TEKNOLOGI
LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN TAHUN I HIBAH BERSAING ( HIBER)
JUDUL: Rancang Bangun Portable Electronic Nose sebagai Instrumen Uji Cepat Masa Kadaluarsa Produk Herbal Tahun ke 1 dari rencana 2 tahun
Tim Peneliti: Sari Wijayanti, M.Kom Etika Kartikadarma,M.Kom Eko Hartini, ST, M.Kes
NIDN 0617027701 NIDN 0622057501 NIDN 0625117401
DILAKSANAKAN ATAS BIAYA Koordinator Perguruan Tinggi Swasta (Kopertis) Wilayah VI SESUAI SURAT PERJANJIAN PELAKSANAAN PENELITIAN NOMOR: SP DIPA-023.04.2.189904/2014 tanggal 5 Desember 2013
LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN PADA MASYARAKAT
UNIVERSITAS DIAN NUSWANTORO SEMARANG JUNI 2014
i
ii
RINGKASAN
Akan dibuat sistem olfaktori elektronik atau electronic nose(enose) sebagai instrumen elektronik handal dan cerdas untuk analisis kimia berdasarkan aroma. Tujuan jangka panjang dari penelitian ini adalah dapat diterapkannya instrumen enose yang dibangun pada industri dan bidang medis. Sementara target dari penelitian ini adalah terkait dengan kemampuan dan kemandirian tim peneliti di Universitas Dian Nuswantoro dalam membuat komponen enose dengan bahan dan performa berkualitas tinggi untuk menekan harga yang seharusnya diimpor seperti pompa mikro dan komponen elektromekanik. Motivasi dilakukannya penelitian adalah untuk menyediakan instrumen uji t dengan kemampuan sangat memadai, harga terjangkau dan dapat diterapkan padaindustri kecil (UKM) sehingga meningkatkan daya saing produknya. Diharapkan bahwa enose ini dapat digunakan sebagai salah satu instrumen uji cepat masa kadaluarsa produk herbal. Enose saat ini merupakan penyempurnaan dari generasi sebelumnya yang mencakup bagian larik sensor (terdiri atas larik berbagai macam sensor gas oksida logam (metal-oxide)), sistem penanganan aroma (odor handlingdan delivery system), mikroSD, sistem ekstraksi ciri, sistem pengenal pola dan sistem klasifikasi. Dengan semakin banyaknya sensor yang dipakai dalam enose, maka pembentukan pola akan semakin presisi sehinggadiharapkan performa sistem pengenal dan klasifikasi pola pada generasi ini juga semakin baik. Dari segi harga, enose akan sangat bersaing jika dibandingkan dengan enose komersial di pasar internasional.
iii
PRAKATA Puji syukur kami panjatkan kehadirat Alloh SWT, berkat rahmat dan hidayah-Nya, laporan kemajuan penelitian hibah bersaing yang berjudul Rancang Bangun Portable Electronic Nose sebagai Instrumen Uji Mutu Beras Aromatik dapat selesai sesuai dengan waktu yang telah direncanakan. Selanjutnya dengan segala kerendahan hati, kami menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Kementerian Pendidikan Nasional, yang telah memberikan dana untuk penelitian hibah bersaing ini. 2. Dr. Ir. Edi Noersasongko, M.Kom, selaku Rektor Universitas Dian Nuswantoro (UDINUS) yang senantiasa memberikan dukungan demi kemajuan penelitian di lingkungan UDINUS. 3. Dr. Kuwat Triana ( UGM ) , selaku pembimbing
yang senantiasa memberikan dorongan dan
bimbingan selama tim peneliti menyelesaikan penelitian ini 4. Bp. Jusa Kwinto Edi, Head of Business Development Biro Oktroi Roosseno atas bantuan kerjasama penelitian ini. 5. Dr. Abdul Syukur dan segenap civitas di Fakultas Ilmu Komputer yang telah memberikan kesempatan untuk melakukan penelitian. Semoga laporan penelitian ini dapat bermanfaat dan berguna bagi kemajuan penelitian di Indonesia. Semarang, 26 Juni 2014
Sari Wijayanti,M.Kom
iv
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN
v
BAB I PENDAHULUAN Potensi pasar obat dan suplemen herbal asli Indonesia yang sering disebut jamu adalah sangat besar serta mengalami peningkatan dari waktu ke waktu. Hal tersebut didukung sumber daya alam Indonesia yang berlimpah. Keanekaragaman hayati di bumi Indonesia, menduduki peringkat kedua setelah Brazil. Tidak kurang 30.000 spesies tumbuhan yang ada di Indonesia, dan 940 di antaranya diketahui berkhasiat sebagai obat, namun baru sekitar 300 spesies yang dimanfaatkan.Persentase pertumbuhan obat herbal dari tahun ke tahun terus meningkat dan berada di atas rata-rata pertumbuhan obat modern. Menurut data GP Farmasi tahun 2003, pasar (omzet) obat modern Rp 17 triliun, sedangkan obat herbal Rp 2 triliun. Diperkirakan tahun 2010, pasar obat modern mencapai Rp 34,5 triliun, dan