusunaninstrumen ini adalah untuk mengetahui semua jenisaktivitas dosen dan mahasiswa selama pembelajaranberlangsung. Berdasarkan RPP setiap pokok bahasan,diharapkan dosen mampu mengendalikan seluruhkegiatan perkuliahan, sehingga terwujud efektivitasdan efisiensi kegiatan dari sudut pandang penggunaanwaktu, kapasitas materi pembelajaran yang disajikandan strategi perkuliahan yang mengarah kepadakonten evaluasi. Selain itu, melalui kegiatanpenyusunan instrumen ini akan mengkondisikandosen selaku implementor lebih yakin dalammengeksekusi metode perkuliahan di lapangan.Petunjuk kegiatan dosen merupakan petunjukyang disusun secara khusus untuk kepentingan dosendalam melaksanakan startegi PPF yang dikembangkan.Pembuatan petunjuk ini merupakan tuntutan daristrategi tipe perkuliahan ke-1 seperti tercantum dalamkegiatan inti pada tahap I dan tuntutan dari strategitipe perkuliahan ke-2 seperti tercantum dalamkegiatan diskusi pada tahap penyajian masalah dankerangka penyelesaian masalah kasar, sehinggapelaksanaan strategi PPF dapat berlangsung sepertidiharapkan. Dalam petunjuk ini dipaparkan tujuankegiatan, daftar peralatan, gambar perangkat peralatandan cara kerja. Instrumen ini mendeskripsikankegiatan penyajian masalah dan kerangkapenyelesaian masalah kasar yang fokus pada kegiatanpembelajaran untuk meningkatkan kemampuanmenganalisis dan mengevaluasi mahasiswa.Tugas pendahuluan adalah kumpulan soal uraianyang disusun per pokok bahasan dan fokus terhadappenguasaan konsep yang menjadi landasan utamapengembangan kemampuan berpikir mahasiswa.Tugas pendahuluan dapat dianggap sebagaipenguasaan materi pra-perkuliahan yang diharapkanmampu mengkondisikan mahasiswa belajar di luarkegiatan formal dengan cara bekerja mandiri(penelusuran dalam referensi relevan) dan, atauberdiskusi sesama rekan sehingga mahasiswamemiliki persiapan dalam melaksanakan modelpembelajaran DIBeK dan metode Praktikum plusDiskusi. Berbekal kegiatan ini, mahasiswa diharapkantelah memiliki pengetahuan awal untuk kegiatanpengembangan kemampuan berpikir yang akandiikutinya.LKM merupakan fasilitas pendukung yangdirancang secara khusus untuk kepentinganmahasiswa dalam mengikuti kegiatan inti modelpembelajaran DIBeK (tahap II: Bekerja dan DiskusiKelompok dan tahap III: Presentasi Kelompok danDiskusi Kelas) dan kegiatan diskusi dalam metodepraktikum plus diskusi. Melalui LKM, mahasiswadibimbing mengikuti tahapan pembelajaran melaluiaktivitas berpikir dan bekerja. Aktivitas berpikirseperti meramalkan kebenaran sebuah hipotesa ataujawaban pertanyaan sementara yang mungkin berlaku,merefleksikan hasil pengamatan atas kegiatandemonstrasi/praktikum, menganalisis hal-hal sepertikonsep relevan, keberfungsian konsep, dan titiktinjauan konsep, serta mengevaluasi gejala fisikaberbasis kriteia/standar. Selain beberapa mahasiswaF 71

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8terlibat dalam kegiatan demonstrasi, aktivitasmahasiswa lainnya adalah memperhatikan demontrasi,berdiskusi dengan cara mengajukan atau menjawabpertanyaan terkait konten kegiatandemonstrasi/praktikum, menuliskan jawabanpertanyaan sesuai tuntutan LKM. Semua kegiatandalam LKM selalu didasarkan pada pertanyaan yangfokus ke pengembangan kemampuan menganalisisdan mengevaluasi. Melalui aktivitas ini, diharapkankemampuan berpikir mahasiswa meningkat.Tujuan utama kegiatan praktikum adalahmemberi landasan kognitif mahasiswa sebelummengikuti kegiatan pengembangan kemampuanberpikir (menganalisis dan mengevaluasi). Olehkarena itu, acuan penyusunan petunjuk praktikumadalah kegiatan yang dapat memperdalam penguasaankonsep implisit dalam perangkat peralatan eksperimen.Komponen petunjuk praktikum meliputi konsep fisikayang disajikan, tujuan kegiatan, tagihan tugas, daftarperalatan, cara kerja dan pertanyaan untukpenguasaan konsep dasar pengembangan kemampuanberpikir.Format Monev Kegiatan Perkuliahan MahasiswaUntuk menghantarkan dan menjamin mahasiswamampu mengikuti pelaksanaan model pembelajaranDIBeK dan metode praktikum plus diskusi,khususnya dalam memenuhi tagihan tugas, makaperlu dilakukan monev oleh dosen selakuimplementor PPF. Kegiatan monev diharapkanmampu memotivasi mahasiswa mengerjakan tugasPPF. Monev juga diharapkan mampu mengarahkankegiatan mahasiswa dalam koridor mengembangkankemampuan menganalisis dan mengevaluasi,memberi umpan balik bagi dosen dan mahasiswa,serta memberi informasi ketuntasan belajar setiapmahasiswa. Motivasi, bimbingan dan rekonstruksikognitif tersebut diharapkan mampu menciptakanpencapaian hasil belajar mahasiswa optimal. Semakintinggi kualitas monev maka dijamin pencapaian hasilbelajar mahasiswa semakin berkualitas. Di sisi lain,kegiatan monev mampu menghantarkan mahasiswamemperoleh kemampuan profesional yangdibutuhkan dalam dunia kerja.Kegiatan mahasiswa yang dimonev adalahkegiatan mengerjakan tugas pendahuluan, LKM, danlaporan praktikum. Dalam kegiatan ini, mahasiswamendapat pemeriksaan kualitas konten jawaban darisemua tagihan tugas yang dikerjakan/dikumpulkanoleh mahasiswa. Untuk mahasiswa dengan jawabankurang berkualitas, dianjurkan membaca catatandosen dalam berkas tagihan-tugas sebagai pedomanmelakukan kegiatan revisi. Tagihan tugas yang telahdirevisi diminta untuk dikumpulkan kembali gunamendapat pemeriksaan ulang. Agar mahasiswatermotivasi dan mengetahui kemampuan yangdimilikinya dalam mengerjakan tugas-tugas PPFmaka dosen pembimbing harus mencantumkan hasilevaluasi pada berkas pekerjaan tagihan tugasmahasiswa. Penilaian dilakukan berdasarkan acuanpenilaian yang telah ditetapkan.Format monev kegiatan mahasiswa yangdibutuhkan selama pelaksanaan PPF di lapanganmempunyai kriteria sebagai berikut:a. Lembar monev pengerjaan tugas pendahuluan.Lembar ini menekankan monev kualitaskebenaran atau kesalahan konsep dan keputusanrevisi atas jawaban setiap pertanyaan tugaspendahuluan. Lembar terdiri dari komponen hasilmonitoring dan hasil evaluasi. Dalam komponenhasil monitoring diketahui jumlah jawaban yangbenar, keputusan revisi, dan masukan dosenuntuk pedoman revisi. Dalam komponen hasilevaluasi diketahui bobot penilaian setiappertanyaan, skor setiap pertanyaan dan skor totalmahasiswa.b. Lembar monev pengerjaan LKM. Lembar inihanya menekankan monev kegiatanpengembangan kemampuan berpikir baik dalamimplementasi model pembelajaran DIBeKmaupun implementasi metode praktikum plusdiskusi. Dua komponen utamanya adalah hasilmonitoring dan hasil evaluasi. Dalam komponenhasil monitoring ditampilkan hasil monitoringberupa kebenaran konsep setiap jawabanpertanyaan berbasis hasil diskusi kelas, keputusanrevisi dan keterangan sebagai tempat catatandosen untuk pedoman revisi. Dalam komponenhasil evaluasi dicantumkan bobot penilaian setiapkesimpulan jawaban pertanyaan, skor tiapkesimpulan jawaban pertanyaan mahasiswa danskor total mahasiswa.c. Lembar monev laporan praktikum. Lembar initerdiri dari komponen hasil monitoring dan hasilevaluasi. Hasil monitoring utnuk komponenkomponenlaporan praktikum mahasiswa sesuaitagihan tugas. Berdasarkan hasil monitoringdapat diketahui: keputusan revisi dan komentardosen pedoman revisi. Dalam komponen hasilevaluasi dapat diketahui bobot penilaian setiapkomponen laporan, skor tiap komponen laporandan skor total laporan mahasiswa.Implementasi semua instrumen monev ini bertujuanuntuk mencapai target utama PPF yaitu mahasiswamampu meningkatkan kemampuan menganalisis danmengkreasi.Instrumen EvaluasiUntuk mengetahui sejauh mana efektivitas dandampak PPF di lapangan maka perlu disusuninstrumen evaluasi sebagai berikut: (a) 40 soal tesuntuk mengetahui peningkatan kemampuanmenganalisis dan kemampuan mengevaluasimahasiswa; (b) Lembar observasi aktivitas dosen danmahasiswa untuk mengetahui kinerja dosen danmahasiswa selama melakukan kegiatan pembelajaransesuai tuntutan skenario pembelajaran; (c) Angketpemahaman dan keterbacaan tugas pendahuluan,petunjuk praktikum dan LKM; dan (d) Kuesionerpengukur respon mahasiswa terhadap pelaksanaanstrategi PPF.F 72

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Untuk menyusun soal tes, harus disusun lebihdulu kisi-soal sebagai pedoman pembuatan soal. Didalam kisi-soal diperoleh deskripsi tentang nomor danjumlah soal yang dirumuskan, materi evaluasi dantingkat kemudahan butir soal. Materi evaluasiefektivitas PPF adalah sub-indikator kemampuanberpikir yang terkait konsep fisika. Sub-indikator inidiperoleh dengan cara mengkaitkan konsep fisikasebuah pokok bahasan dengan sub-indikatorkemampuan berpikir yang dicapai melaluipelaksanaan strategi PPF. Berbekal kisi-soal makadapat diketahui karakter tiap butir soal yang ditulissesuai kepentingan.Lembar observasi aktivitas dosen dan mahasiswadidesain berdasarkan aspek-aspek aktivitas dosen danmahasiswa yang muncul dalam implementasi strategiPPF. Penyusunan dilakukan dengan mempelajaritahapan kegiatan yang ada dalam strategi PPF. Setiapaspek yang diobservasi mendapat penilaian dalamskala 0 (terendah) sampai dengan 5 (tertinggi).Berdasarkan lembar ini, seorang observer dapatmemberi penilaian dosen selaku implementor strategiPPF dan seluruh mahasiswa selaku objek dan targetpembelajaran. Hasil penilaian diolah secara kuantitatifuntuk mengetahui indeks penilaian terhadap aktivitasdosen dan mahasiswa secara keseluruhan.Angket penilaian tugas pendahuluan, pemahamanpetunjuk praktikum dan pemahaman LKM disusununtuk kegiatan evaluasi konten terkait, melaluikegiatan ujicoba terbatas pada beberapa mahasiswa.Kegiatan ini sangat penting untuk mendapat masukanatau saran perbaikan agar fasilitas pendukung PPFsesuai peruntukannya, yaitu mampu mengembangkankemampuan menganalisis dan mengevaluasi pebelajar.Fasilitas pendukung berkualitas akan mengkondisikanmahasiswa sebagai pebelajar secara mudah mencapaisasaran pembelajaran. Angket pemahaman LKM danpetunjuk praktikum untuk menjaring pendapatmahasiswa prihal B: Bisa dipahami atau S: Sulitdipahami dan saran perbaikannya. Sedangkan angketpenilaian tugas pendahuluan untuk menjaringpendapat mahasiswa prihal tingkat kesulitan, tingkatketerbacaan, tingkat efektivitas kalimat soal, dantingkat keterkaitan soal dengan materi yang disajikan.Penilaian dalam kategori Tinggi, Sedang dan Rendah.Kuesioner penjaring tanggapan mahasiswaterhadap pelaksanaan strategi PPF didesainberdasarkan kisi-kuesioner, yang menjelaskan aspekyang diukur berdasarkan pendapat mahasiswa.Berdasarkan informasi ini dapat ditentukan jumlahpernyataan penyusun isi kuesioner. Kuesionerdilaksanakan dengan meminta pendapat langsung,yaitu mahasiswa membaca setiap pernyataan dalamkolom uraian, lalu memberi check list berupa: SS(Sangat Setuju), S (Setuju), TS (Tidak Setuju), danSTS (Sangat Tidak Setuju). Berdasarkan hasil rekapdapat ditentukan persentase tanggapan mahasiswaterhadap pelaksanaan strategi PPF.SIMPULAN DAN SARANBerdasarkan hasil analisis deskriptif di atasdapat disimpulkan:1. Strategi PPF untuk meningkatkan kemampuanmenganalisis dan mengevaluasi mahasiswaJurusan Teknik Kimia POLBAN terdiri atas 5komponen dan 20 sub-komponen.2. Implementasi strategi PPF melalui modelpembelajaran DIBeK, metode Praktikum plusDiskusi dan monev aktivitas mahasiswa.Evaluasi melalui tes kemampuan berpikir,observasi aktivitas dosen dan mahasiswa, angkettanggapan mahasiswa terhadap strategi PPF,angket pemahaman mahasiswa terhadappetunjuk praktikum dan lembar kerja mahasiswadan angket penilaian mahasiswa terhadap tugaspendahuluan.3. Skenario model pembelajaran DIBeK terdiriatas tahap pendahuluan, kegiatan inti dan tahappenutup. Kegiatan inti terdiri atas: menyajikanmasalah dan skema penyelesaian masalah kasadengan demonstrasi, bekerja dan diskusikelompok, presentasi kelompok dan diskusikelas, memberi penghargaan.4. Skenario Metode Praktikum plus Diskusi terdiriatas kegiatan praktikum dan kegiatan diskusisecara terpisah. Kegiatan praktikum dipandupetunjuk praktikum dan diakhiri denganpembuatan laporan. Kegiatan diskusi terdiriatas: dosen menyajikan masalah secara lisan,bekerja dan diskusi kelompok, presentasikelompok dan diskusi kelas, dan memberipenghargaan.Saran bagi kegiatan setipe, ketika menganalisis aspekpenting sebagai dasar berpikir untuk perancanganstrategi program perkuliahan fisika, sebaiknya jugamemperhatikan referensi peralatan laboratorium yangada di prodi terkait. Ini memberi peluang bagiterlaksananya kegiatan pembelajaran fisika yangmendukung pelaksanaan pembelajaran mata kuliahlanjutan di prodi.SUMBER PENDANAANKaril ini bagian diseminasi riset multi-tahunHiber Direktorat Penelitian dan Pengabdian KepadaMasyarakat Tahun 2012 SK Direktur POLBAN No.0841/PL1.R/PL/2011 Tanggal 7 Maret 2012.DAFTAR PUSTAKAAnderson, L.W. et. al. (2001). A Taxonomy forLearning, Teaching, and Assessing: ARevision of Bloom’s Taxonomy ofEducational Objectives. New York: AddisonWesley Longman Inc.Bolotin, M. M. (2007). Can Student Learn fromLecture Demonstrations? The Role and Placeof Interactive Lecture in Large IntroductoryScience Course. Journal of College ScienceTeaching. 36, (4), 45-49.F 73

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Ibrahim, Muslimin dkk. (2000). PembelajaranKooperatif. Surabaya: Universitas NegeriSurabaya Press.Karuru, Perdi. (2003). Meningkatakan KetrampilanProses Siswa Melalui PendekatanPembelajaran Kooperatif Tipe Student TeamAchievement.(www.depdignas.go.1d/jurnal/45, 15 Maret2009).Kompetensi Lulusan Prodi Jurusan Teknik KimiaPOLBAN, (2011).Website: www.polban.ac.id/jurusan.htmldiakses tanggal 1 Oktober 2011.Nurhadi. (2004). Kurikulum 2004 Pertanyaan danJawaban. Jakarta: Grasindo.Redish, Edward F. and K. Smith. (2008). “LookingBeyond Content: Skill Development forEngineers,” Journal of Engineering Education,97, (3), 295-307.Sukmadinata, N.S. (2005). Landasan Psikologi ProsesPendidikan. Bandung: PT RosdakaryaWiyanto, Kiswanto & Linuwih, S. (2005).“Pengembangan Kompetensi Dasar BersikapIlmiah melalui Kegiatan LaboratoriumBerbasis Inkuiri bagi Siswa SMA.” JurnalPendidikan Fisika Indonesia, 3, (3).Yusuf. (2003). Pembelajaran Kooperatif Tipe STADUntuk Meningkatkan Hasil Belajar Siswa.(www.damandiri.or.id/file/yusufunsbab2.pdf,15 Maret 2009).F 74

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Berpikir Tingkat Rendah Menuju Berpikir Tingkat TinggiKus Andini Purbaningrum 11 Program Studi Pendidikan Fisika FKIP Universitas PGRI PalembangEmail: andini_purbaningrum@yahoo.comAbstrakDalam berpikir, manusia akan melibatkan keseluruhan kepribadian, perasaan dan kehendaknya dalammemahami sesuatu yang dialami atau menemukan solusi dari masalah yang dihadapi. Secara sederhana,berpikir adalah memproses informasi secara mental atau kognitif yang dimulai dari tingkat rendah (lower orderthinking) menuju tingkat tinggi (higher order thinking). Pada tulisan sederhana ini, dibahas sekilas tentangbagaimana memproses informasi secara mental atau kognitif yang sesuai dengan kedua tingkatan tersebut.Kata kunci : berpikir, berpikir tingkat rendah, berpikir tingkat tinggiPENDAHULUANPerkembangan yang sangat pesat pada IlmuPengetahuan dan Teknologi (IPTEK) saat ini,dilandasi oleh penguasaan terhadap keterampilanberpikir. Kemampuan dalam meningkatkanketerampilan berpikir tidak lepas dari kemampuanseseorang dalam memproses informasi secara mentalatau kognitif, yang dimulai dari level yang rendahhingga level yang tinggi.Berdasarkan hal tersebut, diperlukan acuan yangdapat mengungkapkan level dari kemampuanseseorang dalam berpikir. Untuk kepentingantersebut, Benyamin S. Bloom dan kawan-kawanmembagi daerah kognitif menjadi 6 aspek yangtersusun berurutan mulai dari yang sederhana(mudah) hingga yang kompleks (sukar), yaitu:1. pengetahuan (knowledge),2. pemahaman (comprehension),3. aplikasi (application),4. analisis (analysis),5. sintesis (synthesis),6. evaluasi (evaluation).(Djaali, 2008)Sementara itu, Lorin Anderson, seorang mantanmahasiswa Bloom, meninjau kembali ranah kognitifdalam taksonomi bloom pada pertengahan sembilanpuluhan dan membuat beberapa perubahan, dengandua hal yang paling menonjol, yaitu mengubah namadari ke-enam aspek tersebut dari kata benda (noun) kebentuk kata kerja (verb), dan sedikit menata ulang keenamaspek tersebut.Taksonomi baru ini mencerminkan bentuk yanglebih aktif berpikir dan mungkin lebih akuratdibandingkan sebelumnya. Anderson menempatkanmenciptakan (creating) sebagai level keterampilanberpikir tertinggi. Menurutnya, keterampilanmenciptakan adalah implementasi dan aktualisasi darikreativitas berpikir. Berikut ini (Gambar 1) adalahperubahan dari ranah kognitif dalam taksonomi bloomtersebut. (Krathwohl, 2002)Gambar 1. Perubahan Taksonomi BloomBERPIKIR (THINKING)Berpikir merupakan suatu proses dari kegiatanmental yang melibatkan fungsi kerja otak. Walaupundemikian, sesungguhnya pikiran seseorang lebih darisekedar fungsi kerja salah satu jaringan tubuhtersebut. Hal ini disebabkan oleh adanya keterkaitanantara keseluruhan sifat kepribadian seseorang denganperasaan dan kehendaknya untuk menentukankepentingannya dalam berpikir.Dalam berpikir, seseorang akan memusatkanpikiran tentang perihal tertentu, baik nyata maupuntidak nyata, sehingga secara sadar memilikipengetahuan mengenai perihal tersebut. Sebagaicontoh, seorang ilmuwan terkemuka, Albert Einsteinmemikirkan dirinya sedang berada pada seberkascahaya. Sehingga, segala sesuatu yang terpusat dalampikiran merupakan suatu perihal yang tidak nyata,namun mengetahui secara sadar bagaimana keadaanperihal tersebut terjadi.Berpikir juga berarti suatu proses yang rutindalam memahami sesuatu yang dialami atau mencarijalan keluar dari persoalan yang sedang dihadapi.Berjerih-payah secara mental untuk memecahkanmasalah dengan menghubungkan suatu pengetahuandengan yang lain sehingga memperoleh solusi darimasalah tersebut.Berdasarkan penjelasan tersebut, terdapat tigapandangan dasar tentang berpikir, yaitu (1) berpikiradalah kognitif, yaitu timbul secara internal dalampikiran tetapi dapat diperkirakan dari perilaku, (2)berpikir merupakan sebuah proses yang melibatkanbeberapa manipulasi pengetahuan dalam sistemkognitif, dan (3) berpikir diarahkan dan menghasilkanF 75

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8perilaku yang memecahkan masalah atau diarahkanpada solusi (Ismienar. 2009).Secara sederhana, berpikir adalah memprosesinformasi secara mental atau secara kognitif. Secaralebih formal, berpikir adalah penyusunan kembaliatau manipulasi kognitif baik informasi maupunsimbol-simbol yang tersimpan dalam memori jangkapanjang pada ingatan seseorang. Namun, ketikainformasi yang dibutuhkan untuk proses pemecahanmasalah belum dapat dihadirkan dalam pikiran kita,maka akan timbul masalah di dalam prosespemecahan masalah tersebut. Oleh sebab itu,mengingat suatu pengetahuan tentang perihal tertentumerupakan landasan utama dalam berpikir. Sehingga,level keterampilan berpikir terendah adalahmengingat (remembering) terhadap perihal tertentu.Berdasarkan tingkatan proses, berpikir dibagimenjadi 2 tingkat yaitu berpikir tingkat rendah(lower-order thinking) dan berpikir tingkat tinggi(higher-order thinking). Pada dasarnya keduatingkatan berpikir tersebut mengacu pada taksonomibloom yang terdiri dari 6 aspek (Ganbar 2). Tigaaspek pertama yaitu mengingat (remembering),memahami (understanding), dan menerapkan(applying) merupakan kemampuan berpikir tingkatrendah (LOT). Tiga aspek berikutnya yaitumenganalisis (analyzing), mengevaluasi (evaluating),dan mengkreasi (creating) merupakan kemampuanberpikir tingkat tinggi (HOT). (Anderson, 2001)BERPIKIR TINGKAT RENDAH (LOT)Mengingat (Remembering)Berdasarkan penjelasan sebelumnya, mengingattentang perihal tertentu merupakan tingkatketerampilan berpikir paling rendah/dasar. Sehinggadalam berpikir, seseorang akan dituntut untukmemiliki aspek kognitif yang paling dasar ini. Dengankata lain, mengingat merupakan kebutuhan mendasardalam berpikir.Gambar 2. LOT dan HOTDalam mengingat, seseorang akan berusahamengenali atau mendapatkan kembali pengetahuandari memori jangka panjang yang sesuai dengansesuatu yang dihadirkan dalam benaknya. Sehingga,terdapat dua hal yang berkaitan dengan proseskognitif dasar ini yaitu mengenali (recognizing) danmemanggil kembali (recalling). Sedangkanpengetahuan yang diperoleh kembali dalam proseskognitif dasar ini adalah fakta, konsep, prosedur, ataukombinasi diantaranya.Sebagai contoh, jika seseorang mempelajaripadan kata bahasa Inggris dari kata bahasa Indonesia,maka sebuah pengujian diberikan untuk mengingatperihal tersebut. Pengujian tersebut dapat berupapencocokan kata-kata bahasa Indonesia dalam satudaftar dengan padan kata bahasa Inggris dalam daftarkedua (berkaitan dengan mengenali) atau menulis katabahasa Inggris yang sesuai dengan kata-kata bahasaIndonesia dalam satu daftar (berkaitan denganmemanggil kembali).Mengenali (Recognizing)Mengenali merupakan upaya mengidentifikasiinformasi yang dihadirkan. Dalam proses mengenali,seseorang menyelusuri ingatan yang dimiliki untuksebuah bagian informasi yang memiliki kesamaandengan informasi yang dihadirkan. Ketika dihadirkandengan informasi yang baru, seseorang akanmenentukan apakah informasi itu dapat disamakandengan pengetahuan yang telah diperoleh sebelumnyaatau tidak. Sehingga, seseorang akan mencarikecocokan antara informasi yang baru denganpengetahuan yang telah diperoleh sebelumnya.Terdapat tiga metode utama dalam menerapkansebuah proses mengenali, yaitu dengan pembuktian,pencocokan, dan pilihan yang terbatas. Dalam prosesmengenali dengan pembuktian, seseorang dihadirkandengan informasi, kemudian diminta untukmenentukan benar atau salah terhadap informasitersebut. Format penilaian dengan benar atau salahadalah contoh yang paling biasa digunakan. Sebagaicontoh, dalam bidang sosial, informasi yang dikenalioleh seseorang tentang tanggal yang benar dari suatuperistiwa penting dalam sejarah Indonesia. Pertanyaanyang sesuai adalah: benar atau salah, pernyataankemerdekaan Indonesia adalah pada tanggal 17Agustus 1945.Dalam proses mengenali dengan pencocokan,seseorang dihadirkan dengan dua daftar yang berbeda,kemudian diminta untuk memilih setiap bagian darisalah satu daftar yang cocok /sesuai dengan satubagian dari daftar yang lain. Sebagai contoh, dalambidang olahraga, informasi yang dikenali olehseseorang tentang olahragawan Indonesia denganolahraga yang dikuasai. Pertanyaan yang sesuaiadalah tes mencocokan setiap nama olahragawandalam daftar yang satu dengan sebuah daftar lain yangberisi olahraga yang dikuasai.Dalam proses mengenali dengan pilihan ganda,seseorang dihadirkan dengan sebuah pokok soal (stemof item) dengan pilihan jawaban (option) yangtersedia. Pokok soal berupa pernyataan/informasi danpertanyaan sedangkan pilihan jawaban berupa kuncijawaban dan pengecoh (distracters). Seluruh pilihanjawaban harus memiliki kemungkinan yang samauntuk dipilih, sehingga seseorang harus memilihF 76

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8jawaban yang paling benar dari pilihan jawabanlainnya. (Sukardi, 2010) Sebagai contoh, dalammatematika, informasi yang dikenali oleh seseorangtentang jumlah bidang dalam bentuk geometri ruang.Pertanyaan yang sesuai adalah sebuah tes pilihanganda dengan pokok soal sebagai berikut: ‘Berapabanyak sisi yang dimiliki oleh sebuah prismasegiempat?’ dengan pilihan jawaban: (a) 5, (b) 6, (c) 7dan (d) 8.Memanggil Kembali (Recalling)Memanggil kembali merupakan upayamendapatkan kembali informasi yang relevan darimemori jangka panjang ketika diberikan sesuatu yangmendesak untuk diselesaikan. Sering kali hal yangmendesak itu adalah sebuah pertanyaan. Dalam prosesmemanggil kembali, seseorang menyelusuri memorijangka panjang untuk mencari suatu bagian informasidan membawa bagian informasi tersebut ke dalammemori kerja dimana semua informasi itu diproses.Terdapat berbagai metode dalam menerapkanproses memanggil kembali. Namun, terdapat dua jenispertanyaan yang dapat menimbulkan prosesmemanggil kembali tersebut, yaitu dengan perkenalanrendah dan perkenalan tinggi. Dengan perkenalanrendah, seseorang tidak diberikan tanda/petunjuk atauinformasi yang berhubungan. Sebagai contoh, “apayang dimaksud dengan elektron?’. Sedangkan denganperkenalan tinggi, seseorang diberikan tanda/petunjukatau informasi yang berhubungan. Sebagai contoh,“Dalam sistem atomik, sebuah elektron adalah …”.Mengerti (Understanding)Jika sasaran utama berpikir adalah meningkatkaningatan, maka semua proses dalam berpikir akanterpusat hanya pada Mengingat (Remembering).Namun, ketika sasaran utama dalam berpikir adalahmeningkatkan transaksi antara sesuatu yangdihadirkan dengan memori yang dimiliki, makaproses berpikir akan terpusat pada pergerakan menujulima proses kognitif selanjutnya, yakni Memahami(Understanding) menuju Mengkreasi (Creating).Sehingga, kategori paling dasar dalam transaksitersebut adalah Memahami (Understanding).Seseorang dapat dikatakan memahami terhadapsesuatu, jika mampu membangun arti dari sesuatutersebut, baik secara lisan, tulisan/gambar maupunkomunikasi yang sebenarnya. Dengan kata lain,mampu membangun hubungan antara suatupengetahuan baru yang diperoleh dengan pengetahuanyang telah dimiliki sebelumnya. Secara lebih rinci,pengetahuan baru yang diterima akan dihubungkandengan skema/bagan yang telah ada. Proses kognitifdalam kategori memahami mencakup beberapakognitif berikut ini.Menginterpretasikan (Interpreting)Ketika seseorang mampu mengubah informasidari suatu gambaran manjadi gambaran lain, maka diatelah Menginterprestasikan (Interpreting) informasitersebut. Menginterpretasikan merupakan kegiatanmengubah kata menjadi kata lain, gambaran menjadikata atau sebaliknya, angka menjadi kata atausebaliknya, dan seterusnya. Sebagai contoh, ketikaseseorang diberikan informasi dalam bentuk datayang berupa angka, maka dia akan mampu menggantiinformasi itu menjadi bentuk lain, seperti misalnyadengan rangkaian kata-kata yang dikarang sendiri.Terdapat dua jenis pertanyaan yang dapatmenimbulkan proses menginterpretasikan, yaitumembangun respon (memberikan jawaban) danmemilih respon (memilih jawaban). Informasidiberikan dalam satu daftar, kemudian diminta untukmemberikan jawaban atau memilih jawaban dalamdaftar yang berbeda.Sebagai contoh, pertanyaan untuk membangunrespon adalah: “Tuliskan sebuah persamaan yangsesuai dangan pernyataan berikut! Misalkan Ymelambangkan total biaya dan X melambangkanmassa dalam satuan pon. Sedangkan diketahui totalbiaya untuk mengeposkan sebuah paket adalahRp.20.000,00 untuk pon pertama, kemudian akanditambah Rp.15.000,00 untuk tambahan ponselanjutnya.”Sedangkan pertanyaan untuk memilih jawabanadalah: “Misalkan Y melambangkan total biaya dan Xmelambangkan massa dalam satuan pon. Sedangkandiketahui total biaya untuk mengeposkan sebuahpaket adalah Rp.20.000,00 untuk pon pertama,kemudian akan ditambah Rp.15.000,00 untuktambahan pon selanjutnya. Persamaan yang sesuaidengan pernyataan tersebut adalah … (a)T=Rp.35.000+P, (b) T=Rp.20.000+ Rp.15.000(P), (c)T= Rp.20.000+ Rp.15.000(P-1)”.Seseorang akan menginterprestasikan informasitertentu jika informasi tersebut merupakan sesuatuyang baru baginya. Sesuatu yang baru disini adalahinformasi yang tidak ditemui dalam proses belajarmenginterprestasikan informasi sebelumnya. Kerenajika tidak demikian, maka kemungkinan besar akanmuncul proses kognitif yang berupa mengingat(remembering) saja. Sehingga diperlukan sesuatu halyang baru untuk dapat terus mengasah kemampuanmenginterpretasikan seseorang. Kondisi ini berlakujuga bagi kategori lain dalam proses kognitif selainmengingat (remembering). Sehingga, jika inginmembuka jalan menuju proses kognitif yang lebihtinggi, maka seseorang harus membiasakan diri untuktidak mengandalkan ingatan saja.Menerangkan dengan contoh (Exemplifying)Menerangkan dengan contoh terjadi ketikaseseorang mampu memberikan suatu gambaran yangmerupakan contoh atau perumpamaan dari suatukonsep atau prinsip tertentu. Menerangkan dengancontoh terkait dengan melukiskan ciri-ciri dari suatukonsep atau prinsip tersebut dan menggunakan ciriciritersebut untuk menyeleksi atau membangunsebuah contoh yang spesifik. Sebagai contoh, jikaseseorang telah mampu melukiskan ciri-ciri darisebuah segitiga siku – siku dan mampu menyeleksisegitiga mana saja yang merupakan segitiga siku –siku, maka dia telah mampu memahami ciri-ciri dariF 77

