Kaki prostetik merupakan salah satu alat bantu yang berperan penting dalam meningkatkan mobilitas penyandang disabilitas kaki. Selain menopang beban tubuh, kaki prostetik juga perlu memiliki struktur yang kuat, nyaman digunakan, dan mampu bertahan terhadap beban berulang saat pengguna berjalan.
Namun, pengembangan kaki prostetik masih menghadapi berbagai tantangan, terutama dari sisi kenyamanan, kekuatan material, biaya produksi, dan daya tahan. Oleh karena itu, penelitian mengenai pemilihan material dan pengujian kekuatan struktur menjadi penting untuk menghasilkan kaki prostetik yang aman sekaligus terjangkau.
Salah satu penelitian yang membahas persoalan tersebut dilakukan oleh Handoko, Lilik Dwi Setyana, Budi Basuki, Bambang Hari Priambodo, Yani Kurniawan, dan M. Habib Isyroudin dalam Jurnal Teknik Mesin Indonesia Vol. 20 No. 1 tahun 2025. Penelitian tersebut mengkaji kekuatan komponen pergelangan kaki prostetik yang menggunakan bahan baja karbon rendah dan aluminium ADC 12.
Mengapa Kekuatan Kaki Prostetik Penting?
Kaki prostetik menerima beban tubuh secara berulang ketika digunakan untuk berdiri, berjalan, maupun melakukan aktivitas sehari-hari. Selain itu, beban yang diterima tidak hanya berupa beban statis, tetapi juga beban dinamis atau gait load yang muncul selama siklus berjalan.
Jika struktur kaki prostetik tidak cukup kuat, komponen dapat mengalami deformasi, kerusakan, atau bahkan kegagalan pada bagian sambungan. Karena itu, material yang digunakan harus memiliki kekuatan dan daya tahan yang sesuai.
Selain kekuatan, penelitian ini juga memperhatikan kenyamanan pengguna. Salah satu pendekatan yang digunakan adalah menambahkan sistem pegas dan peredam pada bagian pergelangan kaki. Sistem tersebut diharapkan dapat membantu menyerap beban dan membuat penggunaan prostetik menjadi lebih nyaman.
Tujuan Penelitian Kaki Prostetik
Penelitian ini bertujuan mengetahui kemampuan baja karbon rendah dan aluminium ADC 12 dalam menahan beban dinamis pada komponen kaki prostetik.
Secara khusus, penelitian dilakukan untuk:
- Menganalisis kekuatan komponen pergelangan kaki prostetik.
- Mengetahui tegangan maksimum yang terjadi pada struktur.
- Mengetahui defleksi atau perubahan bentuk akibat beban.
- Membandingkan performa baja dan aluminium.
- Menilai keamanan material terhadap beban berulang.
- Mendukung pengembangan kaki prostetik lokal yang kuat, nyaman, dan relatif murah.
Dengan demikian, penelitian ini tidak hanya melihat kekuatan material, tetapi juga mempertimbangkan penggunaannya dalam rancangan kaki prostetik.
Desain Kaki Prostetik dengan Sistem Peredam
Peneliti menggunakan rancangan kaki prostetik yang memiliki peredam pada bagian pergelangan kaki. Pemilihan desain tersebut mempertimbangkan penggunaan komponen mekanik yang relatif mudah dibuat atau diperoleh, seperti pegas, poros penyangga, dan pengunci.
Dengan menggunakan komponen standar, proses produksi diharapkan menjadi lebih sederhana. Sementara itu, komponen khusus seperti pad dan base dapat dibuat sesuai kebutuhan desain.
Model prostetik yang dianalisis memiliki dimensi sekitar 250 × 138 × 98 mm untuk panjang, lebar, dan tinggi.
Material Kaki Prostetik yang Dibandingkan
Penelitian membandingkan dua material yang relatif mudah ditemukan dan memiliki biaya yang lebih terjangkau, yaitu baja karbon rendah dan aluminium ADC 12.
1. Baja Karbon Rendah
Baja memiliki kekakuan yang tinggi sehingga cenderung mengalami defleksi lebih kecil ketika menerima beban. Oleh sebab itu, baja digunakan sebagai salah satu alternatif material untuk komponen kaki prostetik.
2. Aluminium ADC 12
Aluminium ADC 12 memiliki bobot yang lebih ringan dibandingkan baja. Namun, material ini memiliki modulus elastisitas yang lebih rendah sehingga mengalami defleksi lebih besar ketika menerima beban.