obat herbal Rp7,2 triliun, suatu pangsa pasar yang sangat besar (anonym, 2010a). Selain untuk menjaga kesehatan masyarakat produk herbal juga mempunyai potensi eksport demi menggairahkan perekonomian masyarakat. Saat ini, di Indonesia terdapat kurang lebih 600 industri herbal, besar dan kecil. Pengembangan Industri herbal yang berbasiskan tanaman obat alami atau bahan natural, dapat dikembangkan dalam berbagai bidang produk, antara lain: herbal medicine, herbal food, herbal drinks, herbal cosmetics, herbal candy, herbal tea, dan herbal flower. Industri herbal juga senantiasa mengikuti perkembangan jaman dan permintaan konsumen, kaitannya dengan mutu. Studi lapangan yang telah dilakukan olehtim dari UGM di industri herbal wilayah Jawa Tengah pada bulan April 2010 menunjukkan bahwa baru industri herbal yang besarbesar saja yang telah melakukan uji masa kadaluarsa dan uji kadaluarsa produk dengan baik menggunakan instrumen analisis modern. Untuk industri kecil dan menengah, pengujian mutu secara umum tidak dilakukan dengan alasan mahalnya instrument analisis modern sementara uji kadaluarsa adakalanya mereka mengira-ngira saja umur herbal terkait. Itu sebabnya, sebagian besar produk herbal industri kecil dan menengah mempunyai daya saing yang rendah jika dikaitkan dengan pangsa pasar internasional. Bahan baku herbal secara umum dapat berupa simplisia kering, serbuk,ekstrak kering dan minyak atsiri. Tiga bahan pertama terdiri atas beberapa macam seperti: Jati Belanda, Sirih, Alang-alang, Echinacea, Kencur, Jahe, Daun Jambu biji, Daun Dewa, Cabe jawa, Kumis kucing, Temulawak, Ling zhi, Meniran, Jahe Merah, Pasak Bumi, Tribulus, Kunyit, Kunyit putih, Temu Hitam, Temu Mangga. Sementara produk herbal dapat berupa serbuk, cair, permen dan lain-lain. Namun demikian, agar penelitian ini lebih focus, maka jenis bahan yang akan diuji adalah berupa herbal serbuk dan cair. Pemilihan jenis herbal serbuk 6
dan cair tersebut didasarkan atas banyaknya produk dalam bentuk tersebut yang dijual dipasaran. Harapan baru sebagai alternative sebagai instrument masa kadaluarsa produk yang cepat namun cukup akurat adalah electronic nose(selanjutnya disingkat enose) (D’Amico dkk., 2008). Dengan enose, masa kadaluarsa herbal dapat diuji berdasarkan aromanya. Cara kerja enose sebenarnya menirukan cara kerja human panel system menggunakan indera penciuman manusia yang terlatih atau expert. Bagian utama dari enose terdiri dari larik sensorgas, sistem akuisisi datadan sistem pengenal pola. Sebagai gambaran, aplikasi dari enose adalah sangat luas mencakup bidang medis (Baby dkk, 2008; D'Imporzano dkk, 2008; Gendron dkk, 2007; Barnabei dkk., 2008; Pavlon dkk, 2008; Aplikasi enose lainnya adalah dalam bidang pengujian lingkungan (Capelli dkk, 2008; Siripatrawan, 2008), bidang militer untuk mendeteksi bahan peledak seperti di- and trinitrotoluene (DNT, TNT) (Gardner dan Yinon, 2004). Dalam industri makanan, enose juga telah sukses diterapkan dalam industri roti (Ponzoni dkk, 2008), dan sukses diterapkan oleh Barbri dkk (2008) untuk asesmen produk perikanan, khususnya ikan sardin yang disimpan dalam suhu 4oC secara waktu nyata (real time). Di sisi lain, pengamatan secara real timeproses pemasakan tomat berdasarkan aroma tomat juga berhasilditerapkan oleh Gomez (2008). Begitu potensialnya aplikasi enose, maka penelitian ini adalah sangat urgen dan penting untuk dilakukan di Indonesia.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pada tahun 2003 sedikitnya ada 17 perusahaan besar yang memproduksi dan memasarkan enose di seluruh dunia (Gardner dan Yinon, 2004). D’Amico dkk (2008) dalam makalah reviewnya mengemukakan aplikasi sistem olfaktori dalam bidang medis. Dalam uraiannya, enose cenderung berfungsi sebagai diagnosis dini beberapa penyakit seperti kanker paru-paru dan melanoma. Hal ini senada dengan hasil kajian Chan dkk (2008), yakni aplikasi enose untuk deteksi dini kanker paru-paru. Prinsip kerja dari enose dalam hal ini adalah pada analisis pernafasan pasien (exhaled breath analysis). Tabel 1. Beberapa algoritma pre-processing berbeda telah digunakan untuk membangun parameter statis xij; frekuensi (f), resistansi (R), konduktansi (G), sinyal (s), baseline (0), sensor (i), odour (j) (Gardner dan Yinon, 2004).
