Penulis : Aditya H. Prathama, B.Eng, M.Sc., M.S., Ph.D.
Mekatronika telah ada sejak manusia menggunakan komputer untuk mengontrol proses dan sistem mekanik(1). Diperkenalkannya teknologi integrated circuit yang semakin murah dan perkembangan mikroprosesor menghasilkan sistem mekatronik yang diterapkan ke bidang manufaktur dan teknologi kendaraan. Mata kuliah maupun spesialisasi mekatronik mulai diperkenalkan dalam studi akademik tingkat sarjana dan magister, sehingga fondasi keilmuan pun diletakkan untuk menunjang perkembangan bidang ini. Namun seiring berjalannya waktu, apa yang didefinisikan sebagai mekatronika telah mengalami diversifikasi baik dalam isi maupun konsep(2). Hal ini dimotori oleh pergeseran paradigma mengenai pengertian tentang sistem. Tadinya, suatu sistem adalah berbasiskan interkonektivitas antar komponen fisis, dimana informasi ditransmisikan hanya demi kebutuhan kontrol. Namun, kini informasi justru menjadi pusat dari sistem yang dilayani oleh piranti cerdas mekatronik. Sistem tersebut bahkan dapat mengganti komponen fisis jika dirasa perlu, sebagai respon akan kebutuhan dan kondisi saat itu. Konsep ini didasari oleh model sistem Internet of Things (IoT), dimana informasi dianggap sebagai komoditas yang nilainya ditentukan oleh kebutuhan dan konteks dari pengguna atau sistem. Informasi yang berada di cloud dapat diakses dan digunakan secara otomatis oleh piranti cerdas yang terhubung melalui internet. Cloud juga memiliki dan memungkinkan akses terhadap berbagai layanan dan fasilitas yang bisa diperoleh on demand oleh klien cloud dalam bentuk piranti cerdas yang terhubung.
Pergeseran perspektif ini meningkatkan kompleksitas dalam membuat piranti mekatronik, yang mampu menghasilkan sejumlah besar data yang perlu dikomunikasikan ke sistem sehingga dapat diintegrasikan dengan informasi lainnya. Setiap piranti ini pun kini mencari informasi dari cloud agar dapat menjalankan tugasnya. Sebagai ilustrasi adalah suatu sistem partisipatif, dimana pengguna mendefinisikan sistem melalui pilihan-pilihan dan spesifikasi komponen yang sesuai. Sistem kemudian menggunakan informasi berdasarkan konteks setempat dan saat itu untuk menghasilkan luaran yang diinginkan, tentunya dengan dukungan umpan balik dari pengguna itu sendiri. Penekanan sistem ini terletak pada infrastruktur informasi yang melandasi konfigurasi sistem, dan tidak terlalu pada komponen sistem. Ini berarti desain sistem berbasis fungsi, sedangkan pemilihan komponen baik piranti lunak maupun keras disesuaikan dengan layanan atau fungsi yang diperlukan.Tantangan yang perlu diperhatikan bagi pengembangan sistem seperti ini adalah kemampuan untuk menyesuaikan konfigurasi sesuai individu, integrasi data sejumlah banyak individu untuk menemukan pola perilaku, dan lagi masalah hukum privasi seseorang dikarenakan sulit untuk menentukan pihak yang bertanggung jawab dalam konteks pengoperasian sistem tersebut.