Dengan demikian, perbandingan kedua material tersebut penting karena pemilihan material kaki prostetik harus mempertimbangkan kekuatan, berat, kenyamanan, dan daya tahan.
Metode Elemen Hingga untuk Menguji Kekuatan
Untuk menganalisis kekuatan desain, peneliti menggunakan metode elemen hingga atau Finite Element Method (FEM).
Metode tersebut memungkinkan peneliti melakukan simulasi komputer untuk mengetahui respons struktur ketika menerima beban tanpa harus langsung membuat dan menguji produk secara fisik.
Secara umum, proses penelitian dilakukan melalui beberapa tahap:
- Memilih desain kaki prostetik dengan sistem peredam pada pergelangan kaki.
- Menentukan beban gait atau beban yang terjadi selama berjalan.
- Membuat model dan melakukan proses pre-processing.
- Melakukan simulasi numerik dengan metode elemen hingga.
- Melakukan post-processing untuk memperoleh data tegangan dan defleksi.
- Menganalisis keamanan material berdasarkan hasil simulasi.
Selanjutnya, simulasi menggunakan dynamic implicit dengan jenis mesh quadratic tetrahedral. Analisis difokuskan pada komponen pad dan base karena kedua bagian tersebut merupakan komponen bawah yang menerima beban paling besar.
Hasil Simulasi Baja dan Aluminium
Hasil simulasi menunjukkan adanya perbedaan respons antara baja dan aluminium.
Pada material baja, tegangan maksimum yang diperoleh adalah sekitar 31,56 MPa. Sementara itu, aluminium menghasilkan tegangan maksimum sekitar 44,03 MPa.
Meskipun aluminium menghasilkan tegangan yang lebih tinggi, kedua material masih dinilai mampu menahan beban yang diberikan dalam simulasi.
| Material | Tegangan Maksimum |
|---|---|
| Baja | 31,56 MPa |
| Aluminium ADC 12 | 44,03 MPa |
Berdasarkan hasil tersebut, baja memiliki tegangan kerja maksimum yang lebih rendah dibandingkan aluminium pada rancangan yang dianalisis.
Perbedaan Defleksi Baja dan Aluminium
Perbedaan sifat material juga memengaruhi defleksi atau perubahan bentuk komponen.
Baja memiliki modulus elastisitas sekitar 200 GPa, sedangkan aluminium sekitar 70 GPa. Artinya, baja lebih kaku sehingga perubahan bentuknya cenderung lebih kecil ketika menerima beban.
Sebaliknya, aluminium lebih lentur dan mengalami defleksi yang lebih besar.
Kondisi tersebut menyebabkan lokasi tegangan maksimum pada kedua material juga berbeda. Pada model berbahan baja, tegangan maksimum terjadi pada bagian pad. Sementara itu, pada model aluminium, tegangan maksimum terjadi pada bagian base.
Dengan demikian, pemilihan material tidak hanya memengaruhi berat kaki prostetik, tetapi juga memengaruhi distribusi tegangan pada setiap komponen.
Apakah Baja dan Aluminium Aman Digunakan?
Berdasarkan hasil simulasi, tegangan kerja yang dihasilkan masih berada di bawah batas kekuatan material yang digunakan sebagai acuan.
Untuk baja karbon rendah, tegangan luluh yang digunakan berada pada kisaran 180–260 MPa. Sementara itu, aluminium ADC 12 memiliki tegangan luluh sekitar 150 MPa.
Nilai tegangan maksimum hasil simulasi, yaitu 31,56 MPa pada baja dan 44,03 MPa pada aluminium, masih berada di bawah nilai tersebut.
Selain itu, penelitian juga mempertimbangkan beban berulang yang terjadi selama berjalan. Satu siklus berjalan dapat terjadi berulang kali dalam sehari sehingga kaki prostetik harus memiliki ketahanan terhadap beban dinamis.
Berdasarkan hasil kajian, kedua material memiliki kemampuan yang memadai untuk menahan beban yang dianalisis.
Baja Lebih Kaku, Aluminium Lebih Ringan
Salah satu temuan penting penelitian adalah adanya perbedaan karakteristik antara baja dan aluminium.
Baja memiliki beberapa keunggulan, yaitu:
- Lebih kaku.
