I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   37 ,   N o .   3 M a r c h   20 25 ,   pp.   1 452 ~1 463   I S S N:  2 502 - 4 7 52 ,   DO I 10 . 11591/i j e e cs .v 37. i 3 . pp1 452 - 1 463             1452     Jou r n al  h o m e page ht tp: // ij e e cs . iaes c or e . c om   C or r e la t io n   b e t w e e n  i n p u t  an d  ou t p u t  p ar a m e t e r s of  m ic r ob ia f u e c e ll       Gan e s an   V.   M u r u ge s u 1 ,   S aif u l   Niz a m   K h al id 1 ,   Hu s s ain   S h ar e e f 2 ,   S aad   S al e e m   K h an 2   1 D e pa r tm e nt   of  E l e c tr i c a P o w e r   E ng in e e r in g, F a c ul t y   of  E l e c tr ic a E ngi n e e r in g, U ni ve r s it T e kn o l o gi  M a la y s ia , J o h o r   B a hr u M a la y s ia   2 D e pa r tm e nt   of  E l e c tr i c a a nd C o m muni c a ti o E ngi n e e r in g, C ol le g e   of  E ng in e e r in g, U ni te d A r a b E mi r a t e s  U ni v e r s it y   A A in , U ni te d A r a b E mi r a te s       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve J ul   9 ,   202 4   R e vi s e S e p   29 ,   202 4   A c c e pt e Oc t   7 ,   202 4       T h i s   p ap e p re s e n t s   t h e   c o rr e l at i o n   b e t w ee n   o p e n   ci r c u i t   v o l t ag e   (O CV an d   p H ,   t em p e rat u r e ,   an d   t o t al   d i s s o l v ed   s o l i d s   (T D S)  o a n   ai c at h o d e   s i n g l c h a m b e mi c ro b i a l   f u e l   cel l   (MFC)  u s i n g   art i f i c i al   n eu ral   n e t w o r k   ( A N N )   an d   s u p p o rt   v ec t o r   m a c h i n (SV M)   a l g o r i t h m s .   Pr e v i o u s   w o rk s   u s ed   t e rmi n a l   v o l t ag e s   as   o u t p u t   p arame t e rs   t o   d e t e r mi n e   t h c o rr el at i o n   b e t w een   MFCs i n p u t   an d   o u t p u t   p aram e t e rs .   H o w ev e r,   O CV   i s   t h e   m o s t   i m p o rt an t   me as u r eme n t   t h at   c an   d e t e r m i n e   t h e   v al i d i t y   o t h e   MF C.   T h u s ,   v ari o u s   t e s t s   w e r c o n d u c t ed   t o   an a l y z t h e   co rr e l at i o n   b e t w een   O CV   an d   i n p u t   p aram e t e rs   u s i n g   A N N   an d   SV M   al g o r i t h m s .   B o t h   t ech n i q u e s   s h o w   a   s t ro n g   c o rr el at i o n   b e t w een   O CV   an d   i n p u t   p arame t e rs   w i t h   t h e   h i g h e s t   R 2   v al u e s .   T h e   h i g h e s t   O CV   v al u e   o b t ai n ed   fro m   t h e   e x p e r i me n t   i s   1 . 1 7 9   V   at   p H   5 . 2 6 ,   t e m p e rat u r e   2 9 9 K ,   an d   T D 3 , 1 2 4   p p m .   Fu rt h e r m o r e ,   an   A N N   m o d el   w as   d ev e l o p ed   t o   p red i c t   t h e   O CV   v al u e   b as e d   o n   p H ,   t em p e rat u r e,   an d   T D v al u e.   K e y w o r d s :   A r t i f i c i a l   n e ur a l   n e t wo r k   M a c hi ne   l e a r ni ng  a l go r i t hm   M i c r o bi a l   f u e l   c e ll   Ope n   c i r c u i t   v o l t a ge   S upe r   v e c to r   m a c hi ne   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din A u th or :   Ga n e s a n   V .   M ur uge s u   De pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   P o we r   E n g i ne e r i n g F a c u l t y   o f   E l e c t r i c a l   E n g i ne e r i ng   Uni ve r s i t i   T e k n o l o g i   M a l a y s i a   J o h o r   B a h r 81310,   M a l a y s i a   E m a i l ga n e s a nvm ur uge s u @ g m a il . c o m       1.   