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8segitiga siku – siku dalam kategori menerangkandengan contoh.Untuk dapat menimbulkan suatu proses kognitifmemahami dalam kategori menerangkan dengancontoh tersebut, seseorang diberikan sebuah konsepatau prinsip tertentu kemudian diminta untukmenyeleksi atau memberikan suatu contoh atauperumpamaan dari konsep atau prinsip tertentu.Permintaan tersebut tentunya tidak ditemui selamamempelajari konsep atau prinsip tersebut. Kerena jikatidak demikian, maka seperti telah dijelaskansebelumnya, bahwa akan ada kemungkinan besarmemunculkan proses kognitif yang berupa mengingat(remembering) saja.Permintaan menerangkan dengan contoh jugadapat berupa pertanyaan yang membangun respon(memberikan jawaban) atau memilih respon (memilihjawaban). Pertanyaan dengan format membangunrespon, mengharuskan seseorang menciptakan sebuahcontoh atau perumpaan baru yang berbeda darisebelum, sedangkan pertanyaan dengan formatmemilih respon, mengharuskan seseorang untukmemilih sebuah contoh dari pilihan yang diberikan.Sebagai contoh, dalam ilmu fisika material, jikaseseorang telah mampu menentukan zat yang mudahterbakar dan dapat mengatakan alasan mengapademikian, maka dia telah mampu menerangkandengan contoh dari pertanyaan dengan formatmembangun respon. Sedangkan untuk pertanyaandengan format memilih respon dapat seperti: “Manayang merupakan suatu zat yang mudah terbakar? (a)besi, (b) minyak, (c) air.Menggolongkan (Classifying)Menggolongkan terjadi ketika seseorang mampumengenali sesuatu untuk masuk dalam kategoritertentu. Menggolongkan terkait dengan mendeteksiciri-ciri atau pola yang ada sehingga tergolong dalamkategori tertentu. Menggolongkan adalah sebuahproses yang dapat melengkapi proses menerangkandengan contoh (Exemplifying). Diketahui bahwamenerangkan dengan contoh dimulai dengan konsepumum atau prinsip dan diakhiri dengan permintaanuntuk menemukan contoh atau perumpamaan yangsesuai, sedangkan menggolongkan dimulai dengancontoh atau perumpamaan dan diakhiri denganpermintaan untuk menemukan konsep umum atauprinsip yang sesuai.Permintaan menggolongkan juga dapat berupapertanyaan yang membangun respon (memberikanjawaban) atau memilih respon (memilih jawaban).Pertanyaan dengan format membangun respon,mengharuskan seseorang menempatkan suatu contohatau perumpamaan yang diberikan ke dalam satu daribanyak kategori yang ada. Sebagai contoh, dalamilmu biologi, jika seseorang telah mampumenggolongkan spesies dari berbagai hewanprasejarah yang dimulai dengan memberikanbeberapa gambar dari hewan prasejarah, maka diatelah mampu menggolongkan dari pertanyaan denganformat membangun respon. Sedangkan untukpertanyaan dengan format memilih respon, dimintauntuk memilih beberapa jawaban yang diberikan.Seluruh pilihan jawaban tersebut berupa macammacamspesies hewan prasejarah.a. Meringkaskan (Summarizing)Meringkas terjadi ketika seseorang mampumembuat rangkuman atau intisari yang dapatmenunjukkan gambaran dari informasi yangdihadirkan. Meringkas terkait denganmembangun suatu gambaran dari informasi,seperti membangun rangkaian kata yangmenunjukkan maksud dari adegan dari suatupertunjukan, atau menentukan intisari darisuatu rangkaian kata itu, seperti menentukansebuah tema dari suatu paragraf.Permintaan meringkas juga dapat berupapertanyaan dengan format membangun respon(memberikan jawaban) atau memilih respon (memilihjawaban). Pertanyaan dengan format membangunrespon, mengharuskan seseorang menentukan intisariatau tema dari suatu rangkaian kata, sedangkanpertanyaan dengan format memilih respon,mengharuskan seseorang untuk memilih sebuahintisari atau tema dari pilihan yang diberikan. Sebagaicontoh, seluruh format permintaan dimulai denganmembaca sebuah karangan yang tidak memiliki judul.Untuk pertanyaan dengan format membangun respon,diakhiri dengan permintaan untuk menuliskan judulyang tepat, Sedangkan, pertanyaan dengan formatmemilih respon, diakhiri dengan memilih judul yangtepat dari sebuah daftar berisi empat kemungkinanjudul atau barisan judul yang disusun menurutkecocokannya dengan tema dari karangan tersebut.Menduga (Inferring)Menduga terjadi ketika seseorang mampumemperkirakan sesuatu setelah menentukan intisaridari suatu konsep atau prinsip. Menduga terkaitdengan menemukan suatu pola dari sebuah rangkaiancontoh atau perumpamaan dan menggunakan polatersebut untuk menentukan rangkaian contoh atauperumpamaan selanjutnya.Sebagai contoh, ketika diberikan sebuahrangkaian bilangan seperti 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21,seseorang mampu untuk fokus pada urutan nilai setiapangka dibanding ciri-ciri yang menyimpang, sepertibentuk dari setiap angka atau apakah setiap angkaadalah ganjil atau genap. Kemudian, dia mampumembedakan pola dalam rangkaian bilangan, sepertisetelah 2 bilangan yang pertama, setiap bilanganberikutnya adalah jumlah dari dua bilangan terdahulu.Terdapat tiga metode utama dalam menerapkanproses kognitif ini, yaitu dengan penyelesaian,F 78

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8analogi, dan pilihan yang sesuai. Dalam metodepenyelesaian, diberikan sebuah rangkaian dari meteriyang mengharuskan untuk menentukan apa yang akandatang selanjutnya, seperti rangkaian bilangan daricontoh sebelumnya. Dalam metode analogi, diberikansebuah analogi dari kondisi A yang akan berarti Bsehingga jika C maka D, seperti “negara” berarti“presiden sehingga jika “provinsi” maka…. Sehinggadalam metode ini, memberikan atau memilih sebuahhubungan yang pas pada bagian titik-titik tersebutsehingga dapat melengkapi analogi tersebut, seperti“gubernur”. Dalam metode pilihan yang sesuai,diberikan tiga atau lebih materi dan harus menentukanyang mana yang tidak sesuai/termasuk. Sebagaicontoh, diberikan tiga masalah fisika, dimana 2diantaranya terkait dengan satu prinsip dan lainnyaterkait dengan prinsip yang berbeda.Membandingkan (Comparing)Membandingkan terkait dengan mendeteksipersamaan dan perbedaan antara dua atau lebih objek,kejadian, ide, masalah, atau situasi, sepertimendeteksi begaimana sebuah kejadian terkenalseperti suatu kejadian yang biasa terjadi.Membandingkan mencakup menemukan satu per satuhubungan antara elemen/unsur dan pola dalam satuobjek, kejadian atau ide dengan elemen/unsur danpola dalam satu objek, kejadian atau ide yang lain.Dalam membandingkan, ketika diberikanpengetahuan baru, seseorang akan menemukanhubungannya dengan banyak dari pengetahuan yangtelah dikenal. Sebagai contoh, “Bagaimana suatusambungan listrik seperti air yang mengalir melaluisebuah pipa?” Membandingkan juga terkait denganmenemukan hubungan antara dua atau lebih objekyang dihadirkan, kejadian atau ide. Sebagai contoh,seseorang diminta untuk mengatakan dengan rincibagaimana baterai, kawat/kabel, dan resistor dalamsambungan listrik serupa dengan pompa, pipa, dansusunan pipa, berturut-turut dalam sistem aliran air.Menjelaskan (Explaining)Menjelaskan terjadi ketika seseorang mampumembangun dan menggunakan model/bentuk yangmenunjukkan sebab dan akibat dari suatu sistem.Model ini bisa berasal dari suatu formal teori (sepertikasus dalam sains dasar) atau bisa berdasar padapenelitian atau ekperimen (seperti kasus dalam sainssosial dan kemanusiaan). Suatu penjelasan yanglengkap terkait dengan membangun suatu modelsebab dan akibat, mencakup setiap bagiandasar/utama dalam suatu sistem atau setiap kejadianutama dalam rangkaian, dan menggunakanmodel/bentuk itu untuk menentukan bagaimana suatuperubahan dalam satu bagian sistem atau satu “matarantai” dalam rangkaian berakibat pada suatuperubahan dalam bagian lainnya.Dalam menjelaskan, ketika diberikan suatugambaran dari suatu sistem, seseorang menghasilkandan menggunakan model/bentuk sebab akibat darisistem. Sebagai contoh, seseorang yang telahmempelajari hukum Omh, diminta untuk menjelaskanperubahan dengan kecepatan arus ketika suatu bateraikedua ditambahkan dalam rangkaian.Beberapa tugas yang bisa menjadi sasaran atasmenaksirkan kemampuan siswa dalam menjelaskan,yaitu memberi alasan, menebak masalah, merancangkembali, dan meramalkan. Pada memberi alasan,siswa diminta untuk memberikan alasan untuk suatukejadian yang diberikan. Sebagai contoh, “Mengapaudara masuk ke sebuah pompa ban sepeda ketika andamenarik keatas pada tangkai pompa?” Dalammenebak masalah, siswa diminta untuk mendiagnosaapa yang salah pada suatu sistem yang gagal. Sebagaicontoh, “Andaikan anda menarik ke atas dan menekanke bawah pada tangkai dari pompa ban sepedabeberapa waktu tetapi tidak ada udara yang datangkeluar. Apa yang salah?”Dalam merancang kembali, siswa diminta untukmengubah suatu sistem untuk menyelesaikanbeberapa tujuan. Sebagai contoh, “bagaimana bisaanda memperbaiki sebuah pompa ban sepedasedemikian hingga pompa tersebut lebih efesien?”Dalam meramalkan, siswa diminta bagaimana suatuperubahan dalam satu bagian sistem akanmengakibatkan suatu perubahan pada satu bagian laindari sistem tersebut. Sebagai contoh, “Apa yang akanterjadi jika anda meningkatkan diameter dari silinderdi pompa ban sepeda?”Menerapkan (Applying)Menerapkan terkait dengan memainkanpenggunaan prosedur dalam memecahkan masalah.Sehingga, dalam menerapkan harus memenuhipersyaratan mendasar yakni memahami pengetahuandari suatu prosedur. Suatu latihan adalah suatu tugasyang telah diketahui prosedur yang tepat untukdigunakan, sedangkan suatu masalah adalah suatutugas yang pada awalnya tidak tahu prosedur apayang akan digunakan, sehingga siswa harusmenemukan suatu prosedur untuk memecahkanmasalah tersebut. Sehingga kategori menerapkan daridua jenis tugas diatas adalah melaksanakan(executing) – ketika tugas adalah suatu latihan yangdikenal – dan mengimplementasikan (implementing)– ketika tugas masalah yang tidak dikenal.Melaksanakan (Executing)Dalam melaksanakan, tugas yang dikenal seringcukup petunjuk untuk menuntun pilihan terhadapprosedur yang tepat untuk digunakan. Karena dalamtugas yang dikenal tersebut telah diketahui prosedurapa yang harus digunakan untuk menyelesaikan tugastersebut. Sehingga dengan mudah membawa keluarsuatu prosedur pengetahuan untuk menyelesaikantugas.Sebagai contoh, “Tentukan himpunanpernyelesaian dari f(x): x2 + 3x + 2 = 0 denganmenggunakan teknik melengkapkan persamaan.Karena adanya ketentuan prosedur yang digunakandalam menjawab, maka diwajibkan tidak hanya untukF 79

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8menemukan jawaban tetapi juga untuk menunjukkanhasil kerja dalam meyelesaikan tugas tersebut.Mengimplementasikan (Implementing)Mengimplementasikan terjadi ketika seseorangmemilih dan menggunakan suatu prosedur untukmenyelesaikan sebuah tugas yang tidak dikenal.Karena pilihan prosedur yang akan digunakanmerupakan langkah awal dalam menyelesaikan tugastersebut, maka seseorang harus menggali maksudyang diinginkan dari tugas tersebut. Dikarenakandihadapkan dengan tugas yang tidak dikenal, makatidak secara langsung tahu prosedur mana yang adauntuk digunakan. Lagipula, tidak hanya satu proseduryang memiliki kemungkinan untuk digunakan dalammenyelesaikan masalah, melainkan mungkindibutuhkan beberapa modifikasi antara prosedur yangada. Sebagai contoh, suatu situasi sehari-hari yangmerujuk pada suatu persamaan linear yang harusdselesaikan terlebih dahulu sebelum menjawab tugastersebut.BERPIKIR TINGKAT TINGGI (HOT)Menganalisis (Analyzing)Menganalisis terkait dengan menguraikan materike dalam bagian utama materi tersebut danmenentukan begaimana bagian tersebut berhubungansatu bagian yang lain dan dengan keseluruhanstruktur. Kategori dari proses kognitif ini mencakupMembedakan (differentiating), Mengorganisasikan(organising) dan Melengkapkan (attributing).Kategori pertama dari proses kognitif ini menentukanbagian yang relevan atau bagian penting pada materiyang dihadirkan. Sedangkan kategori kedua,mempelajari bagaimana cara materi tersebut diatur.Dan ketegori ketiga, mempelajari tujuan yangmendasari materi tersebut.Membedakan (Differentiating)Kategori ini terkait dengan membedakan bagiandari keseluruhan struktur dalam sudut pandangkepentingan dan kesesuaian dari bagian itu.Membedakan terjadi ketika seseorang membedakaninformasi yang relevan dari yang tidak, atau pentingdari yang tidak, dan kemudian fokus pada informasirelevan atau penting tersebut. Kategori ini berbedadengan kategori membandingkan (comparing), karenadalam membedakan akan menentukan bagaimanastruktur dari bagian yang relevan atau penting saja,sedangkan dalam membandingkan akan menentukanbagian apa saja yang dapat dibandingkan darikeseluruhan struktur tersebut. Sebagai contoh, dalammembedakan apel dan jeruk dalam konteks buah,bagian dalam buah menjadi bagian terpenting danwarna dan bentuk buah menjadi bagian yang tidakpenting. Sedangkan dalam membandingkan, semuaaspek dalam buah tersebut adalah bagian yang pentinguntuk dibandingkan.Mengorganisasikan (Organising)Kategori ini terkait dengan mengidentifikasiunsur/elemen dari komunikasi atau situasi yangdiberikan dan mengetahui bagaimana unsur/elementersebut menjadi suatu struktur yang logis. Dalammengorganisasi, seseorang membangun hubungan/koneksi yang teratur dan logis diantara bagian dariinformasi yang dihadirkan. Mengorganisasikanbiasanya selalu disertai dengan membedakan(differentiating) terlebih dulu. Sehingga awalnyamenentukan beberapa unsur/elemen yang penting ataurelevan kemudian membangun hubungan yang teraturdan logis. Sebagai contoh, setelah menentukan bagiandalam buah menjadi bagian terpenting, kemudianmembangun hubungan dari unsur-unsur pada bagiandalam tersebut.Melengkapkan (Attributing)Kategori ini terjadi ketika seseorang mampumemastikan unsur-unsur dari gambaran, dugaan, nilai,atau tujuan yang mendasari suatu hubungan. Kategoriini terkait dengan suatu proses menentukan tujuan/maksud dari penulis pada unsur/materi yangdihadirkan. Dalam kategori menginterprestasikan dariproses kognitif memahami, seseorang diminta untukmemahami maksud dari materi yang dihadirkan.Sedangkan dalam melengkapkan, seseorang dimintamemperluas pemahaman dasar untuk menduga tujuanatau poin dari gambaran yang mendasari materi/unsurtersebut. Sebagai contoh, menentukan motivasisebuah rangkaian aksi dari karakter/ tokoh dalamsebuah cerita.Mengevaluasi (Evaluating)Proses kognitif ini menegaskan tentang membuatsuatu pendapat dalam kriteria dan standar. Dalamkriteria yang sering digunakan adalah mutu,keefektifan, dan konsisten. Sedangkan dalam standaryang digunakan adalah kuantitatif (jumlah) dankualitatif (kualitas). Kategori dalam mengevaluasiadalah mengecek (checking) – pendapat tentangketetapan internal – dan meninju (critiquing) –pendapat berdasar pada kriteria eksternal.Mengecek (Checking)Kategori ini terkait dengan menguji ketidaktetapaninternal atau kekeliruan dalam suatu prosesatau produk. Kategori ini terjadi ketika seseorangmenguji apakah suatu kesimpulan mengikuti dasarpikiran yang ada atau tidak, apakah suatu datamendukung atau memperkuat suatu hipotesis atautidak, atau apakah materi/unsur yang dihadirkanmemuat bagian yang saling bertentangan satu denganlainnya.Sebagai contoh, menentukan apakah suatukesimpulan dari seorang ilmuwan mengikuti datapengamatan yang diperoleh. Seperti, ketika membacasuatu laporan dari eksperimen fisika kemudianmenentukan apakah kesimpulan yang ada mengikutihasil dari eksperimen yang dilakukan tersebut.F 80

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Meninjau (Critiquing)Kategori ini terkait dengan menilai suatu produkatau operasi (tindakan) berdasar pada kriteria danstandar. Dalam kategori ini, seseorang mampumenuliskan segi positif dan negatif dari suatu produkdan membuat suatu penilaian berdasarkan sedikitbagian saja dari segi tersebut. Kategori ini beradapada inti dari sesuatu yang disebut berpikir kritis.Sebagai contoh, menilai dari dua metode pilihanuntuk menentukan metode mana yang lebih effektifdan effisien untuk memecahkan masalah yangdiberikan. Seperti, menilai apakah metode ini palingbaik untuk menemukan semua faktor prima dari 60atau untuk menghasilkan suatu persamana aljabaryang dapat memecahkan suatu masalah.Mengkreasi (Creating)Proses kognitif ini terkait dengan mengajukanbeberapa elemen secara bersamaan pada keseluruhanbentuk yang logis atau masuk akal. Dalam proses ini,seseorang mampu membuat suatu produk baru yangberasal dari penyusunan kembali beberapa elemenatau bagian menjadi suatu pola atau struktur yangtidak secara jelas dihadirkan sebelumnya.Proses ini bisa terbagi menjadi tiga kategori,yaitu penggambaran masalah – usaha untuk mengertitugas dan menghasilkan suatu kemungkinan solusi,perencanaan solusi – memeriksa berbagaikemungkinan dan menemukan sebuh rencana yangdapat dikerjakan, dan pelaksanaan solusi –melaksanakan rencana dengan sukses. Sehingga,proses ini dimulai dengan memenuhi apa yangdiharapkan dengan alternatif hipotesis berdasarkanpada kriteria (generating), kemudian diikuti denganmerencanakan suatu prosedur untuk memenuhibeberapa tugas (planning), dan diakhiri denganmenemukan suatu produk yang baru (producing).Membangkitkan (Generating)Kategori ini terkait dengan mewakili masalah danmencapai pada pilihan atau hipotesis yang memenuhikriteria tertentu. Seringkali, jalannya suatu masalahpada awalnya mewakili suatu gambaran darikemungkinan solusi, namun terkadang hadir dengangambaran baru dari masalah yang mungkinmemberikan kesan suatu solusi yang berbeda. Ketikamembangkitkan melebihi batasan-batasan ataupembatas dari pengetahuan terdahulu dan teori yangtersedia, maka akan terkait dengan berpikir yangberbeda dan membentuk inti dari apa yang disebutberpikir kreatif. Sebagai contoh, metode alternatif apayang bisa digunakan untuk menemukan sekumpulanangka yang menghasilkan 60 ketika semua angka itudikalikan satu sama lain? Atau suatu hipotesis untukmenjelaskan fenomena yang teramati denganmenuliskan sebanyak mungkin hipotesis yangmenjelaskan pertumbuhan stroberi yang mencapaiukuran luar biasa.Perencanaan (Planning)Ketegori ini terkait dengan merencanakan suatumetode solusi yang memenuhi suatu criteria darimasalah tersebut atau mengembangkan suatu rencanauntuk memecahkan masalah. Perencanaan berhentisejenak pada pelaksanaan langkah-langkah untukmenghasilkan solusi yang sesungguhnya untukmasalah yang diberikan.Sebagai contoh, merencanakan suatu rencanauntuk menentukan volume dari sebuah limasterpotong. Rencana yang akan dilakukan mungkinterkait dengan menghitung volume dari limas yangbesar dan kecil, kemudian mengurangi volume limasyang kecil dari volume limas yang besar.Memproduksi (Producing)Kategori ini terkait dengan melaksanakan rencanauntuk memecahkan masalah yang diberikan denganmemenuhi beberapa spesifikasi tertentu. Dalammemproduksi, seseorang diberikan suatu gambaranfungsional dari suatu tujuan/sasaran dan harusmenghasilkan suatu produk yang memenuhigambaran tersebut. Ini semua adalah melaksanakansuatu rencana pemecahan dari masalah yangdiberikan. Sebagai contoh, mendesain habitat darispesies tertentu dengan tujuan tertentu pula.DAFTAR PUSTAKAAnderson, dkk. 2001. A Taxonomi for LearningTeaching and Assessing. New York. WesleyLongman, Inc.Djaali. 2008. Psikologi Pendidikan. Jakarta. BumiAksaraIsmienar, dkk. 2009. Thinking. Malang. UniversitasNegeri MalangKrathwohl, dkk. 2002. A revision of Bloom’sTaxonomy: an overview-Theory Into Practice,College of Education, The Ohio StateUniversity Learning Domain or Bloom’sTaxonomy: The Three Types of Learning.(diakses:www.nwlink.com/-donclark/hrd/bloom.html)Sukardi. 2010. Evaluasi Pendidikan: Prinsip danOperasionalnya. Jakarta. Bumi AksaraF 81

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGEMBANGAN PERANGKAT PEMBELAJARAN FISIKA SMP PADA MATERIHUKUM-HUKUM NEWTON YANG MENGINTEGRASIKAN PERILAKUBERKARAKTERLaily MaghfirotunnisaEmail: Mei_Nysha@yahoo.comABSTRAKPenelitian ini bertujuan untuk mengembangkan Perangkat Pembelajaran yang mengintegrasikan PerilakuBerkarakter dalam Pembelajaran Fisika SMP dengan menggunakan model pengembangan 4-D yang direduksimenjadi 3-D, yaitu Define, Design, and Develop. Kualitas Perangkat Pembelajaran yang dihasilkan meliputi:validitas berkategori baik dan layak digunakan. Uji tingkat kesulitan Buku Ajar Siswa (BAS) dan LembarKegiatan Siswa (LKS) masing–masing sebesar 9 %, dan 9 %. Uji keterbacaan BAS dan LKS masing-masingsebesar 98,7 % dan 97,3 %. Hasil Implementasi pembelajaran meliputi: keterlaksanaan RPP selama tiga kalipertemuan berkategori baik, Perilaku berkarakter berkategori positif, dan siswa melakukan penilaian diri yangpositif. Diperoleh perangkat yang valid serta mampu menanamkan karakter yang baik pada siswa danmeningkatkan hasil belajar siswa SMP.Kata kunci: Perangkat Pembelajaran, Perilaku Berkarakter dan Pembelajaran Fisika SMPA. PENDAHULUANI. LATAR BELAKANGPendidikan nasional bertujuan untukmengembangkan potensi peserta didik agar menjadimanusia yang beriman dan bertakwa kepada TuhanYang Maha Esa, berakhlak mulia, sehat, berilmu,cakap, kreatif, mandiri, dan menjadi warga negarayang demokratis serta bertanggung jawab.Berdasarkan fungsi dan tujuan pendidikan nasional,jelas bahwa pendidikan di setiap jenjang, termasukSekolah Menengah Pertama (SMP) harusdiselenggara kan secara sistematis guna mencapaitujuan tersebut. Namun, dalam dunia pendidikanmasih ada kalangan pendidik yang menyatakan bahwakeberhasilan pendidikan hanya diukur daritercapainya target akademis siswa. Karena itu wajarjika sebagian mereka ada yang me ngajar hanyadengan orientasi bahwa siswa harus mendapatkannilai akademis setinggi-tingginya jika ingin dianggaptelah berhasil. Karena itulah, keberadaanpembelajaran nilai-nilai moral dan karakter mulaidipertanyakan kembali.Pendidikan karakter hendaknya ditanamkansecara terintegrasi ke dalam setiap pembelajaran.Pendidikan pada hakikatnya adalah perubahanperilaku. Pada dasarnya kegiatan pembelajaran, selainuntuk menjadi kan peserta didik menguasaikompetensi (materi) yang ditargetkan, juga dirancanguntuk menjadikan peserta didik mengenal,menyadari/peduli, dan menginternalisasi nilai-nilaidan menjadikannya perilaku. Perilaku individu pesertadidik dipengaruhi oleh perilaku kelompok, lingkungandan kualitas kehidupan di sekolah. Kualitas kehidupansekolah biasanya dapat tertampilkan dalam bentukbagaimana pemimpin sekolah, pendi dik, dan tenagakependidikan bekerja, belajar, dan berhubungan satusama lainnya, sebagai mana telah menjadi tradisisekolah (Kemdiknas, 2010), dan dalam setiap tradisisekolah, idealnya memiliki nilai–nilai tertentu didalamnya.Perkembangan kognitif anak usia SMP, terutamakelas VIII pada hakikatnya berada dalam operasiformal. Siswa sudah dapat memahami konsep-konsepfisika sangat sederhana, dan dipengaruhi oleh obyekobyekvisual. Di sisi lain anak-anak kelas VIII SMPrata-rata berusia 14 tahun dimana masa pubertasterjadi, tidak ada kesenjangan lagi pergaulan antarasiswa laki-laki dan perem puan, dan daya tangkapterhadap pelajaran sangat heterogen (ada yang cepatdan ada yang sangat lambat). Pada usia remajabiasanya keadaan ini akan mendorong remaja berperilaku negatif, maka tidak heran kalau kita lihatperilaku siswa yang senang keluar kelas saatpelajaran, sering terlambat, dan pada giliran nyaadalah menurunnya mutu lulusan SMP. Jadi,pendidikan karakter adalah suatu hal yang urgenuntuk dilakukan. Meningkatkan mutu lulusan SMPtanpa pendidikan karakter nampaknya adalah usahapendidikan yang sia-sia. Berikut merupakan datalulusan di SMP Muhammadiyah 7 Cerme Gresik,seperti terlihat pada Tabel 1.1.Tabel 1.1 Lulusan SMP Muhammadiyah 7 Cerme Gresik dalam 5tahun (2005-2009)No Tahun Lulus(%) Keterangan1 2005 100Semua siswalulus2 2006 991 siswa tidaklulus3 2007 100Semua siswalulus4 2008 100Semua siswalulus5 2009 991 siswa tidaklulusSumber: Data SMP Muhammadiyah 7 Cerme GresikF 82

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Terlepas dari banyak faktor yang menyebabkanmasalah-masalah tersebut timbul khususnya dikelasVIII, sesungguhnya banyak materi IPA di kelas VIIImengajarkan perilaku-perilaku berkarakter, misalmateri fisika pada topik hukum-hukum Newton.Hukum-Hukum Newton merupakan materi pelajaranyang diajarkan pada siswa SMP kelas VIII semesterganjil. Ditinjau dari karakteristik materinya, makaproses pembelajaran yang dapat diterapkan adalahpembelajaran yang berbasis pada keterampilan prosesdan aktivitas siswa. Jika keterampilan prosesditanamkan dengan baik dan sistematis, besarkemungkinan dapat membantu penanaman karakter.Sadar akan hal tersebut, salah satu faktor penentuyang mempengaruhi hasil belajar adalah perangkatpembelajaran atau bahan ajar. Peneliti memandangperlu untuk melakukan suatu penelitian yangberkaitan dengan perilaku berkarakter dalampembelajaran fisika dengan judul “PengembanganPerangkat Pembelajaran Fisika SMP pada MateriHukum-Hukum Newton yang MengintegrasikanPerilaku Berkarakter”.II. RUMUSAN MASALAHBerdasarkan uraian yang telah dikemukakan padalatar belakang di atas maka permasalahan yang timbuldalam penelitian ini sebagai berikut:1. Bagaimana kualitas perangkat pembelajaran yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padaMateri Hukum-Hukum Newton? Kualitas disinidapat diukur dan didapatkan dari sejumlahpertanyaan penelitian berikut:a. Bagaimana validitas isi/kebenaran konsepperangkat pembelajaran yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padaMateri Hukum-Hukum Newton?b. Bagaimana tingkat kesulitan Buku AjarSiswa (BAS) dan Lembar Kegiatan Siswa(LKS) yang mengintegrasikan perilakuberkarakter pada Materi Hukum-HukumNewton?c. Bagaimana tingkat keterbacaan Buku AjarSiswa (BAS) dan Lembar Kegiatan Siswa(LKS) yang mengintegrasikan perilakuberkarakter pada Materi Hukum-HukumNewton?2. Bagaimana proses pembelajaran yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padaMateri Hukum-Hukum Newton?a. Bagaimana keterlaksanaan pembelajaranfisika yang mengintegrasikan perilakuberkarakter pada Materi Hukum-HukumNewton?b. Bagaimana perilaku berkarakter siswaselama pembelajaran fisika yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padaMateri Hukum-Hukum Newton?c. Bagaimana penilaian diri siswa setelahpenerapan pembelajaran fisika yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padaMateri Hukum-Hukum Newton?d. Bagaimana hasil belajar siswa setelahpenerapan pembelajaran fisika yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padaMateri Hukum-Hukum Newton?III. TUJUAN PENELITIANBertolak dari rumusan masalah di atas, makatujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:1. Mendeskripsikan kualitas perangkatpembelajaran yang mengintegrasikan perilakuberkarakter pada Materi Hukum-Hukum Newton.a. Mendeskripsikan validitas isi/kebenarankonsep perangkat pembelajaran yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padaMateri Hukum-Hukum Newton.b. Mendeskripsikan tingkat kesulitan BAS danLKS yang yang mengintegrasikan perilakuberkarakter pada Materi Hukum-HukumNewton.c. Mendeskripsikan tingkat keterbacaan BASdan LKS yang mengintegrasikan perilakuberkarakter pada Materi Hukum-HukumNewton.2. Mendeskripsikan proses pembelajaran yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padaMateri Hukum-Hukum Newton.a. Mendeskripsikan keterlaksanaanpembelajaran fisika yang mengintegrasikanperilaku berkarakter pada Materi Hukum-Hukum Newton.b. Mendeskripsikan perilaku berkarakter siswaselama penerapan pembelajaran fisika yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padaMateri Hukum-Hukum Newton.c. Mendeskripsikan penilaian diri siswa setelahpenerapan pembelajaran fisika yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padaMateri Hukum-Hukum Newton.d. Mendeskripsikan hasil belajar siswa setelahpenerapan pembelajaran fisika yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padaMateri Hukum-Hukum Newton.B. KAJIAN PUSTAKAKarakter dapat diartikan sebagai tabiat yaitu sifatsifatkejiwaan, akhlak atau budi pekerti yangmembedakan seseorang dengan orang lain. Sejatinyatujuan pendidikan secara umum adalah menghasilkanpribadi cerdas dan berkarakter baik (KBBI, 2010).Karakter merupakan kepribadian utuh yangmencerminkan keselarasan dan keharmonisan dariolah hati (jujur, bertanggung jawab), pikir(cerdas), raga (sehat dan bersih) serta rasa dan karsa(peduli dan kreatif). Dengan demikian pendidikanberkarakter merupakan proses pemberian tuntunanpeserta/anak didik agar menjadi manusia seutuhnyayang berkarakter dalam dimensi hati, pikir, raga, sertarasa dan karsa. Peserta didik diharapkan memilikikarakter yang baik meliputi kejujuran, tanggungF 83

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8jawab, cerdas, bersih dan sehat, peduli, dan kreatif(Kemdiknas, 2010).Pembelajaran fisika adalah penerapan ilmu fisikadi kelas dalam berbagai disiplin ilmu dalam bentukmetode pengajaran. Ilmu yang ditemukan dalamberbagai kajian fenomena kehidupan dunia. Telaahilmu fisika meluas dari jagad mikro sampai jagadmakro, mulai dari benda-benda kecil sampai bendabendabesar. Konsep-konsep dasar fisika yangdiajarkan di kelas adalah mekanik, fluida, kinetik,kalor, optik, dan sebagainya (Utomo, 2008).Hukum-Hukum Newton adalah gagasan-gagasanNewton yang dituangkan melalui Hukumnya dalamBuku Ajar Siswa berjudul Philosophiae NaturalisPrincipia Mathemathica atau yang lebih dikenalsebagai Principia, merupakan hukum tentang gerakdan gaya, mengikuti gagasan yang dikemukakan olehGalileo (Krisno, 2007).Teori belajar perilaku dikembangkan oleh IvanPavlov yang dikenal dengan Classical Conditioning(Pengkondisian Klasik). Pavlov dalam (Budayasa,2000) mengklasifikasikan stimulus menjadi:- Stimulus tak terkondisi (unconditioned stimulus):respon tanpa pengkondisian atau tanpa latihanterlebih dulu.- Stimulus netral (neutral stimuli): respon yangtidak mempunyai efek.- Stimulus terkondisi (conditioned stimulus):Stimulus yang mulanya netral dipasangkan denganstimulus tak terkondisi, stimulus netral itumenjadi.Pavlov menunjukkan bagaimana belajar dapatmempengaruhi apa yang sebelumnya dipikirkan orangsebagai perilaku refleksif. Dalam kegiatanpembelajaran, guru membantu membentuk watakpeserta didik. Hal ini mencakup keteladananbagaimana perilaku guru, cara guru berbicara ataumenyampaikan materi, bagaimana guru bertoleransi,dan berbagai hal terkait lainnya. Kegiatanpembelajaran, selain untuk menjadikan peserta didikmenguasai kompetensi yang ditargetkan, jugadirancang dan dilakukan untuk menjadikan pesertadidik mengenal, menyadari, dan menginternalisasinilai-nilai dan menjadikannya perilaku.Untuk menentukan nilai-nilai karakter yang perludikembangkan di SMP, khususnya dalampembelajaran fisika dan ditargetkan untukdiinternalisasi peserta didik, maka SKL SMP danSKL mata pelajaran fisika dapat menjadi rujukan.Tabel 2.1 berikut merupakan substansi nilai karakterberdasar SKL SMP/MTs/SMPLB/PaketB(Kemdiknas, 2010).Tabel 2.1 Substansi Nilai/Karakter pada SKLSMP/MTs/SMPLB/Paket BNo Rumusan SKL Nilai karakterMengamalkan ajaran agama yang1 dianut sesuai dengan tahapIman dan taqwapengembangan2 Menunjukkan sikap percaya diri Adil3Mematuhi aturan-aturan sosial yang Disiplinberlaku dalam lingkungan yang lebih4567891011121314151617181920luasMenghargai keberagaman agama,budaya, suku, ras, dan golongan sosialekonomi dalam lingkup nasionalMencari dan menerapkan informasidari lingkungan sekitar dan sumbersumberlain secara logis, kritis, dankreatifitasMenunjukkan kemampuan berpikirlogis, kritis, kreatif, dan inovatifMenunjukkan kemampuan belajarsecara mandiri sesuai dengan potensiyang dimilikinyaMenunjukkan kemampuanmenganalisis dan memecahkanmasalah dalam kehidupan sehari-hariMendeskripsikan gejala alam dansosialMemanfaatkan lingkungan secarabertanggung jawabMenerapkan nilai-nilai kebersamaandalam kehidupan bermasyarakat,berbangsa, dan bernegara demiterwujudnya persatuan dalam NegaraKesatuan Republik IndonesiaMenghargai karya seni dan budayanasionalMenghargai tugas pekerjaan danmemiliki kemampuan untuk berkaryaMenerapkan hidup bersih, sehat,bugar, aman, dan memanfaatkanwaktu luangBerkomunikasi dan berinteraksi secaraefektif dan santunMemahami hak dan kewajiban diridan orang lain dalam pergaulandimasyarakatMenghargai adanya perbedaanpendapatMenunjukkan kegemaran membacadan menulis naskah pendek sederhanaMenunjukkan keterampilanmenyiamak, berbicara, membaca, danmenulis dalam bahasa Indonesia danbahasan inggris sederhanaMenguasai pengetahuan yangdiperlukan untuk mengikutipendidikan menengah(Kemdiknas, 2010).NasionalistikBernalar dankreatifBernalar dankreatifGigih, tanggungjawabBernalarTerbuka, bernalarTanggung jawabNasionalistik,gotong royongPeduli,nasionalistikTanggung jawab,kreatifBersih dan sehatSantun, bernalarTerbuka, tanggungjawabTerbuka, adilGigih, kreatifGigih, kreatifBervisi, bernalarINTEGRASI PENDIDIKAN KARAKTERDALAM PEMBELAJARANIntegrasi pendidikan karakter di dalam prosespembelajaran dilaksanakan mulai dari tahapperencanaan, pelaksanaan, dan evaluasi pembelajaran.a..Perencanaan PembelajaranPada tahap ini silabus, RPP, dan bahan ajardisusun dan dirancang , agar muatan maupun kegiatanpembelajarannya memfasilitasi dan atau berwawasanpendidikan karakter.b. Pelaksanaan PembelajaranTim Pendidikan Karakter (2010) menyebutkanbahwa kegiatan pembelajaran dari tahapan kegiatanpendahuluan, inti, dan penutup.F 84