- Mengalami defleksi lebih kecil.
- Menghasilkan tegangan kerja lebih rendah.
- Memiliki kemampuan menahan beban yang baik.
Di sisi lain, aluminium memiliki beberapa keunggulan, yaitu:
- Bobot lebih ringan.
- Lebih lentur.
- Dapat membantu mengurangi berat keseluruhan prostetik.
Namun, defleksi aluminium yang lebih besar juga dapat meningkatkan tegangan pada bagian tertentu, terutama pada base.
Oleh karena itu, pemilihan material perlu disesuaikan dengan kebutuhan desain. Material yang lebih ringan belum tentu selalu menjadi pilihan terbaik jika struktur membutuhkan kekakuan yang tinggi.
Sambungan Kaki Prostetik Perlu Diperhatikan
Penelitian menemukan bahwa bagian lubang sambungan baut antara pad dan base menjadi salah satu area yang mengalami tegangan tinggi.
Tegangan pada lubang baut bagian depan lebih tinggi dibandingkan bagian belakang. Hal tersebut berkaitan dengan desain yang membuat bagian belakang pad berada dalam posisi overhang, sehingga bagian depan memiliki ruang untuk mengalami gerakan elastis.
Temuan ini menunjukkan bahwa sambungan merupakan bagian penting yang perlu diperhatikan dalam pengembangan kaki prostetik.
Oleh sebab itu, peneliti menyarankan agar ukuran baut pada bagian depan dan belakang tidak dibuat sama. Baut pada sisi depan sebaiknya memiliki ukuran lebih besar karena menerima tegangan yang lebih tinggi.
Mengapa Material Logam Dipilih?
Penelitian juga membandingkan material logam dengan beberapa material lain, seperti nilon dan komposit.
Material seperti nilon memang memiliki bobot yang lebih ringan. Namun demikian, material tersebut dapat mengalami defleksi lebih besar ketika menerima beban.
Sebaliknya, baja dan aluminium memiliki kekakuan yang lebih tinggi. Kondisi tersebut membuat material logam mampu mempertahankan bentuk dengan lebih baik ketika menerima beban.
Dengan demikian, penggunaan material logam dapat menjadi salah satu pilihan untuk menghasilkan kaki prostetik yang memiliki kekuatan dan daya tahan yang baik.
Meskipun demikian, desain tetap perlu mempertimbangkan bobot karena kaki prostetik yang terlalu berat dapat memengaruhi kenyamanan pengguna.
Potensi Pengembangan Kaki Prostetik Lokal
Penelitian ini memiliki kaitan penting dengan pengembangan kaki prostetik di Indonesia. Harga produk prostetik berkualitas masih menjadi salah satu tantangan bagi masyarakat dengan kondisi ekonomi terbatas.
Karena itu, penggunaan material yang mudah diperoleh dan relatif terjangkau dapat menjadi salah satu pendekatan untuk mengembangkan produk prostetik lokal.
Penggunaan baja karbon rendah dan aluminium ADC 12 menunjukkan bahwa material yang relatif umum tersedia dapat digunakan dalam rancangan kaki prostetik dengan sistem peredam.
Jika dikombinasikan dengan desain yang tepat, analisis kekuatan, dan pengujian lebih lanjut, pendekatan tersebut berpotensi mendukung produksi kaki prostetik lokal yang lebih terjangkau.
=====
Amanahkan kebutuhan Kaki Palsu / Kaki Tiruan / Prostesis Bapak Ibu pada Profesional Ortotis Prostetis yang Memiliki Surat Ijin Praktik (SIPOP) maupun Surat Ijin Kerja (SIKOP).
Sesuai dengan PERMENKES NO 22 TAHUN 2013.
Dengan memiliki SIPOP atau SIKOP, berarti Profesional tersebut benar benar berkompeten dan berwenang karena :
1. Telah menempuh pendidikan formal Ortotik Prostetik D3 maupun Sarjana Terapan.
2. Lolos Uji Kompetensi.
3. Terdaftar secara resmi sebagai Tenaga Kesehatan Republik Indonesia dibuktikan dengan kepemilikan STR.
4. Memiliki tempat praktik maupun tempat kerja untuk melayani Bapak Ibu secara Profesional
Kami siap melayani secara Profesional.
SIPOP : 010/SIPOP/33.11/XI/2017
Konsultasi gratis : 081327721518