SENSOR BIOLOGI

1. Sensor Pengukuran molekul dan biomolekul : toxin,nutrient,pheromone.
2. Sensor Pengukuran tingkat glukosa,oksigen,dan osmolitas.
3. Sensor Pengukuran Protein dan Hormon.

Biologi adalah ilmu alam yang mempelajari kehidupan dan organisme hidup, termasuk

 struktur, fungsi, pertumbuhan, evolusi, persebaran, dan taksonominya.

Ilmu biologi modern sangat luas dan eklektik, serta terdiri dari berbagai macam cabang dan subdisiplin. Namun, meskipun lingkupnya luas, terdapat beberapa konsep umum yang mengatur semua penelitian, sehingga menyatukannya dalam satu bidang. 

Biologi umumnya mengakui sel sebagai satuan dasar kehidupan, gen sebagai satuan dasar pewarisan, dan evolusi sebagai mekanisme yang mendorong terciptanya spesies baru Selain itu, organisme diyakini bertahan dengan mengonsumsi dan mengubah energi serta dengan meregulasi keadaan dalamnya agar tetap stabil dan vital.

Subdisiplin biologi didefinisikan berdasarkan skala organisme yang dipelajari, jenis organisme yang dipelajari, dan metode yang digunakan untuk mempelajarinya: 

biokimia mempelajari kimia kehidupan;

biologi molekuler terkait dengan interaksi antar molekul biolog; botani mempelajari biologi tumbuhan; 

biologi seluler meneliti satuan dasar semua kehidupan, yaitu sel;fisiologi mempelajari fungsi fisik dan kimia jaringan, organ, dan sistem 

organ suatu organisme; 

biologi evolusioner menelitiproses yang menghasilkan keanekaragaman hayati; 

dan ekologi mempelajari interaksi antara organisme dengan lingkungannya.

Biosensor sendiri didefinisikan sebagai suatu perangkat sensor yang menggabungkan senyawa biologi dengan suatu tranduser. Dalam proses kerjanya senyawa aktif biologi akan berinteraksi dengan molekul yang akan dideteksi yang disebut molekul sasaran. Hasil interaksi yang berupa besaran fisik seperti panas, arus listrik, potensial listrik atau lainnya akan dimonitor oleh transduser. Besaran tersebut kemudian diproses sebagai sinyal sehingga diperoleh hasil yang dapat dimengerti.

Biosensor yang pertama kali dibuat adalah sensor yang menggunakan transduser elektrokimia yaitu elektroda enzim untuk menentukan kadar glukosa dengan metode amperometri. Sejauh ini, biosensor dalam perkembangannya mempunyai tiga generasi yaitu generasi pertama; dimana biosensor berbasis oksigen, generasi kedua; biosensor menjadi lebih spesifik yang melibatkan “mediator” diantara reaksi dan transduser, dan terakhir generasi ketiga; dimana biosensor berbasis enzyme coupling.

Untuk produk-produk komersial dari teknologi biosensor, sekarang ini telah banyak diperjualbelikan. Biosensor eksternal/internal dalam bentuk chip bahkan telah diproduksi oleh perusahaan Amerika i-Stat, MicroChips, Digital Angel, VeriChip yang dapat ditanam dalam tubuh manusia. Beberapa Perusahaan Jepang pun turut berpartisipasi, seperti Matsushita Electric Industrial Co. dengan teknologi biosensornya yang mampu menetapkan secara cepat dan mudah pengukuran kolesterol darah. Tokyo Medical and Dental University dengan biosensor nafasnya yang memanfaatkan enzim monoamine oksidase A (MAO A) dan lain sebagainya. Tetapi secara umum untuk penguna biosensor, hampir 60% pengunanya berasal dari health-care industri.

Prinsip Kerja Biosensor

Pada dasarnya biosensor terdiri dari tiga unsur yaitu unsur biologi (reseptor biologi), transduser, dan sistem elektronik pemroses sinyal. Unsur biologi yang umumnya digunakan dalam mendesain suatu biosensor dapat berupa enzim, organel, jaringan, antibodi, bakteri, jasad renik, dan DNA. Unsur biologi ini biasanya berada dalam bentuk terimmobilisasi pada suatu transduser. Immobilisasi sendiri dapat dilakukan dengan berbagai cara baik dengan (1) adsorpsi fisik, (2) dengan menggunakan membran atau perangkap matriks atau (3) dengan membuat ikatan kovalen antara biomolekul dengan transduser.