7
Enose dapat juga membedakan antara sel tumor in vitro, yang berarti berpotensi untuk tes skrining kanker. Dalam hal ini sel tumor dapat diidentifikasi satu sama lain yang meliputi adenocarcinoma,
squamous
cell
carcinoma,
danmesothelioma,
serta
dari
normal
fibroblastdan smooth muscle cells(Gendron dkk, 2007). Masih dengan aplikasi dalam bidang medis, Barnabei dkk (2008) juga telah melakukan kajian awal atas kemungkinan diagnosis urinary tract cancerdengan enose. Satu lagi contoh aplikasi enose dalam bidang medis adalah untuk mendeteksi mycobacterium tuberculosis atau TB secara in vitro dan in situ. Dari hasil kajian tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa enose sangat layak dan meyakinkan untuk mendeteksi TB secara cepat, akurat dan cepat (Pavlon dkk, 2008). Dalam bidang lingkungan, enose telah dimanfaatkan untuk mendeteksi pencemaran tanah melalui deteksi aroma yang keluar dari tanah. Karakteristik aroma oleh enose ini kemudian dibandingkan dengan analisis kimia. Dari hasil perbandingan ini akhirnya dapat ditentukan komposisi kimiawi yang dikandung dalam tanah menggunakan enose secara memadahi (Capelli dkk, 2008). Enose juga pernah sukses diterapkan untuk mendeteksi gas toksis dan gas mudah meledak seperti di- and trinitrotoluene (DNT, TNT), nitroglycerine (NG) dan plastic explosives seperti RDX dengan massa atom berbeda (Gardner dan Yinon, 2004). Aplikasi enose bidang lingkungan juga ditunjukkan oleh Siripatrawan (2008) yakni untuk mengidentifikasi keberadaan bakteri e.coli dan salmonella dalam sampel cair. Dalam industri makanan, enose juga telah sukses diterapkan dalam industri roti, yakni untuk mendeteksi aroma roti pada saat proses fabrikasi. Dengan teknik ini maka fungsi enose berfungsi sebagai sistem kendali mutu produk roti (Ponzoni dkk, 2008). Selain itu enose juga sukses diterapkan oleh Barbri dkk (2008) untuk asesmen produk perikanan, khususnya ikan sardin yang disimpan dalam suhu 4oC secara waktu nyata (real time). Di sisi lain, pengamatan secara real time proses pemasakan tomat berdasarkan aroma tomat juga berhasil diterapkan oleh Gomez (2008). 8
Keberhasilan aplikasi enose yang telah diuraikan di atas tidak bisa lepas dari prapemprosesan (pre-processing) seperti dirangkum dalam Tabel 1. Selain bagian sistem penanganan aroma (aroma handling dan delivery system), pre-processing mutlak ditambahkan dalam enose. Penentuan metode pre-processing yang dipilih sangat erat hubungannya dengan karakteristik data hasil deteksi larik sensor yang digunakan.
Gambar 1. Teknik pemprosesan data multivariasi yang biasa diterapkan dalam enose (Gardner dan Yinon, 2004). Penyempurnaan sistem pengenal pola yang umum dilakukan dalam enose komersial dilukiskan dalam Gambar 1. Dari sekian banyak teknik pemprosesan data multivariasi yang dipakai dan paling sederhana adalah teknik propagasi balik atau back-propagation (BP) (Gardner dan Yinon, 2004).
BAB II
TUJUAN DAN MANFAAT PENELITIAN TAHUN KE 1
Dengan memperhatikan adanya masalah dalam uji cepat kadaluarsa produk herbal dan potensi enose sebagai instrument uji, maka tujuan dari penelitian ini adalah untuk membangun enose yang portablesebagai instrument cepat masa kadaluarsa produk herbal, yang selanjutnya dapat dirinci sebagai berikut: 1.
