I V T O D EHLI D T I N G . . . . . .
MODEL HIDUNG ELEKTRONIK SISTEMDAN APLIKASI UNTUK PENGENALAN AROMA Oleh:Nani Diohan' Abstract
Various gaseousorama can be identified by analyzing the output patterns resultedfrom various gaseousaroma. Systemsto identifl those aroma and anificial nerve network have been investigatedbased on rulsorption-deadsorptionprocess of the gaseousmolecules. Thesesystems usefour quartz.resonator sensorsof I0 MHZ, each coated with sensitive membranehaving different characteristics. 'fhe adsorption of lhe gqseousarome moleculesby the sensilive menrhranevvill reduceslhe .sensorhasicfrequency and this will correlated with lhe kind of detectedaroma. (lertain kind of gas correspond.slo cerlain paltern, uccording to the re.tponsecurvesresulted byfour sensorsof different memhrane.s. Pendahuluan Sistem pengenal aroma sangat diperlukan untuk bidang industri minumarq kosmetik4 maupundalambidanglingkunganhidup. Saatini kontrol kualitasbahan beraroma dilakukan oleh seorangpakar, yitng mempunyaiketertatasandengan ma^salah kesehatandan perasaansesairt.Hal ini akanmempengaruhikineqaproses tersebut.Untuk mengatasimasalah tersebut.makasangatperludilalarkanpenelitian suatu sistem deteksi gas beraromasecaraelektronik (Hidung Elektronik) guna memetakan cuplikanbahanberaroma.Sistemini dapatmelakukankontrol kualitas gas,biasanya dengankinerjayangkonsisten. Untuk mendeteksijenis orangmemakai teknik kromatografigas dan spektrometrimassa.Tetapi caraini sangatsulit, mahal dan kurangsensitifParapenelititelahmenyelidikiuntuk memakaiteknologisensor gas yang baru, yaitu peralatanSAW (SurfaceAcaru.slic Lltwe) dm piezrnlectric (kwarsa).Keduaperalataninibertindaksebagaineraca-miko,karenasaatsuatugas ataubahankimiabereaksidengansensorseringakannrenghasilkan suatuperubahan massatotalyangirranmerubdhnilaizuatuparameter sensortersebut *
Drsen l'akuttas l'eknrk.lumsan lilektro. Ijkrida
Meditek,litl. B,N0.22,Mei - Agshrs 2000
M O D E LH I D U N G . . . . . .
l'u.iuanPenelitian o
\lengamati tanggapan Sensor, yang meliputi sensor terhadap konsentrasi rrrolekulgas, untuk mengetahuidaerahkerja sensordan tanggapansensor rerhaclap suhupengulmrandanuntuk mengetahuidaerahkestabilansensor
o
Pola(JST). MengqtrjenisaromayangdapatdikenalolehProgramPengenal
Metode Penelitian o o
\tuch kepustakaaq meliputijumaldanteori-tmripendukung secara perangkatkerassistemelektronikdanmengujinya \leranczurgpembual.vr elektronik
o
secarasimulasi perangkatlunakdanmengujinya \'lerancangpembuatan
.
Mengujltanggapansensor
.
jenis aromayang \4engaplikasikan ProgramPengenalPolauntuk mernbedakan rfidaeksi
I'in.jauanPustaka SistemPenciumanPada Manusia \varal utanlasuatubahanagardapatdiciumolehhidungmanusiaadalahbahan air tersebutrnudahmenggap.Syaratyanglain adalahbahanyangdapatmenembus sel. permukaan tiap me,rnbran danrnernbentuk R W Moncriffmengusulkanbahwasisternpenciumanterdiri atassel penerima mewakili sebuaharoma"prime/' yang denganlenisyang berbtJa" masing-masing berbecladan molekul beraroma menghasilkanpengaruhnyadengan pencocokan padasel-selini vanglebihdekatke bentukdanukuranpenerima SensorResonntorKwnrsa Sensor resonator kwarsa terdiri atas s$ualr resonator kwarsa yang dilapisi membralrsensitif Sensorini di dalam osilatorbertindaksebagairesonatorpada ttekuensrtertentu Frekuensiresonansimenurunpadasaatmolekulgasteradsorbsi paclarnembrandan frekuensitersebutkembalike keadaannormalsetelahmolekul massa Fenomenaini disebutefekpembenaran rerseburmangalamiprosesdeadsorbsi.
Meditelqhl8,
2000 No.22,Mei - Agusttr,s
MODELHIDT]NG...... (mas.rlrnding ,.frrtt) Perubahanfrekuensi AF (Hz) sebandingdenganmassatotal Saverbrey: molekulgasyangteradsorbsi,diberikanolehpersamaan
AF=-2,3x l0"x F'* Y DenganF adalahfrekuensiresonansidasar(MF{z), M massatotal molekul gas yang terserap(g), dan A: luas elektroda(C*') Prinsipdasarsensorditunjukkan pada Gambar. l. Sensor kwarsa mempunyai sensitMtas yang tingg bila dibandingkandenganjenis sensorkimia yang laiq tetapi materialkwarsa hanya efektif padasuhuyang relatif rendah(<500C) Dalam percobaanini sensorkwarsa yang digunakanmempunyaifrekuensidasar l0 MFIz berdasarkanasumsibahwa pengguniumfrekuensiini zudahsensitifdanmempunyainoiseyangkdl.