Untuk transduser, yang banyak digunakan dalam suatu biosensor adalah transduser elektrokimia, optoelektronik, kristal piezoelektronik, field effect transistor dan temistor. Proses yang terjadi dalam transduser dapat berupa calorimetric biosensor, potentiometric biosensor,amperometric biosensor, optical biosensor maupun piezo-electric biosensor. Sinyal yang keluar dari transduser ini kemudian di proses dalam suatu sistem elektronik misalnya recorder atau komputer.

Berikut adalah contoh skema umum dari biosensor :

Gambar 1. Skema Umum Biosensor

Aplikasi Biosensor

Aplikasi biosensor pada dasarnya meningkat seiring dengan berkembangnya keperluan manusia dan kemajuan iptek. Tetapi secara umum tetap didominasi untuk aplikasi dibidang medis dan lingkungan hidup. Beberapa bidang aplikasi lainnya dapat dilihat pada tabel berikut :

No	Bidang Aplikasi	Kegunaan Biosensor
1.	Medis dan Farmasi	Mengontrol penyakit : diabetes, kolesterol, jantung dll Diagnosis untuk : obat, metabolit, enzim, vitamin Penyakit infeksi, alergi. Studi efisiensi obat
2.	Lingkungan Hidup	Kontrol polusi Monitoring senyawa-senyawa toksik di udara, air, dan tanah. Penentuan BOD (biological oxygen demand)
3.	Kimia	Mengontrol kualitas makanan (mendeteksi kontaminasi mikroba, menentukan kesegaran, analisis lemak, protein dan karbohidrat dalam makanan. Mendeteksi kebocoran, menentukan lokasi deposit minyak. Mengecek kualitas udara di ruangan. Penentuan parameter kualitas pada susu
4.	Pertanian	Mengontrol kualitas tanah. Penentuan degradasi seperti biodegradable pada kayu dan makanan. Mendeteksi keberadaan pestisida
5.	Militer	Mendeteksi zat-zat kimia dan biologi yang digunakan sebagai senjata perang (senjata kimia/biologi) seperti virus, bakteri patogen, dan gas urat syaraf.

Ide Pengembangan :

Alat ini kelak akan saya namai "LOSI" (Level of Oxygen Sensor Information). Alat ini bekerja sebagai pemberi informasi kadar oksigen suatu air minum. Alat ini bisa digunakan pada Galon, Dispenser, Air Masak dari Ceret boleh, sehingga batas layak aman konsumsi suatu air minum dapat diketahui, jika tidak layak ya jangan dikonsumsi kalo sudah memenuhi standar ya silakan. tapi alat ini memiliki kelebihan bisa memberikan informasi kadar informasi oksigen yang diperlukan oleh konsumen. Alat ini juga bisa digunakan untuk menguji apakah air galon itu layak konsumsi karena akhir-akhir ini banyak kasus Air Galon tidak layak konsumsi. Semoga ide saya membantu dan bisa diaplikasikan secepatnya

Sensor Penyandi ( Encoder )

Sensor Penyandi ( Encoder ) digunakan untuk mengubah gerakan linear atau putaran menjadi sinyal digital, dimana sensor putaran memonitor gerakan putar dari suatu alat. 
Sensor ini biasanya terdiri dari 2 lapis jenis penyandi, yaitu; Pertama, Penyandi rotari tambahan ( yang mentransmisikan jumlah tertentu dari pulsa untuk masing-masing putaran ) yang akan membangkitkan gelombang kotak pada objek yang diputar. 
Kedua, Penyandi absolut ( yang memperlengkapi kode binary tertentu untuk masing-masing posisi sudut ) mempunyai cara kerja sang sama dengan perkecualian, lebih banyak atau lebih rapat pulsa gelombang kotak yang dihasilkan sehingga membentuk suatu pengkodean dalam susunan tertentu.
   Masih banyak kekurangan dalam pengoperasian alat teknologi pada saat ini yaitu pada tingkat accuration, safety dan juga kemudahan dalam pengaplikasiannya. Oleh karena itu maka dibutuhkan Sensor. Sensor adalah suatu alat yang mempermudah kerja user dengan tingkat kesalahan kecil dan mudah untuk dioperasikan. 
   Dalam kesempatan kali ini kita akan mencoba membahas mengenai Sensor Encoder atau Sensor Penyandi. Cara Kerja dari Sensor Encoder masih jarang diketahui oleh kalangan umum atau masyarakat awam, hal ini dikarenakan sistem kerja sensor ini memang sangat rumit dan komplek untuk tingkat pemula ataupun yang sudah berpengalaman sekalipun. 
  Shaft Encoder atau Rotary Encoder adalah suatu device elektromekanikal yang digunakan untuk mengubah posisi sudut dari roda ke dalam kode digital, menjadikannya semacam tranduser. Device ini biasanya dipakai atau digunakan dalam bidang robotika, seperti optomekanikal mouse & trackball, serta digunakan juga pada kendali putaran radar, dll. 