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-81) PendahuluanBerdasarkan Standar Proses, pada kegiatanpendahuluan, guru:a) Menyiapkan peserta didik secara psikis dan fisikuntuk mengikuti proses pembelajaran.b) Mengajukan pertanyaan-pertanyaan yangmengaitkan pengetahuan sebelumnya denganmateri yang akan dipelajari;c) Menjelaskan tujuan pembelajaran atau kompetensidasar yang akan dicapai dan.d) Menyampaikan cakupan materi dan penjelasanuraian kegiatan sesuai silabus.2) IntiBerdasarkan (Peraturan Menteri PendidikanNasional Nomor 41 Tahun 2007), kegiatan intipembelajaran terbagi atas tiga tahap, yaitu eksplorasi,elaborasi, dan konfirmasi. Pada tahap eksplorasi,peserta didik difasilitasi untuk memperolehpengetahuan dan keterampilan dan mengembangkansikap melalui kegiatan pembelajaran yang berpusatpada siswa. Pada tahap elaborasi, peserta didik diberipeluang untuk memperoleh pengetahuan danketerampilan serta sikap lebih lanjut melalui sumbersumberdan kegiatan-kegiatan pembelajaran lainnyasehingga pengetahuan, keterampilan, dan sikappeserta didik lebih luas dan dalam. Pada tahapkonfirmasi, peserta didik memperoleh umpan balikatas kebenaran, kelayakan, atau keberterimaan daripengetahuan, keterampilan, dan sikap yang diperoleholeh siswa.3) PenutupKemdiknas (2010) menyebutkan bahwa adabeberapa hal yang perlu diperhatikan agarinternalisasi nilai-nilai terjadi dengan lebih intensifselama tahap penutup.a) Selain simpulan yang terkait dengan aspekpengetahuan, agar peserta didik difasilitasimembuat pelajaran moral yang berharga yangdipetik dari pengetahuan/keterampilan dan/atauproses pembelajaran yang telah dilaluinya untukmemperoleh pengetahuan dan/atau keterampilanpada pelajaran tersebut.b) Penilaian tidak hanya mengukur pencapaian siswadalam pengetahuan dan keterampilan, tetapi jugapada perkembangan karakter mereka.c) Umpan balik baik yang terkait dengan produkmaupun proses, harus menyangkut baikkompetensi maupun karakter, dan dimulai denganaspek-aspek positif yang ditunjukkan oleh siswa.d) Karya-karya siswa dipajang untukmengembangkan sikap saling menghargai karyaorang lain dan rasa percaya diri.e) Kegiatan tindak lanjut dalam bentuk pembelajaranremedi, program pengayaan, layanan konselingdan/atau memberikan tugas baik tugas individualmaupun kelompok diberikan dalam rangka tidakhanya terkait dengan pengembangan kemampuanintelektual, tetapi juga kepribadian.f) Berdoa pada akhir pelajaran.Mata pelajaran fisika secara umum dipersepsisebagai sesuatu yang membosankan, bahkanmenakutkan bagi siswa SMP. Kesan yang timbul padasebagian besar anggapan siswa adalah akibat telahbergesernya cara pembelajaran fisika ke arah yanglebih bersifat abstrak (Basar,2004). Menurut Utomo(2008) fisika adalah ilmu tentang alam dalam maknayang terluas. Fisika mempelajari gejala alam yangtidak hidup atau materi dalam lingkup ruangdan waktu. Para fisikawan atau ahli fisikamempelajari perilaku dan sifat materi dalam bidangyang sangat beragam, mulai dari partikelsubmikroskopis yang membentuk segala materi(fisika partikel) hingga perilaku materi alam semestasebagai satu kesatuan kosmos. Fisika juga berkaitanerat dengan matematika. Teori fisika banyakdinyatakan dalam notasi matematis, dan matematikayang digunakan biasanya lebih rumit daripadamatematika yang digunakan dalam bidang sainslainnya.Hakekat fisika sebagai produk dan hakekat fisikasebagai proses, yakni bahwa penyusunan pengetahuanfisika diawali dengan kegiatan-kegiatan kreatif sepertipengamatan, pengukuran dan penyelidikan ataupraktikum. Penelitian Rustaman (2008) yangdilakukan pada tingkat mahasiswa hasilnyamenunjukkan bahwa praktikum memberikansumbangan nyata dan lebih bermakna untukmengembangkan kemampuan berpikir tingkat tinggi(kritis dan logis) daripada perkuliahan. Praktikumdilakukan untuk memeriksa apakah kesahihan dariteori tentang kejadian dan gejala alam benar terjadi.Memikirkan tentang gejala alam memerlukanpenalaran dengan matematika, tidak mungkin gejalaalam yang tingkatannya rumit tanpa perumusanmatematika. Untuk merumuskan gejala alam dalambentuk matematika diperlukan pengetahuan untukmenterjemahkan gejala-gejala itu kedalam lambanglambangyang terkait dengan hukum-hukum alam.Penalaran ini memerlukan pengetahuan tentang fisika,dimana dalam menalar gejala alam selalu dinyatakandalam besaran-besaran. Besaran dinyatakan denganlambang-lambang, kemudian dikaji hubungan antarbesaran-besaran yang dinyatakan dalam lambanglambangitu, selanjutnya dirumuskan dalam bentukpersamaan matematika.Menurut Soegimin (2011), ada beberapa tahapandalam menalar karakter alam:1. Gejala yang ada dinyatakan dengan lambanglambangyang bermakna yang mendeskripsikangejala-gejala itu.2. Mengkaji hubungan antara besaran-besaran yangtelah dinyatakan dalam lambang-lambang itudengan hukum-hukum alam/fisika dinyatakandalam bentuk persamaan matematika.3. Menyelesaikan persamaan matematika itu denganaturan–aturan yang berlaku dalam matematika.4. Menentukan syarat batas berlakunya gejala alamitu karena tidak semua penyelesaian matematikaitu dapat terjadi di alam.F 85

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-85. Memeriksa apakah yang dihasilkan dalampenyelesaian persamaan matematika besertasyarat-syarat batasnya benar terjadi di alam atautidak, dilakukan eksperimen dengan alat-alatyang memenuhi syarat.C. METODE ANALISIS DATAAnalisis mengenai kualitas perangkatpembelajaran dan analisis mengenai proses serta hasilbelajar dapat diuraikan sebagai berikut:1.Analisis mengenai Kualitas PerangkatPembelajarana. Analisis Validitas Perangkat PembelajaranAnalisis data validitas komponen perangkatpembelajaran dilakukan dengan deskriptif kuantitatifyaitu dengan merata-rata skor tiap-tiap komponen.Hasil skor rata-rata dideskripsikan sebagai berikut:Tabel 3.3 Skor Rata-rata Validitas Perangkat PembelajaranRentang SkorValidasiKesimpulan1,0-1,5 Tidak baik1,6-2,5 Kurang baik2,6-3,5 Baik3,6-4,0 Sangat baik(Hasanah, 2008)KeteranganBelum dapat digunakan,memerlukan konsultasiDapat digunakan denganbanyak revisiDapat digunakan dengan revisisedikitDapat digunakan dengan tanparevisib. Analisis Tingkat Kesulitan Perangkat PembelajaranTingkat kesulitan pembelajaran diukur denganmempresentasekan banyak kata yang dimengertisiswa dibagi dengan banyak kata yang diberi tandadikalikan 100%. Nilai yang didapatkan dianalisissecara deskriptif kuantitatif.c. Analisis Keterbacaan Perangkat PembelajaranNilai presentase tingkat keterbacaan BAS danLKS dianalisis secara deskriptif berdasarkan leveltingkat keterbacaan perangkat sebagai berikut:1) Di atas 50 % “ Mudah” dalam arti pembacamengerti isi bacaan2) Di antara 35 % hingga 50% Agak sukar dalam artipembaca perlu bantuan3) Kurang dari 35 % hingga 35 % sangat sukar dalamarti pembaca tidak mengerti isi bacaan (Heaton,dalam Sitepu, 2010)2.Analisis mengenai Proses dan Hasil BelajarSiswaa.Analisis Keterlaksanaan PembelajaranPenyajian penilaian disajikan dalam bentukterlaksana atau tidak terlaksana, dengan pemberianskor:1 : tidak terlaksana2 : dilaksanakan tapi belum selesai3 : dilaksanakan tapi masih kurang tepat4 : dilaksanakan, sistematis dan selesaiHasil skor rata-rata dideskripsikan pada Tabel 3.4sebagai berikut:Tabel 3.4 Skor Rata-rata Keterlaksanaan PembelajaranRentang SkorValidasiKesimpulan1,0-1,5 Tidak baik1,6-2,5 Kurang baik2,6-3,5 Baik3,6-4,0 Sangat baik(Hasanah, 2008)KeteranganKurang dari 20 %komponen terlaksanaLebih dari 80% komponendilaksanakan tetapi masihbelum selesaiLebih dari 80% komponendilaksanakan tetapi masihkurang tepatLebih dari 80% komponendilaksanakan sistematis danselesaiAdapun skala presentase untuk menentukanketerlaksanaan RPP menggunakan rumus:P = ∑ AX 100 % (Hasanah, 2008)∑ BP = Presentase∑ A = Jumlah skor yang diperoleh∑ B = Jumlah total skorb. Analisis Data Pengamatan Perilaku BerkarakterPerilaku berkarakter siswa dianalisis secaradeskriptif kuntitatif oleh pengamat sesuai skalaberikut:D = memerlukan perhatianC = menunjukkan kemajuanB = memuaskanA = sangat baik(Johnson and Johnson, 2002)c. Analisis Penilaian Diri SiswaKegiatan analisis ini dilakukan menganalisissecara deskriptif kualitatif dengan persentase. Adapunskala persentase yang diperoleh dengan rumus:P = ∑ AX 100 % (Hasanah, 2008)∑ BP = Presentase∑ A = Jumlah skor yang diperoleh∑ B = Jumlah total skord.Analisis Penilaian Hasil Belajar SiswaKegiatan analisis ini dilakukan dengan caramengolah data yang diperoleh diolah dalam bentukpresentase. Adapun skala persentase yang diperolehdengan rumus:P = F X 100 % (Syukur, 2009)NKeterangan :P = PresentaseF = Jumlah nilai yang didapatN = Jumlah nilai maksimalD. HASIL PENELITIANHasil penelitian disusun berdasarkan data yangdiperoleh dari kegiatan ujicoba I yang telahdilaksanakan di SMP Muhammadiyah 7 Gresikdengan subyek penelitian siswa kelas VIII-A. Padaujicoba I ini bertujuan memperoleh data untukmengetahui kelayakan perangkat pembelajaran danpengaruh penerapan perangkat pembelajaran yangmengintegrasikan perilaku berkarakter yangdikembangkan terhadap proses dan hasilF 86

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8pembelajaran. Berikut ini akan dijabarkan hasil daripenelitian ujicoba I.A.Kualitas Perangkat Pembelajaran1.Validitas Perangkat PembelajaranPenilaian secara garis besar diberikan padavaliditas isi, kontruksi penyajian, dan kepatutanbahasa. Komentar/saran dan hasil penilaian validatorterhadap perangkat pembelajaran fisika diabstraksikanpada Tabel 4.1 berikut.NoTabel 4.1 Hasil Validasi Perangkat PembelajaranJenisperangkatSkorrata-rataKategori1. RPP 3,83 Baik2. BAS 3,66 Baik3. LKS 3,80 Baik4. THB 3,00CukupBaikKeterangan perbaikanPerbaikan kata kerjaoperasional padaIndikator RPPPerbaikan warna dasarPeta KonsepPerbaikan bentukLembar KegiatanSiswaPerbaikan kata kerjaoperasional padatujuan2.Tingkat Kesulitan Perangkat PembelajaranSkor rata–rata hasil uji tingkat kesulitanperangkat pembelajaran , yang meliputi BAS danLKS sebagai berikut :Tabel 4.3 Hasil Tingkat Kesulitan Perangkat pembelajaranTingkat Kesulitan( %)Jenis perangkat No. Subyek Sampel1 2 3 4 5 6 Rata- rataBAS 10 7 12 8 10 7 9LKS 8 8 10 8 8 10 9Berdasarkan Tabel 4.3 diketahui bahwa rata–ratapersentase tingkat kesulitan BAS adalah 9 %sedangkan tingkat keterbacaan LKS sebesar 9 %.Jumlah kata pada BAS dari 60 kata yang diberi tandayang tidak dapat dipahami oleh siswa serta terdapat 9% yang diberi tanda yang tidak dapat dipahami olehsiswa.3. Tingkat Keterbacaan Perangkat PembelajaranSkor rata–rata hasil uji keterbacaan perangkatpembelajaran, yang meliputi BAS dan LKS sebagaiberikut :Tabel 4.4 Hasil Tingkat Keterbacaan Perangkat PembelajaranJenisperangkatTingkat Keterbacaan ( %)No . Subyek Sampel1 2 3 4 5 6 Rata- rataBAS 98 100 98 100 96 100 98.7LKS 100 96 98 94 100 96 97.3Hasil perhitungan uji tingkat keterbacaanperangkat pembelajaran pada Tabel 4.4 diatasmenyebutkan nilai rata–rata persentase tingkatketerbacaan BAS adalah 98,7 %. Terdapat rata – rata97,3 % jumlah kata yang dapat diisi dengan benaroleh siswa dari 50 kata yang dihilangkan pada BAS.Hasil uji keterbacaan BAS dapat dilihat padaLampiran 2h halaman 213.B.Proses dan Hasil PembelajaranAnalisis proses pembelajaran dimaksudkan untukmendeskripsikan proses berlangsungnya kegiatanbelajar mengajar, yang meliputi: pengamatanketerlaksanaan pembelajaran fisika, pengamatanperilaku berkarakter serta pengisian angket penilaiandiri siswa.1. Keterlaksanaan PembelajaranUntuk menilai kemampuan guru mengelolapembelajaran Fisika dinyatakan dengan skor ratarata.Ringkasan analisis data hasil pengamatankemampuan guru dalam mengelola pembelajarandisajikan pada Tabel 4.5 Dalam ujicoba I ini penelitibertindak sebagai guru yang diamati oleh dua orangpengamat. Pengamat I adalah Siti Zulaikah, S.Pd gurufisika kelas VII SMP Muhammadiyah 7 Gresik danpengamat II Muhammad Syarifudin, S.Si adalah gurufisika kelas IX SMP Muhammadiyah 7 Gresik yangmempunyai kemampuan fisika dan matematika yangbaik. Sedangkan pengamatan keterlaksanaanpembelajaran menggunakan instrumen pada Lampiran3a halaman 214. Analisis data keterlaksanaanpembelajaran secara rinci terdapat pada Lampiran 3bhalaman 216.Gambar 4.1 Skor Rata-rata Keterlaksanaan Pembelajaran2.Pengamatan Perilaku BerkarakterPengamatan Perilaku Berkarakter Siswa diamatidengan menggunakan instrumen pada Lampiran 3dhalaman 219. Hasil pengamatan perilaku berkarakterdan presentasenya oleh pengamat pada tiga kalipertemuan disajikan pada Tabel 4.6, Gambar 4.2,Gambar 4.3, Gambar 4.4 dan Gambar 4.5 berikut ini.Tabel 4.6 Pengamatan Perilaku Berkarakter pada RPP1/RPP2/RPP3NoSiswaSkor dan Kategori Perilaku Berkarakter yang diamati padaRPP1/RPP2/RPP3Teliti Jujur Disiplin Kerja samaRPP RPP RPP RPP1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 31 2 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 32 2 3 3 2 3 3 3 3 3 3 3 33 4 4 4 3 4 4 4 4 4 4 4 44 4 4 4 3 4 4 4 4 4 4 4 45 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 46 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 47 3 4 3 4 3 4 4 4 4 4 4 48 3 4 3 4 3 4 4 4 4 4 4 49 2 2 3 1 2 2 1 2 2 2 3 310 2 2 3 1 2 2 1 2 2 2 3 3F 87

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 4.2 Presentase Perilaku Berkarakter TelitiGambar 4.3 Presentase Perilaku Berkarakter JujurGambar 4.4 Presentase Perilaku Berkarakter DisiplinGambar 4.5 Presentase Perilaku Berkarakter Kerjasama3.Penilaian diri siswaPenilaian diri siswa setelah pelaksanaanpembelajaran fisika dapat dilihat pada Lampiran 3ghalaman 223. Sedangkan persentase penilaian dirisiswa disajikan pada Tabel 4.7 berikut ini.NoTabel 4.7 Presentase Penilaian diri SiswaUraian Pertanyaan1 Jujura Siswa tidak mencontek ketikaujianb Siswa menulis nilai waktu yangditunjukkan stopwatchJawabanYa TidakF % F %10 100 0 09 90 1 10F 88c Siswa menulis nilai gaya yang 10 100 0 0ditunjukkan neraca pegasd Siswa menulis nilai massa yang 10 100 0 0ditunjukkan neraca o-hauss2 Disiplina Siswa mengumpulkan tugas yang 7 70 3 30diberikan guru sesuai jadwalb Siswa kelompok aktif bekerja dari 6 60 4 40awal hingga akhir praktikumc Siswa datang ke sekolah tepat 9 90 1 10waktud Siswa mengerjakan tugas-tugas 10 100 0 0pelajaran IPA3 Telitia Siswa menuliskan satuan pada 10 100 0 0setiap akhir dari besaranb Siswa menekan tombol9 90 1 10stopwatch, tepat ketika trolibergerakc Saat menimbang massa dengan 9 90 1 10neraca o-hauss, Siswa mengamatikedudukan kedua piringand Siswa menekan tombol reset pada 8 80 2 20stopwatch ketika akan melakukanpercobaan selanjutnya4 Kerja samaa Siswa mengerjakan tugas saya 9 90 1 10untuk kebaikan kelompokb Siswa dan kelompok bersaing 2 20 8 80secara kompakc Siswa membagi tugas antara tiaptiap10 100 0 0anggota kelompokd Siswa adalah teman yang baik 10 100 0 0dan dapat membantu orang lain4.Hasil BelajarTes hasil belajar siswa dilakukan denganmenggunakan metode Pretest and Posttest design.Pretest dilakukan sebelum proses belajar mengajardengan pembelajaran fisika dengan menggunakansoal pretest. Setelah proses pembelajaran dilakukanposttest dengan menggunakan soal posttest.Ketuntasan siswa diperoleh berdasarkan ketuntasanpencapaian indikator. Berikut ini pada Tabel 4.8disajikan data ketuntasan hasil belajar siswa.Tabel 4.8 Data Ketuntasan Hasil Belajar SiswaPresentase Indikator KetuntasanNo NIS yang dicapai (%)Pretest Posttest Pretest Posttest1 7504 61 70 TT T2 7512 52 72 TT T3 7526 72 89 T T4 7527 44 72 TT T5 7538 51 78 TT T6 7539 56 75 TT T7 7547 40 77 TT T8 7566 75 81 T T9 7569 49 76 TT T10 7570 43 75 TT TKeterangan :NIS = Nomor Induk SiswaT = TuntasTT = Tidak tuntasDari Tabel 4.8, di atas dapat diketahui bahwadalam pretest hanya 2 siswa yang mencapai KriteriaKetuntasan Minimal (KKM) di SMP Muhammadiyah7 Cerme Gresik yaitu ≥ 70%. Sedangkan 8 siswayang lain belum dapat mencapai KKM yang

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8diharapkan. Pada posttest siswa yang memperolehnilai ≥ 70 atau telah mencapai ketuntasan belajarsecara individu sebanyak 10 siswa.Persentaseketuntasan …E. PENUTUPGambar 4.6 Nilai PretestGambar 4.7 Nilai Posttest10090807060504030201001 2Gambar 4.8 Presentase Ketuntasan Belajar1. Deskripsi Kualitas Perangkat PembelajaranPembelajaran fisika yang mengintegrasikanperilaku berkarakter yang dikembangkan, meliputi:a. Validitas perangkat pembelajaran fisika yangmengintegrasikan perilaku berkarakter pada KD:Memahami peranan usaha, gaya, dan energi dalamdalam kehidupan sehari-hari. Perangkat yang telahdivalidasi meliputi RPP, BAS, LKS, LembarPengamatan Perilaku Berkarakter, LembarPenilaian diri siswa dan Tes Hasil Belajar (THB)dengan nilai validasi berkategori baik dan layakdigunakan.b. Tingkat kesulitan perangkat pembelajaranmeliputi: BAS dan LKS yang dikembangkandalam penelitian ini adalah tergolong rendah.c. Tingkat keterbacaan BAS dan LKS yangdikembangkan dalam penelitian ini dikategorikanpada level bebas, berarti siswa mampu membacaapa yang tertulis sehingga perangkat pembelajaranyang dikembangkan sesuai untuk diterapkandalam pembelajaran.20Test1002. Deskripsi proses dan hasil pembelajaran,meliputi:a. Keterlaksanaan pembelajaran fisika yangmengintegrasikan perilaku berkarakter padamateri Hukum-Hukum Newton menunjukkankategori baik.b. Perilaku berkarakter siswa selamapembelajaran fisika yang mengintegrasikanperilaku berkarakter pada Materi Hukum-Hukum Newton menunjukkan kriteriamemuaskan dan menunjukkan kemajuan.c. Penilaian diri siswa setelah penerapanpembelajaran fisika yang mengintegrasikanperilaku berkarakter pada Materi Hukum-Hukum Newton dalam penelitian ini bernilaipositif.d. Penerapan perangkat pembelajaran fisika yangmengintegrasikan perilaku berkarakter dapatmenuntaskan hasil belajar siswa.DAFTAR PUSTAKABasar, K. 2004. Mengkaji Kembali Pengajaran Fisikadi Sekolah Menengah (SMP dan SMA) diIndonesia. Jurnal Inovasi, Vol.2, No XVI,NovemberBSNP (Badan Standar Nasional Pendidikan). 2007.Model Silabus dan Rencana Pembelajaran.Mata Pelajaran: Ilmu Pengetahuan Alam.SMP/MTS. Digandakan oleh kegiatanpenyelenggaraan Sosialisasi/ Diseminasi/Seminar/Workshop/ Publikasi DirektoratJenderal Manajemen Pendidikan Dasar danMenengahBudayasa, I Ketut. 2000. Teori BelajarPerilaku.Surabaya: IKIP SurabayaBueche, F.J. 2006. Schaum’s Outline of Theory andProblem of College Physics Tenth Edition.New York: McGraw Hill Companies ,IncDjamarah, Bahri, S., dan Zain, A. 2002. Strategibelajar Mengajar. Jakarta: Rineka CiptaIbrahim, M, Rachmadiarti, F. Ismono. 2000.Pembelajaran Kooperatif. Surabaya: UnesaUniversity PressIbrahim, M. 2002. Assessment Berkelanjutan. KonsepDasar, Tahapan Pengembangan dan Contoh.Surabaya: Unesa University PressIbrahim, M. 2008. Model Pengembangan PerangkatPembelajaran Model 4-D. Surabaya: UnesaUniversity PressJohnson, David W. Johnson& Roger T. 2002.Meaningful Assessment A Managaeble andCooperative Process. Boston: Allyn&Bacoon.Koesoema A, D. 2007. Pendidikan Karakter. Jakarta:PT GrasindoHasanah. 2008. Pengembangan PerangkatPembelajaran Biologi Dengan Model InkuiriDi Sma Nahdatul Ulama I Gresik. TesisMagister Pendidikan, tidak dipublikasikan.Surabaya: Pascasarjana UNESAF 89

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Kanginan, M. 2004. Sains Fisika 1B KBK. Jakarta:ErlanggaKardi, S. dan Nur, M. 2000. Pengantar padaPengajaran dan Pengelolaan Kelas. Surabaya:UNESA University Press.Kartini, K. 2005. Teori kepribadian. Bandung:Penerbit CV Mandala MajuKemdiknas. 2008. Kamus Besar Bahasa Indonesia.Jakarta: Pusat BahasaKemdiknas http://pusatbahasa.diknas.go.id/kbbi/ind diakses tanggal 15 Januari 2011Kemdiknas. 2010. Standar Kompetensi Lulusan SMP.Jakarta: Direktorat Jenderal Pendidikan Dasardan Menengah Departemen PendidikanNasionalKemdiknas. 2010. Pembinaan Pendidikan Karakter diSekolah Menengah Pertama. Jakarta:Direktorat Jenderal Pendidikan Dasar danMenengah Departemen Pendidikan NasionalMulyasa, E. 2006. Kurikulum Tingkat SatuanPendidikan. Bandung: RosdaNur, M. 1997. Buku Panduan Keterampilan Prosesdan Hakikat Sains. Surabaya: UNESAUniversity PressNur, M. 2002. Teori-teori Perkembangan. Surabaya:Pusat Sains dan Matematika Sekolah UnesaNur, M. 2003. Pemotivasian Siswa untuk Belajar.Surabaya: Pusat Sains dan MatematikaSekolah UnesaNur, M. 2010. Inovasi Pembelajaran Sains MenujuPendidikan Karakter . Surabaya: Pusat Sainsdan Matematika Sekolah UnesaNur, M. 2010. Lembar Penilaian diri Siswa. Surabaya:Pusat Sains dan Matematika Sekolah UnesaSamani, M. 2010. Diskusi Seminar PendidikanKarakter Sebuah Gerakan Nasional danImplikasinya pada PemberdayaaanProfesionalisme Guru, tema PengembanganBudaya dan Karakter Bangsa. Surabaya:UNESA PressSitepu, B.P. 2010.Keterbacaan. http://bintangsitepu.wordpress.com/2010/09/11/ keterbacaan/. Diakses tanggal15 januari 2011Soegimin. 2011. Gejala Alam sebagai Model KarakterManusia. Surabaya: Buku belumdipublikasikanSudjana, N. 1989. Dasar-dasar Proses BelajarMengajar di Sekolah. Jakarta: Rineka CiptaSurya, E. 2010. Visual Thingking dalamMemaksimalkan Pembelajaran MatematikaSiswa dapat Membangun Karakter Bangsa.Jurnal UPI, Vol IV, No.2, JuliSuryosubroto, B. 1997. Proses Belajar Mengajar diSekolah. Jakarta: Rineka CiptaSyukur, A. 2009. Penerapan Pendekatan BermainPeran untuk Meningkatkan PemahamanKosakata pada Anak Tuna Grahita kelas IXSMPLBC Alpha Kumara II WardhanaSurabaya. Skripsi tidak dipublikasikan.Surabaya: UNESAThiagarajan, S., Semmell, DS. & Semmell, M.I. 1974.Instructional Development for the trainingTeacher of Exceptional Childrens. A.Sourcebook Bloomington: Center forInnovation on Teaching the Handicapped.Indiana UniversityTim Pendidikan Karakter. 2010. Grand DesainPendidikan Karakter. Jakarta: Kemdiknas(http://kabar.in/2010/indonesia-headline/rilis-beritadepkominfo).diakses tanggal 15 Desember2010(http://pendidikankarakter.org/index.php?p=2_2 )diakses tanggal 15 Desember 2010F 90

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pembuatan Media Pembelajaran Fisika SMA Berbasis Komputer untuk SubpokokBahasan Tegangan Permukaan Zat CairLaurensius Prasanna Eko Murti Widodo1, Herwinarso2, Tjondro Indrasutanto31,3Program Studi Pendidikan Fisika Jurusan P.MIPA Fakultas Keguruan dan Ilmu PendidikanUniversitas Katolik Widya Mandala SurabayaEmail : profesorsamin@yahoo.co.idAbstrakTegangan permukaan adalah kemampuan atau kecenderungan zat cair untuk selalu menuju ke keadaan denganluas permukaan yang sekecil-kecilnya. Secara kuantitatif, tegangan permukaan didefinisikan sebagaipenambahan usaha per satuan penambahan luas permukaan. Pada pengamatan secara langsung, sering terjadisalah persepsi mengenai konsep tegangan permukaan, sehingga menyebabkan siswa tidak memahami arti fisisdari konsep tersebut. Untuk itu, dibutuhkan suatu media yang dapat menjelaskan dan mempraktikumkan konseptagangan permukaan zat cair. Penelitian ini bertujuan membuat media pembelajaran berbasis komputer yangberkaitan dengan pengajaran fisika sub pokok bahasan tegangan permukaan zat cair yang dilengkapi dengansimulasi eksperimen. Metode yang digunakan dalam penelitian adalah metode perancangan dan pembuatanmedia. Prosedur penelitian dilakukan melalui penelaahan materi fisika (penyusunan materi kohesi dan adhesi,tegangan permukaan, dan kapilaritas), analisis data, pembuatan media, uji coba, dan perbaikan sehinggaterbentuk CD media pembelajaran fisika berbasis komputer sub pokok bahasan Tegangan Permukaan Zat Cair.Alat yang digunakan berupa komputer beserta perangkatnya. Hasil penelitian berupa CD media pembelajaranfisika berbasis komputer sub pokok bahasan tegangan permukaan zat cair.Kata kunci: tegangan permukaan zat cair, kohesi, media pembelajaran, simulasi eksperimen.PENDAHULUANLatar BelakangSebagai bagian dari Ilmu Pengetahuan Alam,mata pelajaran fisika merupakan mata pelajaran yangtidak hanya membutuhkan penjelasan teori secaralengkap tapi juga dalam mempelajari danmemahaminya membutuhkan imajinasi, ketrampilanmatematika dan implementasi dari teori-teori tersebut.Untuk mencapai itu semua dibutuhkan mediapembelajaran yang dapat dengan mudah digunakanuntuk memperjelas pemahaman terkait materi yangakan dijelaskan.Media pembelajaran berbasis komputer adalahsalah satu contoh media yang dapat dimanfaatkandalam pembelajaran. Dengan menggunakan mediakomputer, seseorang dapat mengembangkanvisualisasi siswa tentang materi, animasi, maupunsimulasi eksperimen tanpa harus ikut serta dalamkegiatan praktikum di laboratorium.Pada mata pelajaran fisika, terdapat banyak sekalipokok bahasan yang mengasyikan. Akan tetapi siswakurang bisa membayangkan hal-hal yang berkaitan.Salah satu sub pokok bahasan yang menarik dalamfisika, yang dapat dijelaskan dengan menggunakanmedia komputer adalah tegangan permukaan zat cair.Tegangan permukaan zat cair merupakan materi yangsangat sederhana dan banyak ditemui pada kehidupansehari-hari. Sifat dari materi ini adalah untukmemahaminya mengharuskan siswa untukmengamatinya melalui kejadian sehari-hari ataupraktikum. Sebab yang terjadi pada konsep teganganpermukaan di sini adalah bagaimana suatu bendadapat meninggalkan permukaan zat cair dengan gayatertentu. Memang praktikum untuk menentukantegangan permukaan zat cair tidak cukup sulit untukdilaksanakan, namun melalui praktikum juga belumtentu dapat menghasilkan data yang tepat yangdisebabkan oleh beberapa faktor. Selain itu, melaluipengamatan langsung pun belum tentu memberikangaransi kepada siswa untuk dapat memahami konseptegangan permukaan zat cair, karena tidak ada saranayang menjelaskan mengapa hal tersebut dapat terjadi.Untuk itu , diperlukan suatu media yang dapatdigunakan untuk menjelaskan melalui visualisasi dananimasi sehingga mempermudah siswa untukmemahami konsep tegangan permukaan zat cair.Saat ini, media pembelajaran fisika berbasiskomputer sudah banyak digunakan di duniapendidikan. Namun, penulis belum menjumpaipembahasan materi beserta simulasi eksperimententang tegangan permukaan suatu zat cair. Kenyataanini membuat peneliti termotivasi untuk membuatsebuah media pembelajaran berbasis komputer besertasimulasi eksperimen tegangan permukaan zat cair.LANDASAN TEORIMedia PendidikanMedia pendidikan merupakan alat, metode atauteknik yang digunakan dalam rangka lebihmengefektifkan komunikasi dan interaksi antara gurudan siswa dalam proses pendidikan dan pengajaran disekolah yang digunakan untuk memperjelasketerangan, memberikan tekanan, memberikan variasiF 91