I NT RODU C T I ON   M i c r o bi a l   f ue l   c e l l   ( M F C )   i s   a n   e m e r g i n t e c hn o l o gy   t h a c a n   o v e r t a ke   e l e c t r i c i t y   ge ne r a t i o n   i n   t h e   f ut ur e .   E v e n   t h o ugh   r e s e a r c h   i n t o   M F C   h a s   dr a s t i c a ll y   i nc r e a s e i t h e   pa s t   t we n t y   y e a r s ,   t h e   c o m m e r c i a li z a t i o n   o f   M F C   s t i ll   n e e ds   to   c a t c h   up.   M F C   us e s   m i c r o b e s   i n   w a s t e wa t e r   to  b r e a do wn   po l l ut a n t s   a n pr o duc e   e l e c t r o n s   to   ge n e r a t e   e l e c t r i c i t y   a n c l e a n   wa t e r .   An   e l e c t r o de   i s   p l a c e i wa s t e wa t e r ,   whi c h   a t tr a c t s   t h e   e l e c t r o n s   to   b e c o m e   m o r e   n e g a t i v e   a n i s   c a ll e a n o de .   W h e n   t h e   a n o de   i s   c o n ne c t e to  a n o t h e r   e l e c t r o de ,   c a l l e a   c a t h o de ,   t h r o ugh   a   l o a d,   t h e   t r a n s f e r   o f   e l e c t r o n s   f r o m   t h e   a n o de   to   t h e   c a t h o de   o c c ur s   a n ge n e r a t e s   e l e c t r i c i t y   [1 ] [ 2]   T h e   l o po we r   ge n e r a t i o n   a n hi g h - c o s t   m a t e r i a l s   b e c o m e   a   b o tt l e ne c f o r   t h e   c o m m e r c i a li z a t i o n   o f   t h e   M F C   [ 3] M a ny   a s p e c t s   a r e   i nv o l v e i M F C   r e s e a r c h   t o   b u i l a n   e x c e l l e n t   s y s t e m   t o   o v e r c om e   t h e s e   i s s ue s .   Ho we v e r ,   a n a ly z i ng  a n pr e d i c t i n t h e   o u t pu v o l t a ge   i s   o n e   o f   t h e   m o s s i g ni f i c a n t   a s pe c t s   to  c o n s i de r   i n   t h e   de v e l o p m e n t   pr o c e s s .   T e r m i na l   vo l t a ge   a n OC V   a r e   t h e   t w o   t y pe s   o f   v o l t a ge s   t h a t   c a n   b e   m e a s ur e i n   M F C .   W hil e   m a ny   pr e vi o u s   s t ud i e s   ha v e   us e t e r m i na l   v o l t a ge   a s   a n   o ut pu v ol t a ge   t i nve s t i g a t e   t h e   i m pa c t   o f   i n put   pa r a m e t e r s ,   i t   d o e s   n ot  a c c ur a t e l y   r e pr e s e n t   a n   M F C   c e l l ' s   a c t ua l   e l e c t r o m o t i v e   f o r c e   ( E M F ) .   OC V   i s   a   c r uc i a l   m e a s ur e m e n t   i n   a ny   e l e c t r i c a l   s o ur c e ,   i n c l ud i ng  b a t ter i e s   a n d   s o l a r   c e l l s ,   w h e n   t h e r e   i s   n o   c ur r e n f l o w.   T h e r e f o r e ,   un de r s t a n d i ng  a n m e a s ur i n OC i s   pa r a m o u n t   i Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       C or r e lat ion  be t w e e input   and  output   par ame ter s   of  mic r obial   f ue c e ll   ( Gane s an  V .   M ur uge s u )   1453   M F C   r e s e a r c h   [ 4] .   On   t o o f   t h a t ,   a n   un s t a bl e   OC c a n   i nd i c a t e   t h a t   t h e   c e l l   h a s   f a il e a n d   r e qu i r e s   m o d i f i c a t i o n   o r   r e pl a c e m e n t   [ 5] .   T h us ,   m e a s ur i ng  OC i n   f ue l   c e l l s   i s   e s s e n t i a l   b e c a u s e   i t   c a n   h e l d e t e r m i ne   wh e t h e r   t h e   c e l l   i s   v a li d.   Ho we v e r ,   p r e d i c t i n t h e   OC f r o m   t h e   o pe r a t i n c o n d i t i o n   i s   a   c o m p l e x   t a s i n   M F C .   