Merancang, membuat dan menguji unjuk kerja sistem larik sensor gas dan akuisisi 9
datanya. Penyempurnaan media penyimpan mikrokontroler dengan penambahan mikroSD (tahun pertama). 2. Merancang, mengimplementasikan dan menguji sistem pengenal pola pada enose berbasis jaringan syaraf tiruan terhadap sampel produk herbal (tahun kedua).
Tujuan khusus penelitian: Adapun tujuan khusus penelitian ini sebagai berikut : [a]. penyempurnaan media penyimpan pada mikrokontroler yang ditambahkan dengan mikroSD agar media penyimpan menjadi lebih besar [b]. disain dan pembuatan sistem signal conditioning dan data acquisition [c]. penyempurnaan sistem ekstraksi ciri dan pengolahan sinyal [d]. penyempurnaan sistem pengenal pola berbasis JST [e]. penyempurnaan sistem klasifikasi berbasis PCA [f]. instalasi seluruh bagian dan pengujian kinerja enose terhadap aroma produk herbal
BAB IV METODE PENELITIAN A. Desain Penelitian Penelitian tentang enose ini telah dimulai sejak tahun 2011 ketika mendapatkan Hibah PEKERTI. Dalam Hibah PEKERTI ini,tim peneliti bekerja sama dengan LPPT Unit III Universitas Gajah Mada. Selanjutnya penelitian enose akan dikembangkan di Universitas Dian Nuswantoro Semarang. Adapun gambaran penelitian yang telah dilakukan dan akan dikerjakan adalah sebagai berikut :
10
Gambar 2. Fishbone Diagram Penelitian
Persiapan penelitian Tahap penelitian dimulai dengan penyiapanseluruh komponen mekanik dan elektronik termasuk mikrokontroler, sensor-sensor gas,sensor suhu dan sensor kelembaban. Selanjutnya diakukan kalibrasi untuk seluruh sensor agar terjamin bahwa performa sensor dalam keadaan baik dan benar. Gambar 2 adalah tahapan rencana penelitian tahun 2014 dan 2015 serta indikator kinerjanya.
11
Gambar 3. Indikator Kinerja Penelitian
Tahap penelitian tahun I dimulai dengan penyiapan seluruh komponen mekanik dan elektronik termasuk mikrokontroler dan sensor-sensor gas. Sesuai dengan perencanaan penelitian (Gambar 3), pada tahun pertama akan diselesaikan pembuatan perangkat keras enose. Perangkat keras tersebutmencakup sistem larik sensor dan sistem akuisisi data elektronik minimalisnya agar portable. Pemilhan sensor dilakukan dengan memperhatikan gas-gas utama yang keluar dari sampel produk herbal . Tabel 2.Perkiraan jenis seri sensor gas yang akan digunakan (Triyana dkk., 2007)
12
Gambar 4. Skema Komponen enose secara umum
Secara rinci, metode peneitian tahun pertama diuraikan sebagai berikut. a. Pemilihan dan pengadaan disesuaikan dengan 8 macam sensor gas seperti dalam Tabel 2. Mengingat ketersediaan sensor tersebut terbatas, maka biasanya harus indent dari pemesanan sekitar 2 bulan. b. Jika sensor-sensor gas sudah ada, makalangkah selanjutnya adalah melakukan karakterisasi dan kalibrasi untuk menjaminunjuk kerjanya. Sementara itu, karena alasan tidak adanya gas standard, maka kalibrasi dilakukan hanya menggunakan karakteristik yang tertulis dalam data sheet setiap sensor. c. Perancangan perangkat keras sistem dimulai dari modul elektronik larik sensor gas dan modul elektronik sistem akuisisi. d. Sembari mempersiapkan larik sensor, dilakukan percobaan-percobaan untuk menentukan masa kadaluarsa produk herbal secara kimiawi yang nantinya digunakan sebagai dasar penentuan masakadaluarsa akhir dengan menggunakan alat. e. Instalasi sensor-sensor gas pada modul larik sensor serta sinkronisasi dan instalasi sistem larik sensor gas dan sistem akuisisi data menjadi perangkat keras enose portable. f. Pemrograman mikrokontroler untuk mengendalikan perangkat keras enose. g. Pengujian dan peningkatan unjuk kerja perangkat keras enose dengan sampel produk herbal. Unjuk kerja perangkat keras enose yang baik ditandai dengan kestabilan dan repetisi keluaran sensor yang baik pula.