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dalam penyajian dan merupakan cara terbaik untukmenyampaikan informasi.Simulasi EksperimenSimulasi merupakan suatu teknik meniru operasioperasiatau proses- proses yang terjadi dalam suatusistem dengan bantuan perangkat komputer dandilandasi oleh beberapa asumsi tertentu sehinggasistem tersebut bisa dipelajari secara ilmiah (Law andKelton, 1991).Macromedia FlashMacromedia Flash adalah software yang dipakaisecara luas oleh profesional web karenakemampuannya dalam menampilkan multimedia,gabungan antara grafis, animasi dan suara, sertainteraktifitas bagi pengguna internet (Wijaya &Hutasoit, 2003).Materi Tegangan PermukaanKohesi dan AdhesiZat terdiri atas pertikel-partikel yang dapatberpindah ke segala arah. Akibatnya, antara partikelyang satu dengan partikel yang lain akan salingbertumbukan dan bersinggungan. Akan tetapi, antarpartikel terdapat gaya tarik menarik. Gaya tarikmenarikantar partikel zat yang sejenis disebut dengangaya kohesi. Gaya kohesi ini dapat memperbesartegangan permukaan. Di pihak lain, gaya tarikmenarik antar partikel yang tidak sejenis disebutdengan gaya adhesi.Tegangan PermukaanTegangan permukaan (γ) adalah kemampuan ataukecenderungan zat cair untuk selalu menuju kekeadaan dengan luas permukaan yang sekecilkecilnya.Seraca kuantitatif, tegangan permukaandidefinisikan sebagai penambahan usaha (dW) persatuan penambahan luas permukaan (dA).dWγ =dA(1)Yang dimaksudkan dengan penambahan usaha(dW) disini adalah besarnya gaya tarik F yangmenyebabkan zat cair tertarik sepanjang dx.Sedangkan luas permukaan dA adalah luasan zat cairyang tercelup dalam air, yaitu l dikalikan dengan dx.Sebagai contoh, dalam kasus berikut. Sebuahpreparat yang tercelup dalam zat cair ketika tepat akanmeninggalkan zat cair akan mengalami gaya F yangmenyebabkan zat cair tersebut terangkat sepanjangdx. Zat cair yang tertarik ini akan menimbulkan duabuah luasan (depan dan belakang) sebesar l dikalikandengan dx.Dari penjabaran tersebut maka akan didapatkan :dW F.dxγ = =dA 2. l.dxFγ =...............(2)2lDalam kasus lain, misalkan jika sebuah bendapejal berbentuk segiempat dengan panjang p dan lebarl dicelupkan kedalam zat cair, kemudian diangkatpelan-pelan sehingga tepat akan meninggalkanpermukaan zat cair. Apabila gaya tambahan yangdiperlukan untuk mengangkat benda segiempattersebut adalah F, maka:γ =F.dxdx( 2 p + 2l))γ F= ........ (3)2( p + l)Gambar 2 Tegangan permukaan zat cair pada luasan segi empatMakin kecil nilai tegangan permukaan zat cair,makin besar kemampuan zat cair untuk membasahibenda. Tegangan permukaan zat cair juga dipengaruhioleh suhu. Makin tinggi suhu air, makin keciltegangan permukaannya, dan ini berarti makin baikair itu membasahi benda.Sudut KontakSudut kontak (θ) yaitu sudut yang dibatasi oleh 2bidang batas yaitu dinding tabung dan permukaan zatcair. Dengan pemahaman bahwa,• dinding tabung : sebagai bidang batas antara zatcair dan tabung,• permukaan zat cair : sebagai bidang batas antarazat cair dan uapnya (θ = 1800)Menurut sudut kontaknya bentuk-bentukpermukaan zat cair dalam bejana adalah sebagaiberikut.1. Meniskus Cekung = keadaan dimana zat cairdalam tabung berbentuk cekung, 0º < θ < 90º , zatcair membasahi dinding. Contohnya air dengandinding kaca.Gambar 3 Meniskus cekungGambar 1 Tegangan permukaan pada zat cair pada preparat.F 92

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-82. Meniskus Cembung = keadaan dimana zat caitdalam tabung berbentuk cembung, 0º < θ < 90º,zat cair tidak membasahi dinding. Contohnya airraksa dengan dinding kaca.Gambar 6 (a) setetes air murni diletakkan di atas lilin yang bersih.(b) setetes air yang mengandung detergen diletakkan di atas lilin.KapilaritasKapilaritas adalah peristiwa naik turunnyapermukaan zat cair dalam pipa kapiler. Pipa kapileradalah sebuah pipa dengan jejari yang relatif kecil.Gambar 4 Meniskus cembung3. Datar = air dengan dinding perak, θ = 90ºGambar 5 Permukaan mendatar pada zat cairZat CairAirMethylin YodidaTabel IBeberapa Sudut KontakDindingParafinDinding perakGelas pirexGelas kaliTimah hitamPirexSudutKontak107°90°63°29°30°29°Efek pengurangan sudut kontak karena bahanpembasah kotoran atau campuran yang terdapat didalam zat cair dapat merubah besarnya sudut kontak.Oleh pabrik banyak dibuat bahan-bahan kimia yangsangat tinggi potensinya sebagai zat pembasah.Contoh : deterjen, rinso, dan lain-lain. Senyawasenyawaini merubah besarnya sudut kontak yangsemula besarnya dari 90° menjadi lebih kecil 90°.Pengaruh detergen dapat dilihat dengan meneteskanair murni dan air yang mengandung detergen ke ataslilin yang bersih. Air murni tidak membasahi lilin danbentuk butirannya tidak banyak berubah (gambar 2.3(a)). Akan tetapi, tetes air yang mengandung detergenakan membasahi lilin, dan butir air akan menyebar(gambar 2.3(b)). Tampak bahwa detergenmemperkecil tegangan permukaan air, sehinggamampu membasahi lilin.Gambar 7 Gejala kapilaritas dalam pipa kapilerBila sebuah pipa kapiler dicelupkan ke dalam zatcair maka permukaan zat cair yang berada di dalampipa kapiler tersebut akan naik (Gambar 2.7), hal inidisebabkan adanya gaya adhesi yang lebih besardaripada gaya kohesi. Pada permukaan zat cair dalampipa kapiler terdapat tegangan pernukaan (γ) yangmembentuk sudut θ terhadap dinding kaca pipakapiler.Pada Gambar 7, secara matematis teganganpermukaan dapat dinyatakan sebagai berikut:Fγ cos θ =2πr(4)HASIL DAN PEMBAHASANHasil penelitian yang telah dilakukan berupasuatu CD yang berisi media pembelajaran berbasiskomputer. Secara garis besar isi program yang telahdibuat berisi media pembelajaran yang juga dapatmensimulasikan tegangan permukaan zat cair.Beberapa print out dari tampilan program yangterlihat pada layar monitor, dapat dilihat pada gambar8 – 15.Gambar 8 Tampilan Pembuka ProgramF 93

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Gambar 9 Tampilan Media Pembelajaran yang MenjelaskanMengenai Kohesi dan AdhesiGambar 13 Tampilan Media Pembelajaran yang Berisi Soal-SoalGambar 10 Tampilan Media Pembelajaran yang MenjelaskanMengenai Tegangan PermukaanGambar 14 Tampilan Simulasi Eksperimen Pipa KapilerGambar 11 Tampilan Media Pembelajaran yang MenjelaskanMengenai Sudut KontakGambar 12 Tampilan Media Pembelajaran yang MenjelaskanMengenai KapilaritasGambar 15 Tampilan Penutup Media PembelajaranHasil penelitian ini diperoleh melalui langkahlangkahsebagai berikut :1. Melakukan studi pustaka berkaitan dengan materitegangan permukaan zat cair.2. Melaksanakan eksperimen untuk menentukannilai tegangan permukaan zat cair.3. Merancang media pembelajaran teganganpermukaan zat cair.4. Merancang program simulasi eksperimen sesuaidengan eksperimen yang telah dilakukan.5. Membuat program dengan actionscript.6. Mengadakan evaluasi program dengan caradiujicobakan.CD media pembelajaran yang dibuat telahdiujicobakan melalui dua tahap. Pada tahap pertama,dilakukan uji ahli untuk mengetahui kebenaran materidalam program. Dari masukan-masukan yang telahditerima, dilakukan revisi program. Tahap kedua,program yang telah direvisi diujicobakan pada 26siswa SMA Katolik Santa Agnes Surabaya.F 94

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Data yang diperoleh dari angket tersebutdirangkum dalam tabel II.Tabel IIData Angket dari 26 SiswaNO PERNYATAANPILIHANSS S TS STS1.Tidak ada kesulitanmembuka program24 2 - -2. Tidak ada kesulitanmengoperasikan23 3 - -program3. Mengasyikan denganadanya animasi10 15 1 -4. Dapat mempercepatpemahaman5 19 2 -5. Peristiwa teganganpermukaan mudah 8 17 1 -diamati melalui animasi6. Mudah diingat denganadanya animasi6 20 - -7. Tampilan program cukupmenarik9 16 1 -8. Dapat dipelajari sendiri 6 14 6 -9. Dapat digunakan sebagaisarana pengayaan4 18 4 -10. Program ini menambahkebingungan- 3 19 4Sumber : angket ujicoba program kepada siswa SMA Katolik SantaAgnes SurabayaData yang diperoleh dari angket ujicoba kepadasiswa SMA Katolik Santa Agnes Surabaya yangdiambil sebagai sampel seperti terlihat pada tabel IIkemudian diolah menjadi bentuk presentase (%) dandirangkum menjadi dua kolom pilihan (SS + S) danTS + STS) seperti yang terlihat pada tabel III.TABEL III Data Angket dari 26 Siswa dalam Persen setelahdirangkum menjadi dua kolom pilihan (SS + S dan TS + STS)NO PERNYATAANPILIHANSS + S TS + STS1.Tidak ada kesulitan membukaprogram100 -2. Tidak ada kesulitanmengoperasikan program100 -3. Mengasyikan dengan adanyaanimasi96 44. Dapat mempercepatpemahaman92 85. Peristiwa tegangan permukaanmudah diamati melalui animasi96 46. Mudah diingat dengan adanyaanimasi100 -7. Tampilan program cukupmenarik96 48. Dapat dipelajari sendiri 77 239. Dapat digunakan sebagaisarana pengayaan85 1510. Program ini menambahkebingungan12 88Sumber : Tabel IIBerdasarkan tabel III, data yang diperoleh darimahasiswa yang diambil sebagai sampel adalahsebagai berikut.1. 96% menyatakan program menarik karenamelalui komputer dan lebih mudah mengingatkarena adanya animasi,2. 92% menyatakan program dapat mempercepatpemahaman mengenai konsep teganganpermukaan zat cair dan 77% dapat dipelajarisendiri,3. 100% menyatakan tidak ada kesulitan dalammembuka dan mengoperasikan program,4. dan ada 12% siswa yang menyatakan programmedia pembelajaran ini menambah kebingunganbagi mereka karena siswa kurang memahamiproses yang terjadi pada media pembelajaran.Namun secara umum dinyatakan program inisudah cukup bagus.Dari tabel 2 pilihan sangat setuju (S) atau setuju(S) pada pernyataan no. 1 – 9 berjumlah 219,sedangkan pada pernyataan no. 10 ada 3 yangmemilih. Pilihan tidak setuju (TS) atau sangat tidaksetuju (STS) pada pernyataan no. 1 – 9 berjumlah 15,sedangkan pada pernyataan no. 10 berjumlah 23.Secara matematis dituliskan :Untuk pernyataan no. 1 – 9:SS + S = 219TS + STS = 15Untuk pernyataan no. 10: SS + S = 3TS + STS = 23 +Jumlah = 260Yang mengidentifikasikan program ini baik atautidak adalah peserta quisioner memilih SS atau S padapernyataan no. 1 – 9 dan memilih TS dan STS padano. 10 dalam angket.Dari data yang diperoleh persentase yangmengidentifikasikan program ini baik = ((219 +23)/260) x 100% = 93%. Dengan demikian, MediaPembelajaran Fisika SMA Berbasis Komputer untukMempermudah Pemahaman tentang SubpokokBahasan Tegangan Permukaan Zat Cair yang telahdibuat dapat dikatakan baik.KESIMPULANMedia Pembelajaran Fisika SMA BerbasisKomputer untuk Mempermudah Pemahaman tentangSubpokok Bahasan Tegangan Permukaan Zat Cair,telah dibuat dan diujicobakan melalui dua tahap.Tahap pertama telah diperiksa oleh dosen sebagai ujiahli dan tahap kedua diujikan kepada beberapa siswaSMA. Hasil dari uji coba secara umum mengatakanprogram cukup bagus, siswa dapat menggambarkantentang peristiwa tegangan permukaan zat cair.Saran untuk pengguna program, sebelummenjalankan program membaca tentang teganganpermukaan zat cair terlebih dahulu supaya tidakbegitu abstrak dalam pengoperasiannya.Saran untuk peneliti dalam penyempurnaanprogram, diberi petunjuk pengoperasian jalannyamedia supaya bisa dijalankan oleh pengguna denganlancar.UCAPAN TERIMA KASIHPada kesempatan ini penulis menyampaikanterima kasih yang sebesar-besarnya kepada TuhanYang Maha Esa yang selalu menuntun danmemberikan rahmat kepada penulis, DepartemenF 95

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pendidikan Nasional Direktorat Jendral PendidikanTinggi (DIKTI) melalui program I-MHERE atasbiaya yang dihibahkan untuk penelitian ini melaluiHibah Student Grant (IBRD Loan No. 4789-IND &IDA Loan No 4077-IND).DAFTAR PUSTAKAKanginan, Marthen. (2004). Fisika Untuk SMA.Jakarta: Erlangga.Laboratorium Fisika (2006). Petunjuk PraktikumFisika Dasar 2.Soeharto, dkk. (1989). Fisika Dasar 2. Jakarta:APTIK.http://id.shvoong.com/socialsciences/education/2183936-kelebihanmacromedia-flash/#ixzz1fYne25srhttp://www.scribd.com/doc/57521941/Pengertian-Simulasihttp://www.scribd.com/doc/47175546/4/Sudut-Kontakhttp://www.scribd.com/doc/50848429/4/Kapilaritashttp://www.scribd.com/doc/82938656/GEJALA-KAPILARITASF 96

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Meningkatkan Respons dan Prestasi Belajar Siswa Melalui Pengajaran Langsung danInteraktif pada Bahasan GerakNanik Fuji Lestari 1 , I Nyoman Arcana 1 , dan J.V. Djoko Wirjawan 11 Program Studi Pendidikan FisikaUniversitas Katolik Widya Mandala Surabayae-mail 1 : fofoe_diamondtari88@yahoo.comAbstrakObservasi awal pada pembelajaran di kelas VII-F SMP IPIEMS memberikan informasi bahwa ketuntasanbelajar siswa pada matapelajaran fisika hanya 35,9%. Salah satu penyebab yang teridentifikasi adalahrendahnya respons siswa selama proses pembelajaran. Untuk meningkatkan respons dan prestasi belajar siswatelah dilakukan Penelitian Tindakan Kelas (PTK) melalui pengajaran langsung dengan Interaktif pada bahasangerak di kelas tersebut. Setelah melewati dua siklus PTK, pada akhir siklus kedua ketuntasan belajar fisikasiswa meningkat menjadi 89,74 % dan respons siswa terhadap pertanyaan lisan guru menjadi 84,46%.Kata kunci: Pengajaran langsung, pengajaran interaktif, fisika, gerak lurus.KAJIAN PUSTAKAPENDAHULUANPengajaran LangsungPada saat ini fisika merupakan salah satu matapelajaran wajib di SMP kelas VII. Bagi siswa SMPkelas VII, fisika merupakan salah satu mata pelajaranyang baru. Selama di SD mereka mempelajari ilmufisika yang dikemas dalam pelajaran ilmupengetahuan alam, sehingga di kelas pertama inimereka dikenalkan dan diajarkan tentang ilmu fisika.Dalam mengenalkan ilmu fisika, tidaklah mudahkarena selama ini ilmu fisika dikenal sebagai salahsatu matapelajaran yang menakutkan, sehingga siswamalas dan tidak ada motivasi dalam belajar fisika.Tidak adanya motivasi ini yang mengakibatkan siswakurang merespon pelajaran fisika baik materinyamaupun gurunya. Hal ini yang dialami oleh siswakelas VII-F SMP IPIEMS Surabaya. Berdasarkanhasil ulangan terakhir, hanya 35,9% dari 39 siswayang mencapai SKM (SKM = 70).Rendahnya prestasi belajar disebabkan olehbanyak faktor, diantaranya: siswa tidak mau bertanyawalaupun belum mengerti, guru kurang intensif dalammemancing pertanyaan dari siswa, kurang interaksiantara guru dan siswa, siswa takut salah atau malumengemukakan pendapat atau menjawab pertanyaanguru, suasana kelas sering ramai karena merekaberbicara sendiri sesama teman dan tidak adanyarespon dari siswa. Semua ini menunjukkan bahwasiswa tidak memusatkan perhatian pada pelajaran, dankurang merespon guru pada saat pembelajaran Pengajaran Interaktifberlangsung.Penelitian Tindakan Kelas (PTK) denganmenerapkan pengajaran langsung dan interaktif dikelas VII-F SMP IPIEMS Surabaya pada pokokbahasan gerak lurus dilakukan untuk meningkatkanrespon siswa dan prestasi belajar fisika siswa. Dalampenelitian ini respons siswa diukur melalui skorrespons dan prestasi belajar diukur melalui skorulangan harian fisika pada pokok bahasan gerak lurus.Menurut penelitian yang dilakukan oleh DanielMuijs dan David Reynolds, salah satu metodemengajar yang paling efektif digunakan adalah directinstruction (pengajaran langsung). Pengajaran inimemungkinkan guru melakukan kontak langsungdengan masing-masing siswa dibanding denganmemberikan tugas secara individu. Denganmenggunakan pengajaran langsung ini siswa akanterlibat dalam tugas selama proses pembelajaran danguru dapat memantau siswa dan seluruh kelas sambilmengajarkan materi selangkah demi selangkah ataubertahap.Kelebihan pengajaran langsung menurut Gooddan Brophy (1986) pengajaran langsung merupakanmetode terbaik untuk mengajarkan tentang aturan,prosedur, dan ketrampilan dasar serta dapat digunakansebagai salah satu strategi mengajar yang efektif.Kelemahan pengajaran langsung yaitu, kurangefisien bila digunakan pada pelajaran yang lebihkompleks atau bersifat terbuka (misalnya,mengembangkan ketrampilan berpikir siswa, ataumendiskusikan keunggulan berbagai macam sistempemilihan umum) serta dapat menyebabkanketergantungan siswa kepada guru. Hal ini akanmembuat siswa mengalami kekurangan dalamketrampilan belajar mandiri.Pengajaran interaktif menurut Daniels Muijs danDavid Reynolds merupakan bagian dari pengajaranlangsung. Pengajaran interaktif merupakan bagianyang penting dalam pengajaran langsung dan menjadisalah satu kegiatan utama guru. Pengajaran Interaktifmerupakan pengajaran tanya jawab yang terencana.Pengajaran Interaktif memiliki persyaratan,yaitu:1. Semua siswa diusahakan mendapat dan menjawabpertanyaan yang diberikan.F 97

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-82. Waktu menunggu jawaban siswa adalah 15 detikuntuk pertanyaan tingkat rendah (penerapan ataufakta-fakta) dan 3 menit untuk pertanyaan tingkattinggi (ketrampilan berpikir).3. Memberikan pujian kepada siswa yang menjawabpertanyaan dengan benar, keliru, maupun salah.Kelebihan Pengajaran Interaktif antara lain, siswadapat menguasai materi yang diajarkan sebelumpindah ke materi berikutnya, siswa dapatmengungkapkan pemahaman dan pemikiran merekaserta pengajaran interaktif dapat membangkitkanrespon siswa. Namun, disisi lain Pengajaran Interaktifmemiliki kekurangan, yaitu siswa yang selalu dipujiakan merasa dirinya paling benar sehingga dapatmenimbulkan sifat sombong, waktu yang akanterbuang karena digunakan untuk menunggu jawabandari siswa, dan pengajaran interaktif harus dilakukansesuai dengan tahap bila tidak, hasilnya tidak akanmaksimal.ResponRespon merupakan salah satu bagian yangpenting dalam hal pembelajaran karena dengan responguru akan mengetahui bagaimana tanggapan siswaterhadap mata pelajaran yang disampaikan. Respondalam penelitian ini bermaksud untuk menumbuhkanstimulus siswa baik terhadap guru maupun matapelajarannya.Materi PembelajaranDalam penelitian ini materi pembelajaran yangdisampaikan pada siswa mengacu pada pokokbahasan gerak lurus pada buku Pelajaran Learningmore Physics 1 for grade VII (S. Rositawaty &Djundjunan P.S, 2010)Materi pembelajaran ini menjadi bagian dariRPP yang dikembangakan pada tahap persiapanpelaksanaan PTK.METODOLOGIPenelitian ini menggunakan metode penelitiantindakan kelas (PTK) yang modelnya dikembangkanoleh Kemmis dan McTaggart (1988). Metode inimempunyai 4 tahapan siklus yang saling terkait yaitu :persiapan tindakan (plan), tindakan (action),observasi (Observe), dan refleksi (reflect). Apabilasiklus yang dilakukan belum memenuhi indikatorkeberhasilan maka harus dilakukan siklus berikutnyadengan memanfaatkan hasil refleksi pada siklussebelumnya.Perencanaan TindakanPerencanaan Tindakan yang dilakukan antara lain:1. Menyiapkan skenario pembelajaran, yangdisiapkan dalam perencanaan ini adalahpembuatan Rancangan Pelaksanaan Pembelajaran(RPP).2. Menyiapkan saran pendukung, yang perludisiapkan dalam perencanaan ini adalah dafarpertanyaan, soal evaluasi dan buku pegangansiswa.3. Menyiapkan instrumen penelitian , yang perludisiapkan dalam perencanaan ini adalahinstrumen untuk observasi proses/kegiatan,instrumen pengukur prestasi belajar, instrumenpengukur respons dan instrumen untuk refleksi.4. Menyiapkan sarana refleksi, yang perlu disiapkandalam perencanaan ini adalah tabel untukmencatat skor tes prestasi belajar (ulangan harian)dan tabel penilaian respons.Pelaksanaan TindakanPelaksanaan tindakan pembelajaran dilaksanakandi kelas nyata sesuai dengan RPP yang telah dibuat.Jadi, tindakan akan dilakukan dalam situasipembelajaran yang aktual sehingga tidak menuntutkekhususan waktu maupun tempat, artinya, gurumengajar seperti biasa dalam hal waktu dan tempat,sesuai dengan jadwal pelajaran yang berlaku saat itu.ObservasiObservasi dilaksanakan selama prosespembelajaran berlangsung. Observasi menggunakaninstrumen seperti yang telah diuraikan pada tahappersiapan. Observasi dilakukan oleh guru pengajar(partisipasi) dan guru pengamat. Pengambilan fotomemakai kamera, dilakukan pengamat atau tenagaadministrasi.RefleksiRefleksi diawali dengan evaluasi proses danprestasi belajar. Evaluasi terhadap hasil belajardilakukan dengan cara memberikan ulangan hariankepada siswa. Alat evaluasi menggunakan instrumenseperti yang telah diuraikan pada bagian persiapaninstrumen.Data yang diperoleh dari observasi (pengamatan)dan hasil penilaian terhadap prestasi belajar siswaserta nilai respon siswa digunakan sebagai bahanrefleksi. Refleksi bertujuan untuk mengetahui apakahindikator sudah tercapai, apakah proses sudahdilaksanakan dengan benar, dan menginventarisasiperbaikan-perbaikan yang diperlukan untuk siklusberikutnya.Refleksi meliputi refleksi proses dan refleksihasil belajar. Bahan refleksi proses adalah semua hasilobservasi, yaitu: catatan-catatan selama pembelajarandi kelas berlangsung, pengambilan foto, dll.Sedangkan bahan refleksi hasil belajar adalah skorkuis, bentuk-bentuk kesalahan yang dialami siswa,dan jumlah (presentase) siswa yang masih mengalamikesalahan. Indikator yang digunakan adalah:1. Minimal 75% siswa kelas merespon pertanyaandari guru.2. Minimal nilai rata-rata kelas adalah 70.3. Minimal 75% siswa mencapai SKM (SKM=70).Hasil penelitian dianalisis secara deskriptif,melalui tahapan: reduksi data, penyajian data dalamtable, menghitung rata-rata dan presentase, kemudiandilakukan pemaknaan terhadap hasil hitungan.F 98

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Observasi AwalObservasi awal dilakukan untuk mengetahuimasalah dan penyebab munculnya masalah di kelas.Dengan demikian, akan diketahui apa yang akandilakukan untuk mengatasi masalah yang muncul dikelas. Observasi awal dilakukan dengan mengikutiproses belajar mengajar secara langsung di kelas danmencari informasi tentang kemampuan akademiksetiap siswa.Dari observasi awal yang dilakukan diperoleh35,9% siswa yang mencapai SKM dengan rata-ratakelas 58,59.Siklus IPada siklus I dilakukan perencanaan tindakansebagai berikut:1. Menyiapkan RPP dengan menerapkan modelpengajaran langsung dan interaktif mengenaiGerak Lurus Beraturan.2. Menyiapkan daftar pertanyaan dan jawaban yangakan di gunakan untuk tanya jawab.3. Menyiapkan dan memperbanyak lembar evaluasi.4. Menyiapkan dan memperbanyak lembarobservasi guru pada pembelajaran Gerak LurusBeraturan.Pelaksanaan tindakan yang dilakukan sesuaidengan RPP yang telah dibuat sebelumnya. Darisiklus I diperoleh prestasi belajar siswa sebesar 73,68%siswa yang mencapai SKM dengan rata-rata kelas79,24 dan respons siswa sebesar 76,32%. Di siklus Iini prosentase prestasi belajar siswa kurang dariindikator keberhasilan dan harus dilanjutkan ke siklusII, namun pada siklus I terdapat refleksi yang harusdiperbaiki dan di gunakan di siklus II, yaitu:1. Perlu adanya penguasaan kelas yang lebih terarahsehingga tidak ada siswa yang ramai.2. Mengajar ditengah-tengah kelas supaya suarapeneliti dapat terdengar oleh seluruh siswa dikelas.3. Perlu adanya pengurangan jumlah pertanyaan dansoal evaluasi karena waktu yang terbatas.4. Perlu adanya pendekatan kepada siswa yangbelum angkat tangan dan menjawab pada prosesinteraktif pengecekan pemahaman, hal inidilakukan agar siswa lebih aktif dan termotivasi.Siklus IIPada siklus I dilakukan perencanaan tindakansebagai berikut:1. Menyiapkan RPP dengan menerapkan modelpengajaran langsung dan interaktif mengenaiGerak Lurus Berubah Beraturan.2. Menyiapkan daftar pertanyaan dan jawaban yangakan di gunakan untuk tanya jawab.3. Menyiapkan dan memperbanyak lembar evaluasi.4. Menyiapkan dan memperbanyak lembarobservasi guru pada pembelajaran Gerak LurusBerubah Beraturan.Pelaksanaan tindakan yang dilakukan sesuaidengan RPP yang telah dibuat sebelumnya danmemperbaiki pelaksanaan sesuai dengan refleksi padasiklus II. Dari siklus II diperoleh prestasi belajar siswasebesar 89,74% siswa yang mencapai SKM denganrata-rata kelas 78,13 dan respons siswa sebesar84,46%. Di siklus II ini indikator keberhasilan telahtercapai sehingga siklus penelitian dapat dihentikan.HASIL DAN PEMBAHASANHasil yang diperoleh dari penelitian diatas yaitu:1. Pada siklus I, prosentase hasil belajar siswa untukmencapai SKM meningkat dari yang semula 35,9%menjadi 73,68% dengan rata-rata kelas 79,24.Prosentase respon siswa meningkat dari 67%menjadi 76,32%.2. Pada siklus II, prosentase hasil belajar siswauntuk mencapai SKM meningkat dari yangsemula 73,68% menjadi 89,74% dengan rata-ratakelas 78,10. Prosentase respon siswa meningkatdari 76,32% menjadi 84,46% .KESIMPULANSesuai dengan tujuan penelitian, telah terjadipeningkatan respon siswa dari 67% menjadi 84,46%dan peningkatan jumlah siswa yang mencapai SKMdari 35,9% sampai 89,74%.SARAN• Pembelajaran dengan menerapkan modelpengajaran langsung (Direct Instruction) danInteraktif dapat membangkitkan respon danmeningkatkan hasil belajar siswa, namun sebaiknyaperlu dikembangkan metode pengajaran lain.• Pengajaran Interaktif pada pengecekan pemahamanmembutuhkan banyak waktu sehingga penelitiharus bisa mengatur waktu supaya setiap siswamemperoleh pertanyaan untuk dijawab.• Sebaiknya peneliti mempersiapkan peralatandokumentasi sebelum melakukan penelitian supayatidak tertinggal.UCAPAN TERIMA KASIHPeneliti menyampaikan terima kasih kepada I-MHERE UKWMS yang telah membiayai penelitianini melalui program Student Grant.DAFTAR RUJUKANAisyah (2012), Model Pengajaran Langsung (SkripsiMahasiswa, tidak dipublikasikan). UniversitasSriwijaya.(didownloaddari http://aisyahyazid.blogspot.com/2012/01/model-pengajaran-langsung.html).I.N. Arcana (2010), Bahan Penelitian Tindakan Kelas(PTK) Bagian I, Universitas Katolik WidyaMandala Surabaya.R. Astari (2011), Penerapan Model PengajaranLangsung Untuk Meningkatkan Keaktifan danPrestasi Belajar Siswa pada SubpokokBahasan Difraksi Cahaya Di Kelas XII IPA 2SMA YPPI I Surabaya Surabaya (Skipsi ProdiPendidikan Fisika UKWMS, tidakF 99

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8dipublikasikan), Surabaya: Universitas KatolikWidya Mandala Surabaya.D. Muijs, D. Reynalds (2008), Effective Teaching,PUSTAKA PELAJAR.S. Rositawaty, Djundjunan P.S (2010), Learning morePhysics 1 for grade VII, Bandung: Grafindo.A. Taranggono, H. Subagya (2004), Sains Fisikakelas 1 SMA, Jakarta: Bumi Aksara.Tim Fisika (1997), Fisika 3A SMU, Jakarta:Yudhistira.M. Yasinta (2008), Penggunaan Model PengajaranLangsung (Direct Instruction/DI) UntukMeningkatkan Prestasi Belajar Siswa KelasVII E (Skipsi Prodi Pendidikan FisikaUKWMS, tidak dipublikasikan), Surabaya:Universitas Katolik Widya Mandala.N.F. Lestari (2012), Meningkatkan Respon danPrestasi Belajar Siswa Melalui PengajaranLangsung dengan Interaktif pada BahasanGerak Lurus di Kelas VII-F SMP IPIEMSSurabaya (Skipsi Prodi Pendidikan FisikaUKWMS, tidak dipublikasikan), LampiranRPPS. Zemansky (1983), Fisika Untuk Universitas 1(terjemahan oleh Ir. Soedjana dan Drs. AmirAchmad), Bandung: BINACIPTA.______ (2011), Pengertian Pengajaran Langsung(Direct Insruction = DI). (didownload darihttp://id.shvoong.com/writing-andspeaking/2113398-pengertian-pengajaranlangsung-direct-insruction/#ixzz1sMLUcUj6).F 100