Dalam kaitannya dengan mekatronika, selain aspek-aspek mekatronik konvensional, ada kebutuhan untuk mengembangkan piranti cerdas maupun komponen fisis yang berbasiskan fungsi, yang dapat dimodifikasi dan diintegrasikan ke dalam berbagai sistem. Sebagai contoh adalah kendaraan bermotor yang memiliki sub-sistem mekatronik seperti manajemen drive-train, lampu cerdas, dan parkir otomatis. Setiap komponen ini lalu diintegrasikan ke dalam sistem yang menolong dan memberikan informasi kepada pengemudi untuk monitoring kondisi baik kendaraan maupun pengemudi. Sistem ini juga dapat menganjurkan dan melakukan servis akan komponen kendaraan. Lebih lanjut lagi, informasi dari setiap kendaraan dapat disampaikan ke sistem manajemen lalu lintas, yang juga dapat digunakan pengemudi lain. Sistem ini tentunya memuat informasi seperti kondisi jalan dan lalu lintas setempat. Tantangan bagi mekatronika adalah bagaimana kaidah desain mekatronik yang sudah ada dapat diperluas agar memungkinkan transfer of functionality sampai ke tingkat integrasi ke dalam sistem. Salah satu cara adalah dengan menanamkan kesadaran akan konteks dan pengenalan diri pada piranti, sehingga ia dapat memahami perannya begitu terintegrasi pada suatu sistem. Sistem pun dapat menyesuaikan dengan performa piranti yang baru dan melakukan rekonfigurasi secara cepat.
Perkembangan mekatronik terkait dengan kemampuan mengakses, mentransmisi, dan memproses data semakin cepat, yang didukung oleh perkembangan sensor dan teknologinya. Hal ini dapat kita lihat pada perkembangan telepon genggam, Arduino, Raspberry Pi, dan Ninja Blocks, dimana setiap piranti dapat dikonfigurasi untuk berfungsi dalam tingkat piranti maupun sistem. Raspberry Pi dapat dikembangkan sebagai responder pertama digital yang murah untuk perawatan kesehatan di tempat terpencil(3). Berbagai sensor kesehatan untuk mengukur denyut jantung, kadar oksigen dalam darah, suhu dan respirasi dapat dihubungkan dengan Raspberry Pi untuk merekam medis pasien. Informasi termasuk lokasi pasien dapat disampaikan kepada tenaga kesehatan untuk ditindaklanjuti. Selain monitor pasien jarak jauh, Raspberry Pi juga memberikan peringatan berdasarkan kondisi pasien dan memperbarui status triage secara otomatis. Piranti dapat terus dikembangkan dengan menambah antarmuka seperti layar sentuh dan “pointing”, sehingga pasien dapat memberitahu keluhan dan bagian tubuh yang sakit. Dulunya, piranti seperti ini hanya dibuat untuk tujuan spesifik dan hanya bisa berinteraksi sesuai spesifikasi produsen. Kini dengan layar high definition, kemampuan prosesor, dan sensor memungkinkan interaksi aktif dan pasif yang lebih fleksibel. Kenyamanan interaksi ini pun telah dinikmati pada piranti berbasis Google Android dan Apple iOS dengan kemampuan voice accessnya. Ini membawa kultur gadget dalam masyarakat, melalui kombinasi mekatronik dan piranti cerdas lainnya dengan ketersediaan piranti lunak berbasis cloud.
Tantangan dalam bidang keamanan dapat timbul karena arsitektur IoT yang bersifat terbuka, seperti serangan siber Stuxnet(4) pada sistem yang meliputi SCADA pada sentrifuge (mekatronik), jaringan IP, dan sneaker-net (aspek manusia pembawa data). Maka, aspek keamanan pada mekatronik dan IoT tidak dapat dipandang secara terpisah, namun harus secara satu sistem keseluruhan. Umumnya, produsen piranti kurang mementingkan aspek keamanan, karena komunikasi dan penyimpanan data yang aman memerlukan teknik kriptografi dengan biaya komputasi yang mahal. Namun, keamanan siber harus dipertimbangkan sejak dalam fase pengembangan sistem IoT, dimana pengetesan keamanan eksplisit harus dilakukan sehingga kelemahan yang diketahui dapat diinformasikan kembali untuk meningkatkan keamanan siber sistem.
