Untuk Indonesia

Baru-baru ini ramai diberitakan bahwa jasa marga akan memakai suatu system pembayaran pintu tol elektronik non stop. Sistem ini akan memungkinkan kendaraan terus melaju pada saat melewati gerbang tol. Selama ini Jasa Marga bersama Bank Mandiri menerapkan Sistem ERP (Electronic Road Pricing), dimana pengemudi kendaraan harus berhenti kemudian men-tap kartu ke alat pembaca di gerbang tol sebelum meneruskan perjalanan. Sistem ini memiliki kelemahan, yaitu akan tetap terjadi penumpukan penumpang di gerbang tol pada saat kondisi ramai.
Jasa Marga menyadari hal itu, maka dibuatlah system pembayaran elektronik tanpa kendaraan harus berhenti untuk men-tapping kartu. Menurut jasa Marga pengemudi cukup melintasi gerbang tol dengan kecepatan 10 kilometer per jam. Lantas saat terdengar ”bip”, ”bip”, dari perangkat on board unit (OBU) buatan Austria yang ditempel di kaca depan, palang pun terbuka.
Uji coba Jasa Marga memperlihatkan, transaksi dengan uang tunai butuh waktu 4-6 detik, dengan gardu tol otomatis (GTO) 2-3 detik, sedangkan nonstop transaction hanya 1,3-1,8 detik. Ada penghematan waktu lebih dari 30 persen, jika memakai system ini.
Sebenarnya teknologi apa yang digunakan oleh system pembayaran otomatis di gerbang tol?. Dalam tulisan ini, saya akan mencoba membahas mengenai teknologi yang digunakan.
sistem yang digunakan dalam pembayaran tol elektronik ini memakai teknologi RFID (Radio frequency Identification), yaitu suatu teknologi untuk men-sensing menggunakan gelombang radio. Teknologi ini setidaknya membutuhkan 3 bagian, yaitu RFID-tag, Reader, serta system komunikasi.


RFID tag adalah alat untuk mentrasmisikan data ke reader. Reader adalah alat yang digunakan untuk membaca/menulis RFID-tag. Sedangkan system komunikasi disini ialah frekuensi yang dipakai untuk mengkomunikasikan tag dan reader. Ada 2 tipe dari RFID tag, yaitu aktif tag dan pasif tag. Aktif-tag mengandung transceiver, dan menggunakan baterai di dalamnya, sehingga jangkauan transmisi sinyal dapat mencapai 100 meter, namun tipe ini mahal dan harus mengganti baterai secara periodic. Sedangkan pasif tag tidak mengandung baterai, tag jenis ini hanya mentransmisikan sinyal yang diterima dari reader, sembari menambahkan data ke dalam sinyal termodulasi untuk kemudian di baca oleh reader. Pasif tag relative lebih murah dibandingkan dengan aktif-tag, namun jangkauan penerimaan sinyalnya tidak sejauh aktif tag.

Oleh karena komunikasi sinyal radio membutuhkan frekuensi yang sama, maka frekuensi dari system ini dikategorikan menjadi 3, frekuensi rendah, menengah, dan tinggi. Perbedaan frekuensi yang dipakai akan membedakan pula rentang jarak penerimaan-pembacaan sinyal. Secara
1. Frekuensi rendah (100-500 kHz), memiliki karakteristik jarak yang dekat, murah, dan memiliki kemampuan pembacaan sinyal yang rendah. Oleh karena itu frekuensi rendah acap kali digunakan untuk aplikasi identifikasi binatang, pengawasan barang, dan lain-lain.
2. Frekuensi menengah (10-15 MHz), memiliki karakteristik jarak dekat-menengah, dan memiliki kemampuan pembacaan rata-rata, frekuensi menengah ini biasa digunakan untuk akses control, kartu pintar.
3. Frekuensi tinggi (850-950 MHz atau 2,4-5,8 GHz), memiliki karakteristik jarak yang jauh, pembacaan yang cepat, mahal. Frekuensi jenis ini biasa digunakan untuk system pembayaran elektronik di pintu tol.
Penggunaan teknologi RFID ini di pintu tol telah digunakan sejak tahun 1980an. Dan sejak saat itu dilakukan pengembangan untuk system pembayaran elektronis di pintu tol. Pada tahun 1991, Amerika menggunakan system pembayaran tol elektronis, dimana kendaraan dapat melintas pintu tol tanpa berhenti untuk membayar. Sejak saat itu, banyak Negara mengadopsi system ini, diantaranya, Norwegia , Singapura, Inggris, Swedia, dan banyak Negara lain telah menggunakan teknologi ini.