13
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN Adapun tahapan penelitian yang telah dilaksanakan sejak bulan April sampai dengan Juni 2014 disajikan dalam Tabel 3. Tabel 3: Tahapan penelitian yang dilakukan (April – Juni 2014) No. 1
Bulan ke
Kegiatan
1
Persiapan dan pengadaan bahan-bahan penelitian
2
Perancangan dan pembuatan modul elektronik larik sensor
3
Perancangan dan pembuatan modul elektronik sistem akuisisi data
4
Kalibrasi dan karakterisasi sensor-sensor gas
5
Instalasi sensor-sensor gas pada modul larik sensor
6
Sinkronisasi dan instalasi sistem larik sensor gas dan sistem akuisisi data menjadi perangkat keras enose
7
Pengujian dan peningkatan unjuk kerja perangkat keras enose dengan sampel serbuk bahan baku produk herbal
8
Analisa hasil dan pembahasan
10
Pembuatan laporan kemajuan dan penyusunan 14
2
3
draft publikasi ilmiah
1) Perancangan dan pembuatan modul elektronik larik sensor Dalam rapat bersama anggota peneliti ingin adanya penyusunan cashing secara kasar, untuk menentukan blok diagram kasar alat dan rencana penggunaan komponen.
Gambar 5. Rencanan blok diagram cashing enose dan rencanan penggunaan komponen.
2) Desain modul elektronik dan larik sensor. Berikut adalah gambar desain PCB dan desain hardware
(6a)
15
(6b)
(6c)
(6d)
(6e)
(6f)
(6g)
Keterangan Gambar : (6a) Gambar Desain PCB Board 16
(6b) Gambar Desain Sistem MikroSD (6c) Gambar Desain PCB MikroSD (6d) Gambar Desain Sistem Variable Rs dari Array Sensor (6e) Gambar Desain PCB Sistem Variabel RS dari Array Sensor (6f) Gambar Desain Sistem Array Sensor (6g) Gambar Desain PCB Sistem Array Sensor
3) Desain dan pemrograman mikrokontroller dengan menggunakan software basic compiller (Bascom AVR) Program mikrokontroller dibuat dengan menggunakan software bascom karena lebih ringkas dan mudah dipahami dibandingkan dengan pemrograman menggunakan CVAVR ataupun dengan menggunakan assembler.
Gambar 7. Flowchart Microkontroler 4) Pengujian dan kalibrasi sensor Percobaan pertama adalah menguji sensor dengan menggunakan produk herbal bubuk. Untuk percobaan awal ini digunakan kunir bubuk dan pala bubuk sebagai sample bahan herbal. Untuk melihat dan mencatat perubahan nilai sensor yang sangat cepat, hal tersebut menandakan respon sensor yang sangat sensitif.
17
Gambar 4. Proses pengujian dan kalibrasi sensor
Langkah-langkah percobaan : 1. Menghidupkan catu daya rangkaian e-nose. 2. Mencatat kondisi awal dari masing-masing nilai larik sensor. 3. Menghubungkan rangkaian dengan serial port computer, kemudian menjalankan program hiperterminal pada PC. 4. Meletakan bubuk herbal pada tempat bubuk dan meletakkannya pada jarak kurang lebih 1 cm dibawah larik sensor. 5. Mencatat perubahan nilai sensor. Meyalakan exhause fan selama kurang lebih 30 menit, untuk menghilangkan aroma bahan herbal, agar kembali pada posisi awal.
Dari data pengujian tersebut didapatkan kesimpulan bahwa : 1. Harga tegangan dan nilai ADC dari masing-masing sensor selalu berubah. 2. Nilai sensor setelah selesai di exhause fan, tetap berada pada kondisi tinggi, walaupun agak turun dari posisi penciuman sebelumnya. Namun tidak dapat kembali pada harga awal. 3. Ke-empat sensor sangat peka terhadap aroma pala bubuk, namun pada kunyit bubuk, tidak begitu peka.Sensor TGS825 selalu stagnant pada kondisi apapun Foto hardware dan cashing :
18
Board mikrokontrol
Board power supply
Board fan dan array sensor
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN Telah dilakukan rancang bangun hardware enose portable untuk uji cepat masa kadaluarsa produk herbal. Pada penelitian ini belum dapat dilakukan pengujian kinerja sistem baik per-larik sensor maupun secara integrasi dari hardware sistem enose portable. Hal ini 19
dikarenakan waktu pemesanan sensor yang sangat lama mencapai waktu 2 bulan. Dicoba menggunakan sensor lama tetapi ternyata tidak bisa lagi dikarenakan adanya kerusakan pada sensor.
