WUMMM

53. Teknologi Mikro dan Nano

Elte telah tiba di kampus pak karya, sebelum berpisah, ia mengucapkan banyak terima kasih ke yuda, karena telah membantunya menangkap para seniornya, dan mengantarnya ke kampus tersebut. Setelah berpisah dengan yuda, Elte menyempatkan berganti pakaian di kamar mandi. lalu berjalan menuju laboratorium tempat pamannya bekerja. Di dalam laboratorium tersebut, elte kemudian diperkenalkan oleh pamannya kepada sembilan orang mahasiswa yang akan ikut lomba dan dibagi menjadi tiga tim robot. Elte lalu diberikan buku panduan lomba.

Pak karya lalu menanyakan kebutuhan apa lagi yang dibutuhkan oleh elte.  Tunangan dari yuni itu hanya meminta disediakan sebuah komputer dan yang memiliki akses internet dan sebuah LCD Proyektor. Setelah kedua perlengkapan itu telah tersedia, pak karya lalu meninggalkan elte bersama delapan mahasiswanya.

"Baiklah semuanya.... selamat siang... namaku Elte yawarakai, keponakan dari pak karya. Saat ini beliau memberikan sebuah instruksi kepadaku untuk belajar bersama kalian menghadapi persiapan lomba robot" elte mulai membuka pembicaraan dengan suara tegas. Ia mengaktifkan kemampuan pembacaan pikirannya untuk mengetahui respon para mahasiswa tersebut.

Setelah membaca respon dari pikiran para mahasiswa tersebut, ia bersyukur karena tidak ada satupun mahasiswa yang memandang enteng dirinya. Dari hasil pembacaan pikirannya, para mahasiswa itu sangat mengagumi pak karya beserta timnya dan mereka memutuskan untuk yakin dengan orang yang dipercaya oleh pak karya.

"Pada prinsipnya, sebuah robot terdiri atas tiga disiplin ilmu yakni ilmu mekanika, ilmu elektronika dan ilmu informatika. Oleh sebab itu ilmu Robotika juga kadang dikenal dengan ilmu Mekatronika atau kepanjangan dari Mekanika, Elektronika dan Informatika" elte mulai menjelaskan tentang dasar robot ke para mahasiswa tersebut.

"Oleh karena itu, sudah sewajarnya lah jika ingin menguasai ilmu robotika maka kita harus kuat dasar mekanika, elektronika dan infromatika."

"Jika robot itu kita umpamakan seorang manusia maka tulang dan bodynya adalah ilmu mekanika, otak, panca indera dan sistem syarafnya adalah ilmu elektronika, dan pikiran atau jiwa dari manusia itu adalah ilmu informatika khususnya tentang pemrograman dan algoritma."

"Sebuah sistem terdiri atas tiga komponen dasar yakni komponen INPUT, komponen PROSES dan komponen OUTPUT. Jika kembali dianalogikan dengan manusia maka input sensor adalah panca indra manusia. Proses adalah otak manusia, sedangkan output aktuator adalah kaki atau tangan manusia."

"Untuk memahami mekanika robot, secara teori maka kita akan dituntut untuk memahami ilmu trigonometri, konsep roda gigi, kinematika, dinamika, dan masih banyak lagi. Secara praktek, kita sebaiknya menguasa konsep desain berbasis CAD serta konsep manufakturing dengan teknologi additive, subtractive atau formative"

"Untuk memahami elektronika robot, secara teori maka kita akan dituntut untuk memahami ilmu rangkaian listrik, dasar elektronika dan instrumentasi, secara praktek, kita sebaiknya familiar dengan aplikasi desain skematik dan PCB, melakukan wiring diagram, mampu menyolder komponen elektronika dan paham konsep pengukuran dengan alat ukur terutama multimeter".

"Untuk memahami informatika robot, secara teori kita akan dituntut untuk memahami algoritma flowchart. Dan secara praktek, kita sebaiknya sudah familiar dengan salah satu bahasa pemrograman misalnya bahasa C."

Elte menjelaskan tentang konsep dasar robotika. Ia lalu berpura-pura membaca buku paduan padahal ia mengaktifkan kemampuan persepsinya untuk membaca buku tersebut. Setelah memahami isi buku panduan tersebut, ia pul lalu melanjutkan penjelasannya.

"Dunia robotika beserta komponen-komponennya sangat luas, oleh karena itu tidaklah mungkin jika aku akan menjelaskannya secara keseluruhan. Kita akan fokus melakukan simulasi studi kasus lomba robot dan berlomba secara internal antar kelompok." Kata elte mulai menarik perhatian para mahasiswa.

