Perpustakaan Digital ITB

Aktivitas lari merupakan olahraga ketahanan yang mudah diakses, namun hingga 70% pelari melaporkan side-stitch setiap tahunnya dan 20–40% mengalami exercise-induced dyspnoea. Masalah ini berakar dari ketidaksinkronan Locomotor- Respiratory Coupling (LRC)—sinkronisasi ritme pernapasan dengan irama langkah kaki dalam rasio ganjil 3:2 atau 2:1. Mekanisme biomekanik visceral piston yang diukur Daley et al. (2013) menunjukkan step-driven flows sebesar 0,97 ± 0,45 L/s berkontribusi 10–12% volume ventilasi. Survei terhadap 66 responden pelari pemula dan rekreasi mengonfirmasi prevalensi masalah: 59,1% melaporkan sesak napas sedang hingga berat, 63,6% mengalami side-stitch, dan 74,2% dari yang mengetahui teknik pernapasan ritmik merasa sulit mempertahankannya tanpa alat bantu. Perangkat wearable komersial seperti Apple Watch dan Garmin hanya mengestimasi laju pernapasan agregat dari PPG atau HRV—memadai saat istirahat tetapi terdegradasi di bawah gerakan. Belum ada perangkat yang menyediakan deteksi fase per napas secara real-time pada rentang 12–70 BPM selama berlari. Tugas akhir ini berfokus pada perancangan dan implementasi dua subsistem dalam sistem chest-strap terintegrasi untuk memandu LRC: Subsistem Sensor Pernapasan dan Subsistem Manajemen Daya. Subsistem Sensor Pernapasan menggunakan FSR 402 (Interlink Electronics) dalam rakitan mekanis piston-rail dengan tiga strategi mechanical decoupling—reposisi anatomis ke xiphoid process (T9–T10), rigid rail constraint akrilik, dan indirect coupling via kabel baja berlapis nilon melalui Dring— sebagai respons terhadap temuan Raiano et al. (2020) bahwa band-pass filtering hanya mereduksi ? 4% PSD motion artifact dalam pita pernapasan. Sinyal mentah dari voltage divider di-buffer oleh operational amplifier rail-to-rail dan melewati anti-aliasing filter sebelum di-sampling ADC 12-bit mikrokontroler pada 50 Hz. Pipeline DSP real-time yang diimplementasikan mencakup: filter digital IIR Butterworth orde-2 low-pass, auto-calibration 12 detik yang mengekstraksi parameter deteksi personal dari statistik sinyal AC pengguna, dynamic detrending tiga-mode dengan adaptive ????-blending (Fast, Hold, Freeze) berdasarkan laju pernapasan terestimasi, adaptive delta thresholding yang menggantikan zerocrossing, dan three-gate validation (Amplitudo, Durasi, Histeresis) untuk memvalidasi setiap transisi fase. Subsistem ini menerima input deformasi mekanis dinding dada dan menghasilkan sinyal tegangan analog ke ADC mikrokontroler. Subsistem Manajemen Daya menyediakan suplai 3,3 V teregulasi dari baterai LiPo 800 mAh melalui charger dengan algoritma CC/CV dan proteksi over-discharge, regulator linier low-dropout dengan PSRR tinggi untuk menghindari switching noise pada analog front-end, fuel gauge dengan estimasi state-of-charge terkompensasi beban dan suhu via antarmuka I2C, serta high-side switch MOSFET untuk memutus periferal non-esensial saat deep sleep. Firmware mengimplementasikan finite state machine empat-state (UNKNOWN, NORMAL, LOW_BATTERY, HardCutoff) dengan sanity checking, multi-cycle debounce, dan Release Trap Logic. Subsistem ini menerima tegangan 5 VDC dari USB dan data permintaan via antarmuka serial, menghasilkan tegangan suplai teregulasi serta data status baterai ke mikrokontroler. PCB modular tiga-board dengan star-grounding dan enclosure 3D-printed IP54-rated melengkapi integrasi sistem. Pengujian dilakukan terhadap tiga subjek (2 pria, 1 wanita, usia 21–23 tahun) dengan protokol pernapasan terkontrol metronom pada dua titik ekstrem: 12 BPM (duduk) dan ? 70 BPM (lari di tempat), menggunakan ground truth dari video 60 fps dan rekaman audio. Akurasi per-subject mean mencapai 100% pada 12 BPM dan 99,1% pada 70 BPM, dengan sensitivitas 98,6%—melampaui target spesifikasi ? 90%. Noise rejection pada 200 SPM mencapai 98,8%, memvalidasi efektivitas mechanical decoupling. Estimasi laju pernapasan menunjukkan MAE 0,46 ± 0,21 BPM dan 1,63 ± 0,45 BPM. Auto-calibration tervalidasi sebagai functional requirement: subjek dengan weak thoracic expansion meningkat dari 0% ke 95,8% sensitivitas. Runtime sistem mencapai ? 200 menit pada beban penuh, melampaui spesifikasi 120 menit. Seluruh pengujian durabilitas (IP54, suhu 10–40°C, drop test 1 m) terpenuhi. Shoulder-dominant breather diidentifikasi sebagai batas fundamental deteksi modalitas FSR single-point.