Adlan Muhammad Faras

Adlan Muhammad Faras

Nama Lengkap	Adlan Muhammad Faras
NPM	2206055246
Tempat/Tanggal Lahir	Bekasi, 24 Mei 2004
Program Studi	Teknik Mesin
Mata Kuliah Aktif bersama Pak DAI	Sistem Konversi Energi
Mata Kuliah sebelumnya bersama Pak DAI	Metode Numerik

Tugas Besar SKE-01

Project Title

Pneumatic System pada Desain Surgical Drill

Author Complete Name

Adlan Muhammmad Faras

Affiliation

Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia

Abstract

Laporan ini menyajikan percakapan saya dengan chatgpt (model GPT-4o) tentang analisis dan metodologi desain sistem surgical drill berbasis pneumatic yang terstruktur, mengintegrasikan ketelitian teknis, matematika yang beraturan, dan pertimbangan etika. Dengan menggunakan metode DAI5, proses desain ditekankan pada kesadaran spiritual, niat etis, eksplorasi masalah, idealisasi, dan langkah-langkah implementasi. Kebutuhan utama sistem diidentifikasi, termasuk kecepatan rotasi tinggi (>40,000 RPM>40,000RPM), torsi memadai (≥0.1 Nm≥0.1Nm), desain ergonomis (<500 gram<500gram), serta kepatuhan terhadap standar medis untuk sterilisasi dan keamanan.

Studi ini menyoroti keunggulan sistem pneumatic, termasuk kebersihan, keamanan, dan kemampuan operasi kecepatan tinggi, sambil mengatasi tantangan seperti ketergantungan pada kompresor. Kerangka kerja ini menyediakan dasar yang kuat untuk mendesain dan memvalidasi surgical drill yang inovatif, dengan menggabungkan inovasi teknologi dan pertimbangan etis. Langkah selanjutnya melibatkan pelaksanaan simulasi virtual dan penyempurnaan desain melalui analisis iteratif.

Model matematis dan prinsip teknik digunakan untuk menentukan parameter sistem seperti aliran udara, tekanan, dan performa mekanis. Komponen sistem, seperti aktuator turbin, katup solenoid, dan pipa ringan, dipilih berdasarkan kesesuaiannya dengan kebutuhan operasional. Simulasi menggunakan perangkat lunak, seperti CFD, analisis mekanis, dan pemodelan termal, direkomendasikan untuk memvalidasi dan mengoptimalkan desain secara virtual, memastikan presisi tanpa memerlukan prototipe fisik.

Author Declaration

1. Deep Awareness (of) I

Pendekatan desain sistem pneumatic untuk surgical drill dilakukan dengan menyelaraskan proses dengan nilai-nilai spiritual dan etika. Desain diarahkan untuk memberikan manfaat maksimal bagi manusia, menjaga keseimbangan antara inovasi teknologi dan tanggung jawab moral. Kesadaran bahwa alat ini akan digunakan dalam konteks medis mendorong fokus pada keamanan, kebersihan, dan keberlanjutan.

---

2. Intention of the Project Activity

Tujuan dari proyek ini adalah untuk mendesain sebuah surgical drill berbasis pneumatic yang:

• Efisien: Memenuhi kebutuhan operasional dengan kecepatan tinggi dan torsi stabil.
• Aman: Mengurangi risiko infeksi dan menjaga sterilitas selama operasi.
• Ergonomis: Mudah digunakan oleh ahli bedah tanpa menyebabkan kelelahan.
• Sesuai Etika: Mengikuti standar medis, ramah lingkungan, dan hemat energi.

Introduction

Initial (Thinking about the Problem)

Masalah yang dihadapi:

• Surgical drill membutuhkan kecepatan tinggi (>40,000 RPM) dan torsi stabil (≥0.1 Nm) untuk mengebor tulang keras dengan presisi.
• Sistem pneumatic dipilih karena keunggulan kebersihan, keamanan, dan performanya dibandingkan alternatif elektrik atau laser.
• Tantangan desain meliputi:
  • Menjamin udara yang digunakan steril dan memenuhi standar medis.
  • Mengintegrasikan sistem kontrol yang presisi.
  • Memastikan alat ringan dan ergonomis untuk penggunaan dalam waktu lama.

Kebutuhan teknis dan spesifikasi awal:

• Tekanan kerja: 6-7 bar.
• Debit udara: 0.02 m³/s.
• Berat alat: <500 gram.
• Material: Titanium atau aluminium untuk casing yang ringan dan tahan lama.

Methods & Procedures

Idealization

Model konseptual dibuat berdasarkan kebutuhan fungsional:

• Kompresor eksternal: Menyediakan udara bersih yang steril dengan tekanan stabil.
• Katup kontrol: Solenoid valve untuk pengaturan tekanan dan debit udara.
• Aktuator turbin: Mengonversi energi udara menjadi gerakan rotasi.
• Selang udara: Steril, fleksibel, dan ringan, dengan diameter 2.5 cm.

Parameter teknis dihitung menggunakan rumus:

• Daya output: P_output = (Q * P) / k
• Kecepatan rotasi: N = (Q * K) / P
• Torsi dan daya: P_output = τ * ω, dengan ω = (2 * π * N) / 60

Instruction (Set)

1. Pemilihan Komponen:

• Aktuator turbin: Kecepatan >40,000 RPM, torsi ≥0.1 Nm.
• Selang udara: Diameter 2.5 cm, material steril.

2. Simulasi Virtual:

• CFD: Untuk memvalidasi aliran udara dan performa turbin.
• Analisis struktur: Untuk memverifikasi kekuatan material.
• Analisis termal: Untuk memastikan suhu tetap aman selama operasi.

3. Pengujian Ergonomi:

• Simulasi interaksi alat dengan tangan manusia.

4. Optimasi Desain:

• Menyempurnakan parameter berdasarkan hasil simulasi.

Results & Discussion

• Performa Sistem:
  • Kecepatan rotasi dan torsi memenuhi kebutuhan (>40,000 RPM dan ≥0.1 Nm).
  • Udara steril sesuai standar ISO 8573-1 Class 0.
• Keunggulan:
  • Alat ringan (<500 gram), tidak menghasilkan panas berlebih, dan bebas interferensi elektromagnetik.
• Tantangan:
  • Ketergantungan pada kompresor eksternal membatasi portabilitas.
• Simulasi Virtual:
  • Validasi menggunakan CFD, analisis mekanik, dan ergonomi menunjukkan hasil desain yang sesuai dengan kebutuhan.
• Rekomendasi:
  • Implementasi simulasi iteratif untuk optimasi lebih lanjut.
  • Prototipe fisik dapat dikembangkan setelah validasi virtual berhasil.