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8PENGGUNAAN MEDIA PEMBELAJARAN IM3 DITINJAU DARI KEMAMPUANBERFIKIR SISWANasrul Rofiah H, Jeffry Handhika21,2 IKIP PGRI Madiunjeffry.handhika@yahoo.comAbstrakPenelitian ini bertujuan : (1) Perbedaan penggunaan media pembelajaran IM3 berbasis flash dan media MS.Power Point terhadap prestasi belajar IPA-Fisika, (2) Perbedaan Kemampuan abstrak tinggi dan rendahterhadap prestasi belajar IPA-Fisika, (3) Interaksi media pembelajaran, Kemampuan berfikir, terhadap prestasibelajar IPA-Fisika. Hasil penelitian menunjukkan bahwa terdapat perbedaan penggunaan media pembelajaranIM3 berbasis flash dan media MS. Power Point terhadap prestasi belajar IPA-Fisika (p-value = 0,026), Siswayang diajar menggunakan media IM3 berbasis flash memberikan rata-rata prestasi lebih baik (80,63)dibandingkan dengan siswa yang diajar menggunakan power point (76,18). terdapat perbedaan antaraKemampuan Berfikir Abstrak dan konkrit terhadap prestasi belajar IPA-Fisika, p-value = (0,00). Siswa denganKemampuan Abstrak mengasilkan rata-rata prestasi lebih baik (82,31) daripada siswa dengan Kemampuankonkrit (rata-rata prestasi = 75,75). Terdapat interaksi Kemampuan Berfikir dengan media pembelajaranterhadap prestasi belajar IPA-Fisika (p-value = 0,001).Kata Kunci: Media Pembelajaran IM3, Kemampuan Berfikir SiswaPENDAHULUANBanyak aspek yang dapat mempengaruhi kualitaspendidikan, antara lain: pengajar (guru atau dosen)yang professional dan berkualitas dengan kualifikasiyang diamanahkan oleh undang-undang guru dandosen, penggunaan metode mengajar yang menarikdan bervariasi, perilaku belajar peserta didik yangpositif, kondisi dan suasana belajar yang kondusifuntuk belajar dan penggunaan media pembelajaranyang tepat dalam mendukung proses belajar.Seringkali dalam penelitian pendidikan penggunaanmetode, model, pendekatan, perilaku peserta didikdan suasana belajar dijadikan subjek penelitian dalammengatasi permasalahan pembelajaran maupunpeningkatan kualitas pembelajaran. Komponen mediaseringkali dikesampingkan, kalaupun digunakan,fungsinya hanya sebagai pelengkap dan alternatifpengganti alat dan pembandingnya.Media pembelajaran memiliki manfaat khususyang dapat kita jadikan pertimbangan sebagai subjekpenelitian, diantaranya: (1) Penyampaian materi dapatdiseragamkan, (2) Proses pembelajaran menjadi lebihmenarik, (3) Proses belajar siswa, mahasiswa lebihinteraktif, (4) Jumlah waktu belajar mengajar dapatdikurangi, (5) kualitas belajar siswa, mahasiswa dapatditingkatkan, (5) Proses belajar dapat terjadi dimanasaja dan kapan saja, (6) Peran Guru, dosen dapatberubah kearah yang lebih posiif dan produktif.Kemajuan teknologi dan komputerisasi berdampakpada perkembangan media visual. Media visual yanghanya berupa gambar mati berevolusi dalam bentukgambar bergerak (animasi) yang dapat ditambahkansuara (audio) (audiovisual) dan dapat menyajikantampilan multidimensional. Perkembangan perangkatlunak (software) juga memberikan dampak positif,diantaranya. animasi lebih jelas, simulasi dapatdikembangkan dan media lebih bersifat interaktif.F 101Uraian diatas memberikan inspirasi bagi kami untukmelakukan penelitian dengan tema “Efektivitas mediapembelajaran Interaktif, menarik, menantang danmenyenangkan (IM3). Media pembelajaran tidak akanmendapatkan perhatian dari siswa ketika media yangdibuat bersifat tidak interaktif, menarik, menantangdan menyenangkan. Interaktif, menarik, menantangdan menyenangkan merupakan syarat pokok yangharus dipenuhi dalam pengembangan media.Interaktif memberikan kesan apa yang dapatdilakukan siswa atau mahasiswa terhadap media,menarik berkaitan dengan visualisasi dan kejelasanmedia dalam menyampaikan informasi yang bersifatabstrak menjadi konkret, dan menantang memberikanmakna konflik kognitif dan rasa keingintahuan siswa,menyenangkan mengubah situasi belajar jadi lebihhidup dan bermakna. De porter et al dalam (Winarno,dkk:2009) mengungkapkan “manusia dapat menyerapsuatu materi sebanyak 70% dari apa yang dikerjakan,50% dari apa yang didengar dan dilihat (audio visual),sedangkan dari yang dilihatnya hanya 30%, dari yangdidengarnya hanya 20%, dan dari yang dibaca hanya10%”. Hasil penelitian ini memperkuat kami untukmelakukan pengembangan media pembelajaran.Banyaknya pengertian media, yang masing-masingmemberi tekanan pada hal-hal tertentu, maka SriAnitah (2008:11), mendefinisikan “media adalahsetiap orang, bahan, alat, atau peristiwa yang dapatmenciptakan kondisi yang memungkinkan pebelajaruntuk menerima penetahuan, ketrampilan, dan sikap”.Dari pengertian tersebut berarti bahwa guru ataudosen, buku ajar, dan lingkungan adalah media.Setiap media merupakan sarana untuk menuju kesuatu tujuan. Di dalamnya terkandung informasi yangdapat dikomunikasikan kepada orang lain. Informasiitu mungkin didapatkan dari buku-buku, rekaman,internet, film, mikrofilm dan sebagainya.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Dalam proses pembelajaran IPA- Fisika,seringkali siswa dihadapkan pada materi yang bersifatabstrak. Konsekwensinya materi menjadi sulitdisampaikan oleh guru dan sulit dipahami oleh siswa.Prestasi belajar siswa dapat dipengaruhi oleh tingkatkemampuan berfikir siswa. Kemampuan berpikirabstrak adalah kemampuan menemukan pemecahanmasalah tanpa hadirnya objek permasalahan itu secaranyata, dalam arti siswa melakukan kegiatan berpikirsecara simbolik atau imajinatif terhadap objekpermasalahan itu. Untuk menyelesaikan masalah yangbersifat abstrak akan mudah dilakukan oleh orangyang memiliki kemampuan berpikir abstrak dankemampuan dapat dicapai oleh anak yang sudahmencapai tahap operasional formal yang baik. Bagisiswa yang memiliki kemampuan konkrit, akanmengalami kesulitan dalam memahami permasalahandan menemukan pemecahan masalah. Berdasarkananalisis yang telah kami paparkan, tema diatas kamipersempit menjadi penelitian yang berjudul“Efektivitas Media Pembelajaran IM3 ditinjau dariKemampuan Berfikir Siswa. Untuk menjawabperumusan masalah, maka tujuan penelitian kamiadalah untuk mengetahui:1. Perbedaan penggunaan media pembelajaran IM3berbasis flash dan media MS. Power Pointterhadap prestasi belajar IPA-Fisika.2. Perbedaan Kemampuan berfikir abstrak dankongkrit terhadap prestasi belajar IPA-Fisika.3. Interaksi media pembelajaran, Kemampuanberfikir, terhadap prestasi belajar IPA-Fisika.Pada penilitian ini objek penelitian adalah siswaSMPN 1 Madiun, materi ajar difokuskan pada bidangIPA sub bab Model atom, media pembelajaran yangdigunakan berupa animasi, simulasi, Lembar kerjasiswa (LKS), quis dan permainan berbasis flash.Permasalahan pembelajaran yang dikaji adalah Hasilbelajar ranah kognitif ditinjau dari Kemampuanberfikir siswa.Metode yang digunakan pada penelitian iniadalah metode eksperimen yang melibatkan duakelompok yaitu kelompok eksperimen I dankelompok eksperimen II. Kedua kelompok tersebutdiasumsikan sama dalam segala segi yang relevan danhanya berbeda dalam pemberian perlakuan mediapembelajaran. Kelompok eksperimen I diberikanperlakuan dengan media pembelajaran IM3 berbasisflash, sedangkan kelas eksperimen II diberikanperlakuan media pembelajaran menggunakan MS.Power Point. Kedua kelompok tersebut di atassebelum proses belajar mengajar dimulai diberikan tesKemampuan berfikir. Populasi dalam penelitian iniadalah siswa SMP 1 Madiun. Dari populasi tersebutdiambil 3 kelas yang memiliki kemampuan awal yanghomogen dan terdistribusi normal dua kelas sebagaisampel (kelas eksperimen I dan II) dan satu kelasdigunakan untuk uji instrumen.Sesuai dengan variabel penelitian yang telahdisebutkan diatas, ada lima sumber yang akan dijaringuntuk keperluan penelitian ini. Data tersebut antaraF 102lain : prestasi belajar ranah kognitif, kemampuanberfikir yang dijaring melalui Tes. Sebelum tesprestasi ranah kognitif, dijadikan alat pengumpulandata, terlebih dahulu diadakan analisis validitas,reabilitas, uji beda dan taraf kesukaran soal instrumen.Analisis ini dilakukan melalui ujicoba instrumen.Pelaksanaan uji coba instrumen dimaksudkan untukmengetahui kelayakan instrumen untuk dijadikansebagai instrumen penelitian. Uji coba instrumendilakukan pada seluruh variabel. Media pembelajaranberbasis flash diuji validitasnya oleh pakar. Mediadinyatakan valid apabila dua dari tiga pakarmenyatakan media tersebut layak.Analisis data yang digunakan adalah ujivariansi 2x2. Desain faktorial analisis varian 2 jalan2x2 dapat dilihat pada tabel 1.1.Tabel 1. Desain faktorial 2x2AA 1BA 1 A 2B 1 A 1B 1 A 2B 1B 2 A 1B 2 A 2B 2Keterangan : A 1 = perlakuan dengan media pembelajaran IM3berbasis flash, A 2 = perlakuan menggunakan media MS. PPT, B 1 =Kemampuan Abstrak, B 2 = Kemampuan Konkrit.Uji prasarat yang digunakan dalam analisis variansiadalah uji normalitas dan uji homogenitas. Terdapattiga hipotesis dalam penelitian ini:1. Terdapat perbedaan penggunaan mediapembelajaran IM3 berbasis flash dan media MS.Power Point terhadap prestasi belajar IPA- Fisika.2. Terdapat perbedaan Kemampuan Abstrak dankonkrit terhadap prestasi belajar IPA- Fisika.3. Terdapat interaksi media pembelajaran denganKemampuan berfikir terhadap prestasi belajarIPA- Fisika.Pengujian hipotesis pada penelitian ini menggunakananova dua jalan dengan bantuan software Minitab. Ujianova memiliki ketentuan Ho diterima ketika P-value>0,05.HASIL PEMBAHASANHipotesis pertamaMedia visual power point maupun flash dapatmembuat proses belajar lebih efisien. Fasilitator tidakperlu menulis ataupun memvisualisasikan informasidi papan tulis. (Clark, R:2006) mengungkapkanbahwa ”Experienced researchers recognize that theuse of technology and multimedia, resources, andlessons can vary in the level of interactivity, modality,sequencing, pacing, guidance, prompts, andalignment to student interest, all of which influencethe efficiency in learning”. Power point maupun flashdapat menampilkan gambar, grafik, suara videomaupun tulisan. Media flash maupun power pointmemiliki kelebihan yang hampir sama dalammenyampaikan informasi. While Clark (1983) dalamKozma, R.B. (1991) mengungkapkan bahwa:contends that even if there are differences in learningoutcomes, they are due to the method used, not the

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8medium. With this distinction, Clark creates anunnecessary schism between medium and method.Medium and method have a more integralrelationship; both are part of the design. Within aparticular design, the medium enables and constrainsthe method; the method draws on and instantiates thecapabilities of the medium.Media dan metode memiliki hubungan yangsaling berkaitan dan terintegrasi dan merupakan satukesatuan dalam desain pembelajaran. Media yangsama, diterapkan pada kelas yang berbeda (keduakelas homogen) maka akan menghasilkan prestasibelajar yang sama, kalaupun terjadi perbedaanprestasi belajar, penyebab utamanya adalahpenggunaan metode yang berbeda. Berdasarkanargumen ini, maka peneliti menggunakan metodeyang sama pada kedua kelas eksperimen dengantenaga pengajar yang sama.Hasil perhitungan dengan program Minitab15, menunjukkan bahwa P-value untuk hipotesisipertama = 0,000, sehingga P-value < 0,05. karena P-value < 0,05 maka Ho tidak diterima, sehingga H 1diterima, yaitu terdapat perbedaan penggunaan mediapembelajaran IM3 berbasis flash dan media MS.Power Point terhadap prestasi belajar IPA-Fisika.Hasil uji lanjut dengan menggunakan main effect Plotdapat dilihat pada gambar 1. Siswa yang diajarmenggunakan media IM3 berbasis flash memberikanrata-rata prestasi lebih baik (80,625) dibandingkandengan siswa yang diajar menggunakan power point(76,176).Mean818079787776Main Effects Plot for prestasiData MeansIM3mediaGambar 1. Hasil uji lanjut anova untuk mediaMedia pembelajaran IM3 berbasis flash, memilikikeunggulan dibandingkan dengan media power point.Dengan menggunakan media pembelajaran berbasisflash, guru dapat mengembangkan media sesuaidengan karakter siswa. Selain animasi, simulasi jugadapat dibuat melalui program flash. Power point jugadapat menampilkan animasi dan simulasi, akan tetapitidak dapat dikembangkan hanya dapat ditampilkanmenggunakan hyperlink. Tombol navigasi yangdibuat melalui program flash juga lebih menarik dandapat dikembangkan. Flash dapat mengintegrasikansemua fasilitas dalam membuat media pembelajaran,sehingga siswa yang diajar dengan menggunakanmedia berbasis flash menghasilkan prestasi belajaryang lebih baik dibandingkan dengan siswa yangdiajar menggunakan media power point. Hasil inisesuai dengan kesimpulan penelitian (Adegoke:2010)PPTF 103”Integrating animations, narratives, and textualinformation in computer based enivorment may helpto improve students learning outcomes in physics”.Penelitian lain yang mendukung hasil ini antara lain:(Astuti Salim, Ishafit, Moh. Toifur:2011) dengankesimpulan “Hasil yang lebih baik diperolehkelompok pembelajaran kontruktivis menggunakanmedia pembelajaran macromedia flash dengan nilairata-rata 20,94 sedangkan untuk kelompokpembelajaran kontruktivis yang tanpa menggunakanmedia pembelajaran macromedia flash nilai rataratanyasebesar 18,87”. Walaupun memilikikeunggulan media flash memiliki kelemahan.Berdasarkan pengalaman peneliti, pembuatan mediapembelajaran berbasis flash membutuhkan wakturelatif lama dibandingkan dengan power point.Hipotetsis KeduaBerdasarkan penelitian piace (dalam Karplus,1977), tingkat kemampuan berpikir konkrit seseorangdapat dibagi menjadi 3 kategori, yaitu: kategori C 1 ,C 2 , dan C 3 . Kemampuan berpikir abstrak dibagimenjadi 5 kategori, yaitu: kategori A 1 , A 2 , A 3 , A 4dan A 5 . Siswa akan memproses kategori tertentuketika menghadapi suatu permasalahan sesuai dengankemampuan berfikirnya. Guna memudahkanpengukuran, kami hanya mengunakan C1, C2, A1 danA2. Kemampuan berfikir konkrit C1 dan C2 kamikelompokkan dalam kemampuan konkrit, Sedangkankemampuan berpikir abstrak A 1 dan A 2 kamikategorikan kemampuan abstrak. Kategori berpikirkonkrit C1, pada kategori ini seorang hanya dapatmelakukan klasifikasi sederhana dan generalisasiberdasarkan kriteria-kriteria yang tampak atau dapatdirespon oleh alat indera (observable), Kategoriberpikir konkrit C2, pada kategori ini seseorang sudahdapat melakukan konservasi logis. Kategori berpikirabstrak A 1 , seseorang yang sudah mencapai kategoriini dapat melakukan klasifikasi ganda (multipleclassification), konservasi logis, serial ordering,memahami sifat konsep abstrak, aksiomal dan teori.Kategori berpikir abstrak A 2 , yang ditandai dengankemampuan berpikir kombinasi. Katergori berpikirabstrak A 3 , seseorang mulai memiliki kemampuanmenginterpretasi hubungan fungsional dalampersamaan matematika. Kategori berpikir abstrak A 4 ,seseorang mulai dapat mengidentifikasi variabelvariabeldalam suatu desain eksperimen. Kategoriberpikir abstrak A 5 , seseorang dapat memahamikonsistensi atau pertentangan antara satu teori denganteori lain atau dengan pemahamannya ataupengetahuan lain yang diakui masyarakat ilmiah.Seseorang dapat membuat teori, hukum atau prinsipprinsip.Pengkategorian kemampuan berpikir abstrakditentukan melalui skor tes kemampuan berpikir yangmencakup 9 aspek kemampuan berpikir antara lain:classification reasoning, seriational reasoning,conservational reasoning, probability reasoning,combinatorial reasoning, correlational reasoning dancontrolling variable. Setiap anak dinyatakan telah

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8mencapai kemampuan berpikir C1 jika mendapat skor0 – 6 dalam tes SCDT (Science CognitiveDevelopment Test), kemampuan berpikir C2 jikamendapat skor 7 – 14 dalam tes SCDT, kemampuanberpikir A1 jika mendapat skor 15 – 20 dalam tesSCDT dan kemampuan berpikir A2 jika mendapatskor 21 – 22 dalam tes SCDT (Nordland, Lawson danDe Vito, 1974). Pada penelitian ini, seseorangmemiliki kemampuan konkrit jika hasil tes SCDT 0-14, dan memiliki kemampuan abstrak jika skorSCDT 15-22.Mean838281807978777675Main Effects Plot for prestasiData Means0kemampuan abstakGambar 2. Hasil uji lanjut anova Kemampuan Siswa terhadapprestasiBerdasarkan hasil analisis lanjut dapatdisimpulkan bahwa kemampuan abstrak (82,31)memberikan rata-rata prestasi yang lebih baikdaripada kemampuan Konkrit (75,75). HasilPenelitian ini didukung oleh (MohammadAdib:2009): “Terdapat pengaruh signifikankemampuan berfikir abstrak terhadap prestasi belajarsiswa”.Hipotetsis KetigaSalah satu faktor penentu keberhasilan belajarsiswa adalah media pembelajaran yang digunakanoleh seorang guru. Media pembelajaran ini tidakmenjadi masalah bagi siswa yang mempunyaikemampuan abstrak. Tetapi, bagi siswa yangkemampuan konkrit media pembelajaran ini dapatmenjadi masalah bagi mereka, ketika media yangdigunakan tidak mampu mengejewantahkanpermasalahan abstrak menjadi konkrit. Hasilperhitungan dengan program Minitab 15,menunjukkan bahwa P-value untuk hipotesis kedua =0,001, sehingga P value < 0,05. karena P-value < 0,05maka Ho tidak diteima, sehingga H 1diterima, yaituterdapat interaksi Kemampuan berfikir dengan mediapembelajaran terhadap prestasi belajar IPA-Fisika.UCAPAN TERIMAKASIHPenelitian ini didanai oleh LPPM IKIP PGRIMadiunKESIMPULANBerdasarkan hasil penelitian diatas dapatdisimpulkan bahwa:11. Terdapat perbedaan penggunaan mediapembelajaran IM3 berbasis flash dan media MS.Power Point terhadap prestasi belajar IPA-Fisika.Hasil uji lanjut dengan menggunakan main effectPlot dapat dilihat pada gambar 1. Siswa yangdiajar menggunakan media IM3 berbasis flashmemberikan rata-rata prestasi lebih baik (80,63)dibandingkan dengan siswa yang diajarmenggunakan power point (76,18).2. Terdapat perbedaan antara kemampuan berfikirabstrak dan konkrit terhadap prestasi belajar IPA-Fisika. Siswa dengan kemampuan abstrakmengasilkan rata-rata prestasi (82,31), sedangkansiswa dengan Kemampuan konkrit menghasilkanrata-rata prestasi (75,75).3. Terdapat interaksi Kemampuan berfikir denganmedia pembelajaran terhadap prestasi belajar IPA-Fisika.DAFTAR PUSTAKAAdegoke, A.B (2010), Integrating Animations,Narratives, And Textual Information ForImproving Physics Learning, ElectronicJournal of Research in Educationak Pschology,8(2), 725-748. (no 21). ISSN: 1696-2095Astuti Salim, dkk (2011), Pemanfaatan MediaPembelajaran (Macromedia Flash) DenganPendekatan Kontruktivis Dalam MeningkatkanEfektifitas Pembelajaran Fisika Pada KonsepGaya, Prosiding Seminar Nasional Penelitian,Pendidikan dan Penerapan MIPA, FakultasMIPA, UNY.Clark, R., Nguyen, F., and Sweller, J (2006),.Efficiency in Learning. Evidence-basedGuidelines to Manage Cognitive Load. Pfeiffer.Karplus, R (1977), Science Teaching and TheDeveploment of Reasoning, Journal ofResearch in Science Teaching, 14, 169 – 175.Kozma, R.B (1991), Learning with media. Review ofEducational Research, 61(2), 179-212.Mohammad Adib (2009), Model PembelajaranStudent Team Tournament Division (STAD)pada mata pelajaran kimia dengan mediaanimasi dan molymod ditinjau darikemampuan berfikir abstrak dan kreativitassiswa. Thesis PPs UNSNordland, H.F., Lawson, E.A. and De Vito, 1974, AStudy of Levels of Concrete and FormalReasoning Ability in Disadvantaged Junior andSenior High School Science Students, Journalof Science Education, 58, 569 – 575.Winarno. dkk.2009. Teknik Evaluasi Pembelajaran.Genius Prima Media.Tella A (2007), The Impact of Motivation onStudent’s Academic Achievement and LearningOutcomes in Mathematics among SecondarySchool Students in Nigeria. Eurasia Journal ofMathematics, Science & TechnologyEducation, 3(2), 149-156F 104

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Mendeley for Scientific Research Support: a ReviewRahma Martiana 1 , Rizal Arifin 2 , and Irawati 31,2 Department of Informatics EngineeringMuhammadiyah University of Ponorogo,Ponorogo, Indonesia3 SMAN 1 Kalidawir Tulungagung, Indonesia1 rahma.martiana@gmail.com, 2 rizal.arifin@gmail.com, 3 irawati.smakalita@gmail.comAbstract:The quality of research and scientific writing is strongly influenced by the references. The good management ofreferences will greatly assist the scientific activities. Some rules of writing citation and references are appointedby journal publishers. Mendeley offers some facilities to manage journals as well as to write citationautomatically. Moreover, Mendeley is freeware which is able to be downloaded and to be used by everyone.Based on the cloud computing system, the users are able to store and to access the data wherever and wheneverthey are. By the principle of academic networking, the researchers in the same research interest can makeconnection and there are possibilities to share the idea, to make collaboration, and to share the citationsbetween them.Keyword: scientific research, citation, Mendeley Desktop.1. INTRODUCTIONResearch is the one of the main academic andscientific activities. The quality of research andscientific writing is strongly influenced by thereference which is better to cite up to date scientificjournal or articles. In the research activities, thereference plays a crucial part as a guidance avoidingthe scientist away from research objective. Thereference can be a book, journal, article, proceedingpaper, thesis, magazine, webpage, etc. Reference canbe in the format of printed paper or digital file.Recently, the publishers, such as: Dover,McGrawHill, American Physical Society, etc.,provide the digital file in addition to printed paper ofbooks, journal, and scientific articles. Further, manyof the old articles and journals printed in the paper areconverted into the digital file. There are some benefitsof the changes from printed paper to the digital file asout of the first benefit is to make the archives processeasier and the second benefit is paperless which meanless paper used. Digital file also can be accessed quiteeasy by transferring the file instead of the printedpaper [1]. The library which has the books collectionin the digital file format is so called digital library.There are several social networking focus on the bookcollection between their user such as LibraryThing[2], Shelfari, and GoodReads which do not includescientific publication like journal, proceeding, thesis,etc.The comprehensive research of digital libraryresearch community has been reported by Liu et.al.[3] which shows the number of article published byeach author, the number of international networking,distribution of the author for each country, the list ofthe author with equal or more than eight paper, anddistribution of author in his papers. Several digitallibrary software available as reference manager andcitation manager including research networkingfacilities. Mendeley Desktop is one of the digitalF 105library software providing many useful features whichare presented in this paper to support the scientificresearch work.2. WHY MENDELEY IS DIFFERENTMendeley which is developed by Victor Henning,Jan Reichelt and Paul Fokcler since 2007 is freewaredesigned to be an academic networking tool as well asa platform-independent citation tools that syncs thedata across all the connected computer. Mendeleyconsist of two main component i.e. MendeleyDesktop and Mendeley Web [4].Mendeley Desktop can be used to select thedocuments to be located on the library, to extract metadata of documents, to make index for each documents,to view the documents, to make note on thedocuments, and to make citation in word documents.Using Mendeley web, indexed documents are addedto user library. The more innovative feature ofMendeley is that it aggregates and exposes all user’scitation, while maintaining user’s privacy, so theentire set of citations can be searched to find related tothe research and add them to their own citationlibrary. Workgroup allow a user to take thenetworking further by both public and private spaceswhere user and collegues can share citations, in bothpublic and private groups, as well as papers, in privategroup only. Private workgroup members can alsoshare note commends on articles [4].3. INNOVATIVE FEATURES ON MENDELEYDESKTOPIn this section, we present several innovativefeatures on Mendeley Desktop which are taken fromthe official Mendeley tutorial [5].3.1. Creating user libraryThe PDF document can be added to Mendeley byclicking Add Document button or it can be done bydragging and dropping (fig. 1) PDFs into content

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8pane. Bibliographic data of the document will bedetected by Mendeley automatically. For any detailsMendeley is uncertain about will be added to theNeeds Review Section for manual verification orusing Mendeley documents detail lookup or GoogleScholar Search to complete missing details.Figure 1. Drag and drop to add PDF file to library3.2. Import/export librarySwitching from other reference managementsoftware to Mendeley is simple. The user needs toexport library as .xml and import it to Mendeley. Themost common library data format, such as: .xml, .ris,and BibTex files, should be chosen when the userwant to import or export their data.3.3. One-Click web importerThe references can be imported easily with asingle click from services , such as ACM Portal; ACSPublications; Google Scholar; arXiv; PubMed;ScienceDirect; Scirus; and so on, by installing WebImporter (Fig. 2).Figure 3. Example of note in documentAdding highlights and notes is possible withinMendeley Desktop by clicking on the Highlight Textor Add Note buttons on the menu (Fig 3).3.5. Citing ReferencesThis feature, in fact, is the standard feature forany reference management software. Every documentin the Mendeley Desktop can be cited withinMsWord® and OpenOffice® easily. To integrateMendeley within MsWord® and OpenOffice® can bedone by Installing MsWord Plugin (Fig. 2). Onceinstalled, a set of the toolbar buttons will include inMsWord® that allow user to cite a document,generate a bibliography, or manually edit any entry,saving the time and effort in scientific writingprocess. The steps to make a citation in MsWord®from Mendeley Desktop are as shown in Fig 4.Figure 2. Step to install Web Importer3.4. Document viewer and annotationMendeley built in with document viewer whichmeans that the user can open the document inMendeley Desktop instead of using external documentviewer such as Acrobat Reader, Foxit Reader ,etc.Figure 4. Inserting citation to MsWordBibliography can be generated by clicking InsertBibliography toolbar which is the one of the set ofMendeley toolbar on MsWord® (see Fig 4-1).3.6 Sharing documents and referencesThe ability of Mendeley to sharing documentsand references is the most impressive feature as areference management software. It can helpF 106

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8collaborative research activities between theMendeley’s users. Collaborative research is everyactivities of the research project involving at least tworesearchers [6]. Multidiscipline research projectnormally has a number of collaborative researchers.Collaborative activities are in the vicinity of sharingthe idea, methodology, literatures, furthermore writingthe report and scientific publication which alreadycovered in Mendeley.First of all, a group which is simple way for userto collaborate and share the a collection of documentsshould be created. Any member of a group mayupload documents to it. A group can be created byclicking on Create Group in the left hand pane.Further, the user should enter the details of group(Fig. 5). Group name is used to specify the name ofthe group, Group description is used to enter detailsabout group, the section Privacy settings is used tochoose the type of group to be created, and to addTags or to assign a Research Discipline in the groupcan be done by clicking on Add additional info.Figure 5. Detail of group formIn Mendeley, there are three types of groups i.e.Private Groups which are invite-only groups whosecontent will only be visible to members of the group,Public Invite-only Groups which are visible toanyone, but only members can contribute to them, andPublic Open Groups which open to anyone to joinand to contribute in it. Members and documents canbe added once the group created.In Mendeley group, a user is allowed to seeupdated on who has joined, who said what, and whichpapers have been added by whom. A user also canpost status updates as well as post a comment todiscuss the research (see Fig. 6). By using Mendeleygroups, collaborative research is possible to beconducted with ease.4. THE BOTTOM LINEMendeley offers interesting services to create andmanage citation as well as for sharing resources withgroups. Both online component as well as a desktopapplication permit the user to work offline and synclater moreover workgroup functionality would be veryuseful in collaborative research. Mendeley blog showsthat since beta release in spring 2008, they have comea very long way toward making this a serious tool forscholars. The citation database of Mendeley will growover time, even if the citations are deleted frompersonal library, the citation remain in the cloudwhich become important for other to searchreferences in their field.5. CONCLUSIONMendeley offers interesting services to help thescholars to manage their references and to conductcollaborative scientific research. By the principle ofacademic networking, the researchers in the sameresearch interest can make connection and there arepossibilities to share the idea, to make collaboration,and to share the citations between them.REFERENCES:Fang, Q.H., 2009, “Construction of University DigitalLibrary Resources under The NetworkEnvirontment”, IEEE Computer SocietyProceedings of International Conference onNetworking and Digital Society, pp. 12-15.Maness, J.M., 2006, Library 2.0 Theory: Web 2.0 andIts Implications for Libraries, WebologyJournal, 3,2,http://www.webology.ir/2006/v3n3/a25.htmlLiu, X., Bollen, J, Nelson M.L., and de Sompel, H.V.,2008, Co-Authorship Networks in The DigitalLibrary Research Community, Preprintedsubmitted paper to Elsevier Science.Y. Prayudi, 2011, Aplikasi Cloud Computing untukMendukung Collaborative Research padaPembimbingan Tugas Akhir di Jurusan TeknikInformatika FTI UII, Proceeding on SeminarNasional Aplikasi Teknologi TeknologiInformasi 2011, Yogyakarta 17-18 Juni 2011,ISSN: 1907-5022.Mendeley, 2011, Getting Started with Mendeley, Lastupdated: January 2011, www.mendeley.comK.D. Pimple, 2005, Collaborative Research,http://gsn.newark.rutgers.edu/RCRDonwloads/CollaborativeResearch.pdfFigure 6. Overview tab of groupF 107

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Penerapan Game Puzzle untuk Meningkatkan Motivasi dan Prestasi Belajar Siswa KelasVIII A SMP Katolik Santo Stanislaus I Surabaya pada Materi Hukum NewtonRia Tekat Puspitaningrum 1 , I Nyoman Arcana 1 , J.V. Djoko Wirjawan 11 Program Studi Pendidikan Fisika Universitas Katolik Widya Manadala SurabayaEmail : pustekat02@gmail.comAbstrakRendahnya skor rata-rata ulangan fisika sebesar 43,93, merupakan indikasi adanya kendala dalam prosespembelajaran dalam mata pelajaran fisika. Oleh sebab itu, perlu dilakukan upaya memotivasi siswa untukmeningkatkan prestasi belajarnya tersebut melalui suatu Penelitian Tindakan Kelas (PTK). Dalam penelitian inipeneliti menerapkan Game Puzzle dalam metode STAD di mana dalam permainan ini siswa harus menatapotongan-potongan kartu yang terdiri dari soal dan jawaban sedemikian rupa sehingga terbentuk suatu bentukbangun yang populer, menarik dan mudah dimainkan. Setelah melalui dua siklus PTK disimpulkan bahwapenerapan Game Puzzle dalam metode STAD dapat meningkatkan motivasi dan prestasi belajar fisika siswakelas VIII A SMP Katolik St. Stanislaus I Surabaya. Pada akhir siklus kedua PTK, prosentase tingkat motivasibelajar fisika siswa meningkat dari 49% menjadi 61% dan skor rata-rata kelas dalam ulangan harian pelajaranfisika meningkat menjadi 70,17.Kata kunci : penelitian tindakan kelas, game puzzle, motivasi belajar, prestasi belajar.PENDAHULUANPrestasi belajar siswa kelas VIII A SMP KatolikSt.Stanislaus I Surabaya pada mata pelajaran fisikakurang memuaskan. Hal ini terlihat dari hasil ulanganharian pertama, dimana rata-rata kelasnya hanyamencapai 43,93 dengan 27% siswa yang mencapaiStandart Ketuntasan Minimum (SKM). SKM disekolah tersebut adalah 70.Pada observasi awal, terlihat banyak siswa yangtidak aktif bertanya dan atau menanggapi pertanyaanguru, tidak mengumpulkan tugas dan kurangbersemangat dalam menerima mata pelajaran dariguru. Hal tersebut disebabkan siswa tidakberkonsentrasi dalam belajar, ada siswa yangmelamun, berbicara dengan teman sebangku danbahkan ada juga yang bermain sendiri pada saatlatihan soal di kelas.Dari fenomena ditemukan bahwa tingkat motivasisiswa dalam proses belajar mata pelajaran fisikahanya 49% sehingga perlu dicari cara pembelajaranyang mampu mengaktifkan siswa, mampu bekerjasama dalam kelompok, memberi kesenangan danmenimbulkan kompetisi yang sehat dalam belajar.Menurut Kimpraswil (Muhammad, 2009)permainan adalah usaha olah diri (olah pikiran danolah fisik) yang sangat bermanfaat bagi peningkatandan pengembangan motivasi, kinerja, dan prestasidalam melaksanakan tugas dengan lebih. Berdasarkanpendapat ini, maka peneliti akan menerapkan GamePuzzle. Game Puzzle adalah suatu permainan dalamkelompok dimana siswa harus menata potonganpotongankartu yang terdiri dari soal dan jawabansedemikian rupa sehingga terbentuk suatu bentukbangun yang populer, menarik dan mudah dimainkan.Dalam permainan ini siswa dituntut bekerja sama,saling mendukung dan mengerti dengan temansekelompok.Untuk membantu pemahaman terhadap konsepmateri yang cukup sulit yang telah dipersiapkan,materi tersebut telah dirancang menggunakanpenerapan Game Puzzle. Agar pemahaman siswa bisamenyeluruh dan sekaligus menyenangkan dalamprosesnya, peneliti menerapkan pembelajarankooperatif tipe STAD (Student Teams AchievementDivisions) yang dikembangkan oleh Slavin dkk.Alasan dipilih pembahasan pembelajaran kooperatiftipe STAD karena pembelajaran kooperatif tipe STADmerupakan pembelajaran kooperatif yang palingsederhana.KAJIAN PUSTAKAMotivasi BelajarKata motivasi berasal dari bahasa latin yaitumovere yang berarti menggerakkan. Motivasi dalamhal ini dapat pula diartikan proses menggerakkan ataumendorong seseorang. Hakim (2011) berpendapatmotivasi merupakan dorongan kehendak yangmenyebabkan seseorang melakukan suatu perbuatanuntuk mencapai tujuan tertentu. Pengertian tersebutmenunjukkan bahwa seseorang melaksanakan sesuatukarena ada dorongan dalam dirinya untuk mencapaisesuatu. Makin kuat dorongan tersebut maka makinoptimal pula ia berupaya untuk mencapai tujuannyaitu sehingga jika tujuannya dapat tercapai dan merasapuas.Dalam kaitannya dengan teori moyivasi, penelitiakan menampilkan suatu model yang dapatmerangsang tumbuhnya motivasi siswa di dalamproses pembelajaran. Model ini dikemukakan Kellerseperti yang di kutip oleh Prasetya, Suciati,danWardani melalui model ARCS (Attention,Relevance, Confidance,and Satisfaction).a. Perhatian (Attention)F 108