Kwarsa
Gambar l. Prinsipdasarscnsor
(Jnruk dapat mengidentifikasikanbermacamgas berarom4 maka digunakan beberapas€nsoryang dilapisdugan berbagaimembransensitifyangberkarakteristik berbeda.Perubahanfrekuensimasing-masingsensorakan membentuksuatu pola karakteristiktertentu untuk setiap aroma yang berbedasepertiyang ditunjukkan padaGambar2 Jenismembransensitifyangdigunakandi sini adalah.Phosplwtidic uc:id.I zci thin, (' htlefierol dm Pfuxpandyl ethonolamine
Meditek,Wil 8, No.22,Mei - Agustus2000
MODEL HIDUNG...... 90 80 70 00 850
mn Mt{ m
firo
nrl
430 20 10 0
It HI itl
rit
l::|iiF E.{ilif-
ti iri iti rti ll: ii:
Jnh Aromr ( ,lrrrrbur2. Contohpola penrbahanfrekuensiterhadapbcberapa.jenis arotna
Peralll:rrrElektronik peralatanelektronikpadapercobaan Sisternatik ini ditunjukkanpadaGambar.3 Masing-nra-sing sensordihubungkandenganrangkaianosilatordan datayangdapat kenrudian dikirim ke rangkaian PencacahFrekuensiuntuk mengetahuinilai penumnanfrekuensiakibat prosesadsorbsi.Data keluaranPencacahFrekuensi kernudiandibacaolehkomoutermelaluisebuahranskaianAntar-Muka.
Anlar - Muka
Sensorr Osilator
r'J lr
L"
I'
i,-] t-;r
Osc. I 4
Osc.2
Pencacahdata Frekuensiadd
Komputer
Osc.3
{-t
rst
Osc.4
t'-"-":"_J
-)
Gambar 3 Sistematikperalatanelektronik
Mediteh ,bl. 8, No.22,Mei - Agt.rhrs2000
M O D f , LI { I D U N G . . . . . . yangdigunakanuntukmencacah Time-base frekuensr ditentukansebesarI detih ini dilakLrkzuruntuk mendapatkanketelitian hingga mencapaiorde I Hertz. PenunrnanFrckuensidasarakibat pelapisanmembransensitifberkisarantara5 penurunan szunpai 20 Kl:z-,sedangkan frekuensiakibatefekpembebanan massaoleh gasmencapaikurangdari 5 KHz padapenggunaan sensordenganfrekuensidasarl0 MHz. Sistemyangdikembangkan di sinimenggunakan Pencacah Frekuensidengan ketelitian 16 Bit, unhrk dapat memiliki kemampuanmencacahefek penurunan frekuensihinggamencapaiorde 38 KHz padafrekuensidasarl0 MFIz. Pencacah frekuensidari masing-masing keluaransensorosilator dilakukansecaraparalel, sehinggadapat diperolehempat buah data masing-masing sensorpada kondisi (tekanan, yangsama volume.iansuhu)pencuplikan sampel .faringan Saraf Tiruan PadadasamyaJaringanSarafTiruanmeniruprinsipkerjadarijaringansarafpada rnahlukhidupyang dapatmengenali suatupersoalan denganmasukanyangkurang lengkapatautidak tepatsam4ataufungsimatematis dari persoalan tersebutsangat grup l'iruan sulit didapatkanJaringanSaraf dapatterdiriatasbeberapa ataulapis,di rnanamasing-rnasing lapisdapatterdiri atasbeberapasatuanpemrosesatau saraf Setiapsa'aI'dalamsuatulapismelakukan kompr.rtasi secaraterdistribusi danparalel.
