Dalam dunia rekayasa medis, pengembangan prostesis kaki yang mampu memberikan kenyamanan dan efisiensi optimal bagi penggunanya menjadi tantangan utama. Penelitian terbaru yang diterbitkan dalam Mechanical Engineering for Society and Industry memperkenalkan desain, fabrikasi, dan pengujian performa prostesis kaki Energy Storage and Return (ESAR) berbahan komposit karbon prepreg yang dikembangkan menggunakan metode out-of-autoclave.
Mengapa ESAR?
Prostesis ESAR memiliki keunggulan dibandingkan jenis prostesis konvensional seperti Solid Ankle Cushioned Heel (SACH). Kelebihan utama ESAR adalah kemampuannya menyimpan dan mengembalikan energi selama siklus berjalan, sehingga mengurangi usaha metabolik bagi pengguna.
Indonesia memiliki sekitar 22,97 juta penyandang disabilitas, dan permintaan prostesis kaki terus meningkat. Namun, produksi lokal masih menghadapi tantangan dari segi kualitas dan teknologi, yang menyebabkan tingginya angka impor prostesis kaki. Oleh karena itu, inovasi ini berpotensi mengurangi ketergantungan pada produk impor dan meningkatkan kualitas hidup pengguna prostesis di dalam negeri.
Proses Desain dan Uji Performa
Dalam penelitian ini, tiga desain prostesis ESAR dikembangkan dengan pendekatan reverse engineering dari produk komersial seperti VERI-FLEX, FLEX-FOOT ASSURE, dan LP VARI-FLEX. Untuk memastikan kualitasnya, tim peneliti melakukan serangkaian evaluasi yang mencakup simulasi FEM (Finite Element Method), proses fabrikasi, dan pengujian mekanis. Simulasi FEM digunakan untuk mengevaluasi deformasi di bawah beban 824 N dalam dua posisi utama, yaitu heel strike dan toe-off. Hasil simulasi menunjukkan bahwa Desain 3 memiliki performa terbaik dengan deformasi terendah dan bobot paling ringan. Desain ini mampu mengoptimalkan fleksibilitas dan daya tahan selama siklus berjalan. Selanjutnya, dalam proses fabrikasi, prototipe dibuat menggunakan metode out-of-autoclave dengan bahan prepreg karbon woven twill 200 gsm. Proses vakum dilakukan untuk memastikan kualitas serat karbon yang terdistribusi secara merata, sementara proses curing mengikuti siklus termal yang ketat guna menghindari cacat material. Pada tahap pengujian mekanis, uji tekan dilakukan berdasarkan standar ISO 10328 dengan kondisi heel strike pada sudut 15° dan toe-off pada sudut 20°. Hasil pengujian menunjukkan deformasi sebesar 18,065 mm pada heel strike dan 4,401 mm pada toe-off, yang masih berada dalam batas kenyamanan sesuai standar KS P 8403 dan AOPA. Namun, ditemukan perbedaan signifikan antara hasil simulasi dan eksperimen yang disebabkan oleh adanya cacat delamination dalam material.
Tantangan dan Rekomendasi
Meskipun hasil pengujian menunjukkan potensi besar dari prostesis ESAR, masih terdapat beberapa tantangan yang perlu diatasi. Salah satu tantangan tersebut adalah delaminasi material, yang ditemukan dalam beberapa prototipe akibat proses curing yang tidak optimal. Untuk mengatasi masalah ini, diperlukan peningkatan kontrol kualitas serta pemilihan parameter produksi yang lebih presisi. Selain itu, aspek desain estetika juga menjadi perhatian, di mana Desain 3 memiliki performa mekanis yang unggul, tetapi kurang menarik secara visual dibandingkan dengan desain lainnya. Solusinya adalah mengembangkan desain yang mampu menyeimbangkan antara performa dan tampilan visual yang lebih menarik bagi pengguna. Tantangan lainnya adalah produksi dalam skala besar, yang masih memerlukan optimalisasi agar lebih efisien dan terjangkau bagi masyarakat luas. Salah satu solusi yang dapat diterapkan adalah berkolaborasi dengan industri lokal dan institusi penelitian untuk meningkatkan efisiensi dalam proses manufaktur.
Dampak dan Prospek Masa Depan
Hasil penelitian ini memberikan wawasan penting bagi industri prostetik dalam pengembangan produk yang lebih ringan, tahan lama, dan mampu meningkatkan mobilitas penggunanya. Dengan optimalisasi lebih lanjut dalam proses manufaktur dan pemilihan material, prostesis ESAR berbahan komposit karbon prepreg dapat menjadi solusi inovatif dalam meningkatkan kualitas hidup para penyandang disabilitas di Indonesia. Penelitian ini juga membuka peluang bagi pengembangan lebih lanjut dalam bidang biomekanika, termasuk integrasi sensor pintar untuk meningkatkan adaptasi prostesis terhadap pola berjalan pengguna.
Untuk membaca artikel lengkapnya, silakan akses di jurnal Mechanical Engineering for Society and Industry.