DAFTAR PUSTAKA Baby, R., Cabezas, M., Castro, E., Filip, R., dan Walso de Reca, N.E., 2008, Quality Control of Medicinal Plants With an Electronic Nose, Sensor and Actuator B 106, 24. Barbri, N.E., Llobet, E., Bari, N.E., Correig, X., dan Bouchikhi, B., 2008, Application of Portable Electronic Nose System to Assess The Freshness of Moroccan Sardines, Materials Science and Engineering C 28, 656. Bernabei, M., PenNazza, G., Santonico, M., Corsi, C., Roscioni,C., Paolesse, R., Natale, C.D., dan D'Amico, A., 2008, A Preliminary Study on The Possibility to Diagnose Urinary Tract Cancers by An Electronic Nose, Sensor and Actuator B 131, 1. Capelli, L., Sironi, S., Del Rosso, R., Centola, P., dan Grande, M., 2008, A Comparative and Critical Evaluation of Odour Assessment Methods on A Landfill Site, Atmospheric Environment 42. 7050 Chan, H.P., Lewis, C., dan Thomas, P.S., 2008, Exhaled Breath Analysis: Novel Approach for Early Detection of Lung Cancer, Lung Cancer. doi:10.1016/j.lungcan.2008.05.020 D'Amico, A., Natale, C.D., Paolesse, R., Macagnano A., Martinelli E., Pennazza G., Santonico M., dan Bernabei, M., 2008, Olfactory Systems for Medical Applications, Sensors and Actuators B, 130, 458. D'Imporzano, G., Crivelli, F., dan Adani, F., 2008, Biological Compost Stability Influences Odor Molecules Production Measured by Electronic Nose During Food- Waste HighRate Composting, Science of The Total Environtment, 278. Dragonieri, S., Schot, R., Mertens, B.J.A., Cessie, S.L., Gauw, S.A., Spanevello, a., Resta, O., Willard,. N.P., Vink, T.J., Rabe, K.F., Bel, E.H., dan Sterk, P.J., 2007, An Electronic Nose in THE Discrimination of Patients with Asthma and Controls, Health care education, delivery, and quality, 856 Fu, J., Li, G., Qin, Y., dan Freeman, W.J., 2007, A Pattern Recognition Method for Electronic Noses Based on An Olfactroy Neural Network, Sensor and Actuator B 125, 489. Gardner, J.W., Yinon, J., 2004, Electronic Nose and Sensors for the Detection of Explosives, Kluwer Academic Publisher, New York. 20
Gendron, K.B., Hockstein, N.G., Thaler. E.R., Vachani, A., dan Hanson, C.W., 2007, In Vitro Discrimination of Tumor Cell Lines With an Electronic Nose, Otolaryngology-Head and Neck Surgery 137, 269. Gomez, A.H., Wang, J., Hu, G., dan Pereira, A.G., 2008, Monitoring Storage Shelf Life of Tomato Using Electronic Nose Tecnique, Jurnal of Food Engineering 85, 625. Pavlou, A.K., Magan, N., Jones, J.M., Brown, J., Klatser, P., dan Turner, A.P.F., 2001, Detection of Mycobacterium Tuberculosis (TB) In Vitro and In Situ Using An Electronic Nose in Combination With A Neural Network System, Biosensors and Bioelectronics 20, 538. Perkowski, J., Busko, M., Chmielewski, J., Goral, T., dan Tyrakowska, B., 2008, Content of Trichodiene and Analysis of Fungal Volatiles (Electronic Nose) in Wheat and Triticale Grain Naturally Infected and Inoculated With Fusarium Culmorum, International Journal of Food Microbiology, 127. Ponzoni, A., Depari, A., Falasconi, M., Comini, E., Flammini, A., Marioli, D., Troni, A., dan Sberveglieri, G., 2008, Bread Baking Aromas Detection by Low-Cost Electronic Nose, Sensors and Actuators B 130, 100. Siripatrawan, U., 2008, Rpid Diferentition Between E. Coli and Salmonella Typhimurium Using Metal Oxide Sensors Integrated With Pattern Recognition, Sensors and Actuators B 133, 414. Sohn, J.H., Hudson, N., Gallagher, E., Dunlop, M., Zeller, L., dan Atzeni, M., 2008, Implementation of An Electronic Nose for Continuous Odour Monitoring in a Poultry Shed, Sensors and Actuators B 133, 60. Triyana, K., Masthori, A., Supardi, B. P., dan Bharata, A.M.I., 2007, Prototype of Electronic Nose Based on Gas Sensors Array and Back Propagation Neural Network for Tea Classification, Berkala MIPA, 17(3).