Gambar.4. Model sebuahsaraf
Sebuahsaraf yang merupakansatuanpemrosesdalam suatujaringan dapat dimodelkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 Bobotbobot W menggambarkan kekuatanhubunganantarsarafFungsimasukansarafmerupakan firngsiaktivasiyangmenjumlahkan vektor masukanI yangmasing-masing dikalikan jalur denganboborbobotpadamasing-masing masukansara| dinyatakan:
Meditek,11il.8, No.22,Mei - Ap,shts2000
MODELHIDUNG...... Net:IWnin+1ry, Fungsikeluaransara{dinyatakan: ()ut = f(net): , ;*, ,''",) l" menyatakanparameterpenguatanyangnilainyadapatdiatur. Hasil Penelitian: Aroma minyak Marthn Tilaar Pada percobaanini dilakukan tanggapansensorterhadapcuplikan, denganjenis aromayangditelitiadalahjeru( mawar,kenanga. Tabcl l. Rerata pembirhan lrckrrensi lernormalisasiuntuk cuplikan arorna minvak Martha'filaar. Aroma
Sensor I
Sensor2
Sensor3
Sensor4
0.415710.0022 0 . 4 1 5 ,7. ) , 0 0 2 2 0.4157+0,0022 0,41_s7+0.0022 0 . 41 2 5 + 0 . 0 I0 10.0922+0.0(x)9 0.252-5+0.(X)l I 0.2428+0.0007 0.09:lI +0.00l2 0.2539+0.(X) t6 0.2439t0.0016 Kenitnga 0.4l(x)+0.0009
Jeruk
Marvar
Aroma minyak SplashCologne Jenisaromayzurgditeliti adalahMusk,kt.se,I(rxSt. Tabel Il Rcrala pcnrbalranfrekuensiternornralisasiuntuk crrplikanaromaSp/a,sh ('olosna Aroma
Sensor I
SensorJ
Sensor4
0.4415+0.0036 0,09I 7+0,00l7 ,,.r*rt,,nr,t 0.1795+0.0014 0.,1475+0.(n3I 0.0941+0.00 12 0.2785+0.(XX)9 0.t797+0.0014 0.4457+0.002 | 0.097710.0009 0,2744+0.1)t\t2 0.1821+0.0013
Aroma minyak Martha Tilaar jenisaronradenganJaringanSarafTiruanberstrukturPropagasi Pengenalan Balik dengankonfigurasijaringar 4'. 9 3. Hal ini dikarenakan memakai4 sensor,9 saraf padalapiskeluaran(sesuaidenganjumlahjenisaroma).
Meditek,hl. B, No.22,Mei - Apstus 2000
MODEL HIDUNG......
Tabcl IIl. Dala nrasukanpelatihanuntuk pengenalanaroma nrinyak Martha Tilaar Aroma
Vektor Vektor target tarcet
Vektor masukan
0.2(t48 0.2274
100
0.0922
010
0,242t1
0.2530 0.243 9
001
Aroma nrinyak SplashCologne Dengankonfigurasijanngan 4'.9.3. TabelIV. menunjukkan nilairerataaktivasi masing-masing sarafpadalapiskeluaranprosesrunningdandiperolehE:13,9/o TabellV Rerata nilaikeluaran runninguntukpengenalan aromaminyakSplash (-rtlogne.
Arorna
Vcktor masukan
Vektor target
Itfu,rk
(\.23 0.23
0.00
l0
llo,t'
0.60 0,06
0.40
Illodtly,
0.00 0,16
00
0
0
0100
0
0
0
0
I
0 00
Kesimpulan ' Tanggapansensorresonatorkwarsaberbandinglurusterhadapkonsentrasi rlolekulgascuplikan ' Jaringan saraf tiruan dengan struktur Propagasi-Baliktelah berhasil mengidentifikasikan pola untuk pengenalan aroma.Semakinbanyakvektor masukanpada saat pelatihanJaringanSarafTiruan, maka kesalahanuntuk membedakanberbagaipola masukansemakinrendah,tetapi membutuhkan waktu yanglebihbesar. Saran Untuk mengembangkan sisteminilebihlanjut,disarankan: ' Menerapkansistem kontrol suhu dan tekanan pompa agar diperoleh tanggapansensoryanglebihstabil. ' Penambahan ,umlah sensor yang digunakanakan lebih mudah untuk mengenalsuatuaroma Meditek l:ril. 8, No.22,Mei - Agusttrs2000
MODELIIIDUNG...... l)erlrr menyeleksijenis membran pada sensor yang sesuaidenganjenis . uplikanyangakandideteksi.
Kepustakaan t Amoore Amoore J. E. JohnstonJ. W., dan Rubin M.. lhe Stererchemical I het tn,of ( )&tr, ScienctificAmericaq210,862- 870. l9&. I Bayu l' Studi lmplernentasiJaringanPropagasiBalik untuk DiskriminasiOdor ( Inrversita.s Indonesi41996. I ( arey W P, Beebe K. R, dan Kowalsh B. R S'e/ectirnof Adxrbates ftr ,'lp1nis:qlSenrorAntys hy Panem Recognition,Anal. Chern 58, 149 153, | 98( 4 F.nraK. dan Yokohama lv\ O&rur-SensingSystem( Ising a Qumtz-Resonotor \ert.vr An'uy-oul Neural-NetworkPattemRecognitirnr,SensorsandAchrators s lde I NakamotoT., dan Moriiarmi T., Developmenlrf Odor Sening System I t,vrtg ctt Autr>futtpling Snge and ldentificatioanof Nafiral E*sentialOils, t )lfactionandTasteX[, Tokyo,727-730,1964 rr W' H King PiezrnlectricSorytionDetectar.Anal. Chem.36 . 1735 1739, tq64
MeditelqVol.8, Mt.22,Mei - Agustus20A0