       Sensor Encoder digunakan untuk mengubah gerakan linear atau putaran menjadi sinyal digital, dimana sensor putaran memonitor gerakan putar dari suatu alat.
  Sensor ini biasanya terdiri dari 2 lapis jenis penyandi :
1. Penyandi Rotari tambahan yang akan membangkitkan gelombang kotak pada objek yang diputar.
2. Penyandi Absolut mempunyai cara kerja yang sama dengan perkecualian, lebih banyak atau lebih rapat pulsa gelombang kotak yang dihasilkan. 

Prisip Kerja Sensor Encoder

Prinsip Kerja dari sensor ini adalah saat rangkaian sumber cahaya diberi VCC 5 Volt dan menghasilkan cahaya, cahaya masuk pada photodioda tidak terhalangi maka akan menghasilkan tegangan 5V dan begitu juga sebaliknya saat terhalangi maka akan menghasilkan tegangan 0V. Dimana tegangan menjadi inputan untuk mikrokontroler.

Berikut ini adalah gambar Rangkaian sensor yang digunakan :

Pada gambar diatas Led Inframerah kita gunakan untuk menembakkan cahaya sedangkan disisi kanan light receive dapat kita gunakan sensor cahaya seperti photodiode atau phototransistor.

Salah satu aplikasi rotary encoder sebagai sensor posisi digunakan pada Mouse Analog (Mouse yang menggunakan Bola). Bisa anda buka dan anda akan melihat kurang lebih Tiga buah Rangkaian Sensor Posisi menggunakan Rotary Encoder.

    
  Sensor ini adalah saat rangkaian sumber cahaya diberi VCC 5 Volt dan menghasilkan cahaya, cahaya masuk pada photodioda tidak terhalangi maka akan menghasilkan tegangan 5V dan begitu juga sebaliknya saat terhalangi maka akan menghasilkan tegangan 0V.
 Dimana tegangan menjadi inputan untuk mikrokontroler.

Contoh Aplikasi :
     Salah satu aplikasi rotary encoder sebagai sensor posisi digunakan pada Mouse Analog (Mouse yang menggunakan Bola). Kurang lebih Tiga buah Rangkaian Sensor Posisi menggunakan Rotary Encoder.

 Ide Pengembangan :

SISTEM DETEKSI BANJIR

Alat ini menggunakan sensor untuk menghitung ketinggian air dan menggunakan Rotary Encoder untuk mengatur kecepatan air. Sehingga dengan mengonversi data yang diperoleh dari kecepatan putaran encoder, kemudian diperoleh kecepata putaran (rotasi) dalam satuan rpm yang diubah menjadi satuan m/s.

Dengan sistem ini masyarakat yang tinggal di kawasan rawan banjir dapat mengetahui secara realtime, kapan, lokasi, dan berapa besar debit air. Meski hanya sebuah prototipe dan belum bisa di implementasikan lebih lanjut, berkemungkinan memiliki rencana untuk mengembangkan sistem ini menjadi multi platform, di mana para masyarakat dapat mengakses informasi tersebut melalui berbagai perangkat bergerak (mobile)

SENSOR KECEPATAN (RPM)

.