Dengan kepadatan jumlah kendaraan di Indonesia, khususnya di Jakarta, penggunaan system pembayaran non-stop ini amatlah penting. Langkah jasa Marga untuk menggunakan teknologi ini patut diapresiasi dalam rangka meningkatkan efisiensi pengguna tol, dan juga meningkatkan pelanggannya.

Tidaklah sia-sia Andi Hamim Zaidan dan 10 rekannya menghabiskan waktu dua tahun berkutat di Laboratorium Photon Universitas Airlangga, Surabaya. Penelitian yang mereka lakukan menuai hasil menggembirakan. Mereka sukses membuat prototipe gold nanoparticle (GNP) berdiameter 20 nanometer dan 30 nanometer. Partikel berukuran supermini ini bisa menyusup ke dalam tubuh, lalu mencari dan menghancurkan sel-sel kanker.

Untuk mendeteksi lokasi sel kanker (selective cancer therapy), kata Zaidan, GNP dilengkapi dengan sensor pintar yang terbuat dari antigen atau polyetilenglycol (PEG). Setelah mengunci lokasi sel-sel kanker, tubuh pasien disinari dengan photothermal therapy (PTT). Proses radiasi gelombang elektromagnetik (lazimnya memakai sinar infra merah) mengubah energi cahaya menjadi panas yang sanggup membunuh sel-sel jahat itu.

“Pada saat ini, prototipe GNP kami belum dilengkapi dengan sensor pintar karena harus dikarakterisasi dulu sifat optik dan termalnya,” ujar dosen Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga, Surabaya, itu.

Pada tahap karakterisasi, pihaknya menggandeng Laboratorium Optik Fisika Universitas Airlangga. Sebab diperlukan mikroskop elektron (jenisnya: SEM atau TEM) untuk melihat GNP secara visual. Alat ini masih sangat jarang di Indonesia.

Usai tahap karakterisasi, penelitian masuk ke tahap eksperimen terapi in vitro, dengan menumbuhkan sel kanker di luar tubuh induk (host). Setelah itu, GNP diujicobakan pada hewan sebelum bisa diterapkan pada pasien penderita kanker. Sejak tahap in vitro dan in vivo, Zaidan akan menggandeng rekan-rekan dari Fakultas Kedokteran Universitas Airlangga.

Bila dipakai sebagai terapi kanker, Zaidan menambahkan, sebaiknya bentuk partikel nano yang terbuat dari emas itu bulat atau batang. Ukurannya maksimal 50 nanometer agar bebas menembus masuk jaringan tubuh. Target penelitian mereka adalah menyintesis GNP berdiameter terkecil, yaitu 15 nanometer.

Penelitian GNP sebagai alat terapi kanker bukan kali ini saja dilakukan. Beberapa negara melakukannya sejak beberapa tahun lalu. Namun, menurut Zaidan, risetnya berbeda dari sisi pengembangan teori dan metode sintesis. Pada tahap teori, mereka mengembangkan model PTT memakai GNP dan carbon nanotube (CNT) lengkap, mulai simulasi foton dalam jaringan sampai dosimetri terapi.

