Perpustakaan Digital ITB

Dalam melakukan aktivitas hidup sehari-hari, menggerakkanjari dan tangan adalah suatu kebutuhan. Dampak dari hilangnya kemampuan melakukan gerakan-gerakan tersebut sangat besar, sehingga mengakibatkan penurunan kualitas hidup seseorang. Meskipun terapi fisik telah menunjukkan kemanjuran dalam mengembalikan fungsi tangan melalui tugas yang berulang, keberhasilannya bergantung pada keterlibatan yang konsisten dan diperluas di bawah bimbingan terapis yang terampil. Untuk mengatasi pentingnya latihan fleksi-ekstensi yang berulang, integrasi robotika rehabilitasi telah muncul sebagai suatu keharusan, yang mendorong terciptanya sistem yang kondusif untuk latihan mandiri pasien. Modalitas rehabilitasi robotik tradisional yang kaku, yang didasarkan pada paradigma elektro-mekanis yang memanfaatkan motor DC/stepper sebagai aktuator, menghadapi tantangan dalam mencapai desain dengan personalisasi dan akomodasi ergonomis yang disesuaikan dengan kebutuhan masing-masing pasien dan kondisi fisiologis yang berbeda. Pergeseran paradigma kontemporer menuju rehabilitasi dengan soft robotics, yang didukung oleh kerangka elektro-pneumatik, menghadirkan solusi adaptif yang dibedakan berdasarkan fleksibilitas, atribut yang relatif ringan, dan prospek intervensi yang dipersonalisasi. Soft pneumatic actuator (SPA) mengambil peran penting dalam soft robotics, khususnya dalam memfasilitasi latihan fleksi-ekstensi pada jari. Desain SPA harus memenuhi persyaratan ukuran dan kinerja tertentu dan dapat dibuat melalui additive manufacturing (AM), yang juga dikenal sebagai pencetakan 3D. Teknik manufaktur ini, yang ditandai dengan konstruksi aditiflapis demi lapis, telah dimanfaatkan untuk fabrikasi SPA melalui printer 3D fused deposition modeling (FDM) yang menggunakan filamen elastis. Khususnya, teknologi FDM mengakomodasi penciptaan objek geometris yang rumit. Untuk mengefisiensi proses perancangan, fabrikasi, dan evaluasi SPA, penelitian ini berupaya mengkonsep dan mengkaji SPA dengan struktur pneumatic network (Pneu-Net) dengan menggunakan.finite element method (FEM). Pemodelan FEM, yang dilaksanakan melalui perangkat lunak ABAQUS CAE, didasarkan pada model matematika yang merepresentasikan sifat material hiperelastis. Material SPA yang dipilih, thermoplastic polyurethane (TPU), yang digunakan sebagai filamen pencetakan 3D, divalidasi melalui uji tarik uniaksial yang dilakukan pada spesimen TPU berbentuk "dogbone". Hasilnya menunjukkan bahwa model hiperelastis Ogden orde 3 adalah representasi paling tepat dari karakteristik mekanik TPU. Parameter material yang diidentifikasi, diperoleh dari kesesuaian model Ogden dengan kurva tegangan-regangan yang diperoleh dari uji tarik, kemudian digunakan pada simulasi untuk sembilan variasi desain Pneu-Net yang berbeda. Variasi ini digambarkan oleh disparitas ketebalan dinding SPA dan jumlah pembatas di dasar saluran SPA. Semua desain Pneu-Net dibuat secara fisik melalui pencetakan 3D, guna memfasilitasi analisis komparatif antara hasil eksperimen dan simulasi. Evaluasi komparatif berpusat pada karakteristik sudut tekuk model SPA di bawah tekanan masukan yang telah ditentukan. Sudut tekuk pada simulasi diperoleh melalui penerapan tools "angle" dalam perangkat lunak ABAQUS CAE, sementara sudut tekuk eksperimental disimpulkan melalui pemrosesan gambar yang cermat dari cuplikan SPA pasca-tekanan. Perbedaan antara data simulasi dan eksperimen terlihat jelas, dipengaruhi oleh faktor desain Pneu-Net yang melekat, penggunaan uji tarik uniaksial, kompleksitas bahan, dan kondisi eksperimental yang sulit dimodelkan secara tepat dalam simulasi FEM. Oleh karena itu, penelitian ini berupaya untuk mengekstrapolasi karakteristik sudut tekuk aktual melalui analisis data simulasi yang cermat. Pendekatan metodologis ini menghasilkan tingkat akurasi yakni, 96,93%, 94,55%, dan 94,48% untuk tiga variasi model SPA yang berbeda. Penelitian ini memberikan wawasan mendalam mengenai karakteristik sudut tekuk yang sebenamya dipengaruhi oleh faktor desain Pneu-Net, mendukung pengembangan lebih lanjut dalam teknologi rehabilitasi menggunakan pendekatan soft robotics.