Seseorang mahasiswa mengangkat tangannya ingin bertanya.

"Iya silahkan kak" kata elte mempersilahkan mahasiswa tersebut.

"Aku masih bingung membedakan antara mikroelektronika, mikroprosesor, mikrokontroler dan mikrokomputer ? Terus perbedaan antara teknologi mikro dengan teknologi nano ? Serta perbedaan teknologi manufakture additive, subtractive dan formative yang adik sampaikan sebelumnya ?" Tanya mahasiswa tersebut.

Elte terdiam sejenak berpikir lalu berkata : "Pertanyaan yang sangat bagus... mungkin kakak-kakak sudah banyak membaca tentang istilah-istilah tersebut di internet. Aku akan coba menjelaskannya dari sudut pandang aku sendiri."

"Untuk Mikroelektronika mungkin lebih dikenal dengan istilah sirkuit terpadu atau rangkaian terintegrasi atau Integrated Circuit atau IC atau Chip. Pada jaman dulu sebelum ada teknologi IC, penggunaan rangkaian elektronika seperti amplifier, integrator, differensiator, komparator, filter, timer dan banyak lagi, membutuhkan perakitan dan penyolderan komponen yang cukup melelahkan. Dengan adanya teknologi IC, tiap-tiap rangkaian tersebut dapat dikemas menjadi sebuah chip tersendiri."

"Contohnya nanti saat kita akan merakit robot adalah rangkaian driver motor kita dapat menggunakan IC L293D atau IC L298D yang merupakan gabungan beberapa rangkaian dual Hbridge yang berfungsi sebagai penguat arus listrik dengan mengambil sinyal kontrol arus rendah dan memberikan output ke sinyal kontrol arus yang lebih tinggi. Sinyal arus yang lebih tinggi ini lah yang digunakan untuk menggerakkan motor."

"Untuk mikroprosesor itu sendiri adalah  salah satu contoh teknologi IC dimana di dalamnya merupakan gabungan rangkaian kombinatorial dan rangkaian sekuensial seperti Decoder Unit,  Arithmatic Logic Unit, Counter unit, Register unit dan unit lainnya, yang tersusun dalam suatu desain arsitektur bus control dan memiliki fungsi utama mengubah bahasa rakitan atau bahasa assembly menjadi bahasa mesin."

"Untuk dapat menggunakan mikroprosessor masih harus menggunakan beberapa IC tambahan seperti IC Programmable Peripheral Interfacing atau PPI 8255, sebuah IC RAM, IC ROM, dan banyak IC pendukung lainnya. Oleh karena itu kita mengenal istilah Mainboard atau motherboard sebagai sebuah papan rangkaian yang bertugas mensupport kinerja mikroprosesor, membentuk sebuah sistem komputerisasi seperti Laptop, Personal Computer, Programmable Logic Controller dan banyak lagi yang lainnya"

"Salah satu pengembangan IC mikroprosesor dalam bentuk IC adalah mikrokontroller. Di dalam arsitektur mikrokontroller, terdapat sebuah mikroprosessor, interfacing Input output, RAM, ROM, timer pewaktu, Konverter Analog to Digital (ADC) yang dilengkapi dengan sebuah multiplekser dan fitur-fitur lainnya."

"Mikrokontroller ada banyak jenisnya, ada dari texas instrument, ARM technolgy, Microchip technology, motorola dan yang cukup terkenal adalah dari atmel. Untuk atmel sendiri terbagi atas beberapa keluarga yakni dari keluarga MCS51 dan AVR. Salah satu tipe mikrokontroller yang banyak digunakan oleh mahasiswa di indonesia adalah mikrokontroller ATMega dari keluarga AVR."

"Untuk dapat menggunakan fitur-fitur mikrokontroller tersebut maka mikrokontroller harus dilengkapi dengan rangkaian power supply, rangkaian reset, rangjaian clock, rangkaian komunikasi dan dirakit di atas sebuah papan PCB yang disebut dengan sistem minimum. Salah satu vendor yang sangat terkenal dalam memproduksi sistem minimum berbasis mikrokontroler ATMega adalah perusahaan Arduino dari italia."

"Ada banyak jenis papan PCB yang dibuat seperti Arduino Uno, Arduino nano, Arduino Mega 2560 dan yang akan kita gunakan dalam rancang bangun robot kita adalah arduino wemos d1 mini."