Dosimetri berarti penentuan cara pemaparan sinar, durasi, daya, dan panjang gelombang radiasi elektromagnetik. Model PTT memang terkait erat dengan photodynamic therapy (PDT). Bedanya, PTT tidak memerlukan oksigen untuk berinteraksi dengan sel atau jaringan target.

PTT juga bisa memakai cahaya dengan panjang gelombang yang kurang energik, sehingga tidak terlalu berbahaya untuk sel dan jaringan lain. “Belum ada teori yang lengkap untuk ini, apalagi yang memakai CNT,” kata peraih gelar sarjana dan master dari Institut Teknologi Bandung itu.

Hal baru lainnya dari riset tim Zaidan adalah tidak menyintesis GNP dengan reaksi kimia seperti lazim dipakai dalam riset-riset di luar negeri. Alasannya, bahan baku untuk sintesis menggunakan reaksi kimia sangat mahal dan harus diimpor. Ia mencontohkan, ada satu bahan yang harganya mencapai Rp 3 juta per gram.

Karena itulah, tim Zaidan memilih mencari bahan baku lokal sebagai alat sintesis. Model sintesis baru ini lebih mudah dan lebih murah, tanpa mengurangi tingkat keakuratan dan punya efek samping minimal.

Perbandingannya, bila memakai bahan impor, produksi GNP membutuhkan dana US$ 250 sampai US$ 500 per mililiter. Bila memakai bahan lokal, biaya produksinya hanya Rp 25.000 per 100 mililiter atau 20 kali lipat lebih murah. “Jadi, prediksi saya, jika riset kami sudah mapan dan sudah bisa digunakan, biaya terapi tidak akan lebih dari Rp 50.000,” ujar lajang kelahiran Mojokerto, Jawa Timur, berusia 26 tahun itu.

Selain mengembangkan GNP sebagai alat terapi kanker, tim Zaidan juga tengah mengembangkan CNT sebagai agen selective cancer therapy dan diagnosis. Untuk diagnosis, mereka mencoba membuat contrast agent untuk magnetic resonance imaging (MRI) dan biomarker.

Kini penelitian CNT baru selesai pada tahap teori dan model. Selangkah di belakang GNP adalah yang telah masuk tahap eksperimen. Sumber dana penelitian itu berasal dari Direktorat Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional dan Universitas Airlangga.

Astari Yanuarti, dan Arif Sujatmiko (Surabaya)
[Ilmu dan Teknologi, Gatra Nomor 4 Beredar Kamis, 3 Desember 2009]

Lampu LED
Lampu LED merupakan jenis lampu generasi baru yang mempunyai banyak keunggulan. Selain umur lampu yang panjang, daya yang dibutuhkan lampu ini juga relatif tidak besar. Untuk menghasilkan cahaya yang kuat seperti dapat kita lihat pada lampu lain, maka digunakan banyak diode.

Prinsip Dasar LED
LED merupakan salah satu jenis dari dioda. Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor. Beranjak dari penemuan dioda, para ahli menemukan juga komponen turunan lainnya yang unik.
Dioda
Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.
Gambar 1 Lambang dioda
Gambar 1 di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas. Lalu jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.
Sebalikya apakah yang terjadi jika polaritas tegangan maka tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.
LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning dan hijau.LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi daya-nya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.
LED (Light Emitting Diode) digunakan hampir pada sebagian besar perangkat elektronik seperti televisi, radio kaset, alat musik, alat kesehatan, perangkat pengujian, otomotif, dan lain-lain, sebagai lampu isyarat atau indikator. Lampu LED mempunyai banyak keunggulan ketimbang lampu lainnya seperti: Mempunyai umur pakai yang sangat panjang, membutuhkan daya listrik yang sangat kecil (hemat energi), respon kerja yang sangat cepat dan baik.
Pada tahun 1999 Philips Lumileds Lighting Company menemukan LED yang diharapkan dapat menggantikan fungsi lampu yang biasa digunakan untuk penerangan. LED tersebut mengeluarkan cahaya yang sangat terang dengan warna putih. LED tersebut dinamakan LUXEON.
Continue reading →

