Perangkat elektronik yang dapat digunakan di tubuh (wearable device) terus berkembang. Perjalanan wearable device dimulai sejak tahun 1972 oleh perusahaan Hamilton Watch. Mulai tahun 2014, perusahaan-perusahaan seperti Apple, Google dan Samsung mulai berlomba-lomba untuk memproduksi wearable device[1]. Berbagai macam teknologi mulai memberikan opsi untuk diaplikasikan secara langsung pada manusia. Graphene merupakan material nano karbon yang umum digunakan sebagai sensor pada berbagai macam teknologi wearable device. Pada artikel sebelumnya telah dibahas aplikasi graphene sebagai e-tato sebagai sensor temperatur kulit, jantung dan saraf (Baca juga : Graphene Electronic Tattoo).
Perjalanan wearable technology dari masa ke masa[1]
Dalam beberapa tahun terakhir, sensor tekanan pada wearable device mulai meluas penggunaannya. Pengembangan sensor tekanan fleksibel mengundang ketertarikan para ilmuwan karena fleksibilitasnya, mudah difabrikasi, ringan dan murah. Beberapa penelitain sebelumnya telah menggunakan carbon nanotube (CNT), graphene nano-sheets, emas nanowires dan grafit untuk sensor tekanan. Namun, nilai sensitivitas yang dihasilkan masih rendah pada tekanan kurang dari 20 kPa. Pada tekanan lebih dari 20 kPa, material-material diatas menunjukkan nilai sensitivitas yang tinggi. Hal tersebut yang menyebabkan material-material diatas tidak dapat digunakan sebagai sensor pada aktivitas manusia yang bertekanan kurang dari 20 kPa seperti berjalan, bernafas dan merasakan denyut nadi[2].
Pada bulan November 2017, sekelompok ilmuwan dari Tsinghua University membuat sensor tekanan berbahan kertas tisu yang dilapisi graphene. Pembuatan kertas tisu graphene hanya membutuhkan kertas tisu dan larutan graphene oksida. Langkah pertama adalah memotong kertas tisu sesuai ukuran, lalu tuangkan larutan graphene oksida dengan konsentrasi 2 mg/mL. Setelah itu, kertas tisu yang sudah terbasahi oleh larutan graphene oksida di oven selama 5 jam pada temperatur 250oC untuk mereduksi graphene oksida menjadi reduced graphene oksida (rGO)[2]. rGO merupakan graphene yang masih memiliki atom O[3]. Pada bagian atas dan bawah tisu graphene dipasang tembaga foil dengan pasta perak sebagai elektroda. Untuk membuatnya menjadi sensor tekanan, tisu graphene dibungkus menggunakan selotip polyimide (PI)[2]. Alur proses pembuatan sensor tekanan berbahan tisu graphene ditunjukkan oleh Gambar 1.
Gambar 1. (a) alur proses pembuatan tisu graphene (b) tisu graphene yang telah dibungkus menggunakan selotip PI (c) sensor tisu graphene yang dibengkokkan[2]
Pada penelitian ini, para ilmuwan melakukan variasi jumlah lapisan kertas tisu graphene terhadap nilai sensitivitas. Pada rentang tekanan 0 – 2 kPa (S1), semakin banyak lapisan kertas tisu graphene maka semakin tinggi nilai sensitivitasnya[2]. Pada rentang tekanan 2 – 20 kPa (S2), semakin sedikit lapisan kertas tisu graphene maka semakin tinggi nilai sensitivitasnya[2]. Hal yang mempengaruhi tinggi atau kecilnya nilai sensitivitas terhadap jumlah lapisan kertas tisu graphene adalah udara yang masuk ke celah-celah antar lapisan kertas[2]. Ketika diberi tekanan, udara yang tinggal di celah-celah antar lapisan kertas akan pergi dan kontak antar lapisan kertas tisu kembali meningkat. Model dari beberapa dan satu lapisan kertas tisu graphene serta grafik pengaruh jumlah lapisan terhadap nilai sensitivitas ditunjukkan oleh Gambar 2.
Gambar 2. (a) Model dari beberapa dan satu lapisan kertas tisu graphene (b) Grafik pengaruh jumlah lapisan terhadap nilai sensitivitas[2]
Uji coba dilakukan pada aktivitas yang menggunakan tekanan rendah seperti denyut nadi, bernafas dan pengenalan suara. Gambar 3a menunjukkan penggunaan kertas tisu graphene sebagai sensor untuk mendeteksi denyut nadi. Gambar 3b menunjukkan hasil pengukuran denyut nadi yang menghasilkan denyut nadi sebanyak 70 kali/menit dimana nilai tersebut berada pada level normal[2]. Gambar 3c menunjukkan penggunaan kertas tisu graphene sebagai sensor pernapasan. Gas yang dihasilkan dari sistem respirasi akan meningkatkan hambatan dari sensor. Gambar 3d menunjukkan laju pernapasan sebelum ujian sebesar 16 kali/menit dan laju pernapasan setelah ujian sebesar 68 kali/menit[2]. Selain itu, kertas tisu graphene dapat diaplikasikan pada tekanan lebih tinggi seperti melompat, push-up, berjalan, berlari dan jongkok yang ditunjukkan oleh Gambar 3e-h.
Gambar 3. Aplikasi kertas tisu graphene sebagai sensor tekanan (a,b) denyut nadi (c,d) pernapasan (e) melompat (f) push-up (g) jongkok (h) berjalan dan berlari[2]
Selain itu, para peneliti menguji kertas tisu graphene pada tenggorokan untuk mendeteksi kata yang diucapkan. Ada tiga kata yang diuji coba dalam penelitian ini diantaranya “graphene”, “hello” dan “sensor”. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa setiap kata memiliki satu jenis kurva. Ketika kata tersebut diucap ulang sebanyak 4 kali, kurva yang dihasilkan relatif sama[2]. Hal ini merupakan pencapaian yang luar biasa dimana kita bisa memonitor aktivitas manusia menggunakan material sensor yang murah, mudah difabrikasi dan menunjukkan kinerja yang baik.
Gambar 4. Kertas tisu graphene digunakan sebagai sensor untuk mengenali setiap kata yang diucapkan manusia
Menarik sekali kan Sahabat Warstek? Tidak inginkah Anda mengembangkannya lebih jauh?
Referensi
[1] Hall, S. 2017. The Evolution of Wearable Technology. Diakses dari : https://www.telegraph.co.uk/technology/0/evolution-wearable-technology/ pada tanggal 13 Mei 2017
[2] Tao, L-Q., Zhang, K-N., Tian, H., Liu, Y., Wang, D-Y., Chen, Y-Q., Yang, Y dan Ren, T-L. 2017. Graphene-Paper Pressure Sensor for Detecting Human Motions. ACS Nano, 11, 8790-8795
[3] Yusupandi, F. 2017. Superkapasitor Fleksibel Berbahan Reduced Graphene Oksida (rGO) pada Pakaian Untuk Memonitor Detak Jantung. Diakses dari : https://warstek.com/2017/12/31/reduced-graphene-oksida/ pada tanggal 13 Mei 2018
Mahasiswa S2 Teknik Kimia ITB
Untuk melihat kurvanya dengan apa ya kak?
Terimakasih atas pertanyaannya. Sepertinya ada alat tertentu yang digunakan untuk mendapatkan kurva tersebut. tetapi sensor yang digunakan adalah kertas tisu tersebut.