21
22
23
Draft Paper
Perancangan Portabel Enose sebagai Alat Uji Cepat Masa Kadaluarsa Produk Herbal Sari Wijayanti 1, Etika Kartikadarma1, Eko Hartini2 1
Prodi Teknik Informatika UDINUS Prodi Kesehatan Masyarakat UDINUS Jln. Nakula 5-11 Semarang 51308 INDONESIA 2
Abstrak Akan dibuat sistem olfaktori elektronik atau electronic nose(enose) sebagai instrumen elektronik handal dan cerdas untuk analisis kimia berdasarkan aroma. Tujuan jangka panjang dari penelitian ini adalah dapat diterapkannya instrumen enose yang dibangun pada industri dan bidang medis. Sementara target dari penelitian ini adalah terkait dengan kemampuan dan kemandirian tim peneliti di Universitas Dian Nuswantoro dalam membuat komponen enose dengan bahan dan performa berkualitas tinggi untuk menekan harga yang seharusnya diimpor seperti pompa mikro dan komponen elektromekanik. Motivasi dilakukannya penelitian adalah untuk menyediakan instrumen uji t dengan kemampuan sangat memadai, harga terjangkau dan dapat diterapkan padaindustri kecil (UKM) sehingga meningkatkan daya saing produknya. Diharapkan bahwa enose ini dapat digunakan sebagai salah satu instrumen uji cepat masa kadaluarsa produk herbal. Enose saat ini merupakan penyempurnaan dari generasi sebelumnya yang mencakup bagian larik sensor (terdiri atas larik berbagai macam sensor gas oksida logam (metal-oxide)), sistem penanganan aroma (odor handlingdan delivery system), mikroSD, sistem ekstraksi ciri, sistem pengenal pola dan sistem klasifikasi. Dengan semakin banyaknya sensor yang dipakai dalam enose, maka pembentukan pola akan semakin presisi sehinggadiharapkan performa sistem pengenal dan klasifikasi pola pada generasi ini juga semakin baik. Dari segi harga, enose akan sangat bersaing jika dibandingkan dengan enose komersial di pasar internasional.
Kata kunci : Portable enose, PCA, Herbal
1.
berkhasiat (efikasi), dan mutunya terjamin (standar). Untuk memperoleh pengakuan itu harus didasarkan pada bukti-bukti empirik yang akan didapatkan melalui proses saintifikasi jamu. Terkait dengan penyusunan regulasi dalam pengintegrasian obat tradisional dengan pelayanan kesehatan formal, ementerian Kesehatan telah mengeluarkan Permenkes No. 003 Tahun 2010 tentang Saintifikasi Jamu. Saintifikasi Jamu adalah pembuktian ilmiah jamu melalui penelitian berbasis pelayanan kesehatan. Salah satu tujuannya adlah meningkatkan penyediaan jamu yang aman, memiliki khasiat nyata yang teruji secara ilmiah, dan dimanfaatkan secara luas baik untuk pengobatan sendiri maupun dalam fasilitas
PENDAHULUAN
Jamu merupakan obat tradisional Indonesia yang dipakai sejak dahulu dan sudah terbukti khasiatnya, tidak kalah dengan obat herbal impor (misalnya dari China) yang selama ini membanjiri pasar Indonesia karena era perdagangan bebas. Oleh karena itu, pemerintah melalui Kementerian Kesehatan bertekad untuk menjadikan jamu sebagai tuan rumah obat tradisional di negeri sendiri. Tantangan yang dihadapi dalam pengembangan jamu salah satunya adalah belum terintegrasinya obat tradisional/jamu dengan pelayanan kesehatan formal karena belum adanya pengakuan dari profesi tenaga kesehatan (dokter, dokter gigi) bahwa jamu aman (tidak toksis),
24
pelayanan kesehatan. Keamanan produk jamu, dapat diawali dengan penentuan masa kadaluarsa jamu yang teruji secara laboratories. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membangun enose yang portable sebagai instrument uji cepat masa kadaluarsa produk herbal.
2.
METODE
Untuk mencapai tujuan penelitian, maka tahap-tahap penelitian dapat diuraikan berdasarkan desain enose (Gambar 1) sebagai berikut. Gambar 2. Tahapan rencana penelitian dan indikator kinerjanya
Perangkat lunak akuisisi data sistem sensor rasa. Setelah perancangan sistem dilakukan, selanjutnya dibuat perangkat lunak atau software untuk otomatisasi dan sistem pengenal pola berbasis jaringan syaraf tiruan propagasi balik (BP) yang dikombinasikan dengan FLVQ serta sistem klastering data berbasis principle component analysis (PCA) (Wall dkk, 2003).
Gambar 1. Desain struktur enose portable sebagai instrument uji mutu bahan baku produk herbal. PARC adalah singkatan dari pattern recognition (pengenal pola).