M a ny   pa r a m e t e r s   i nf l ue n c e   t h e   OC pr e di c t i o n   i n   M F C ,   whi c h   c a n   be   c a t e g o r i z e i n t o   s tat i c   a n d   d y n a mi c   pa r a m e t e r s .   T h e   s t a t i c   pa r a m e t e r s ,   s uc h   a s   e l e c t r o de   t y pe ,   s i z e ,   d i s t a n c e ,   pr oto n   e x c ha n ge   m e m b r a ne   ( P E M ) ,   a n c h a m be r   de s i g n ,   a r e   pr e - de f i ne be f o r e   t h e   c h e mi c a l   r e a c t i o ns   s t a r t.   H o we v e r ,   t h e   d y n a mi c   pa r a m e t e r s ,   s uc h   a s   s u bs t r a t e   c o n c e n t r a t i o n ,   t e m pe r a t ur e ,   a n pH,   po s e   a   c h a l l e nge   t f i t h r o ug h o ut   t h e   o pe r a t i o n   [ 6] .   T h e s e   pa r a m e t e r s   c o n s t a n t l y   c h a nge   dur i n t h e   c h e mi c a l   pr o c e s s ,   m a k i ng  t h e   s y s t e m   too  c o m p l e x   t pr e di c t   t h e   OC V.   T hi s   c o m p l e xi t y   i s   a   f a s c i na t i n a s pe c t   o f   t h e   r e s e a r c h ,   hi g hli g ht i n t h e   i n t r i c a c i e s   o f   OC i n   M F C .     OC V   wa s   f i r s t   m e a s ur e i n   M F C   by   C h o i d   e al .   [ 7]   to  i nv e s t i ga t e   i t s   pe r f o r m a n c e   us i ng   a l ka l o p hil i c   B a c il l u s   s p.   L a t e r ,   m a ny   s t ud i e s   we r e   c o n duc t e o n   d i f f e r e n t   a s pe c t s   to   de t e r m i ne   t he   M F C s   pe r f o r m a n c e   us i ng  OC V.   Ho we v e r ,   m o s t   o f   t h e s e   s t udi e s   c o n c e n t r a t e   o n   i m pr o vi n t h e   O C w i t h   v a r i o u s   s t r uc t ur e s .   Onl y   a   f e s t ud i e s   we r e   c o n duc t e to   a n a ly z e   t h e   c o r r e l a t i o n   b e t we e n   i nput   a n o ut pu t   pa r a m e t e r s   due   to   a   l a c o f   t e c hn o l o g y .   Ho we v e r ,   r e c e n t   s tud i e s   us e   m a c hi ne   l e a r ni ng  a l go r i t hm s   ( M L A )   to   p r e d i c t   v o l t a ge ,   po we r   de n s i t y ,   a n c h e mi c a l   o xy ge n   de m a n ( C OD )   b a s e o n   v a r i o us   i nput   pa r a m e t e r s .   P o we r   de ns i t y   i s   m a i n ly   u s e a s   a n   o u t pu t   pa r a m e t e r   to  a n a ly z e   t h e   e f f e c t   o f   i n put   pa r a m e t e r s   s uc h   a s   me m b r a n e   t hi c k n e s s ,   e x t e r n a l   r e s i s t a n c e ,   f e e r a t i o ,   pH,   a n t e m pe r a t ur e   [ 8 ] [ 9] .   T e r m i na l   v o l t a ge   h a s   a l s o   b e c o m e   a e s s e n t i a l   pa r a m e t e r   i n   a   f e s t ud i e s   t h a t   a n a l y z e   t h e   c o r r e l a t i o n   b e t we e n   t e r m i na l   v o l t a ge   a n wa s t e wa t e r   c o n c e n t r a t i o n ,   e l e c t r o de   s ur f a c e ,   a n b a c t e r i a   c o un t   [ 10 ] .   T a bl e   s um m a r i z e s   i n put   a n o u t pu pa r a m e t e r s   us e i n   t h e   r e c e n t   M F C   s t ud i e s   us i n M L A .       T a bl e   1.   