Atom-atom mempunyai kecenderungan untuk selalu menempati tingkat energi paling bawah, hal ini merupakan sesuatu yang secara alami terjadi di alam ini, sama halnya dengan air yang mengalir dari suatu tempat yang lebih tinggi ke tempat lebih randah, atau udara panas mengalir ke udara dingin. Untuk menaikkan (mengeksitasi) tingkat energi atom ke tingkat energi diatasnya, diperlukan suatu energi, misalnya dalam bentuk; pemanasan, tumbukan mekanik, energi cahaya (absorpsi). Atom-atom yang telah tereksitasi tersebut secara alamiah juga akan selalu mempunyai kecenderungan untuk turun ke tingkat energi bawah. Ketika suatu atom turun ke turun ke tingkat energi di bawahnya, maka atom tersebut akan mengembalikan energi yang didapatnya ketika eksitasi, pengembalian energi (emisi) tersebut dapat berupa cahaya, panas, dan lain-lain. Karena atom-atom tersebut turun ke tingkat energi bawah secara alami, maka hal ini disebut emisi spontan. Contoh emisi spontan; lampu natrium, lampu neon, dan lain-lain.

Gambar 1Emisi

Lalu dengan memanfaatkan emisi yang dihasilkan, terutama yang berupa cahaya, maka untuk menjaga cahaya yang ditimbulkan dapat dikendalikan serta dapat dikuatkan maka atom-atom yang berada di tingkat energi bawah, dirangsang dengan pemompaan untuk dapat eksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Sehingga jumlah atom di E2 lebih banyak dibandingkan atom yang berada di E1, hal ini disebut inversi populasi. Maka dengan cahaya pemicu, atom-atom yang saling bertumpukan di E2 akan runtuh ke bawah menghasilkan emisi berupa cahaya. Proses ini disebut emisi terangsang. Dengan kata lain, perbedaan dari emisi spontan dan emisi terangsang ialah,
emisi spontan : Terjadi dengan sendiri, terjadi secara, ke segala arah
emisi terangsang: Ada cahaya pemicu, arah dan fasa cahaya pemicu searah dengan cahaya perangsang

Agar inversi populasi terjadi, maka diperlukan pemompaan. Sekarang kita tinjau mengenai tingkat energi yang digunakan untuk emisi. Pertama, tingkat energi dua tingkat

Gambar 3 Tidak Ada Inversi Populasi
Gambar 2 Emisi terangsang

Pada tingkat energi ini, tingkat energi dasar berada di E1, atom-atom di E1 dieksitasi ke E2. Cahaya yang dihasilkan akan sedikit-sedikit, hal ini dikarenakan ketika atom-atom jatuh dari E2 ke E1, E2 akan tertinggal sedikit sekali atom, maka diperlukan pemompaan kembali untuk membuat inversi populasi. Keadaan ini akan membuat cahaya yang dihasilkan tidak berkesinambungan (continue).

Kedua, Sistem pemompaan 3 tingkat

Gambar 4 Pemompaan sistem 3 tingkat

Pada sistem ini terdapat 3 tingkat energi, E1, E2, dan E3, seperti dapat dilihat dalam gambar diatas. E1 merupakan tingkat energi dasar. Atom-atom di E1 akan dipompa ke tingkat E3, Lalu dari E3 ke E2, lalu dari E2 ke E1. Di E2 ke E1 terjadi emisi terangsang. Hal ini terjadi dengan syarat, pada tingkat E3, atom-atom tidak boleh jatuh ke E1, oleh karena itu diperlukan material yang mempunyai tingkat probabilitas aton yang sangat kecil agar atom-atom yang telah dieksitasi dari E3 tidak jatuh ke E1. Pada E3 ke E2 atom-atom yang jatuh pasti mengeluarkan emisi, emisi ini bisa berupa getaran, panas atau yang lainnya. Dan di E2 ke E1 terjadi emisi terangsang. Pada sistem 3 tingkat ini juga terjadi kekurangan, karena E1 yang merupakan tingkat dasar bertindak pula sebagai tempat emisi terangsang dari E2 ke E1. Sehingga jumlah atom di E1 yang dieksitasikan ke E3 akan tidak maksimal, dikarenakan atom-atomnya harus menunggu terlebih dahulu atom-atom jatuh ke E1.