"Sedangkan untuk mikrokomputer adalah sebuah motherboard atau mainboard mini berbasis mirkoprosesor yang telah dilengkapi dengan peripheral interface sebagai Input Output. Seperti halnya sistem minimum berbasis mikrokontroller, mikrokomputer juga dapat digunakan untuk pembuatan sistem embedded atau teknologi Internet of Things yang sedang trend saat ini."

"Kelebihan mikrokomputer adalah dilengkapi dengan sistem operasi komputer sehingga lebih cocok jika sistem yang akan dibuat berhubungan dengan pengolahan sinyal suara dari mikrofon, pengolahan citra gambar dari kamera CCTV dan sistem kompleks lainnya."

Elte menjelaskan perbedaan antara mikroelektronika, mikroprosesor, mikrokontroler dan mikrokomputer dengan penjelasan versinya sendiri. Untunglah kesembilan mahasiswa tersebut telah mempelajari dan memahami tentang sistem digital atau teknik digital yang merupakan mata kuliah prasyarat untuk dapat memahami penjelasan-penjelasan sebelumnya.

"Dan untuk pertanyaan selanjutnya tentang perbedaan teknologi mikro dan teknologi nano" kata seorang mahasiswa mengingatkan kembali pertanyaannya kepada elte.

Beberapa mahasiswa hanya menggelengkan kepalanya mendengar salah satu mata kuliahnya disingkat menjadi iblis.

"Dari ilmu material atau ilmu bahan, kita memgenal empat jenis bahan dalam pembentukan komponen-komponen elektronika yakni bahan konduktor atau penghantar, bahan isolator atau penyekat, bahan magnet dan bahan semikondutor. Walaupun masih banyak jenis bahan lainnya selain keempat bahan itu seperti superkonduktor, polimer dan sejenisnya, namun sebagai awal penjelasan kita mulai dari empat bahan ini saja."

"Konduktor, isolator dan bahan magnet membentuk beberapa komponen pasif seperti resistor, kapasitor dan induktor. Dari ketiga jenis komponen dasar ini muncul komponen lainnya seperti potensiometer, thermistor, LDR, elco, trimpot, varco, transformator, motor, generator, saklar elektromekanik dan sejenisnya."

"Bahan semikonduktor membentuk beberapa komponen aktif seperti dioda dan transistor. Dari kedua komponen dasar ini muncul komponen lainnya seperti LED, Zener, optocoupler, photodioda, mosfet, UJT, SCR, thyristor, PUT, diac, triac, dan saklar statis lainnya."

"Dari gabungan komponen tersebut muncullah beberapa rangkaian yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari seperti rectifier, konverter, inverter, amplifier, filter, driver, integrator, differensiator, dan banyak rangkaian lainnya."

"Dengan berkembangnya fisika modern dan kimia modern khususnya di bidang ilmu kuantum dan relativitas, maka rangkaian-rangkaian itu disederhanakan dalam ukuran yang sangat kecil."

"Sebelumnya kita sudah membahas tentang mikroelektronika yang merupakan salah satu teknologi mikro. Dikatakan teknologi mikro karena rangkaian-rangkaian elektronika tersebut dibangun dalam ukuran mikro meter. Dengan semakin kecilnya ukuran rangkaian tersebut maka nilai daya listrik yang dibutuhkan semakin kecil sekitar 5 volt bahkan sampai 3.3 volt DC."

"Saat ini dunia sains sedang mengembangkan teknologi nano yakni teknologi dalam ukuran nano meter (nm) atau seper milyar meter, atau seper seratus ribu dari diameter rambut manusia."

"Teknologi nano adalah suatu rancangan, karakteristik, produksi dan penerapan berbagai struktur, piranti dan sistem dengan bentuk terkendali serta berukuran nanometer Dalam ukuran yang sangat kecil tersebut unsur-unsur nano justru memiliki tiga karakteristik keunggulan."

"Keunggulan yang utama adalah munculnya fungsi suatu zat pada skala nano. Ini didapat ketika fungsi murni atom dikumpulkan 10 hingga 100 buah, disitulah pertamakalinya kerja suatu benda atau fungsi zat muncul di dalamnya."

"Keunggulan kedua adalah fungsi yang telah muncul akan makin bermanfaat karena mudah dikontrol, sehingga kita dapat membentuk benda yang lebih besar dengan sifat dan fungsi yang diinginkan."

"Keunggulan ketiga adalah kemungkinan dapat dibentuk material baru dengan menggabungkan beberapa material dalam ukuran nano."

"Bayangkan ada sebongkah emas di hadapan Anda, jika kita memotong-motong emas tersebut secara berulang-ulang hingga butiran-butiran emas berukuran nanometer."