I n put  a n o u t pu pa r a m e t e r s   c o n s i de r e i r e c e n t   s t udi e s   f o r   a n a ly s i s   a n o p t i mi z a t i o n   t e c hniques   o f   M F C   pa r a m e t e r s   i n   r e c e n t   s t udi e s   I nput   pa r a me t e r   O ut put   pa r a me t e r   M a c hi ne   la ngua ge   us e   f o r  a na l y s is   O pt im iz a ti o te c hni que s   R e f e r e nc e s   M e mbr a ne  t hi c kn e s s , e x t e r na r e s is ta nc e , a nd a no d e   a r e a   PD   S V R   R S M   [ 8]   F e e d r a ti o   of  w a s te s , p H   of  a n o d e  m e di a , a nd  e l e c t r o d e  de pt h   PD   M R A   R S M   [ 9]   T im e vol ta ge , a nd  c ur r e nt   PD   R F R , A N N   a nd   G P R   -   [ 11]   P he n o c o n c e nt r a ti o a nd   w a s te w a te r   c o n c e nt r a ti o n   V   ANN   S G G   a nd   T S M   [ 10]   D e gr e e   of   s ul pho na ti o n, a e r a ti o r a te , P L o a d   P D , C O D   G B R   a nd   R F R   PSO   [ 12]   Y e a s c o n c e nt r a ti o n a nd w a s te w a te r   c o n c e nt r a ti o n   P D   a nd   C O D   ANN   R S M   [ 13]   I n f lu e nt  C O D , V F A , h y dr a ul i c  r e t e nt i o n t im e , a nd  a no d e  e l e c tr o d e  s ur f a c e  a r e a   P D   a nd   C O D   ANN   -   [ 14]   S ubs tr a te   c o nc e nt r a ti o n,  f u e f e e f l o w  r a t e , a nd  oxy g e c o nc e nt r a ti o n   PD   ANN   H H O   [ 15]   D e gr e e   of   s ul pho na ti o n, a e r a ti o r a te , P l o a d   V , P D   a nd   C O D   ANN   S O O   a nd   M O O   [ 16]   V o lt a g e   C O D   S V R   -   [ 17]   P D p o w e r   d e ns it y   V t e r mi na vo lt a g e   C O D c he mi c a oxy g e de ma nd  C E c o ul o mbi c   e f f i c i e n c y   A N N a r ti f ic ia n e ur a ne tw o r R F R r a ndo f or e s ts   r e gr e s s io |   M R A mul ti pl e   r e g r e s s io a na l y s is   G B R gr a di e nt   b oo s r e gr e s s io G P R ga us s ia pr oc e s s   r e gr e s s io S V R s uppo r ve c t o r   r e gr e s s io P S O pa r ti c le   s w a o pt im i z a ti o S O O s in gl e - o bj e c o pt im i z a ti o M O O mul ti - o bj e c o pt im i z a t i o H H O H a r r is   H a w k' s   o pt im i z a ti o S C G s c a l e c o nj uga te   gr a di e nt   T S M ti me   s e r ie s   m o d e R S M r e s p o n s e   s ur f a c e   me th o d o l o g y       M F C   c o n t a i ns   va r i o us   i n put   pa r a m e t e r s   t h a t   i nf l u e n c e   t h e   o u t pu t   pa r a m e t e r ,   m a k i ng  t h e   s y s t e m   m o r e   c o m p l e x .   S o ,   a   s i n g l e   m a t h e m a t i c a l   m o de l   i s   u ns u i t a bl e   f o r   pr e d i c t i n t h e   o u t pu t   pa r a m e t e r .   T h us ,   r e c e n t   s t udi e s   w i de ly   u s e   M L As   to  p r e di c t ,   a n a l y z e ,   a nd  o p t i mi z e   t h e   M F C   o u t pu [ 18 ] .   M a c hi ne   l e a r ni ng  i s   a   c o m put e r - b a s e a l go r i t hm   t h a t   us e s   a r t i f i c i a l   i n t e ll i ge n c e   t o   s o l v e   c o m p l e x   pr o bl e m s .   M a c hi ne   l e a r ni ng  us e s   pr e vi o us   da t a   to   l e a r n   a   s y s t e m   a n pr e d i c t   t h e   f ut ur e   o u t pu t .   A NN   i s   t h e   m o s t   us e M L A   i n   r e c e n t   s t udi e s   t o   pr e d i c t   t h e   o u t pu t   a n i m pr o v e   t h e   pe r f o r m a nc e   of   M F C .   M a ny   s t udi e s   us e t h e   A NN   m o de l   to   p r e d i c t   t h e   po we r   de n s i t y   a n C O r e m o v a l   u s i n d if f e r e n t   i n put   v a r i a bl e s   s u c h   a s   u s a ge   o f   P t . ,   de g r e e   o f   s u l p h o n a t i o n ,   r a t e   o f   a e r a t i o n ,   p h e n o l   c o n c e n t r a t i o n ,   y e a s t   c o n c e n t r a t i o n ,   a n wa s t e wa t e r   c o n c e n t r a t i o n   [ 10] - [ 16] A dd i t i o n a ll y ,   ot h e r   M L As   s uc h   a s   B a y e s