Sensor Kecepatan (RPM)

Proses penginderaan sensor kecepatan merupakan proses kebalikan dari suatu motor, dimana suatu poros

object yang berputar pada suatui generator akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan 

kecepatan putaran object. Kecepatan putar sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang timbul saat medan magnetis terjadi.

Sensor kecepatan atau velocity sensor merupakan suatu sensor yang digunakan untuk mendeteksi kecepatan gerak benda untuk selanjutnya diubah kedalam bentuk sinyal elektrik. Dalam prakteknya ada beberapa sensor yang digunakan untuk berbagai keperluan ini, sensor-sensor tersebut diantaranya:

·         Tachometer dan Stroboscope

·         Kabel Piezoelectric

·         Muzzle velocity

·         Encoder Meter

Sensor kecepatan yang digunakan ini adalah enkoder. Output enkoder berupa sinyal pulsa yang frekuensinya berbanding lurus dengan kecepatan motor, agar data kecepatan dapat dibaca oleh ADC mikrokontroller, maka output encoder terlebih dahulu harus dikonversi menjadi tegangan. Oleh karena itu ouput encoder dihubungkan ke rangkaian FtoV (frekuensi ke tegangan) dimana rangkaian ini akan mengubah besaran frekuensi (sinyal dari encoder) yang masuk menjadi besaran tegangan yang dalam hal ini digunakan sebagai umpan balik dari kecepatan motor. Adapun rangkaian encoder dapat dilihat sebagai berikut :

Gambar 1. Rangkaian encoder

Pada rangkaian ini IC yang dipakai adalah LM2917 ,dimana input didapat dari pulsa output encoder. Rangkaian F to V dapat dilihat pada gbr dibawah ini :

Gambar 2. Rangkaian F to V

Voutput  yang diinginkan pada saat motor berputar dengan kecepatan maksimum yaitu 5,1V. Melalui pengukuran yang dilakukan terhadap motor DC, didapatkan frekuensi keluaran dari enkoder pada kecepatan maksimum adalah 4348 H_Z. Nilai tegangan pada Vo1 saat motor berputar dengan kecepatan maksimum ditentukan 2,1V. untuk mendapatkan Vo1 tersebut diperlukan kombinasi R₁ dan C₁.

Prinsip Kerja Sensor Kecepatan (RPM)

suatu poros/object yang berputar pada suatui generator akan menghasilkan suatu tegangan yang sebanding dengan kecepatan putaran object. Kecepatan putar sering pula diukur dengan menggunakan sensor yang mengindera pulsa magnetis (induksi) yang timbul saat medan magnetis terjadi.

Contoh Aplikasi Sensor Kecepatan (RPM)

Buat program untuk pengukuran kecepatan putaran motor.

Ide Pengembangan :

    Aplikasi Speed sensor pada anti-lock break system (ABS)

      Berfungsi untuk memperoleh informasi tentang kecepatan masing-masing roda, informasi ini diperlukan agar sistem dapat mengetahui roda mana yang sedang akan terkunci. Speed sensor ini dapat terpasang terpasang pada setiap roda, atau ada juga yang dipasang pada diferensial.masing-masing roda agar menghindari roda terkunci.

    Ide Pengembangan

        Alat bernama "Vehicle Limiting Speed Sensor". Alat ini akan memberikan informasi ketika kendaraan melebihi batas aman berkendara. Kadang ada seorang pengendara mengendarai kendaraaan dengan kecepatan tinggi. Tapi alat ini akan menyesuaikan keadaan disekitarnya apabila sepi limiting sensor akan naik sedikit tetapi batas aman berkendara tetap diperhitungkan. Kan tidak mungkin berkendara 80 km/jam terus :D boleh tapi ya tidak selama berkendara dengan kecepatan segitu terus.
Jadi alat ini membatasi kecepatan max berkendara 80 km/jam. Kendaraan tidak bisa melebihi batas itu.79 km/jam boleh, Oh iya alat ini menggunakan mini LCD digital.