"Pada kondisi ini, fenomena aneh muncul ke permukaan. Sebagai contoh, jika pada sebatang kawat terbuat dari emas berdiameter 10 nanometer dialiri arus listrik, sifat penghantaran listriknya tidak lagi mengikuti hukum Ohm, tetapi mempunyai harga penghantar yang diskrit (lompat-lompat). Karakter unik semacam ini sama sekali tidak terlihat pada emas berukuran makro."

"Karakteristik unik inilah yang menjadi landasan dasar teknologi nano, yang ukuran bendanya berstruktur lebih kecil dari ukuran makro (makroskopik), tetapi lebih besar dari ukuran atom (mikroskopik). Di dunia sains, wilayah ini disebut dengan mesoskopik. Wilayah ini merupakan perbatasan antara wilayah fenomena fisika klasik dan fisika kuantum."

"Nanoteknologi adalah manipulasi materi pada skala atomik dan skala molekular. Diameter atom berkisar antara atom terkecil yaitu enam puluh dua pikometer pada atom Helium dan sampai atom terbesar lima ratus dua puluh pikometer yaitu atom Cesium, sedangkan kombinasi dari beberapa atom membentuk molekul dengan kisaran ukuran nano."

"Deskripsi awal dari nanoteknologi mengacu pada tujuan penggunaan teknologi untuk memanipulasi atom dan molekul untuk membuat produk berskala makro. Deskripsi yang lebih umum adalah manipulasi materi dengan ukuran maksimum seratus nanometer. Salah satu aplikasi utama nanoteknologi adalah nanopartikel yang digunakan dalam zat atau senyawa obat."

Elte hanya mampu menjelaskan nano teknologi secara teori saja karena diindonesia sendiri fasiltas untuk pengembangan nano teknologi masih sangat terbatas. Ia sendiri pun tidak mengetahui bagaimana prakteknya. Berbeda dengan mikro teknologi khususnya di dunia mikrokontroler, ia sangat percaya dengan kemampuan dirinya baik teori maupun prakteknya.

"Mengapa kita tidak menggunakan teknologi nano untuk lomba robot ?" Tanya salah satu mahasiswa yang lebih tertarik dengan nano teknologi.

"Bisa juga sih... namun biayanya lebih mahal dan materialnya masih langkah. Menerapkan teknologi nano hanya untuk mengikuti lomba robot sederhana itu seperti membunuh kecoak pake meriam... terlalu lebay dan berlebihan" jawab elte yang diangguki oleh beberapa mahasiswa.

"Untuk pertanyaan terakhir, dalam bidang kajian teknologi manufaktur, proses fabrikasi dapat diklasifikasikan ke dalam tiga kelompok utama, yaitu Subtractive, Formative, dan Additive."

"Subtractive manufacturing adalah proses manufacturing dengan cara menghilangkan sebagian dari dimensi benda kerja. Contoh proses pemesinan yang termasuk ke dalam kelompok ini adalah proses membubut (turning), proses menggurdi (drilling), dan proses mengefreis (milling)."

"Formative manufacturing adalah proses manufacturing dengan prinsip pembentukan benda kerja. Salah satu contohnya adalah proses pengecoran (casting)."

"Sedangkan Additive Manufacturing adalah proses manufacturing dengan prinsip penambahan material. 3D Printing termasuk ke dalam kelompok Additive Manufacturing, karena pada prosesnya terdapat penambahan material."

"Dalam rancang bangun mekanik robot, kita akan mendesainnya dulu dengan aplikasi desain berbasis CAD seperti aplikasi freecad, tinkercad, sketchup, cura, skulptris, meshmixer, 3D Slash, autocad, blender, autodesk inventor dan sejenisnya. Setelah itu kita akan konversi file desain tersebut ke format G-Code."

"G-code adalah bahasa pemrograman printer 3D, dengan menggunakan G-code serangkaian instruksi yang berasal dari komputer akan dapat diterjemahkan ke dalam perintah yang dimengerti oleh printer tiga dimensi. Komputer memberi tahu pada printer 3D, kapan, di mana, dan bagaimana cara memindahkan dan berapa banyak yang harus diekstrusi selama seluruh proses cetak objek dilakukan."

"Untuk elektronika dan programmingnya kita akan menggunakan aplikasi simulator multisim atau proteus untuk mendesain skematik rangkaian, melakukan simulasi program, membuat layout PCB dan menghitung rancangan anggaran biaya (RAB)."