i a n   a l go r i t hm   ( B A ) ,   S VM ,   GB R ,   a n GPR   a r e   a l s o   wi d e l us e to  pr e d i c t   t h e   p o we r   de n s i t y ,   C OD   a n o u t pu v o l t a g e   us i n m e m b r a ne   t h i c k n e s s ,   e x t e r n a l   r e s i s t a n c e ,   a n a n o de   a r e a   a s   a   i n put s   [ 8] [ 17] [ 19 ]   Ho we v e r ,   t h e   a u t h o r   b e l i e v e s   t h a a   s t udy   h a s   y e t   to  b e   c o n duc t e to  a n a l y z e   t h e   c or r e l a t i o n   b e t we e a   c o m bi na t i o n   o f   d y n a mi c   pa r a m e t e r s   s uc h   a s   t e m pe r a t ur e ,   s ub s t r a t e   c o n c e n t r a t i o n ,   a n pH  v a l ue   a s   a n   i n put   pa r a m e t e r   to   p r e di c t   t h e   OC us i n M L As .   A N N GB R S VM ,   R F R ,   M R A ,   a n de c i s i o n   t r e e   r e gr e s s i o Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   37,   N o .   3 ,   M a r c h   2025:  1 452 - 1 463   1454   ( DT R )   we r e   s e l e c t e by   t h e   a ut h o r   to  c o m pa r e   a nd  c h o o s e   t h e   m o s t   s ui t a bl e   a l go r i t hm   t o   b e   us e f o r   M F C   a n a ly s i s .   No i s y   da t a ,   n o n - l i ne a r   m o da l ,   n o n - c a t e go r i c a l   da t a ,   l a r ge   s a m p l e   s i z e ,   a n c o m p l e x   r e l a t i o n s hi p s   i n f l u e n c e   t h e   M F C   d a t a   s e t .   Af t e r   a n a ly z i ng  t h e   a d v a n t a ge s   a n d i s a d va n t a ge s   o f   e a c h   a l go r i t hm ,   a s   s h o wn   in  T a bl e   2,   t h e   a ut h o r   s e l e c t s   t h e   b e s t   t w o   m o de l s ,   S VM   a n A NN ,   to   b e   us e i t hi s   i nve s t i ga t i o n   c o n s i d e r i n g   t h e   f o l l o w i ng  c r i t e r i a ( a )   da t a   h a s   n o i s e ,   ( b )   n o n - l in e a r   m o da l ,   ( c )   n o n - c a t e g o r i c a l   da t a ,   ( d )   l a r ge   s a mp l e   s i z e ,   a n ( e )   h a n d l e   c o m p l e x   r e l a t i o n s hi p.       T a bl e   2.   T h e   a dv a n t a ge s   a n d i s a d va n t a ge s   o f   r e c e n t   m a c hi ne   l e a r ni ng  a l go r i t hm   u s e i n   M F C   r e s e a r c h   M L A   A dv a nt a ge s   D is a dv a nt a ge   R e f e r e nc e   G BR   C a n ha ndl e  c o mpl e x  r e la ti o ns hi ps  be tw e e v a r ia bl e s .   B e tt e r  pr e di c ti o n   I r e qui r e d a  l a r ge  da ta s e f or  t r a in in g.   N o s ui ta bl e   f or  n o is y  da ta   H ig c o mput a ti o na c o s t   C a n c a us e  ove r f it ti ng   [ 20]   R FR   E a s y  t o  und e r s ta nd.   G i v in g a c c u r a te  p r e d ic ti o n   C a n e a s il y  s e th e  pa r a m e t e r   N o s ui ta bl e   f or   c a te g or i c a v a r ia bl e s   [ 21]   ANN   I w or ks  w e ll  w it h n o is e .   I c a n ha v e   m o r e  t ha o ne   o ut put .   C a n us e d f o r   n o n - li n e a r  m o d e l   T im e   c o ns umi ng   I r e qui r e d a  l a r ge  s a mpl e  s iz e   A lg o r i th m s tr uc tu r e  i s  c ha ll e ngi ng t o  und e r s ta nd.   [ 21]   D T R   E a s y  t o  und e r s ta nd.   O r de r   o n t r a in in g ha s  no   e f f e c t.   F a s f o r e c a s ti ng.   