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Perhatian siswa didorong oleh rasa ingin tahu.Oleh karena itu, rasa ingin tahu ini perlu mendapatrangsangan sehingga siswa akan memberikanperhatian selama proses pembelajaran. Rasa ingintahu ini dapat dirangsang atau dipancing melalui halhalbaru, aneh, dan berbeda dari yang sudah ada.Apabila hal-hal baru tersebut dimasukandalam rancangan pembelajaran, diharapkan akanmenstimulir rasa ingin tahu siswa. Namun janganberlebihan pula, sebab akan menjadi kurang efektif.b. Relevan (Relevance)Relevan menunjukkan adanya hubungan antaramateri pelajaran dengan kebutuhan dan kondisi siswa.Motivasi akan terpelihara apabila siswa menganggapapa yang dipelajari memenuhi kebutuhan pribadi ataubermanfaat dan sesuai dengan nilai yang dipegang.Kebutuhan pribadi dikelompokkan ke dalam tigakategori yaitu motivasi pribadi, instrumental, dankultural.c. Kepercayaan Diri (Confidance)Merasa diri kompeten atau mampu merupakanpotensi positif untuk dapat berinteraksi denganlingkungan. Konsep ini berhubungan dengankeyakinan pada pribadi siswa bahwa dirinya memilikipotensi untuk melakukan suatu tugas yang diberikanpadanya. Prinsip menunjukkan bahwa motivasi akanmeningkat sejalan dengan meningkatnya harapanuntuk berhasil. Hal ini seringkali pula dipengaruhioleh pengalaman sukses di masa yang lampau.Dengan demikian motivasi dapat menghasilkanketekunan yang membawa keberhasilan (prestasi),dan selanjutnya pengalaman sukses tersebut akanmemotivasi siswa untuk mengerjakan tugasberikutnya.d. Kepuasan (Satisfaction)Keberhasilan dalam mencapai suatu tujuan akanmenghasilkan kepuasan, dan siswa akan termotivasiuntuk terus berusaha mencapai tujuan serupa.Kepuasan atas pencapaian tujuan dipengaruhi olehkonsekuensi yang diterima, baik yang berasal daridalam maupun dari luar diri siswa. Untuk memeliharadan meningkatkan motivasi siswa, guru dapatmenggunakan pemberian penguatan berupapenghargaan, kesempatan dan lain-lain.Berkaitan dengan hal ini jelas sekali bahwaseseorang yang melakukan suatu tindakan pastimempunyai suatu alasan yang dijadikan dasar. Salahsatu dasar motivasi adalah kebutuhan. Seseorangyang melakukan suatu tindakan pasti ada tujuan yangingin dicapai untuk pemenuhan kebutuhan baik dalambelajar maupun kehidupan pada umumnya. Setiapmanusia memiliki kebutuhan-kebutuhan yang secarasadar maupun tidak, berusaha untuk mewujudkannya.Hal ini menunjukkan bahwa kebutuhan merupakanawal timbulnya suatu perilaku. Diperlukan adanyasuatu dorongan yang mampu menggerakkan ataumengarahkan perilaku tersebut. Setiap manusiaberbeda antara satu dengan lainnya, perbedaan ituselain pada kemampuannya dalam bekerja jugatergantung pada keinginannya, dorongan dankebutuhannya untuk bekerja. Keinginan untuk bekerjadalam hal ini disebut motivasi.Pembelajaran Kooperatif Tipe STADTABEL I Sintaks Pembelajaran Kooperatif Tipe STADFaseFase 1Menyampaikan tujuan danmemo-tivasi siswa.Fase 2Menyajikan informasi.Fase 3Mengorganisasi siswa kedalam kelompok-kelompokbelajar.Fase 4Membimbing kelompokbekerja dan belajar.Fase 5Evaluasi.Fase 6Memberikan penghargaan.Perilaku GuruGuru menyampaikan semuatujuan pembelajaran yangingin dicapai padapembelajaran tersebut danmemotivasi siswa untukbelajar.Guru menyajikan informasikepada siswa dengan jalandemonstrasi atau lewatbahan bacaan.Guru menjelaskan kepadasiswa bagaimana caranyamembentuk ke-lompokbelajar dan membantusetiap kelompok agarmelakukan transisi secaraefisien.Guru membimbingkelompok-kelompokbelajar pada saat merekamengerjakan tugas mereka.Guru mengevaluasi hasilbelajar tentang materi yangtelah dipelajari ataumasing-masing kelompokmempre-sentasikan hasilkerjanya.Guru mencari cara-carauntuk menghargai baikupaya maupun hasil belajarindividu dan kelompok.Ada beberapa tipe pembelajaran kooperatif yangsudah dikemukakan oleh beberapa ahli seperti Slavin(1985), Lazarowitz (1988), atau Sharan (1990). Tipetipetersebut adalah tipe Jigsaw, tipe NHT (NumberedHeads Together), tipe TAI (Team AssitedIndividualization), dan tipe STAD (Student TeamsAchievement Divisions). Dalam penelitian ini, penelitimenggunakan pembelajaran kooperatif tipe STAD.Alasan dipilih pembahasan pembelajaran kooperatiftipe STAD karena pembelajaran kooperatif tipe STADmerupakan pembelajaran kooperatif yang palingsederhana. Selain itu, tipe STAD membantumemberikan pemahaman sederhana pada konsepmateri yang sulit kepada siswa, dimana materi yangtelah dipersiapkan guru melalui lembar kerja atauperangkat pembelajaran yang lain.Permainan dalam PembelajaranMenurut Hans Daeng (dalam Ismail, 2009)permainan adalah bagian mutlak dari kehidupan anakdan permainan merupakan bagian integral dari prosespembentukan kepribadian anak. Selanjutnya AndangIsmail menuturkan bahwa permainan ada duaF 109

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8pengertian. Pertama, permainan adalah sebuahaktifitas bermain yang murni mencari kesenangantanpa mencari menang atau kalah. Kedua, permainandiartikan sebagai aktifitas bermain yang dilakukandalam rangka mencari kesenangan dan kepuasan,namun ditandai pencarian menang-kalah.Menurut Kimpraswil mengatakan bahwa definisipermainan adalah usaha olah diri (olah pikiran danolah fisik) yang sangat bermanfaat bagi peningkatandan pengembangan motivasi, kinerja, dan prestasidalam melaksanakan tugas dan kepentinganorganisasi dengan lebih baik (Muhammad, 2009).Lain halnya dengan Joan Freeman dan UtamiMunandar yang mendefinisikan permainan sebagaisuatu aktifitas yang membantu anak mencapaiperkembangan utuh, baik fisik, intelektual, sosial,moral, dan emosional (Ismail, 2009).Dari beberapa pendapat para ahli tersebut penelitimenyimpulkan definisi permainan adalah suatuaktifitas yang dilakukan oleh beberapa anak untukmencari kesenangan yang dapat membentuk proseskepribadian anak dan membantu anak mencapaiperkembangan fisik, intelektuan, sosial, moral danemosional.Game PuzzleGame Puzzle adalah suatu permainan menatapotongan-potongan karton yang terdiri dari soal danjawaban sehingga menjadi bentuk tertentu, menarikdan mudah dimainkan. Pada pelaksanaannya akantercipta pembelajaran kooperatif karena Game Puzzledikerjakan dalam kelompok sehinggga menuntutkerjasama, saling membantu, saling menghargai, dansaling memberi masukan antar anggota kelompokyang dengan sendirinya siswa juga telah belajarketrampilan sosial.Dalam setiap kartu potongan puzzle memuat soaldan jawaban pada sisi-sisinya. Bentuk kartu potonganpuzzle tersebut ada yang berupa segitiga dansegiempat. Jika disusun akan membentuk berbagaibangun, seperti heksagonal, jajaran genjang, belahketupat, dan sebagainya. Siswa bertugas mengerjakansoal-soal tersebut dan mencocokan jawabannya.Puzzle akan terbentuk dengan benar jika siswa dapatmenjawab soal dan memasangkan dengan jawabanyang sesuai.Setiap siswa harus bisa memahami danmengerjakan soal-soal tersebut dengan langkahlangkahberurutan sesuai yang telah dijelaskan olehguru sebelumnya, karena guru akan memintapenjelasan atas jawaban dari soa-soal yang ada dalampotongan-potongan puzzle secara acak. Dengandemikian diharapkan Game Puzzle ini siswa lebihtermotivasi dala belajar fisika karena merasa senangdan menjadi semangat dalam latihan soal fisika.Pembuatan kartu potongan puzzle dapatdilakukan dengan menggunakan program komputer(software) Tarsia. Guru hanya perlu mengetiksejumlah soal dan jawaban, kemudian program Tarsiaakan memasangkannya sesuai bentuk pilihan puzzle.Pilihan bentuk puzzle yang ada dalam program Tarsiaini beragam, sehingga guru akan mempunyai variasibentuk puzzle yang bisa menarik perhatian siswa.Selain itu juga ada output yang bisa dicetak olehprogram Tarsia dan guru tinggal mengguntingnyasehingga mendapat kartu potongan puzzle yang siapdimainkan siswa dalam belajar fisika.Gambar 1 Pilihan bentuk puzzle pada program TarsiaHukum NewtonGerak suatu benda ditentukan olehlingkungannya. Lingkungan yang dimaksud adalahsegala sesuatu yang mempengaruhi benda. Kemudianpersoalannya adalah bagaimana keadaan bendaselanjutnya? Isaac Newton (1642-1727) telahmemecahkan persoalan ini ketika ia mengemukakantiga hukum tentang gerak yang dinamakan hokumNewton. Hukum Newton menghubungkan percepatansebuah benda dengan massanya dan gaya-gaya yangbekerja padanya. Sebelum membahas tiga hukumNewton, mari kita mengenal konsep gaya terlebihdahulu.GayaSeperti penjelasan di atas benda bergerak karenadipengaruhi oleh lingkungannya. Dalam pembahasankali ini, hal tersebut dinyatakan dalam konsep gaya.Dalam bahasa sehari-hari gaya sering diartikansebagai dorongan atau tarikan. Gaya merupakanbesaran vektor, yang mempunyai besar dan arah sertadisimbolkan sebagai F . Besar dan arah gayabergantung pada sumberyang menghasilkan gayatersebut. Setiap sumber akan memberikan pengaruhgaya yang berbeda. Jika suatu benda mengalami gayadari beberapa sumber maka gaya yang dialami bendaadalah jumlah vektor (resultan) dari gaya-gaya yangbekerja padanya yang disimbulkan sebagai∑ F .Dalam SI, satuan gaya dinyatakan dalam newton(N). 1 N merupakan gaya yang memberikanpercepatan sebesar 1m/s 2 pada benda bermassa 1kg.Sedangkan, dalam sistem cgs (centimeter, gram,sekon), satuan gaya dinyatakan dalam dyne, dimana 1N = 10 5 dyne. Gaya dapat diukur dengan neraca pegas.Neraca pegas terdiri dari sebuah pegas yang diberiskala. Ketika pegas itu ditarik, jarum akanmenunjukkan berapa besar gaya tarik tersebut.F 110

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Hukum I NewtonJika sebuah balok diluncurkan di bidang datar,lama kelamaan geraknya berkurang dan berhenti.Gerak buku akan berhenti jika gaya luar, dalam hal inigaya dorong oleh tangan ditiadakan. Namun, jikabalok yang digunakan lebih halus dan bidang dataryang lebih licin dan diberi minyak pelumas, makapengurangan kecepatannya lebih lambat daripadayang sebelumnya. Apabila balok dan bidangdiperhalus lagi dengan minyak pelumas yang lebihbaik maka pengurangan kecepatannya semakin lambatdan balok meluncur semakin jauh. Oleh karena itudapat disimpulkan, untuk keadaan yang benar-benartanpa gesekan maka benda akan terus bergeraksepanjang garis lurus dengan kecepatan konstan.Untuk mengubah kecepatan gerak bend dibutuhkangaya luar, tetapi untuk mempertahankan keadaannya(kecepatannya) tidak dibutuhkan gaya luar samasekali. Hal inilah yang dikenal sebagai sifatkelembaman sebuah benda. Dari peristiwa tersebutNewton mengungkapkan hukum pertamanya, yaitu“Setiap benda akan tetap berada dalam keadaan diamatau bergerak lurus beraturan jika gaya total yangbekerja pada benda tersebut sama dengan nol.”Secara matematis, Hukum I Newton dapat ditulissebagai berikut:F = 0 1∑Sesungguhnya hukum I Newton ini memberikanpernyataan tentang kerangka acuan karena padaumumnya kecepatan suatu benda bergantung padakerangka acuan (inersial) yang dipakai.Hukum II NewtonHubungan antara gaya, massa, dan percepatandinyatakan dalam hokum keduanya oleh Newton.Dimana percepatan benda berbanding lurus denganresultan gaya yag bekerja padanya dan berbandingterbalik dengan massanya. Secara matematis dapatditulis sebagai berikut: F = m a2∑Bagaimanakah pengaruh gaya yang samaterhadap benda yang berbeda? Berdasarkanpengalaman sehari-hari terihat bahwa, sebuah sepedaakan mendapat percepatan yang lebih besar daripadasebuah mobil jika didorong dengan gaya yang sama.Itu berarti gaya yang sama akan menimbulkanpercepatan yang berbeda pada benda yang massanyaberbeda.Hukum III NewtonKetika kita memukul tembok, maka tangan kitaterasa sakit. Menurut fisika, kalau tangan kitamemberi gaya pada tembok, maka tembok akanbereaksi memberikan gaya pada tangan kita. Gaya inibesarnya sama dengan gaya yang kita berikan. Tangankita terasa sakit karena adanya gaya aksi-reaksi dariperistiwa tersebut.Sifat gaya ini dinyatakan oleh Newton dalamhokum ketiganya: “Ketika benda A memberikan gayapada benda B, maka benda B memberikan gaya padabenda B dengan besar yang sama tetapi arahnyaberlawanan.” Atau secara matematis adalah: F aksi= −F reaksi6METODOLOGI PENELITIANMetode PenelitianPenelitian tindakan kelas (PTK) yang digunakandalam penelitian ini adalah PTK yang dikembangkanoleh Kemmis dan McTaggart (1988). Metode initerdiri dari serangkaian siklus yang salingberkesinambungan yang melalui tahapan:perencanaan, pelaksanaan tindakan, pengamatan, danrefleksi. Setelah satu siklus berakhir, dilanjutkansiklus berikutnya dengan menggunakan refleksi padasiklus sebelumnya untuk melakukan perbaikan. Siklusberhenti jika hasilnya telah mencapai indikator yangtelah ditetapkan.Gambar 2. Model PTK yang dikembangkan oleh Kemmis danMcTaggartPersiapan PenelitianUntuk memperlancar kegiatan PTK, penelitimelakukan persiapan sebagai berikut:1. Melakukan observasi awal untukmengidentifikasi masalah dan analisis akarmasalah dengan memantau kegiatan belajarmengajar di kelas serta memberi angket kepadasiswa.2. Melakukan koordinasi dengan guru fisika danberkolaborasi untuk menentukan tindakanpemecahan masalah, yaitu menerapkan gamepuzzle.3. Mempersiapkan perangkat pembelajaran (rencanapembelajaran dan kartu potongan puzzle)4. Membuat lembar observasi untuk siswa dan guru.5. Menyusun soal tes hasil belajar siswa.F 111

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Siklus PenelitianPersiapan yang dilakukan sebelum pelaksanaanPTK ini adalah identifikasi masalah dalam prosespembelajaran dengan melakukan observasi di kelasVIII A SMP Katolik St. Stanislaus I Surabaya.Observasi yang dilakukan dengan mengikuti prosespembelajaran fisika dan memberikan angket kepadasiswa untuk mengetahui tingkat motivasinya dalambelajar fisika. Berdasarkan hasil observasi diperolehinformasi bahwa permasalahan yang terjadi dalamkelas adalah siswa kurang berkonsentrasi dalammengikuti proses pembelajaran, siswa ramai dengandengan temannya saat proses belajar, siswa tidakmemperhatikan penjelasan guru, tingkat keaktifan danprestasi belajar siswa rendah. Rendahnya motivasidan prestasi belajar siswa menjadi suatu masalah yangpenting untuk dicari pemecahannya. Rumusanmasalah dalam PTK ini adalah Bagaimana gamepuzzle dapat meningkatkan motivasi dan prestasibelajar siswa. Oleh karena itu diharapkan prestasibelajar siswa kelas VIII A SMP Katolik St. StanislausI Surabaya pada pelajaran fisika meningkat.Adapun langkah-langkah pelaksanaan penelitiantindakan kelas pada setiap siklus dapat dijelaskansebagai berikut:a. PerencanaanLangkah pertama dalam penelitian tindakan kelasadalah perencanaan. Perencanaan merupakan langkahpenting dalam memulai tindakan. Kegiatan yangdilakukan pada tahap perencanaan ini adalah:1. Menyusun rencana pelaksanaan pembelajaran(RPP)2. Menyusun soal-soal dan kunci jawabannya3. Memasukkan soal-soal dan jawabannya yangtelah disusun ke dalam program Tarsia. ProgramTarsia akan mengacak data soal dengansendirinya sesuai dengan bentuk solusi yangdiinginkan. Di dalam program ini terdapat menupilihan: input, table, output, dan solution. Padapilihan input, peneliti memasukkan data soal danjawaban. Pada pilihan table, peneliti dapatmelihat tabel daftar keseluruhan soal danjawabannya, sehingga dengan mudah dikoreksikalau ada kesalahan soal atau jawaban. Padapilihan output, peneliti mencetak kartu-kartupuzzle. Pada pilihan solution, peneliti dapatmelihat hasil jadi bentuk puzzle.5. Memasukkan setiap satu bentuk puzzle ke dalamamplop.6. Menyiapkan lembar pengamatan aktivitas siswa.7. Menyusun lembar pengamatan aktivitas gurudalam pembelajaran.b. Pelaksanaan TindakanPada tahap ini, peneliti memberikan pelajaran dikelas berdasarkan rencana pelaksanaan pembelajaranyang sudah disiapkan. Kemudian melakukan tahaptahapsebagai berikut:1. Peneliti membagi siswa dalam 6 kelompok,dimana setiap satu kelompok terdiri dari 5 orang.2. Peneliti memberi amplop kartu puzzle yangsudah disiapkan kepada setiap kelompok.3. Siswa mengerjakan soal-soal yang terdapat padakartu potongan puzzle kemudian memasangkandengan jawabannya sehinggga membentuksebuah bentuk istimewa seperti heksagonal,jajaran genjang, belah ketupat, dan sebagainya.4. Peneliti membimbing dan mengamati prosespermainan agar tercipta kelancaran diskusi dalamkelompok.5. Peneliti mengevaluasi hasil pekerjaan kelompok.6. Peneliti memberi penghargaan kepada kelompokyang berhasil menyelesaikan game puzzle denganbaik.c. PengamatanGuru Fisika dan Peneliti sebagai observermengobservasi pelaksanaan tindakan. Observasidilaksanakan untuk mengetahui sejauh mana gamepuzzle dapat meningkatkan motivasi dan prestasibelajar siswa, serta memantau kesesuaian mengajarguru dengan rencana pembelajaran yang telah dibuat.Observasi dilakukan bersamaan dengan pelaksanaantindakan dengan menggunakan lembar observasi yangtelah disiapkan.d. RefleksiHasil analisis yang diperoleh dari hasil observasidan kendala-kendala yang ditemui selamapelaksanaan tindakan digunakan sebagai bahanrefleksi. Hasil refleksi kegiatan menjadi dasar untukmengetahui perubahan yang terjadi selamapembelajaran dengan menerapkan game puzzle.Hasilnya digunakan untuk menilai kesempurnaanpelaksanaan kegiatan, memperbaiki langkah yangsalah pada tiap siklus dan menentukan apakah perludilakukan siklus selanjutnya.Gambar 3. Puzzle4. Mencetak hasil output kemudian mengguntinghasil cetakan dari program Tarsia sehinggamenjadi kartu potongan puzzle yang memuatsoal-soal dan jawabannya.Metode Pengumpulan DataSumber data dalam penelitian ini adalah siswakelas VIII A SMP Katolik St. Stanislaus I Surabayaserta lingkungan yang mendukung pelaksanaankegiatan belajar mengajar. Jenis data yang diperolehdalam penelitian ini adalah hasil belajar siswa danF 112

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8tingkat motivasi siswa. Data tersebut dikumpulkandengan cara sebagai berikut:1. Data jumlah siswa yang mengikuti penelitian dandata kondisi awal siswa diambil melaluiobservasi dan dokumentasi proses belajar siswa.2. Hasil belajar siswa dilakukan denganmemberikan tes tertulis kepada siswa sertapenilaian motivasi belajar siswa melalui angketmotivasi pada setiap akhir siklus.(http://suhadinet.files.wordpress.com)Indikator kinerja yang merupakan penilaiandalam penelitian ini adalah:1) Hasil belajar siswa rata-rata 70.2) Minimal 50% siswa dapat memenuhi SKM.3) Minimal 60% siswa mempunyai motivasi belajarfisika.HASIL DAN PEMBAHASANFisika merupakan mata pelajaran yang sulitkarena dibutuhkan kemampuan dalam aritmatikmaupun aljabar serta diperlukan pemahaman dalammenganalisa soal. Sehingga fisika merupakan matapelajaran yang kurang digemari yang mempengaruhimotivasi belajar siswa.Pada siklus I, diperoleh data motivasi belajarsiswa meningkat. Hal ini terlihat dalam pengamatandimana sebagaian siswa antusias dalam mengikutipelajaran apalagi ketika latihan soal menggunakangame puzzle walaupun masih ada beberapa siswayang masih berbuat gaduh. Prestasi belajar siswa punmeningkat, terlihat pada hasil evaluasi yangdilaksanakan terdapat peningkatan 17% siswa yangmencapai SKM walaupun masih rendah yaitu denganrata-rata kelas 58,33.Untuk memperbaikinya lagi maka dilakukansiklus II. Siswa terlihat mulai terbiasa dan menikmatimetode belajar yang digunakan peneliti. Tingkatmotivasi siswa pun menjadi 60%. Hal tersebutmempengaruhi hasil evaluasi yang meningkat dari 43%menjadi 53% siswa yang lulus SKM dengan rata-ratakelas 70,17. Dari hasil tersebut menunjukkan bahwaindikator keberhasilan sudah terpenuhi.Berdasarkan PTK yang telah dilakukan melaluidua siklus diperoleh kesimpulan bahwa tujuan daripenelitian ini telah tercapai. Siswa tampakbersemangat dan senang dalam mengikuti prosespembelajaran apalagi ketika latihan soalmenggunakan game puzzle.KeteranganRata-ratakelasProsentasekelulusanTABEL II Hasil PTKObservasiawalSiklus ISiklus II43,93 58,33 70,1727% 43% 53%Motivasi 49% 57% 61%Keteranganpeningkatanrata-ratakelas 14,40peningkatanprosentasekelulusan17%peningkatanmotivasi8%rata-ratakelas danprosentasekelulusanbelumsesuaiindikatorwalaupunmotivasisudahsesuaiindikatormakadilanjutkansiklus IIkarenabelummencapaitujuanpeningkatanrata-ratakelas 11,83peningkatanprosentasekelulusan10%peningkatanmotivasi3%rata-ratakelas,prosentase,danmotivasisudahsesuaiindikatormaka tujuanpenelitiansudahtercapai dansiklus dapatdihentikan80,0060,0040,0020,000,00awal siklus I siklus IIGambar 4. Diagram skor rata-rata ulangan harian60%40%20%0%awal siklus I siklus IIGambar 5. Diagram prosentase ketuntasan80%60%40%20%0%awal siklus I siklus IIGambar 6. Diagram tingkat motivasi belajar siswaF 113

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8KESIMPULANBerdasarkan penelitian tindakan kelas yang telahdilaksanakan di kelas VIII A SMP Katolik St.Stanislaus I Surabaya diperoleh kesimpulan denganpenerapan game puzzle dalam proses pembelajarandapat meningkatkan motivasi dan prestasi belajarsiswa kelas VIII A SMPK St. Stanislaus I Surabayapada mata pokok bahasan Gaya dan Percepatan. Halini terlihat meningkatnya jumlah siswa yangtermotivasi untuk belajar fisika dari 49% menjadi61%, meningkatkan skor rata-rata kelas dari 43,93menjadi 70,17, dan meningkatkan jumlah siswa yangmencapai SKM dari 27% menjadi 53%.UCAPAN TERIMA KASIHPeneliti mengucapkan terima kasih kepada I-HERE yang telah membantu secara finansial sehinggapenelitian ini dapat berjalan dengan lancarDAFTAR PUSTAKAA. Lie (2007), Cooperative Learning.Halliday dan Resnick (1996), Fisika Edisi ke ,3 Jilid 1.Ismail (2003), Media Pembelajaran (Model-modelPembelajaran).I.M. Midawati (2009), Peningkatan Kualitas Prosesdan Hasil Belajar Matematika dengan GamePuzzle Plus Plus pada Kelas IX IPA-1 diSMAK St. Albertus Malang.I.N. Arcana (2010), Bahan Penelitian TindakanKelas(PTK) Bagian I, Penyusunan Proposal.Muslimin, dkk (2000), Pembelajaran Kooperatif.M. Syah (2006), Psikologi Belajar.M.K.E. Lebuan (2010), Pembelajaran Kooperatif TipeSTAD Pokok Bahasan Kalor di SMPKMarsudiwi Malang.Prasetya, Irawan dan Suciati (2001), Teori Belajar danMotivasi.P.A. Tipler (1998), Fisika untuk Sains dan Teknik.R.E. Slavin (1995), Cooperative Learning. Theory,Research, and Practice: Second Edition..T. Hakim (2011), Belajar Secara Efektf .Y. Surya (2008), IPA Fisika Gasing SMP/MTs KelasVIII.F 114

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pengembangan Media Pembelajaran Fisika SMA Bilingual READ PRO pada BahasanRadiasi Benda HitamTheresia Anata 1 , I Nyoman Arcana, J.V. Djoko WirjawanProgram Studi Pendidikan FisikaUniversitas Katolik Widya Mandala Surabayae-mail 1 : lovely_sagitarius_girl@yahoo.comAbstrakDengan bertambahnya jumlah sekolah nasional plus, dirasakan perlunya media pembelajaran fisika bilingual.Media pembelajaran fisika pada topik radiasi benda hitam sangat terbatas dan umumnya tersedia dalam bahasaInggris. Masih belum tersedia media pembelajaran fisika yang sepenuhnya merupakan media pembelajaranbilingual pada topik tersebut. Penelitian ini dilakukan untuk merespons kebutuhan tersebut. Mediapembelajaran yang dikembangkan, READ PRO, mengakomodasi REading, Animation, Dictionary, danPROnunciation dalam satu paket media pembelajaran. Komponen reading menampilkan teks bacaan tentangteori radiasi benda hitam, animation menampilkan proses fisika untuk membantu pemahaman teori, dictionaryuntuk menampilkan arti kata-kata sukar dalam bacaan, dan pronunciation untuk memperdengarkan bagaimanapengucapan kata-kata yang muncul dalam bacaan secara tepat.Kata kunci : blackbody radiation, READ PRO, media pembelajaran fisika bilingualPENDAHULUANPada zaman sekarang, kita telah memasuki eraglobalisasi dimana banyak terjadi kemajuan zaman.Kemajuan itu nampak di berbagai aspek seperti aspekkemajuan teknologi yang kian canggih, ilmupengetahuan yang semakin diperbarui dan komplit,pendidikan yang kian berkembang di bidangkurikulum dan pengajarannya, kemajuan bahasa yangsemakin meluas sehingga perbedaan bahasa tak lagijadi masalah untuk memahami apa yang dimaksudkanoleh orang lain yang berbeda bahasa, dan lain-lain.Kemajuan di berbagai aspek kehidupan itumembawa efek ataupun dampak bagi kehidupan kitapula. Seperti yang telah kita ketahui bersama, bahasaInggris merupakan bahasa international yangdigunakan oleh berbagai orang di segala penjurudunia. Hal ini berdampak juga di Indonesia, bahasaInggris sebagai bahasa komunikasi setelah bahasaIndonesia. Tak hanya itu saja, melainkan banyakbuku-buku ditulis dalam bahasa Inggris.Terkait dengan perubahan itu, sekolahberadaptasi dengan dampak globalisasi tersebut. Olehkarena itu, beberapa sekolah telah menerapkanpendidikan bilingual (dwibahasa) dalampembelajarannya dan beberapa sekolah juga ada yangmenyiapkan pondasi untuk menuju ke pembelajaranbilingual tersebut. Banyak juga pengarang buku yangmenyiapkan dan mencetak buku pelajaran denganversi yang baru, yakni versi bilingual (dwibahasa).Seringnya dijumpai buku versi yang baru mengikutiarus kemajuan zaman, namun belum ditemukan mediapembelajaran dalam versi serupa yakni versi bilingual(dwibahasa).Meninjau fakta-fakta yang ada dalam masyarakat,memang diperlukan untuk menerapkan mediapembelajaran bilingual dalam dunia pendidikan. Bukubilingual saja tidak cukup untuk pembelajaranbilingual. Hal ini disebabkan karena pembelajaranbilingual juga menuntut untuk memahami bahasaInggris.Pembelajaran bilingual yang seperti apa yangmampu memberikan jawaban dari permasalahan yangmuncul? Pembelajaran bilingual ”READ PRO” yangmerupakan singkatan dari REading, Animation,Dictionary, PROnounciation. Keunggulan dari mediapembelajaran bilingual READ PRO adalah adanyamateri pembelajaran Fisika dalam bahasa Inggris yangdilengkapi dengan animasi, cara pengucapan kata-katabahasa Inggris dan juga kamus mini yang memuatkata-kata sukar yang terkait dengan materi, dalam halini materinya adalah radiasi benda hitam (Black BodyRadiation). Hal ini mampu membantu penggunauntuk memahami materi dan juga mempermudahpengguna yang memiliki kesulitan dalam bahasaInggris.Pengembangan model pembelajaran inimerupakan judul skripsi dari salah satu tim PKM-Mini dan mampu mengatasi dampak dari kemajuan arusdi bidang pendidikan. Pengembangan pembelajaranbilingual ini mampu membantu siswa dalammempelajari Fisika dan juga bahasa Inggris,khususnya siswa yang bersekolah di sekolah yangakan mengembangkan menuju ke pembelajaranbilingual.Oleh karena itulah, kami ingin membantubeberapa instansi terlait (sekolah-sekolah) yangmenemui kesulitan dalam pembelajaran bilingual.Kami berkomitmen untuk memberdayagunakan mediayang telah dibuat tersebut sebagai alat bantu untukmembantu dalam pengembangan pembelajaranbilingual di mata pelajaran Fisika tingkat SekolahMenengah Atas dalam pengembangan pembelajaranbilingual. Kami bertekad sebagai satu tim untukF 115