Di bidang pendidikan, mekatronika diperkenalkan pada kurikulum sarjana dan pascasarjana sekitar tahun 1980an. Penekanan topik pembelajaran umumnya berkisar antara penerapan mikrokontroler baik pada perabot rumah tangga maupun teknologi manufaktur dan robotika serta komponen seperti pompa cerdas. Namun, mahasiswa mekatronik pada masa kini perlu juga menguasai teknologi informasi dan pengetahuan komputer, terutama untuk memahami dan menyelesaikan masalah yang terjadi di cloud. Sehingga, keseimbangan antara materi rekayasa dan teknologi informasi dengan fokus pada pengembangan desain perlu diterapkan pada mahasiswa yang bekerja secara individu maupun kelompok. Aspek kelompok ini sangat penting karena mekatronik saja mencakup domain teknik yang beragam, sehingga sulit bagi seseorang untuk menguasai semua aspek mekatronik, ditambah lagi aspek IoT.
Dalam bidang industri, sistem industri modern yang memiliki tingkat kompleksitas tinggi memberikan iklim yang kondusif untuk penerapan IoT dalam manufaktur dan inovasi, seperti industri bio-farmasi, peralatan medis, dan manufaktur terkini (advanced). Pengoperasian manufaktur pada masa kini sering tersebar secara geografis, dan karenanya memerlukan jaringan internal untuk kontrol dan optimasi produksi, dimana kunci utama terletak pada sistem kontrol kualitas (QC) otomatis dan perencanaan logistik(5). Hasilnya adalah kumpulan data yang digunakan untuk optimasi proses produksi, sehingga mampu menghasilkan produk yang lebih berkualitas dengan biaya yang lebih murah. Selain itu, teknologi aditif atau 3D kini memungkinkan inovasi melalui kombinasi teknik data mining untuk menghasilkan produk baru dengan proses manufaktur yang fleksibel. Lagipula, sistem IoT yang memungkinkan akses informasi secara real-time akan mendorong pergeseran menuju manufaktur on demand dengan penjadwalan otomatis, berdasarkan pengetahuan akan utilisasi dan ketersediaan mesin.
Kesimpulannya, definisi dan ruang cakupan mekatronika terus berkembang mengikuti perkembangan jaman, termasuk pada masa kini dalam kaitannya dengan sistem berbasis IoT. Perkembangan IoT yang begitu cepat mendorong mereka yang terlibat dalam desain, praktik, maupun edukasi di bidang mekatronik untuk menelaah kembali bagaimana suatu sistem atau piranti mekatronik didesain dan diproduksi. Peranan piranti cerdas mekatronik sebagai bagian sistem IoT yang dibangun sesuai konteks pengguna tidak terlepas dari isu-isu seperti etika mesin, interaksi dengan pengguna, kompleksitas, dan keamanan data dan individu menjadi semakin penting. Maka solusi yang inovatif terhadap tantangan tersebut akan menunjukkan bahwa konsep mekatronika memiliki nilai dan manfaat (merit) dalam lingkungan yang terus berubah, secara khusus dalam konteks piranti cerdas yang berorientasi pengguna dalam sistem IoT.
Referensi:
(1) Harashima F, Tomizuka M, Fukuda T. Mechatronics – “What is it, why, and How?”. Editorial, IEEE/ASME Trans. Mechatronics 1996;1(1):1-4.
(2) Bradley D, Russell D, Ferguson I, Isaacs J, MacLeod A, White R. The Internet of Things – The future or the end of mechatronics. Mechatronics 2015; 27:57–74.
(3) Blaya JA, Fraser HSF, Holt B. E-Health technologies show promise in developing countries. Health Aff 2010;29(2):244-51.
(4) Desai D. Beyond location: data security in the 21st century. Commun ACM 2013;56(1):34-6.
(5) Bucherer E, Uckelmann D. Business models for the internet of things. In: Uckelmann D et al., editors. Architecting the internet of things; 2011. p. 252-77