L o w   c o mput a ti o na c o s t   C a nno ov e r la p t he   c la s s e s   I r e qui r e d s ta ti s ti c a ll y  i nd e p e nde nt   v a r ia bl e s   L e s s  a c c ur a t e   P r uni ng i s  r e qu ir e d t o  a voi ov e r f it ti ng   [ 21]   S V M   I c a n w o r k w e ll  w it n o is e   C a n us e d f o r   n o n - li n e a r  m o d e l   C a n a v o id   ove r f it ti ng   S lo w  t r a in in g   O pt im a pa r a me t e r s  a nd a lg o r it hm s tr u c tu r e  a r e   no e a s y  t o  und e r s ta nd   H ig c o mput a ti o na c o s t   [ 21]       F r o m   t h e   li t e r a t ur e   r e vi e w,   n o   s t ud y   h a s   b e e n   c o n duc t e to   p r e di c t   t h e   OC f o r   M F C   us i ng  t h e   a f f e c t i n f a c t o r s ,   e s pe c i a ll y   t h e   d y na mi c   pa r a m e t e r s .   T hi s   pr e d i c t i o n   i s   c r i t i c a ll y   im po r t a n to   de t e c t   a ny   f a il ur e   i n   M F C   a n de v e l o a ny   M F C   pr e d i c t i v e   m o de l   us i ng  t h e   o pe r a t i n c o n d i t i o ns .   A   c o n t i n uo us   OC pr e d i c t i o n   b a s e o n   o pe r a t i n c o n d i t i o ns   w hi l e   t h e   s y s t e m   i s   r u nni n w il l   he l t m o ni t o r   t h e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   M F C   a n a v o i a ny   f a il ur e .   S o,   t hi s   s t udy   w il l   i nve s t i ga t e   t h e   c o r r e l a t i o n   b e t we e n   OC a n s e l e c t e i nput   pa r a m e t e r s   s uc h   a s   tot a l   d i s s o l v e s o l i ds   ( T DS) ,   pH ,   a n T e m pe r a t ur e   to   pr e di c t   t h e   OC us i n g   s u i t a bl e   M L As .       2.   M E T HO D   T h e   a ut h o r   wi l l   i nve s t i g a t e   t h e   c o r r e l a t i o n   b e t we e n   s u bs t r a t e   pH,   t e m pe r a t ur e ,   a n T DS   v a l u e   a ga i ns t   t h e   OC V   a c r o s s   t h e   a n o de   a n t h e   c a t h o de   e l e c t r o de .   T h e   f i r s t   t h r e e   v a r i a bl e s   a r e   s e t   a s   i n put   pa r a m e t e r s ,   a n t h e   l a t t e r   a r e   s e a s   o u tpu t   pa r a m e t e r s .   A   s i ng l e - c ha m be r   a i r   c a t h o de   M F C   i s   us e i n   t hi s   i nve s t i g a t i o n .     2. 1 .    Cons t r u c t ion   of   c h am b e r   A   p l a s t i c   f o o d   c o n t a i n e r   w i t h   d i m e ns i o ns   340   mm × 240   mm × 140   m m   ( m a xim u m   c a pa c i t y   i s   10. 0   L )   i s   us e a s   t h e   c ha m be r   to  h o l hy dr o c a r b o n   s u b s t r a t e   or   a n o l y t e .   T h e n ,   a   h o l e   40   m m   i n   d i a m e t e r   i s   c ut  a t h e   s i d e   o f   t h e   c o n t a i ne r .   T h e n ,   a   P VC   t a n c o n n e c t or   ( 40   m m )   i s   f i xe i n   t h e   h o l e   a n t e s t e f o r   n o   l e a k i ng.   T h e   t h r e a de pa r t   o f   t h e   P VC   t a n i s   f a c e i ns i de   t h e   c o n t a i n e r .     2. 2 .    P r e p a r at ion   of   e l e c t r od e s   T h e   e l e c t r o de s   f o r   t hi s   s t ud y   a r e   m e t i c u l o us ly   pr e pa r e d.   T w o   t y pe s   o f   e l e c t r o de s   a r e   m e t i c u l o us ly  pr e pa r e d:  t h e   a n o de   a n t h e   c a t h o de .   B ot h   t h e   a n o de   a n c a t h o de   u t i li z e   a   hi g h - pur i t y   c a r b o n   gr a p h e n e   s h e e t ,   whi c h   h a s   hi g h   c o n duc t i vi t y   a n i s   e ne r g y - e f f i c i e n t   [ 22] .   T h e   a n o de   e l e c t r o de   c o m pr i s e s   t w s h e e t s   o f   c a r b o n ,   e a c h   m e a s ur i n 100   mm × 100   mm × 2   m m.   