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8mengabdikan diri kami guna menyebarkan guna ataumanfaat media pembelajaran bilingualini.Sebelumnya, kami juga akan melakukan trainingpenggunaan media berbasis Flash ini kepada siswadan guru pengguna media ini agar mereka tahubagaimana cara menggunakan media ini seharisebelum mendemonstrasikan pengembangan mediapembelajaran bilingual”READ PRO”.LANDASAN TEORIPembelajaran Bilingual READ PROREAD PRO adalah media pembelajaran bilingualyang dilengkapi dengan kamus dan pengucapan.Pembelajaran bilingual ”READ PRO” yangmerupakan singkatan dari REading, Animation,Dictionary, PROnounciation. Keunggulan dari mediapembelajaran bilingual READ PRO adalah adanyamateri pembelajaran Fisika dalam bahasa Inggris yangdilengkapi dengan animasi, cara pengucapan kata-katabahasa Inggris dan juga kamus mini yang memuatkata-kata sukar yang terkait dengan materi, dalam halini materinya adalah radiasi benda hitam (Black BodyRadiation). Hal ini mampu membantu penggunauntuk memahami materi dan juga mempermudahpengguna yang memiliki kesulitan dalam bahasaInggris.Radiasi PanasPanas (kalor) dari matahari sampai ke bumimelallui gelombang elektromagnetik. Perpindahan inidisebut radiasi, yang dapat berlangsung dalam ruanghampa. Radiasi yang dipancarkan oleh sebuah bendasebagai akibat suhunya disebut radiasi panas (thermalradiation). Setiap benda secara kontinu memancarkanradiasi panas dalam bentuk gelombangelektromagnetik. Bahkan sebuah kubus es punmemancarkan radiasi panas, sebagian kecil dariradiasi panas ini ada dalam daerah cahaya tampak.Walaupun demikian kubus es ini tak dapat dilihatdalam ruang gelap. Serupa dengan kubus es, badanmanusia pun memancarkan radiasi panas dalamdaerah cahaya tampak, tetapi intensitasnya tidakcukup kuat untuk dapat dilihat dalam ruang gelap.Benda HitamTeori kuantum diawali oleh fenomena radiasibenda hitam. Istilah “benda hitam” pertama kalidiperkenalkan oleh Gustav Robert Kirchhoff padatahun 1862. Dalam Fisika, benda hitam (ataublackbody) adalah sebutan untuk benda yang mampumenyerap kalor radiasi (radiasi termal) dengan baik.Radiasi termal yang diserap akan dipancarkankembali oleh benda hitam dalam bentuk radiasigelombang elektromagnetik, sama seperti gelombangradio ataupun gelombang cahaya. Untuk zat padatdan cair, radiasi gelombangnya berupa spektrumkontinu, dan untuk gas berupa spektrum garis.Meskipun demikian, sebenarnya secara teoridalam Fisika klasik, benda hitam memancarkansetiap panjang gelombang energi yang mungkin agarsupaya energi dari benda tersebut dapat diukur.Temperatur benda hitam itu sendiri berpengaruhterhadap jumlah dan jenis radiasi elektromagnetikyang dipancarkannya. Benda hitam bersuhu di bawah700 Kelvin dapat memancarkan hampir semua energitermal dalam bentuk gelombang inframerah, sehinggasangat sedikit panjang gelombang cahaya tampak.Jadi, semakin tinggi suhu benda hitam, semakinbanyak energi yang dapat dipancarkan denganpancaran radiasi dimulai dari panjang gelombangmerah, jingga, kuning hingga putih. Meskipunnamanya benda hitam, objek tersebut tidak harusselalu berwarna hitam. Sebuah benda hitam dapatmempunyai cahayanya sendiri sehingga warnanyabisa lebih terang, walaupun benda itu menyerapsemua cahaya yang datang padanya. Sedangkantemperatur dari benda hitam itu sendiri berpengaruhterhadap jumlah dan jenis radiasi elektromagnetikyang dipancarkannya.Dalam percobaan Fisikasederhana, benda atau objek yang paling mirip radiasibenda hitam adalah radiasi dari sebuah lubang kecilpada sebuah rongga. Dengan mengabaikan bahanpembuat dinding dan panjang gelombang radiasi yangmasuk, maka selama panjang gelombang datang lebihkecil dibandingkan dengan diameter lubang, cahayayang masuk ke lubang itu akan dipantulkan olehdinding rongga berulang kali serta semua energinyadiserap, yang selanjutnya akan dipancarkan kembalisebagai radiasi gelombang elektromagnetik melaluilubang itu juga. Lubang pada rongga inilah yangmerupakan contoh dari sebuah benda hitam.Intensitas Radiasi Benda HitamPada tahun 1859, Gustav Kirchoff membuktikansuatu teorema yang sama pentingnya dengan teoremarangkaian listrik tertutupnya ketika ia menunjukkanargumen berdasarkan pada termodinamika bahwasetiap benda dalam keadaan kesetimbangan termaldengan radiasi daya yang dipancarkan adalahsebanding dengan daya yang diserapnya. Untuk bendahitam, teorema kirchoff dinyatakan olehI λ = J (λ, T)Dengan J(λ T) adalah suatu fungsi universal (samauntuk semua benda) yang bergantunghanya pada f , panjang gelombang cahaya, dan T,suhu mutlak benda. Persaman tersebut menunjukkanbahwa daya yang dipancarkan persatuan luaspersatuan frekuensi oleh suatu benda hitambergantung hanya pada suhu dan frekuensi cahaya dantidak bergantung pada sifat fisika dan kimia yangmenyusun benda hitam, dan ini sesuai dengan hasilpengamatan.Perkembangan selanjutnya untuk memahamikarakter universal dari radiasi benda hitam datang dariahli fisika Austria, Josef Stefan (1835-1893) padatahun 1879. Ia mendapatkan secara eksperimen bahwadaya total persatuan luas yang dipancarkan padasemua frekuensi oleh suatu benda hitam panas, Itotal(intensitas radiasi total), adalah sebanding denganF 116

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8pangkat empat dari suhu mutlaknya. Karena itu,bentuk persamaan empiris hukum Stefanditulis sebagai∞I = I λ dλ = σ T 40dengan Itotal adalah intensitas (daya persatuan luas)radiasi pada permukaan benda hitam pada esmuafrekuensi, I λ adalah intensitas radiasi persatuanfrekuensi yang dipancarkan oleh benda hitam, Tadalah suhu mutalak benda, dan σ adalah tetapanStefan-Boltzmann,yaitu _ = 5,67 × 10-8 W m -2 K -4 .untuk benda panas yang bukan benda hitam akanmemenuhi hukum yang sama hanya diberi tambahankoefisien emisivitas, e, yang lebih kecil dari 1:I = e σ T 4Hukum Pergeseran WienI = P = e σ T4AP = A e σ T 4Pada tahun 1893, Wilhelm Wien mengusulkansuatu bentuk umum untuk hukum distribusi bendahitam J(f,T) yang memberikan hubungan _maks dan Tyang sesuai dengan hasil eksperimen. Hubungan inidisebut sebagai pergeseran Wien dan ditulis sebagaiλ peak T = C = 2.90 x 10 −3 m KGambar 1. Menunjukkan pergeseran panjang gelombang padakurva intensitas fungsi panjang gelombang (sumber:www.pas.rochester.edu)Teori PlanckTeori Wien cocok dengan spektrum radaisi bendahitam untuk panjang gelombang yang pendek, danmenyimpang untuk panjang gelombang yang panjang.Teori Rayleigh-Jeans cocokdengan spektrum radiasibenda hitam untuk panjang gelombnag yang panjang,dan menyimpang untuk panjang gelombang yangpendek. Jelas bahwa fisika klasik gagal menjelaskantentang radiasi benda hitam. Inilah dilema fisikaklasik di mana Max Planck mencurahkan seluruhperhatiannya.Pada tahun 1900, Planck memulai pekerjaannyamembuat suatu angapan baru tentang sifat dasar daringetaran molekul dalam-dinding-dinding ronggabenda hitam (pada saat itu elektron belum ditemukan).anggapan baru ini sangat radikal dan bertentangandengan fisika klasik, yaitu sebagai berikut:1. Radiasi yang dipancarkan oleh getaran molekulmolekultidaklah kontinu tetapi dalam paket-paketenergi diskret, yang disebut kuantum (sekarangdisebut foton). Besar energi yang berkaitan denagnfoton adalah E = hf, sehingga untuk n buahb fotonmaka energinya dinyatakan olehE = n h fdengan n = 1, 2, 3, …..(bilangan asli), dan f adalahfrekuensi getaran molekul-molekul. Energi darimolekul-molekul dikatakann terkuantisasi dan energiyang diperkenankan disebut tingkat energi. Ini berartibahwa tingkat energi bisa hf, 2hf, 3hf, ……sedanh hdisebut tetpaan Planck, denganh = 6,6 34 10− × J s(dalam dua angka penting)2. Molekul-molekul memancarkan ataumenyerapenergi dalam satuan diskret dari energy cahaya,disebut kuantum (sekarang disebut foton). Molekulmolekulmelekukan itu dengan “melompat” dari satutingkat energi ke tingkat energi lainnya. Jika bilangankuantum n berubah dengan satu satuan, Persamaan (8-10) menunjukkan bahwa jumlah energi yangdipancarkan atau diserap oleh molekul-molekul samadengan hf. Jadi, beda energi antaradua tingkat energiyang berdekatan adalah hf. Molekul akanmemancarklan atau meyerap energi hanya ketikamolekul mengubah tingkat energinya. Jika molekultetap tinggal dalam satu tingkat energy tertentu, makatidak ada energi yang diserap atau dipancarkanmolekul.Penelitian TerdahuluBanyak penelitian terdahulu yang pernah ada diWidya Mandala tentang pembelajaran bilingual,diantaranya: Ika lilyana Soesilo (2011) and ErmondDarmoyo (2008).METODOLOGI PENELITIANMetode PenelitianMetode yang digunakan dalam penelitian ini adalahpenelitian pengembangan yang berorientasikan padaproduk.Subyek penelitianSubyek penelitian adalah siswa Sekolah MenengahAtas di tiga sekolah, yaitu SMA St. Louis I Surabaya,SMA St. Carolus Surabaya, dan SMAN 6 Surabaya.Prosedur penelitianStudi PustakaMerancang Pembelajaran BilingualMengembangkan Pembelajaran BilingualValidasiRevisiUji cobaKesimpulanF 117

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Teknik Pengumpulan DataSiswa diminta untuk mengoperasikan programpembelajaran bilingual READ PRO kemudianmengisi angket yang telah disediakan.Instrumen PenelitianInstrumen penelitian yang digunakan adalah programpembelajaran bilingual READ PRO dan angket ataukuisioner.Teknik Analisis DataMenghitung presentase setiap pernyataan pada angketbagi yang menjawab sangat setuju (SS), setuju (S),tidak setuju (TS), sangat tidak setuju (STS).Hasil dan PembahasanHasil penelitian berupa CD pembelajaran yangberisikan program media pembelajaran bilingualFisika READ PRO. Secara garis besar, isi programyang terdapat dalam CD meliputi teori, berisikanmateri radiasi panas, benda hitam, hokum pergeseranwien, teori Planck dan kamus serta pengucapannya.Untuk memberikan gambaran secara umumtentang apa yang terdapat dalam CD, print out daribeberapa halaman yang ditampilkan di layar monitor,terlihat seperti gambar di bawah ini.Gambar 2. Menu pembukaNoGambar 4. AnimasiGambar 5. Kamus dan pengucapanTabel I. Perhitungan hasil angket siswa (dalam persentase)PernyataanSS&S(%)TS&STS (%)1.Tidak ada kesulitan membukamedia pembelajaran bilingual.92,5 7,52.Desain media pembelajaranbilingual ini menarik.95,83 4,173.Kamus mini dapat memperkayakosakata.95,83 4,174.Pronunciation membantupelafalan.90 105.Animasi ini dapatmemvisualisasikan konsep Fisika.98,33 1,676.Mengasyikkan karena pembelajaranmelalui komputer.92,5 7,57. Dapat dipelajari sendiri. 86,67 13,348.Tidak ada kesulitanmengoperasikan media90,83 9,17pembelajaran bilingual.9.Pembelajaran Fisika bilingualmenjadi mudah dipahami.89,17 10,8310.Tepat dalam membantupembelajaran bilingual di sekolah.92,5 7,5Gambar 3. Tampilan materiF 118

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Tabel II. Hasil angket siswaNo Pernyataan SS S TS STS1.2.3.4.5.6.Tidak ada kesulitanmembukamedia pembelajaranbilingual.Desain media pembelajaranbilingual ini menarik.Kamus mini dapatmemperkayakosakata.Pronunciation membantupelafalan.Animasi ini dapatmemvisualisasikan konsepFisika.Mengasyikkan karenapembelajaran melaluikomputer.40 71 8 139 76 5 037 78 3 230 78 11 143 75 2 043 68 8 17. Dapat dipelajari sendiri. 29 75 14 28.9.10.Tidak ada kesulitanmengoperasikan mediapembelajaran bilingual.Pembelajaran Fisikabilingual menjadi mudahdipahami.Tepat dalam membantupembelajaran bilingual disekolah.40 69 11 036 71 12 133 78 9 0Ditunjukkan pada Tabel I bahwa lebih dari 86,67 %dari responden (siswa SMA) mengatakan bahwamedia ini baik dan bermanfaat. Berdasarkan Tabel II,jumlah responden yang menyatakan sangat setuju(SS) dan setuju (S) 370 dan 739 dan jumalahresponden yang menyatakan tidak setuju (TS) dansangat tidak setuju (STS) adalah sebanyak 83 dan 8.Oleh karena itu, kita dapat menghitung hasil kuisioneratau angket yang mengindikasikan bahwa media inibaik dan bermanfaat yaitu sebagai berikut:SS+SHasil == 370+739= 1109=SS+S+TS+STS 1200 12000,924166667 = 92, 4166667 % = 92, 42%Dengan demikian, media pembelajaran bilingualFisika READ PRO yang telah dibuat dapat dikatakanbaik.KESIMPULAN DAN SARANProgram media pembelajaran bilingual FisikaREAD PRO telah dibuat dan diujicobakan. Dari hasilujicoba secara umum mengatakan bahwa programbaik dan bermanfaat. Terbukti dari hasil angket yangmenyatakan 92,42 % siswa SMA setuju bahwaprogram ini baik.Saran yang paling sering muncul adalah penelitidiharapkan menambahkan latihan soal pada READPRO, mengembangkan READ PRO pada topikpembelajaran Fisika lainnya, dan membuat desainREAD PRO yang lebih menarik.UCAPAN TERIMA KASIHPeneliti menyampaikan terima kasih kepadaProyek I-MHERE UKWMS yang telah membiayaipenelitian ini sesuai dengan IBRD Loan No. 4789-IND & IDA Loan No 4077-IND.DAFTAR PUSTAKAArcana, N. (2009). Pengembangan Software EfisiensiPelaksanaan Evaluasi Integral Tak Tentu(Laporan Penelitian). Surabaya: UNIKAWidya Mandala.Arcana, N. (2008). Pengembangan MediaPembelajaran Mandiri Berbantuan Komputeruntuk Meningkatkan Pemahaman KonsepKalkulus II (Laporan Penelitian PPKP).Jakarta: Dikti,Arcana, N, dkk. (2008). Eksperimen FenomenaFisika yang Gerakannya Sulit Diamati danPembuatan Program Animasi untukMenunjukkan Prosesnya (laporan Penelitian).Jakarta: Dikti.Darmoyo, Ermond. (2008). Pembuatan MediaPembelajaran Mandiri Fisika SMABerbasiskan Komputer Pokok Bahasan OptikaGeometri dan Alat Optik (Skripsi). Surabaya:UNIKA Widya Mandala Surabaya.Echols, JM, Shadily, H. 1981. Kamus InggrisIndonesia. Jakarta: PT. Gramedia.Kanginan, Marthen. 1994. Fisika 3B Untuk SMAKelas XII Semester 2. Jakarta : ErlanggaSoesilo, Ika lilyana. (2011). Pembuatan MediaPembelajaran Interaktif Berbasis KomputerUntuk Sub Pokok Bahasab Hukum Gauss(Skripsi). Surabaya: UNIKA Widya MandalaSurabaya.Sunardi dan Etsa Indra Irawan. 2006. FisikaBilingual Untuk SMA/MA KelasXII.Bandung : Yrama WidyaZemansky, Sears. 1994. Fisika Untuk universitas 3.Bandung : Binaciptawww.pas.rochester.eduwww.wikipedia.comF 119

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Penerapan Pembelajaran Berbasis Kegiatan Laboratorium dengan Pendekatan TutorSebaya untuk Meningkatkan Kompetensi Mahasiswa dalam Kuliah Fisika TerapanUsmeldiJurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Negeri PadangEmail: usmeldy@yahoo.co.idAbstrakFisika Terapan merupakan salah satu mata kuliah pendukung di jurusan Teknik Elektro Fakultas TeknikUniversitas Negeri Padang (FT UNP). Survei awal menunjukkan bahwa mahasiswa kurang menguasai konsepfisika, sehingga sulit menerapkannya dalam mata kuliah keahlian yang relevan. Penelitian ini bertujuan untukmeningkatkan kompetensi fisika mahasiswa. Penelitian menggunakan metode eksperimen kuasi dengan desainsatu grup pre-test post-test. Subyek penelitian adalah mahasiswa jurusan Teknik Elektro FT UNP yangmengikuti kuliah Físika Terapan, sebanyak 26 orang. Data dikumpulkan dengan menggunakan lembaranobservasi, lembaran penilaian proses pembelajaran, dan tes penguasaan konsep fisika. Untuk mendukungpelaksanaan pembelajaran disusun satuan acara perkuliahan, petunjuk praktikum, dan handout. Hasilpenelitian menunjukkan bahwa kemampuan mahasiswa dalam: (1) menguasai konsep fisika termasuk kategoribaik, (2) memecahkan masalah termasuk kategori baik, (3) berdiskusi dalam kelompok termasuk kategori cukup,(4) melakukan praktikum termasuk kategori sangat baik, (5) mempresentasikan hasil praktikum termasukkategori baik. Peningkatan penguasaan konsep fisika mahasiswa termasuk kategori sedang. Pembelajaran fisikaterapan berbasis kegiatan laboratorium dengan pendekatan tutor sebaya dapat meningkatkan kompetensi fisikamahasiswa. Saran diajukan kepada dosen fisika terapan untuk dapat menerapkan pembelajaran berbasiskegiatan laboratorium dengan pendekatan tutor sebaya dalam kuliah fisika terapan.Kata kunci: Kegiatan laboratorium, tutor sebaya, kompetensi fisika.PENDAHULUANSejalan dengan perkembangan ilmu pengeta-huandan teknologi pendidikan banyak menghadapiberbagai tantangan, diantaranya adalah peningkatanmutu pendidikan. Rendahnya mutu pendidikan dapatdilihat dari kemampuan peserta didik, meskipunmemperoleh nilai tinggi tetapi mereka kurang mampumenerapkan pengetahuan, keterampilan, dan sikapdalam kehidupan sehari-hari. Salah satu faktorpenyebabnya adalah proses pembelajaran yangbersifat informatif sehingga pelajaran kurangbermakna. Peserta didik kurang dilibatkan dalamkegiatan pembelajaran kontekstual.Mata kuliah Fisika Terapan di Fakultas TeknikUniversitas Negeri Padang (FT UNP) berfungsisebagai mata kuliah pendukung bagi mata kuliahkeahlian (MKK) yang relevan. Diharapkanmahasiswa dapat menguasai konsep fisika danmemiliki keterampilan dalam melakukan kegiatanpraktikum fisika terapan. Kemampuan menguasaikonsep fisika dan melakukan praktikum fisika terapandiperlukan oleh mahasiswa pada saat mengikuti MKKyang relevan. Dalam upaya untuk meningkatkankemampuan mahasiswa dalam menguasai konsepfisika dan melakukan praktikum fisika terapan, telahdilakukan survei terhadap perkuliahan fisika terapanbagi mahasiswa jurusan Teknik Elektro FT UNP.Hasil survei menunjukkan bahwa: (1) Perkuliahanfisika terapan dilaksanakan secara teori dan praktikumuntuk beberapa pokok bahasan. (2) Kegiatanpraktikum fisika terapan di laboratorium bersifatverifikasi (pengujian teori atau hukum-hukum fisika).(3) Dalam kegiatan praktikum fisika terapan,mahasiswa menggunakan buku petunjuk praktikum.Buku petunjuk praktikum berisi langkah-langkahkegiatan yang diuraikan secara rinci dan disediakantabel pengamatan/data praktikum. (4) Dosenmembimbing mahasiswa pada setiap langkah kegiatanpraktikum. (5) Penguasaan konsep fisika mahasiswamasih rendah. Hal ini ditunjukkan oleh rata-rata nilaifisika terapan adalah C (56-65).Untuk meningkatkan kemampuan mahasiswadalam menguasai konsep fisika dan melakukanpraktikum fisika terapan, salah satu modelpembelajaran yang dapat digunakan adalah modelpembelajaran berbasis kegiatan laboratorium denganpendekatan tutor sebaya (disingkat model PBKLTS).Model PBKLTS memiliki karakteristik: (1)mengintegrasikan pembelajaran teori dan praktikumuntuk memantapkan pengetahuan, ketrampilan, dansikap, (2) kondisi belajar yang kondusif untukmengembangkan kreativitas, motivasi, dan wawasan,(3) memanfaatkan mahasiswa sebagai tutor (Usmeldi,2011).Penerapan metode belajar aktif dan tutorialefektif digunakan dalam perkuliahan. Pelaksanaantutorial teman sebaya dapat membantu mahasiswadalam mengatasi kesulitan belajar terutama dalammengerjakan soal-soal latihan (Yakub, 2005). Tutorsebaya merupakan salah satu solusi yang diharapkandapat mengaktifkan mahasiswa dalam pembelajaranfisika terapan. Hal ini didasarkan atas hasil penelitianRiyono (2006) yang menyatakan bahwa modelpembelajaran tutor sebaya dalam kelompok kecildapat meningkatkan hasil belajar siswa, semua siswaF 120

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8aktif, siswa antusias dalam mengerjakan tugas,perwakilan kelompok berani mengerjakan tugas didepan kelas, dan siswa berani bertanya. Hasilpenelitian Akrom (2007) menyatakan bahwapembelajaran dengan memanfaatkan tutor sebayaternyata mampu mengoptimalkan pembelajarankomputer, yang pada akhirnya mampu meningkatkankemampuan siswa sesuai dengan tuntutan kompetensidasar.Pembelajaran adalah suatu proses yang rumitkarena tidak sekedar menyerap informasi dari dosen,tetapi juga melibatkan berbagai kegiatan dan tindakanyang harus dilakukan terutama bila diinginkan hasilbelajar yang baik. Rendahnya hasil belajar fisikamahasiswa diduga disebabkan oleh kesulitanmemahami konsep fisika. Fakta menunjukkan padasaat pembelajaran berlangsung sebagian besarmahasiswa kurang antusias menerimanya, mahasiswabersifat pasif, enggan, tidak berani mengemukakanpendapatnya. Pendekatan pembelajaran tutor sebayamerupakan suatu proses dimana seorang mahasiswamemberikan bantuan atau bimbingan belajar kepadamahasiswa lainnya baik secara perseorangan maupunsecara kelompok. Seorang mahasiswa lebih mudahmenerima bantuan pengajaran dari temannya daripadamenerima bantuan dari dosen. Mahasiswa tidakmerasa enggan untuk bertanya maupun minta bantuanpada temannya.Berdasarkan pada kondisi perkuliahan fisikaterapan yang telah diuraikan di atas maka dilakukanpenelitian tentang penerapan model pembelajaranberbasis kegiatan laboratorium dengan pendekatantutor sebaya untuk meningkatkan kompetensimahasiswa dalam menguasai konsep fisika danmelakukan praktikum fisika terapan. Masalah dalampenelitian dirumuskan sebagai berikut: Bagaimanakemampuan mahasiswa menguasai konsep fisika danmelakukan praktikum fisika terapan dalampembelajaran berbasis kegiatan laboratorium denganpendekatan tutor sebaya? Tujuan penelitian adalahuntuk mengungkapkan kemampuan mahasiswamenguasai konsep fisika dan melakukan praktikumfisika terapan dalam pembelajaran berbasis kegiatanlaboratorium dengan pendekatan tutor sebaya.Dengan bekal penguasaan konsep fisika, mahasiswadapat menerapkan konsep fisika ke dalam MKK yangrelevan.METODE PENELITIANPenelitian ini menggunakan metode eksperimenkuasi dengan desain one group pretest-posttest(Creswell, 1994). Pre-test dan post-test diberikanpada mahasiswa kelas eksperimen denganmenggunakan soal yang setara. Penelitiandilaksanakan pada mahasiswa jurusan Teknik ElektroFT UNP yang mengikuti kuliah Fisika Terapan yangberjumlah 26 orang. Materi fisika terapan yangdisajikan dalam penelitian adalah konsep listrik arussearah, rangkaian listrik, dan hukum dasar rangkaian.Langkah-langkah pelaksanaan penelitian adalah:(1) melakukan survei pendahuluan, (2) menyiapkanperangkat pembelajaran dan instrumen penelitian, (3)memvalidasi perangkat pembelajaran dan instrumenpenelitian, (4) melakukan ujicoba instrumenpenelitian, (5) menganalisis data ujicoba, (6)memberikan pre-test, (7) memberikan perlakuandengan melaksanakan pembelajaran model PBKLTS,(8) memberikan post-test (9) menganalisis data, dan(10) menginterpretasi hasil yang diperoleh.Instrumen yang digunakan dalam penelitianberupa: lembaran observasi, lembaran penilaianproses pembelajaran, dan tes penguasaan konsepfisika. Lembaran observasi digunakan dalam surveipendahuluan. Lembaran penilaian prosespembelajaran digunakan untuk menilai kemampuanmahasiswa dalam memecahkan masalah, berdiskusidalam kelompok, melakukan praktikum, danmempresentasikan hasil praktikum. Tes penguasaankonsep fisika berbentuk tes esei denganmengutamakan pertanyaan konsep fisika daripadapenyelesaian soal berupa perhitungan denganmenggunakan rumus-rumus fisika. Naskah soal inidisusun oleh peneliti dengan bantuan penimbang ahli(expert judgment) untuk mengetahui validitas isi tes.Validitas konstruksi dan reliabilitas tes diperolehmelalui ujicoba instrumen penelitian.Data penguasaan konsep fisika dianalisis secarakuantitatif untuk mengetahui penguasaan konsepfisika mahasiswa dalam pembelajaran. Peningkatanpenguasaan konsep fisika mahasiswa dianalisisdengan menghitung rata-rata skor gain dinormalisasidari skor pre-test dan post-test. Data penilaian prosespembelajaran dianalisis dengan membandingkan ratarataskor dengan kategori skor.HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASANKemampuan Mahasiswa dalam PembelajaranDalam pembelajaran berbasis kegiatanlaboratorium dengan pendekatan tutor sebayadilakukan penilaian proses. Hasil penilaian prosespembelajaran digunakan untuk mengetahuikemampuan mahasiswa dalam pembelajaran, yaknikemampuan dalam; (1) memecahkan masalah, (2)berdiskusi dalam kelompok, (3) melakukanpraktikum, (4) mempresentasikan hasil praktikum.Data yang diperoleh melalui lembaran penilaianproses pembelajaran dikelompokkan berdasarkanpada aspek kemampuan mahasiswa dalampembelajaran. Rata-rata skor kemampuan mahasiswadalam pembelajaran disajikan dalam Tabel 1.TABEL 1 Kemampuan Mahasiswa dalam PelaksanaanPembelajaranNo. Aspek Kemampuan Rata-rata Std. Dev1 Memecahkan masalah (MM) 68,17 11,942 Berdiskusi dalam kelompok (BK) 62,28 4,913 Melakukan praktikum (MP) 81,69 10,424 Mempresentasikan hasil prkt (MH) 78,83 8,35F 121

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Merujuk pada Tabel 1 dan kategori penilaiandalam buku pedoman Universitas Negeri Padangdapat dinyatakan bahwa kemampuan mahasiswadalam: (1) memecahkan masalah termasuk kategoribaik, (2) berdiskusi dalam kelompok termasukkategori cukup, (3) melakukan praktikum termasukkategori sangat baik, (5) mempresentasikan hasilpraktikum termasuk kategori baik. Rata-rata skorkemampuan mahasiswa dalam pembelajaran dalamTabel 1 dapat divisualisasikan dengan grafik (Gambar1).Rata-rata100806040200MM BK MP MHAspek KemampuanGambar 1. Grafik Kemampuan Mahasiswa dalam PelaksanaanPembelajaranKemampuan mahasiswa dalam pembelajaranberbasis kegiatan laboratorium dengan pendekatantutor sebaya didukung oleh McDermott (1975) yangmenyatakan bahwa mahasiswa harus mampumelakukan kegiatan laboratorium di sampingmenguasai konsep esensial. Kemampuan mahasiswadalam memecahkan masalah, melakukan praktikum,dan mempresentasikan hasil praktikum telahmemenuhi kriteria ketiga ABET (Lattuca, 2006).Kemampuan mahasiswa dalam melakukan praktikum(yang bersifat inkuiri) termasuk kategori sangat baik.Temuan penelitian ini didukung oleh penelitian Cox(2002) yang menemukan bahwa kegiatanlaboratorium inkuiri dapat meningkatkan kinerjamahasiswa dalam melakukan praktikum. Deters(2005) dalam penelitiannya menemukan bahwakegiatan laboratorium inkuiri dapat meningkatkankemampuan mahasiswa dalam berpikir logis,memecahkan masalah, dan memberikan pengalamankegiatan laboratorium yang mengesankan.Peningkatan Penguasaan Konsep FisikaMahasiswaKemampuan mahasiswa menguasai konsep fisikadiperoleh melalui tes penguasaan konsep fisika. Ratarataskor pre-test adalah 59,42 dengan standar deviasi8,87. Rata-rata skor post-test adalah 73,08 denganstandar deviasi 9,70. Kemampuan mahasiswa dalammenguasai konsep fisika termasuk kategori baik(73,08). Peningkatan penguasaan konsep fisikamahasiswa dapat diketahui dengan menghitung ratarataskor gain dinormalisasi (NG) dari skor pre-testdan post-test (Tabel 2). Setelah melalui proses analisisdata diperoleh rata-rata skor NG sebesar 0,35.Peningkatan penguasaan konsep fisika mahasiswatermasuk kategori sedang.TABEL 2Penguasaan Konsep Fisika MahasiswaNo. Kelompok Uji Rata-rata Standar deviasi1 Pre-test 59,42 8,872 Post-test 73,08 9,703 NG 0,35 0,11Rata-rata skor penguasaan konsep fisikamahasiswa dalam Tabel 2 dapat divisualisasikandengan grafik (Gambar 2).Rata-rata100806040200Gambar 2. Grafik Penguasaan Konsep Fisika MahasiswaHasil penelitian menunjukkan bahwapembelajaran dengan pendekatan tutor sebaya dapatmeningkatkan penguasaan konsep fisika mahasiswa.Hasil yang dicapai ini sesuai dengan hasil penelitianMaknun (2010) yang menemukan bahwa penerapanmodel pembelajaran tutor sebaya telah terbukti efektifdalam meningkatkan hasil belajar siswa yang terbuktisignifikan, peningkatan tersebut terlihat dalam setiapsiklus belajar. Keunggulan model pembelajaran tutorsebaya juga ditunjukkan oleh ketuntasan belajar siswayang mengalami peningkatan. Ifah (2010)menyatakan bahwa pembelajaran dengan tutor sebayadapat meningkatkan hasil belajar siswa dalam matapelajaran Teknoogi Informasi dan Komunikasi.SIMPULAN DAN SARANPre-test Post-test NG (%)Hasil penelitian menunjukkan bahwa kemampuanmahasiswa dalam: (1) menguasai konsep fisikatermasuk kategori baik, (2) memecahkan masalahtermasuk kategori baik, (3) berdiskusi dalamkelompok termasuk kategori cukup, (4) melakukanpraktikum termasuk kategori sangat baik, (5)mempresentasikan hasil praktikum termasuk kategoribaik. Peningkatan penguasaan konsep fisikamahasiswa termasuk kategori sedang. Pembelajaranfisika terapan berbasis kegiatan laboratorium denganpendekatan tutor sebaya dapat meningkatkankompetensi fisika mahasiswa.Saran diajukan kepada dosen fisika terapan untukdapat menerapkan pembelajaran berbasis kegiatanlaboratorium dengan pendekatan tutor sebaya dalamkuliah fisika terapan. Mengingat banyak waktu yangF 122

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8digunakan untuk membahas satu pokok bahasan,maka perkuliahan fisika terapan yang terdiri ataskegiatan tatap muka, tugas terstruktur, dan tugasmandiri harus dilaksanakan oleh mahasiswa denganbaik. Dosen mata kuliah Fisika Terapan diharapkandapat memfasilitasi dan memotivasi mahasiswa untukmelaksanakan kegiatan tatap muka, tugas terstruktur,dan tugas mandiri.DAFTAR RUJUKANAkrom (2007). Penerapan Metode Tutor Sebaya danPenilaian oleh Teman Sebaya dalam upayamengoptimalkan pembelajaran mata pelajaranKetrampilan Komputer dan PengelolaanInformasi pada siswa kelas SMK. Tersedia:http://smkswadayatmg.wordpress.com/2007/09/27/penerapanmetode-tutor-sebaya-dalam-upayamengoptimalkanpemebelajaran-mata-pelajaran-kkpi/.[5 Februari 2012].Cox, A.J., Junkin, W.F. (2002). “Enhanced StudentLearning in the Introductory Physics Laboratory”.Physics Education. 37(1). 37-44.Creswell, J.W. (1994). Research Design: Qualitativeand Quantitative Approaches. New Delhi: SAGEPublications.Deters, K. (2005). ”An Inquiry Lab on InclinedPlanes”. The Physics Teacher. Vol 43. 177-179.Ifah, A., Rusijono (2010). “Pengaruh PenerapanPembelajaran Tutor Sebaya terhadap HasilBelajar TIK”. Jurnal Tenologi Pendidikan. Vol10 No.2. p.26-37. Surabaya: Unesa.Lattuca,L.R., Terenzini,P.T., and Volkwein,J.F.(2006). Engineering Change: A Study of theImpact of EC 2000. Executive Summary. USA:ABET Inc. Tersedia: http:// www.abet.org. [5Februari 2012].Maknun, J. dan Toto Hidajat Soehada (2010).“Efektivitas penerapan model pembelajaran tutorsebaya dalam meningkatkan hasil belajar siswapada mata pelajaran gambar teknik dasar diSMKN 5 Bandung”. Tersedia:http://file.upi.edu/Direktori/SPS/PRODI.PENDIDIKAN_IPA/196803081993031-JOHAR_MAKNUN/model-tutor-sebayasmk.pdf.[5 Februari 2012].McDermott, L.C. (1975). Improving High SchoolPhysics Teacher Preparation. Physics Teacher.Vol 13(9). p.523-529.Riyono (2006). Upaya meningkatkan hasil belajarsiswa kelas III G SMP Negeri KetanggunganBrebes pada pokok bahasan operasi pada bentukaljabar melalui model pembelajaran tutor sebayadalam kelompok kecil. Tersedia:http://digilib.unnes.ac.id/gsdl /collect/skripsi/archives/HASH01f1.dir/ doc_4.pdf. [5 Februari 2012].Usmeldi (2011). Pengembangan Model PembelajaranFisika Berbasis Kegiatan Laboratorium denganPendekatan Tutor Sebaya. Laporan Penelitian.Padang: UNP.Yakub,H. dan Sunyono (2005). Peningkatankualitaspembelajaran mata kuliah ikatan kimiamelalui penerapan metode belajar mahasiswaaktif dan konsistensi pelaksanaan evaluasi.Tersedia: http://blog.unila.ac.id/sunyono/ files/2009/06/jurnal-1-hidir-y2.pdf. [5 Februari 2012].F 123