Oleh karena itu, maka dibuatlah sistem 4 tingkat,

Gambar 5 Sistem Pemompaan 4 Tingkat

Sistem ini mirip dengan sistem 3 tingkat, hanya ditambah tingkat energi E0 sebagai tingkat energi dasar. Keuntungannya ialah atom-atom yang akan dieksitasi ke E3 dari E0 tidak akan bergantung kembali ke tingkat E2, seperti kita lihat di sistem 3 tingkat. Kejadiannya ialah, E0 dieksitasi ke E3, emisi dari E3 ke E0 dibuat sedemikian rupa sehingga kemungkinan emisi dari E3 ke E0 sangat kecil. Lalu emisi dari E3 ke E2 berupa getaran, atau panas. Dari E2 ke E1 merupakan emisi terangsang, dengan cahaya pemicu maka populasi atom di E2 jatuh ke E1. Lalu atom-atom di E1 akan turun ke E0. Kejadiannya berulang terus seperti itu.

Tetapi untuk menghasilkan emisi dengan cahaya pemicu, maka diperlukan frekuensi cahaya yang persis sama antara 2 tingkat energi. 2 tingkat energi itu mempunyai harga yang eksak.
h = E2  E1
h = konstanta Planck;  = frekuensi cahaya

hal itu sulit untuk dilakukan, oleh karena itu dirancanglah sistem dengan tingkat energi yang tidak tajam.

Gambar 6 Sistem Pemompaan 4 Tingkat 2

Dengan sistem seperti terlihat pada gambar diatas, maka frekuensi cahaya untuk pemompaan maupun untuk emisi akan lebih mudah, karena frekuensi cahaya yang dibutuhkan untuk emisi tidak harus tunggal.

Cara-cara Pemompaan
Pemompaan bisa terjadi dengan berbagai cara, yaitu;
1. Loncatan listrik
2. Optik
3. Arus listrik
4. Pengembangan gas (gas dynamic)
5. Reaksi kimia

Dalam tugas ini, akan dibahas mengenai cara pemompaan dengan loncatan listrik dan cara optik.

Loncatan Listrik

Cara pemompaan dengan menggunakan loncatan listrik, pada umumnya cocok untuk laser yang menggunakan gas. Karena pada gas, tingkat energinya sempit sehingga sukar dengan menggunakan cara optik untuk pemompaan. Molekul-molekul gas juga renggang, sehingga mudah bagi loncatan listrik menembus gas. Contohnya; laser HeNe, laser argon

Optik
Cara pemompaan dengan menggunakan optik, pada umumnya cocok untuk laser yang menggunakan bahan padat dan cair. Karena tingkat energi pada umumnya lebar dan listrik sukar mengalir pada bahan isolator. Cara pemompaan optik ini menggunakan cahaya yang kuat atau flash untuk mengeksitasi atom. Pada gambar dibawah, dapat dilihat contoh laser dengan pemompaan optik. Suatu bahan padat kristal Nd-YAG dikelilingi oleh flash tube, Pada ujung-ujung flash tube tersebut terdapat elektroda untuk menghasilkan cahaya “flash”. Contoh: laser ruby (694 nm), laser Nd-YAG (1064 nm)

Gambar 7 Sistem Pemompaan Secara Optik