T h e   s a m e   m a t e r i a l ,   m e a s ur i n 70   mm × 35   mm × 2   m m ,   i s   us e a s   a   c a t h o de .   T h e   a n o de   a n c a t h o de   e l e c t r o de s   a r e   c o n n e c t e w i t h   a   20  m m - l e n gt h   22   AW 600   t i n t e s tr a n de s i li c o n e   c o ppe r   wi r e ,   e n s ur i ng  a   s e c ur e   a n r e l i a bl e   c o nn e c t i o n .     2. 3 .    P r e p a r at ion   of   s al t   b r id ge   P r oto n   e x c ha n ge   m e m br a n e   i s   t h e   b e s t   m a t e r i a l   t o   us e   a s   a   s e pa r a to r   b e t we e n   a n o de   a n c a t h o de   c h a m be r .   Ho we v e r ,   a   s a l t   b r i dge   i s   us e i t hi s   i nv e s t i g a t i o n   t o   r e duc e   t h e   c o s t.   A   s a l t   b r i dge   i s   pr e pa r e us i n ka li u m   c hl o r i de   ( KC L )   a n a ga r .   Al i   e al.   [ 23]   s ugge s t e d   t h a 1   M   o f   K C L   w i t h   5%   a ga r   wi ll   pr o duc e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       C or r e lat ion  be t w e e input   and  output   par ame ter s   of  mic r obial   f ue c e ll   ( Gane s an  V .   M ur uge s u )   1455   t h e   hi g h e s t   p o we r   o u t pu t .   S o,   30   g   o f   K C L   i s   m i x e wi t h   350  m L   o f   d i s t i l l e wa t e r ,   a n t h e   tot a l   v o l u m e   i s   a dde to  400   m L .   T h e n ,   20   g   o f   a ga r   i s   a dde to  th e   1   M   K C L ,   m i xe ge n t l y ,   a n h e a t e wi t h   l o f l a m e   f o r     m i nut e s .   T h e n ,   t h e   s o l ut i o n   i s   f il l e i n t a n   L - s ha pe P VC   pi pe .   T h e   L - s h a p e P VC   pi pe   i s   pr e pa r e us i n g   a   5   c m   l e n gt h   o f   40   m m   P V C   p i pe   g l ue w i t h   a   40   m m   E l b o w.   F i n a ll y ,   t h e   c a t h o de   e l e c t r o de   i s   p l a c e i ns i de   t h e   P VC   pi pe   e l b o w,   a n t h e   pr e pa r e l i qu i i s   p l a c e i n   t h e   f r i dge   f o r   60  m i nut e s   to  b e c o m e   s o l i o r   ge l .       2. 4 .    P r e p a r at ion   of   s yn t h e t ic  was t e wat e r   F o r   t h i s   i nv e s t i ga t i o n ,   s y n t h e t i c   wa s t e wa t e r   i s   s e l e c t e a s   a n   a n o l y t e ,   wi t h   a c e t a t e   a s   t h e   pr i m a r y   hy dr o c a r b o n .   I n   pr e vi o us   s t udi e s ,   v a r i o us   c o m bi na t i o n s   o f   c h e mi c a l s   we r e   us e to  pr o duc e   s y n t he t i c   wa s t e wa t e r   [ 24 ] - [ 27] .   Af t e r   c o n s i de r i ng  t h e   d i f f e r e n t   c o m bi na t i o n s   o f   c he m i c a l s   us e e a r l i e r ,   t h e   a ut h o r   de c i de t us e   t h e   c o m bi na t i o n   s h o w n   i n   T a bl e   3.   On c e   a ll   t h e   m a t e r i a l s   a r e   pr e pa r e d,   t h e   pl a s t i c   c ha m b e r   i s   f i ll e w i t h   6. 0   L   o f   s y n t h e t i c   wa s t e wa t e r .   T h e n ,   t h e   a n o de   e l e c t r o de   i s   i mm e r s e i ns i de   t h e   s y n t he t i c   wa s t e wa t e r ,   a n t h e   OC b e t we e n   t h e   a n o de   a n c a t h o de   i s   m e a s ur e us i ng  a   d i g i t a l   m u l t im e t e r .   T h e   e x pe r im e n t a l   s e t up  is   s h o wn   i n   F i gur e   1 .   F i gur e   1( a )   s h o ws   t h e   a c t ua l   ph o to  o f   t h e   e x pe r i m e n t a l   s e t up ,   a n F i gur e   1( b )   s h o ws   t h e   s c h e m a t i c   dr a w i n g.       