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Penerapan Model Pembelajaran STAD dengan Metode Demonstrasi untukMeningkatkan Keaktifan dan Prestasi Belajar FisikaVironika 1 , Herwinarso, I Nyoman ArcanaProgram Studi Pendidikan FisikaUniversitas Katolik Widya Mandala Surabayae-mail1: nik3_dizzi@yahoo.comAbstrakBerdasarkan observasi awal di kelas VII A SMPK St Katarina Surabaya diketahui bahwa ketuntasan belajarsiswa pada matapelajaran fisika hanya 47%. Hal ini diduga disebabkan oleh rendahnya keaktifan siswa selamapembelajaran yang hanya mencapai 50%. Dalam upaya untuk meningkatkan keaktifan dan prestasi belajarsiswa telah dilakukan penelitian tindakan kelas (PTK) di kelas tersebut dengan menerapkan modelpembelajaran kooperatif tipe STAD yang dilengkapi dengan metode demonstrasi pada pokok bahasan gerak.Setelah melewati dua siklus PTK, pada akhir siklus kedua diperoleh keaktifan siswa meningkat menjadi 84,8%dan prestasi belajar fisika siswa meningkat menjadi 82,4 %Kata kunci: Gerak lurus, STAD, metode demonstrasi, Penelitian Tindakan Kelas, keaktifan, prestasi belajarfisika.PENDAHULUANFisika adalah salah satu mata pelajaran yangsangat penting dalam pendidikan khususnya SMP danSMA yang mengambil penjurusan IPA. Fisikamenjadi salah satu mata pelajaran yang termasukkedalam ujian nasional maka diharapkan nilai-nilaiFisika juga sama baiknya dengan nilai-nilai matapelajaran lainnya. Pencapaian ketuntasan dapatdidukung jika dalam proses pembelajaran siswamemiliki keaktifan. Namun kenyataanya tidakdemikian, dapat ditunjukkan dari nilai ulangan Fisikakhususnya siswa SMPK St Katarina Kelas VII Akurang memuaskan. SKM yang nilainya 63 hanyadipenuhi oleh 47.05% siswa dengan nilai rata-ratakelas 49.85 dan hanya 50% yang aktif dalam prosespembelajaran berlangsung.Rendahnya presentase siswa dengan ketuntasanhanya 47.05% disebabkan karena banyak hal salahsatunya adalah saat guru menjelaskan banyak siswayang berbicara sendiri dengan teman sebangku,melamun dan menggambar di buku pelajaran.Berdasarkan wawancara, siswa mengaku bahwamereka mengalami kebosanan karena tidak dapatmenerima pelajaran yang disampaikan. Guru telahberusaha membantu siswa untuk memahami materiyang disampaikan dengan pengulangan materi yangdirasa belum jelas dengan menggunakan metodeceramah dan disiplin namun hasilnya belum cukupmemuaskan.Kendala yang dialami oleh siswa kelas VII A iniakan diatasi dengan mengganti cara penyampaianmateri Fisika dengan metode atau model mengajaryang lain. Terdapat banyak model pengajaran yangdikembangkan dan digunakan dalam prosespembelajaran namun yang paling tepat dengan kondisisiswa yang ada adalah model pembelajaran kooperatiftipe STAD dengan metode demonstrasi. Pada modelini siswa diajak turut berperan aktif dalam prosespembelajaran, dengan demikian diharapkan siswajuga akan lebih memahami isi materi yangdisampaikan. Penggunaan model pembelajarankooperatif tipe STAD di kelas VII A pada pokokbahasan Gerak Lurus diharapkan mampumenyampaikan konsep pelajaran Fisika dengan baik.Berdasarkan uraian diatas,maka dilakukanPenelitian Tindakan Kelas (PTK) dengan judul“Penerapan Model Pembelajaran STAD denganmetode Demonstrasi untuk meningkatkan keaktifandan prestasi belajar siswa pada pokok bahasan GerakLurus di Kelas VII A SMPK St Katarina Surabaya “F 124LANDASAN TEORIPembelajaran Kooperatif Tipe STAD denganDemonstrasiModel pembelajaran kooperatif tipe STADdikembangkan oleh Robert Slavin dan teman-teman diUniversitas John Hopkin, merupakan modelpembelajaran kooperatif yang paling sederhana.Student Teams Achievment Divisions (STAD)mengacu pada belajar kelompok yang anggotanyaterdiri dari siswa-siswa yang heterogen. Tiap anggotatim menggunakan lembar kegiatan atau perangkatpembelajaran yang lain untuk memahami bahan ajaryang dapat melalui tutorial, kuis atau melakukandiskusi.Sedangkan Metode Demonstrasi merupakanmetode mengajar dengan menggunakan peragaanuntuk memperjelas suatu pengertian atau untukmemperlihatkan bagaimana berjalannya suatu prosespembentukan tertentu pada siswa. Untuk memperjelaspengertian tersebut dalam prakteknya dapat dilakukan oleh guru atau anak didik itu sendiri.

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8GERAK LURUSGerak dapat dibedakan menurut lintasannya.Salah satunya adalah gerak lurus, yaitu gerak yanglintasannya berupa garis lurus. Pada dasarnya ada 3macam gerak lurus, yaitu:a. Gerak Lurus Beraturanb. Gerak Lurus Berubah Beraturanc. Gerak Lurus Tak Beraturana. Gerak Lurus Beraturan (GLB)Gerak lurus beraturan adalah gerak suatu bendayang lintasannya berupa garis lurus dengan kecepatankonstan. Dengan demikian benda tersebut bergeraktanpa mengalami percepatan.v = v0 = kons tan ( tetap)a = 0Berdasarkan definisi dari kecepatan:dxv =dt∫ dx = ∫ v dtx = vt + CDengan menggunakan syarat batas : pada saatt = 0,x = x0dan v = v0diperoleh,x = vo t + x o ……………………………...(1)Grafik :Percepatan terhadap waktux = x 0 , v > 0Posisi terhadap waktub. Gerak Lurus Berubah Beraturan (GLBB)Gerak lurus berubah beraturan adalah gerak darisuatu benda yang lintasannya berupa garus lurusdengan kecepatan berubah secara beraturan ataudengan percepatan konstan.v : berubah beraturana = kons tan ( tetap)Berdasarkan definisi percepatan :dva =dt∫ dv = ∫ a dtv = at + CDengan menggunakan syarat batas : pada saatt = 0,v = v0dan v = v0diperoleh,v = v + a ........................................(2)0 tKecepatan terhadap waktuBerdasarkan definisi dari kecepatan:dxv =dt∫ dx = ∫vdt1 2x = v0t+ at + C2Dengan menggunakan syarat batas : pada saatt =v = v= 0,x x0dan 01 2x = v t + at +20 x0maka diperoleh,..........................................(3)Grafik :Percepatan terhadap waktuv = v 0 > 0F 125t(s)

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8a > 0- Kecepatan terhadap waktuv 0 > 0 a > 0Posisi terhadap waktudxv =dtdva =dtatau2d xa =2dtMETODOLOGI PENELITIANPenelitian ini menggunakan metode penelitiantindakan kelas (PTK) yang modelnya dikembangkanoleh Kemmis dan McTaggart (1988). Metode inimeliputi beberapa siklus yang saling terkait(berkesinambungan). Setiap siklus mencakup empattahapan yaitu : persiapan tindakan (plan), tindakan(action), observasi (observe), dan refleksi (reflect).Setelah satu siklus berakhir, dilanjutkan dengan siklusberikutnya dengan memanfaatkan hasil refleksi padasiklus sebelumnya.HASIL DAN PEMBAHASANTabel 1 Hasil PTKUkuran Awal Siklus I Siklus IIProsentase keaktifansiswa dalam kelompokJumlah siswa yangaktifProsentase tingkatkentuntasanJumlah siswa yangmencapai SKM50% 84,8%17 2847,85% 67,65% 82,35%16 23 28Nilai rata-rata 49,84 70,15 77,35Diagram 1 Diagram Keaktifan Siswa dalam Kelompokx = x 0 , a > 0Gerak vertical merupakan GLBB denganpercepatan yang ditimbulkan oleh tarikan bumi, yaitubiasa disebut dengan percepatan gravitasi dengansymbol g yang berarah ke bawah (ke pusat bumi).Sebetulnya besar dari percepatan gravitasi bergantungkepada jarak antara benda ke pusat bumi, tetapi untukbenda-benda yang dekat dengan permukaan bumibesar percepatan gravitasinya dianggap konstan atautetap.Berdasarkan persamaan (2) dan (3) dengana y = − g , maka persamaan untuk gerak verticaldapat dituliskan :v y = v0− g t ....................................(4)1 2y = v0t− g t + y0.............................(5)2a. Gerak Lurus Tak BeraturanGLTB adalah gerak dari suatu partikel yanglintasannya berupa garis lurus dengan kecepatanberubah tak beraturan atau percepatannya tidakkonstan.v : berubah tak beraturana = tidak kons tan ( berubah)90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%Siklus ISiklus IDiagram 2 Diagram Ketuntasan Siswa Kelas VIIA Setelah Siklus II100,00%80,00%60,00%40,00%20,00%0,00%SebelumPTKSiklus ISiklus IIF 126

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Diagram 3 Diagram Nilai Rata-rata Siswa Kelas VII A100,00%80,00%60,00%40,00%20,00%0,00%SebelumPTKDari tabel 1 dapat dilihat bahwa adanya peningkatanprosentase ketuntasan siswa dari siklus pertama kesiklus kedua. Pada akhir siklus kedua terdapat 82,35%siswa yang berhasil tuntas, lebih dari 70, ini berartiindicator ketuntasan tercapai (diagram 2). Demikianpula telah terjadi peningkatan siswa yang aktif dalamkelompo. Pada siklus I hanya terdapat 50% siswayang aktif dalam proses pembelajaran dan setelahpada siklus II terdapat 84,8 % siswa yang aktif, lebihdari 75 % yang berarti indicator keaktifan dalambelajar tercapai (diagram 1)KESIMPULANSiklus ISiklus IISetelah dilaksanakannya penelitian dapat ditarikkesimpulan bahwa Penelitian Tindakan Kelas (PTK)Penerapan Model Pembelajaran STAD denganmetode Demonstrasi pada pokok bahasan GerakLurus ternyata dapat meningkatkan keaktifan danprestasi belajar siswa VII A SMPK St KatarinaSurabaya. Berdasarkan hasil penelitian yang terdapatpada tabel 1 dapat terlihat bahwa terjadi peningkatanprosentase tingkat ketuntasan siswa, jumlah siswayang telah mencapai SKM, prosentase keaktifan siswadalam berdiskusi dan mengerjakan soal dalamkelompok dan juga jumlah siswa yang aktif dalamkelompok. Pada akhir siklus II, terdapat 82.35% siswayang memperoleh nilai ulangan lebih dari SKM (nilaisiswa ≥ 63). Dilain itu jumlah siswa yang aktif dalamproses pembelajaran juga meningkat menjadi 84,8%.Hal ini menunjukkan bahwa tujuan dari penelitian initelah terpenuhi.UCAPAN TERIMAKASIHPeneliti menyampaikan terima kasih kepadaProyek I-MHERE yang telah membiayai penelitian inisesuai dengan kontak nomor 016/MHERE-UKWMS/A01/KONTRAK/SG/III/2012.DAFTAR RUJUKANArcana, Nyoman. 2010. Bahan Penelitian TindakanKelas (PTK) Bagian I . Universitas KatolikWidya Mandala SurabayaKanginan, Marten. 2006. IPA Fisika untuk SMP KelasVII.Lie, anita 2005. Cooperative Learning.Petrik, Klemens.2012.Penerapan ModelPembelajaran Kooperatif Tipe STAD denganPermainan Kartu untuk Meningkatkan PrestasiBelajar Fisika Siswa Kelas VIIB SMPKAngelus Custos II Surabaya. Skripsi : FakultasKeguruan dan Ilmu Pendidikan Jurusan Fisika.Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya.Slavin, Robert E. 1995. Cooperative Learning.Theory, Research, and Practice ; SecondEdition. Boston : Allyn and Bacon.Supiyanto. 2006. Fisika untuk SMA/MA Kelas X. .Suprijono, Agus. 2009. Cooperative Learning Teori& Aplikasi Paikem.Tim Abdi Guru. 2008.IPA Terpadu SMP Jilid I.F 127

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Proses Terintegrasi Dalam Pembelajaran Pendidikan Tinggi: Kajian KasusPembelajaran Mata Kuliah Fisika Komputasi Di Jurusan Fisika ITSWidya Utama*, Melania Suweni, Dwa D Warnana, Bagus J Santosa, Syamsul ArifinInstitut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya*Email: widutama@yahoo.frAbstrakTak dapat dipungkiri bahwa ranah pendidikan tidak sesempit ranah pengajaran. Selain materi keilmuan yangsesuai dengan komptensi bidang pembelajaran, apa yang sebaiknya harus pula diajarkan didalam pelaksanaanpendidikan tinggi? Dalam makalah ini akan ditunjukkan parameter-parameter pembelajaran yang hendaknyamenjadi kriteria pendidikan yang musti diimplementasikan dalam proses pembelajaran di kelas. Dalam kuliahFisika Komputasi, bersama mahasiswa sejumlah 44 orang, ditentukan beberapa parameter tujuan pendidikanyang hendak diraih. Parameter tersebut adalah komunikasi, kejujuran, kerjasama, originalitas, ilmupengetahuan baru, aplikasi ilmu, berorientasi pada proses, menghasilkan karya, effort lebih, mencintai ilmupengetahuan, kemanfaatan, motivasi diri, fokus, kreatifitas, berkelanjutan, sesuai dengan dunia kerja yangkemudian lalu dirangking tingkat kepentingan relatifnya satu terhadap yang lain. Metode pembelajaran disusunbersama mahasiswa secara bervariasi untuk berusaha mewujudkan fungsi parameter tujuan pendidikantersebut. Metode pembelajaran diwujudkan dalam kontrak pembelajaran selama 1 semester dan dievaluasisepanjang semester bersama mahasiswa. Proses pembelajaran terintegrasi ini sangat dinamis danmembutuhkan keajegan terhadap proses creating value antara dosen, asisten dan mahasiswa, sertamembutuhkan sumber daya lebih. Hasil yang diperoleh dalam pembejaran di kelas Fisika Komputasimenunjukkan perbedaan yang cukup signifikan terhadap pembelajaran mata kuliah lain.Kata kunci: pendidikan, pengajaran, fisika komputasi, evaluasi.PENDAHULUANProses pembelajaran menuntut peran semua pihaksecara aktif, bukan sekedar penyampaian materipembelajaran. Komunikasi dalam pembelajaran bukanbersifat monolog, melainkan komunikasi timbal balikantara dosen dengan para mahasiswanya. Idealnyadosen mampu membina komunikasi timbal balikdengan masing-masing orang mahasiswa, karenasetiap mahasiswa adalah pribadi yang unik denganlatar belakang minat dan kemampuan akademik yangberbeda pula.Pembelajaran adalah proses perangsangan danpeningkatan kemampuan intelektual pada pesertadidik yang dilakukan secara ajeg bersama dan terukur.Pembelajaran dilakukan secara ajeg karena prosesbelajar adalah sebuah proses pembiasaan peserta didikagar mampu secara konstruktif meningkatkan potensidirinya meguasai materi ajar dan menggunakannyasesuai dengan tujuan pembelajaran. Prosespembelajaran harus terukur karena semua tindakanpembelajaran adalah tindakan berjenjang yang secarabertahap mencapai tingkat pengetahuan danketrampilan serta pembentukan sikap dan karakteryang diinginkan sesuai dengan tujuan pembelajaran.Dalam perjalanan proses pembelajaran, evaluasidiperlukan agar pencapaian tujuan dapat dijaminsesuai dengan rencana pembelajaran yang telah dibuatsebelumnya. Evaluasi dilakukan secara berkala untukmengukur kemajuan proses pembelajaran danmerancang rencana tindak perbaikan proses jikadiperlukan. Melalui evaluasi, para pemangkukepentingan (stake holders) pembelajaran dapatmengukur peran dan fungsi masing-masing dalampeningkatan kualitas pembelajaran secaraberkelanjutan.Peran dan fungsi masing-masing pemangkukepentingan harus mampu dihadirkan di dalam kelasdi sepanjang proses pembelajaran. Artinya, pesertadidik harus memahami peran dan fungsinya diantarakepentingan para pemangku kepentingan yang lain.Bagaimana mengajak para peserta didikmemahami kepentingan para pemangku kepentinganyang lain sesuai dengan peran dan fungsi masingmasing?Bagaimana mengimplementasikan prosespemahaman ini dalam pencapaian tujuan belajardalam maka kuliah Fisika Komputasi?Dalam makalah ini akan ditunjukkan prosespemahaman peran dan fungsi peserta ajar dalamkonstelasi peran dan fungsi para pemangkukepentingan yang lain. Pemahaman tersebut menjadititik tolak perencanaan proses belajar untuk mencapaitujuan pembelajaran dalam mata kuliah FisikaKomputasi. Melalui pemahaman tersebut para pesertaajar juga diajak untuk merancang rencana evaluasiyang sesuai dalam model pembelajaran yangdibangun bersama antara dosen dengan paramahasiswa.MATA KULIAH FISIKA KOMPUTASIMata kuliah Fisika Komputasi adalah mata kuliahpada Jurusan Fisika, FMIPA ITS, dengan bobot 4satuan kredit semester (sks). Fisika Komputasi adalahmata kuliah yang kompetensi komputasi dalampenyelesaian proses fisika melalui aplikasipemrograman dengan bahasa C++. Mata kuliah iniF 128

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8merupakan mata kuliah wajib bagi seluruh mahasiswaJurusan Fisika. Dalam konteks pendidikan fisika diJurusan Fisika, mata-kuliah Fisika Komputasidiajarkan kepada mahasiswa agar mahasiswamemiliki piranti (tools) komputasi dalampenyelesaian problem fisika yang dihadapinya. Pirantikomputasi yang dimaksud adalah kemampuanmenggunakan komputer sebagai alat bantuperhitungan dalam penyelesaian model fisis yangdibangun dari sebuah problem fisika. Problem fisikayang ada bisa berasal dari salah satu di antara empatkelompok kelimuan fisika yang diajarkan di JurusanFisika: ilmu bahan, instrumentasi dan elektronika,opto-elektronika dan geofisika.Tidak hanya berhenti sebagai piranti, FisikaKomputasi juga telah berkembang sebagai salah satubidang keilmuan dan teknologi perhitungan, terutamabertujuan untuk memperoleh teknik perhitungan yangakurat dan efisien yang melibatkan secara terintegrasipiranti komputer sebagai perangkat keras dan teknikpendekatan numerik sebagai basis metodeperhitungan melalui pemrograman sebagai pirantilunaknya.Dalam silabus, tujuan mata kuliah ini adalahmemberikan pengetahuan tentang sistem komputerdan perkembangannya serta ketrampilan pembuatanprogram sederhana dengan menggunakan bahasapemrograman tertentu. Aplikasi pemrogramandilakukan untuk menyelesaikan problem fisikasederhana yang melibatkan kemampuan untukmenggunakan data, pengolahan data dan penyajianhasilnya untuk selanjutnya dapat diinterpretasikan.PROSES PEMBELAJARAN1. Perancangan Proses PembelajaranDalam rancangannya, proses pembalajaran matakuliahFisika Komputasi dibagi atas empat tahappembelajaran, yaitu pemahaman proses fisika yangmelibatkan perhitungan komputasi, pembuatanalgoritma, penggunaan kode pemrograman,pemrograman komputasi. Masing-masing tahaptersebut juga direncanakan alokasi waktupembelajarannya. Evaluasi dilakukan pada setiaptahap pembelajaran di atas. Evaluasi besar dilakukandengan perencanaan dan pembuatan tugas akhirkuliah, berupa sebuah proyek komputasi dari sebuahproses fisika, yang harus disetujui oleh dosen terlebihdahulu.Rancangan tersebut di atas diskusikan denganpara mahasiswa, mengajak mereka untuk ikutmenentukan perencanaan proses pembelajaran. Dalamdiskusi perancangan ini, cara komunikasi danpemaparan ilustrasi sangat penting untuk menggiringpendapat mahasiswa menuju perancangan yangdiinginkan. Pendapat mahasiswa perlu diperhatikan,karena bisa dipastikan ada beberapa pendapat bernasyang berguna dalam penyusunan perancangan secararinci, baik dalam arti penyusunan metodepembelajaran, pengayaan dan penggunaaan contohproblem fisika yang bisa dipakai agar selalu dekatdengan bidang ilmu fisika yang ditekuni olehmahasiswa.Pelibatan mahasiswa sejak dini dalam prosespembelajaran sangat penting, karena selain sebagaialat kontrol kemajuan pembelajaran juga sebagaipedoman pembelajaran yang disepakati untukmencapai tujuan pembelajaran. Rancangan ini berlakusebagai kontrak pembelajaran selama 1 semester yangakan menentukan penilaian dosen terhadap kemajuanbelajar mahasiswa orang perorang dan jugasebaliknya sebagai kriteria penilaian kinerja dosenoleh para mahasiswa peserta didik.Kesiapan dan keterlibatan mental para mahasiswauntuk terlibat dalam perencanaan proses pembelajaranharus diperhatikan, bahkan perlu dirangsang secaraaktif. Rangsangan dilakukan dengan cara memintamahasiswa aktif menyuarakan hal-hal yang dipikirkanterkait dengan pokok diskusi. Dalam hal ini, tanpamengabaikan mereka yang aktif berpendapat danberkomentar, dosen sebaiknya meminta mahasiswayang terlihat pasif dan mendorongnya dengan caramemompakan semangat percaya diri dankemandirian. Semua pendapat tersebut dituliskan dipapan sebagai masukan berharga yang perlu diolahuntuk disimpulkan bersama sebagai rencanapembelajaran yang akan dilakukan.Ranah utama pembelajaran dalam setiap tahapdan muara impelmentasi ranah utama tersebut perludikemukakan secara jelas. Peran dan fungsi daripemangku kepentingan lain terutama yang berperansebagai pengguna kompetensi fisika komputasi perluditunjukkan, agar mahasiswa yakin bahwa kompetensiyang dipelajarinya dalam mata-kuliah fisikakomputasi sangat penting untuk bidang kerja tertentudengan karateristik pemangku kepentingan yang jugaspesifik. Dengan demikian ada keyakinan padamahasiswa bahwa kompetensi fisika komputasi itusangat berharga pada bidang-bidang yang sangatspesifik. Mahasiswa mampu melihat perspektifaplikasi kompetensi fisika komputasi secara jelas,tidak sebagai sesuatu yang mengambang.Mengambang dalam arti belajar namun tidak tahubelajar kompetensi tersebut untuk apa dan dimanapenggunaannya. Problem terbesar dalampembelajaran ilmu-ilmu fisika adalah visualisasitentang perspektif aplikasi.Peran dan fungsi asisten dosen perlu ditonjolkan.Asisten bertugas membantu para peserta didik untukmenguasai ranah keterampilan penggunaan kodebahasa pemrograman. Interaksi mahasiswa denganasisten dapat dilakukan di ruang kelas untuk asistensidan terutama di ruang laboratorium komputasi dalamkegiatan praktikum komputasi. Dalam kuliah fisikakomputasi ini, bahasa pemrograman yang dipakaiadalah C++. Bahasa C++ adalah bahasa tingkatrendah yang mampu menjadi jembatan antar muka(interface) piranti keras dan piranti lunak dalamperancangan instrumentasi, selain keakurasiannyadalam melakukan komputasi.F 129

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-82. Tujuan PendidikanMelalui kriteria berawal dari akhir, pembelajaranFisika Komputasi sebagai sebuah proses dirancangberdasarkan tujuan pendidikan tinggi yang hendakdicapai. Tujuan pendidikan ini memiliki perspektifyang berbeda dengan tujuan pembelajaran dalamsilabus. Jika tujuan pembelajaran dalam silabusditentukan berdasarkan kriteria penguasaan teknismateri pembelajaran yang mengacu kepadakompetensi yang diharapkan, maka tujuan pendidikanini adalah mengacu kepada nilai (value) pendidikanyang hendak diraih oleh mahasiswa setelahmelakukan pembelajaran Fisika Komputasi. Dengandemikian tujuan pembelajaran (dalam silabus) adalahbagian dan sekaligus cara mencapai tujuan pendidikantinggi dalam mata kuliah Fisika Komputasi. Karenamahasiswa adalah pelaku dan sekaligus obyek dalamproses pencapaian tujuan ini, adalah selayaknyamahasiswa terlibat aktif menentukan tujuannya.padakenyataannya, walaupun penentuan tujuan pendidikanini adalah sebuah langkah yang sangat penting,penentuan perumusan tujuan pendidikan ini jarangdilakukan bersama mahasiswa.Pada Jurusan Fisika kontrak belajar yangdirancang pada awal kuliah adalah umumnyadilakukan oleh dosen dan ditunjukkan kepadamahasiswa pada awal kuliah sebagi suatu bentuk yangsudah jadi. Dalam kondisi tersebut, mahasiswa seolahhanya sebagai obyek yang harus menerima bahwamereka akan dibawa mencapai tujuan tersebut.Kenapa dibawa ke tujuan tersebut, setelah tujuantersebut tercapai, apa yang diperoleh sebagai nilailebih, selain penguasaan kompetensi teknis itu mauapa dan kemana dengan penguasan kompettensitersebut dalah serangkaian pertanyan yang seringterlewatkan dalam proses pembelajaran. Padahal disanalah esensi tujuan pendidikan tinggi yang hendakdiraih melalui tujuan pembelajaran.3. Penentuan Parameter Tujuan PendidikanDalam kelas Fisika Komputasi terdapat 44mahasiswa peserta pembelajaran dengan dibantu 3orang asisten. Setelah uraian materi kuliah dan diskusipenentuan rancangan proses pembelajaran, lihat subbagian 3.1. di atas, kepada para mahasiswa dimintamenuliskan tujuan pendidikan tinggi yang bisa diraihmelalui pembelajaran komputasi. Mereka masingmasingmenuliskannya secara bebas dan tidaktergantung satu dengan yang lain. Hasil penulisanmereka disajikan kembali di papan dandikelompokkan untuk beberapa pendapat memilikivalue yang sangat sama. Melalui diskusi hangat, hasiljajag pendapat tentang parameter tujuan pendidikantinggi yang bisa diperoleh melalui pembelajaran fisikakomputasi adalah sebagai berikut; komunikasi,kejujuran, kerjasama, originalitas, ilmu pengetahuanbaru, aplikasi ilmu, berorientasi pada proses,menghasilkan karya, effort lebih, mencintai ilmupengetahuan, kemanfaatan, motivasi diri, fokus,kreatifitas, berkelanjutan, sesuai dengan dunia kerja.Adalah suatu hal yang luar biasa bahwa mahasiswamampu mengejawantahkan tujuan pendidikan tinggidalam pembelajaran fisika komputasi secara lengkapdalam perspektif etos kerja, ketrampilan jamakmanusia, kejujuran ilmiah dan pengembangan ilmupengetahuan.HASIL PEMBELAJARANSecara teknis, kemampuan mahasiswa dapatterukur melalui pemaparan hasil proyek akhirkomputasi. Dalam proyek akhir ini semua aspekkomputasi terlibat secara instens, mulai daripemahaman proses fisis, pembuatan algoritma,pengkodean serta pemrograman komputasi.Pemaparan proyek akhir dilakukan secara terbuka,agar mahasiswa mampu mengukur prestasi rekatifnyadi kelas. Evaluasinya dapat dilakukan secara mudahdan terukur dengan baik secara teknis, sesuai dengantuntutan silabus. Dengan demikian, diyakini bawapencapaian tujuan pembelajaran dapat dipenuhimelalui evaluasi pengerjaan proyek akhir.Pada akhir kuliah setelah presentasi hasil proyekakhir, dilakukan kembali penilaian mahasiswaterhadap pencapaian tujuan pendidikan berdasarkankriteria yang sudah disetujui pada awal kuliah.Berikut ini, pada tabel 1 adalah hasil jajag pendapatpenilaian mereka terhadap kinerja prosespembelajaranTabel 1. Skor rerata dari masing-masing parameter dengan totalresponden 29 orang mahasiswa. Skor 1 menyatakan bahwaparameter sangat tidak sesuai, skor 10 menyatakan bahwaparameter sangat sesuai dalam proses pembelajaran untuk mencapaitujuan pendidikan.No Parameter Skor rata-rata1 Komunikasi 9,02 Kejujuran 8,33 Kerjasama 8,74 Originalitas 7,85 Ilmu Pengetahuan Baru 9,06 Aplikasi Ilmu 8,37 Berorientasi Pada Proses 8,18 Menghasilkan Karya 9,29 Effort Lebih 9,110 Mencintai Ilmu Pengetahuan 7,411 Kemanfaatan 7,912 Motivasi Diri 8,613 Fokus 7,314 Kreatifitas 8,615 Keberlanjutan Pembelajaran 8,616 Sesuai dengan Dunia Kerja 7,3Rata-rata 8,3F 130

Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan IIIDepartemen Fisika, FST, Universitas AirlanggaSurabaya,15 September 2012ISBN : 978-979-17494-2-8Pada tabel 1 di atas terlihat bahwa pembelajaran matakuliah Fisika Komputasi mampu mencapai kinerjayang sangat baik (dengan skor 8,3 dari 10) dalampencapaian tujuan pendidikan. Dengan demikianpembelajaran yang telah dilakukan adalah sebuahpembelajaran yang berhasil dengan baik.KESIMPULAN DAN SARANProses pembelajaran mata kuliah FisikaKomputasi yang dilakukan pada semester 2 tahunajaran 20111-2012 yang baru lalu telah mampumencapai kinerja pencapaian tujuan pembelajaran dantujuan pendidikan tinggi.Pencapaian kinerja proses pembelajaran inidilakuakn dengan melibatkan semua komponensumber daya belajar secara terintegrasi dan dilakukansecara ajeg sejak awal kuliah. Mahasiswa dan asistendosen perlu dilibatkan dalam semua penyusunanrencana tindak belajar agar diperoleh kesiapan mentaldari seluruh komponen proses pembelajaran.Pelaksanaan proses pembelajaran dikontrol olehperwujudan karya ilmiah dalam bentuk programkomputaski yang bisa diaplikasikan, tidak sekedarteori pemrograman. Tingkat kesulitan karya jugadisajikan secara bertingkat di sepanjang prosespembelajaran. Melalui pengerjaan karya ilmiahtersebut berhasil dibangun kompetensi, tidak hanyailmu pengetahuan dan teknologi dalam ranahwawasan dan ketrampilan namun juga dalam ranahsikap. Ranah sikap inilah sesungguhnya yangberperan penting dalam pencapaian tujuanpendidikan.Ke depan, proses pembelajaran ini dilakukansecara lebih terukur dengan lebih rinci dengan sistemdidokumentasi yang lebih baik, agar kodifikasi sistempembelajaran dapat dilakukan dan dikembangkanpada proses pembalajaran mata kuliah lain.UCAPAN TERIMAKASIH:kami sampaikan penghargaan dan terimakasihsebesarnya kepada para mahasiswa peserta kuliahFisika Komputasi dan para assiten dosen yangmembantu dalam pelaksanaan kuliah.REFERENSIElaine B. Johnson, Contextual Teaching and Learning;A. Chaedar Alwasilah (penerjemah), PenerbitMLC (Mizan Learning Center), 2007.Fuad Hassan, Pendidikan Adalah Pembudayaan; ToniD Widiastono (editor), Pendidikan ManusiaIndonesia, penerbit Kompas, 2004.Hans N. Weiler, Sarah Guri-Rosenblit, AkilagpaSawyerr, Universities as Centers of Reseacrhand Knowledge Creation: an EndangeredSpecies; Hebe Vessuri and Ulrich Teichler(editors), Universities as a Center of Researchand Knowledge Creation: an EndangeredSpecies, Sense Publisher, Netherland, 2008.Paul Suparno, Pendidikan dan Peran Guru; dalamToni D Widiastono (editor), PendidikanManusia Indonesia, penerbit Kompas, 2004.Renato Jamine Ribeiro, How Universities Could StopBeing an Endangered Species and Become aMajor Player in a New World; Hebe Vessuriand Ulrich Teichler (editors), Universities as aCenter of Research and Knowledge Creation:an Endangered Species, Sense Publisher,Netherland, 2008.Roger Mills, 2004, Competencies Pocketbook,Management Pocketbooks Ltd, UK.Ulrich Teichler, Higher Education Reforms inComparative Perspective: Diverse Response toSimilar Chalenges, Sense Publisher,Netherland, 2007.F 131