Berdasarkan desain struktur enose portable yang akan dikembangkan (Gambar 1), uraian secara rinci kegiatan penelitian untuk setiap tahap dideskripsikan berikut. 2.1 Persiapan penelitian Tahap penelitian dimulai dengan penyiapan seluruh komponen mekanik dan elektronik termasuk mikrokontroler, sensor-sensor gas, sensor suhu dan sensor kelembaban. Selanjutnya diakukan kalibrasi untuk seluruh sensor agar terjamin bahwa performa sensor dalam keadaan baik dan benar. 2.2 Perancangan dan pembuatan sistem Perangkat keras akuisisi data sistem sensor rasa. Perancangan pengkat keras sistem dimulai dari sinkronisasi desain sistem kendali pusat dengan desain sistem sirkuit elektronik. Karena kerumitannya maka diusahakan sistem sirkuit elektronik dibuat di atas PCB yang dibuat adalah multi-lapis.
Gambar 3. Skema Komponen Enose
2.3 Pengujian sistem Pengujian sistem terdiri dari otomatisasi pengkondisi kelembaban, dan pengkondisi suhu, larik sensor rasa, pengkondisi sinyal, serta bagian akuisisi data juga diuji menggunakan data sintetis (secara simulasi) maupun data riil hasil pengukuran masing-masing sensor gas.
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Skematik yang kami rancang adalah sebagai berikut :
25
Gambar 2. Diagram Skematik
1.
Sistem minimum Mikrokontrol ATMEGA32
Gambar 4. Flow Chard Software
Langkah-langkah percobaan : 1. Menghidupkan catu daya rangkaian e-nose. 2.
3.
Sistem Mikro SD
2.
Mencatat kondisi awal dari masing-masing nilai larik sensor.
3.
Menghubungkan rangkaian dengan serial port computer, kemudian menjalankan program hiperterminal pada PC.
4.
Meletakan bubuk herbal pada tempat bubuk dan meletakkannya pada jarak kurang lebih 1 cm dibawah larik sensor.
5.
Mencatat perubahan nilai sensor.
6.
Meyalakan exhause fan selama kurang lebih 30 menit, untuk menghilangkan aroma bahan herbal, agar kembali pada posisi awal.
Sistem Variable Rs dari Array Sensor
Adapun data hasil pengujian adalah sebagai berikut: 4.
Sistem Array Sensor Grafik scatter udara bebas / tanpa sample
Gambar 3. Sub Sistem dari system portable enose
Program mikrokontroller dibuat dengan menggunakan software bascom karena lebih ringkas dan mudah dipahami dibandingkan dengan pemrograman menggunakan CVAVR ataupun dengan menggunakan assembler.
26
Dari percobaan diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa, keseluruhan sensor berjalan dengan baik. Walau belum sepenuhnya diuji coba secara maksimal.
DAFTAR PUSTAKA Baby, R., Cabezas, M., Castro, E., Filip, R., dan Walso de Reca, N.E., 2008, Quality Control of Medicinal Plants With an Electronic Nose, Sensor and Actuator B 106, 24. Barbri, N.E., Llobet, E., Bari, N.E., Correig, X., dan Bouchikhi, B., 2008, Application of Portable Electronic Nose System to Assess The Freshness of Moroccan Sardines, Materials Science and Engineering C 28, 656. Capelli, L., Sironi, S., Del Rosso, R., Centola, P., dan Grande, M., 2008, A Comparative and Critical Evaluation of Odour Assessment Methods on A Landfill Site, Atmospheric Environment 42. 7050 D'Amico, A., Natale, C.D., Paolesse, R., Macagnano A., Martinelli E., Pennazza G., Santonico M., dan Bernabei, M., 2008, Olfactory Systems for Medical Applications, Sensors and Actuators B, 130, 458. D'Imporzano, G., Crivelli, F., dan Adani, F., 2008, Biological Compost Stability Influences Odor Molecules Production Measured by Electronic Nose During FoodWaste High-Rate Composting, Science of The Total Environtment, 278. Gomez, A.H., Wang, J., Hu, G., dan Pereira, A.G., 2008, Monitoring Storage Shelf Life of Tomato Using Electronic Nose Tecnique, Jurnal of Food Engineering 85, 625. Pavlou, A.K., Magan, N., Jones, J.M., Brown, J., Klatser, P., dan Turner, A.P.F., 2001, Detection of Mycobacterium Tuberculosis (TB) In Vitro and In Situ Using An Electronic Nose in Combination With A Neural Network System, Biosensors and Bioelectronics 20, 538. Ponzoni, A., Depari, A., Falasconi, M., Comini, E., Flammini, A., Marioli, D., Troni, A., dan Sberveglieri, G., 2008, Bread Baking Aromas Detection by Low-Cost Electronic Nose, Sensors and Actuators B 130, 100. Triyana, K., Masthori, A., Supardi, B. P., dan Bharata, A.M.I., 2007, Prototype of Electronic Nose Based on Gas Sensors Array and Back Propagation Neural Network for Tea Classification, Berkala MIPA, 17(3).
27
Laporan kemajuan hibah Bersaing