SENSOR TEKANAN 

Sensor Tekanan diciptakan untuk mengukur tekanan suatu zat yang memiliki tekanan
 sangat kecil sehingga sulit untuk diukur apabila menggunakan alat pengukur biasa. Dalam pelajaran Science, kita mengenal adanya alat pengukur untuk suatu benda. Seperti contoh thermometer sebagai alat untuk mengukur suhu, anemometer untuk mengukur kecepatan angin dan speedometer untuk mengukur kecepatan suatu benda.Tekanan yang dilambangkan dalam huruf (p) 
adalah satuan fisika untuk menyatakan gaya, yang dilamabangkan dengan (F) persatuan luas, yang dilambangkan dengan (A). Satuan tekanan sering digunakan untuk mengukur kekuatan atau tekanan dari unsur zat yaitu berupa cairan dan gas. Fungsi dari sensor tekanan sebenarnya adalah untuk mengubah tekananmenjadi induktasi.

Gambar Sensor Tekanan

Sensor tekanan mempunyai prinsip kerja yang sedikit rumit. Pertama, perubahan tekanan pada kantung menyebabkan perubahan posisi inti kumparan sehingga menyebabkan perubahan induksi magnetic pada kumparan. Kumparan yang digunakan adalah kumparan CT ( center tap). Dengan demikian, apabla inti mengalami pergeseran, maka induktasi pada salah satu kumparan bertambah, namun menyebabkan kumparan yang lain berkurang. Untuk mengukur tekanan statis atau tinggi suatu cairan dapat ditentukan dengan rumus (P = d.g.h). Untuk keterangannya, (p) adalah tekanan statis (pascal) sementara (D) adalah kepadatan cairan (km/m3), lalu (G) adalah konstanta gravitasi ( 9,81 m/s2) dan (H) adalah tinggi cairan (M).

Prinsip kerja dari sensor tekanan itu sendiri adalah mengubah tegangan mekanik menjadi listrik. Kurang ketegangan didasarkan pada prinsip bahwa tahanan pengantar berubah dengan panjang dan luas penampang. Daya yang diberikan pada kawat itu sendiri menyebabkan kawat menjadi bengkok. Sehingga menyebabkan ukuran kawat berubah dan mengubah ketahananya. Ada beberapa fungsi lain dari sensor tekanan. Applikasi sensor tekanan adalah sebagai pemantau cuaca yang sering berubah-ubah. Digunakan dipesawat terbang untuk mengukur tekanan angina yang berada didalam band pesawat terbang, lalu yang terakhir adalah pengukur tekanan udara pada ruangan tertutup. Tiga fungsi ini adalah fungsi umum dari sendor tekanan yang sering ditemui oleh masyarakat namun masyarakat belum mengetahui cara kerja dari pengukur tekanan tersebut.

Sensor Tekanan

Sensor tekanan - sensor ini memiliki transduser yang mengukur ketegangan kawat, dimana mengubah tegangan mekanis menjadi sinyal listrik. Dasar penginderaannya pada perubahan tahanan pengantar (transduser) yang berubah akibat perubahan panjang dan luas penampangnya.

 Berikut ini contoh Aplikasi dari sensor tekanan, 

Sensor silikon piezoresistive

Menggunakan efek piezoelectric untuk mengukur material tertentu seperti

quartz untuk mengukur tegangan diatas mekanisme sensor/perasa yang disebakan oleh tekanan

Piezoelektrisitas adalah kemampuan dari suatu benda (pada umumnya kristal dan keramik) untuk menghasilkan potensial listrik sebagai response terhadap tekanan mekanik yang diberikan. Efek piezoelektrik adalah suatu efek yang reversible.

Sebagai contoh, 1 cm kubik kristal quartz dengan tekanan mekanik sebesar 2000 Newton akan menghasilkan tegangan listrik sebesar 12500 Volt. Berdasarkan arah datangnya tekanan, terdapat tiga operasi yang dapat dilakukan yaitu transverse effect, longitudinal effect, dan shear effect. Berdasarkan teknologi piezoelektrik beberapa besaran fisika dapat diukur, yang paling umum adalah tekanan dan kecepatan. Spesifikasi Piezoelektrisitas adalah efek gabungan dari sifat elektris bahan yaitu Fluks listrik, Permitivitas listrik, Medan listrik. Hukum Hooke.

Ide Pengembangan :

Sensor Level Ketinggian Zat Cair 

Pengukuran level dapat dilakukan dengan bermacam cara antara lain dengan pelampung atau displacer, gelombang udara, resistansi, kapasitif, ultra sonic,

menghitung level ketinggian Zat Cair atau semua cairan.