T a bl e   3.   P r e pa r a t i o n   o f   s y n t h e t i c   wa s t e wa t e r   (6   L )   f o r   t hi s   i nve s t i ga t i o n   C he mi c a l   M g   M a nga ne s e  ( I I )   c hl or id e   ( M nC l 2 )   120   M a gne s iu m di c hl o r id e  ( M gC l 2 )   960   C a lc iu c hl or id e  ( C a C l 2 )   36   I r o n ( I I I )   c hl o r id e   ( F e C l 3 )   12   A mm o ni um  c hl or id e   ( N H 4 C l)   1,800   M a gne s iu s ul pha te  ( M gS O 4 )   300   M o n o p o ta s s iu p ho s pha te  ( K H 2 PO 4 )   540   A c e ta te  ( C H 3 C O O H )   6,000   S o di um  b ic a r b o na t e  ( N a H C O 3 )   1,800   Y e a s t   960   K n o r r   c hi c k e n s t o c k   2,000         N o t   u s e d T D S O R P pH Cl os e d A nod e Ca t hod e S a l t  Bri dge Y A G O  8  i T D S  M e t e r p H   S e n s o r T e m p e r a t u r e   S e n s o r A r d u i n M e ga  256 0 pH - 4502C Ci rc ui t  Boa rd PC   ( a )   ( b )     F i gur e   1 E x pe r i m e n t a l   s e t u ( a )   a c t ua l   p h o to   a n ( b )   s c h e m a t i c   dr a w i n g       2. 5 .    Dat a   ac q u is it ion   p r oc e d u r e   T wo  di f f e r e n t   t e c hni qu e s   w i t h   d i f f e r e n t   m e t e r s   we r e   us e to   r e c o r d   t h e   da t a .   A n   A r du i n o   M e ga   2560   R m i c r o c o n tr o l l e r   r e c o r ds   t h e   OC by   c o nn e c t i n t h e   c a t h o de   to  t h e   m i c r o c o n t r o l l e r 's   An a l o i nput.   T h e   pH  v a l ue   wa s   r e c o r de us i n t h e   P H - 4502   C   s e ns o r ,   a l s o   c o n n e c t e to   t h e   m i c r o c o n t r o l l e r ' s   a n a l o i n put.   T h e   t e m pe r a t ur e   i s   r e c o r de us i n a   DS18B 20  wa t e r - p r oo f   t e m pe r a t ur e   s e ns o r   c o n ne c t e to  t h e   m i c r o c on t r o l l e r 's   d i g i t a l   i nput .   Al l   t h e   da t a   wa s   r e c or de e v e r y   15  s e c o n ds   a n s e n t   to  M i c r o s o f t   E x c e l .   T h e n ,   t h e   r e c o r de d   da t a   i s   do wnl o a de m a n ua ll y   e v e r y   12  h o ur s   i n   a   s e pa r a t e   w o r ks h e e t   f o r   f ur t h e r   us e .   On   t h e   ot h e r   h a n d,   T DS   we r e   r e c o r de d   us i n a n   8 - in - YA GO   W I F I   s m a r t   wa t e r   de t e c to r .   T h e   da t a   r e c o r de r   f o r   e v e r y   m i nut e   f r o m   t hi s   m e t e r   i s   m a nua l ly   s e n t   to   e m a il   a n t h e n   do wnl o a de i n t E x c e l   f o r m a f o r   f ur t h e r   a n a ly s i s .   T h e   da t a   i s   r e c o r de e v e r y   15  s e c o n d s   us i n a n   A r du i n o   m i c r o c o n t r o l l e r   ( OC V,   t e m pe r a t ur e ,   a n pH)   a n c o n t i n uo us l y   e v e r y   m i n ut e   us i n a   T DS   s e ns o r   ( T DS)   f o r   t e n   da y s .   Ho w e v e r ,   f o r   t h e   a n a l y s i s   pur po s e ,   o nl y   t we l v e   s e t s   o f   da t a   a r e   t a ke n   i n   a n   h o ur   wi t h   a n   i n t e r v a l   o f   m i nut e s   pe r   da t a .   T h us ,   2, 880  s e t s   o f   da t a   ( 12  pe r   h o ur × 24   h o ur s × 10  da y s = 2, 880)   we r e   a n a ly z e d.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   37,   N o .   3 ,   M a r c h   2025:  1 452 - 1 463   1456   2. 6 .    D at a   s e l e c t ion     T h e   c o r r e l a t i o n   b e t we e n   t h e   i nput   a n o u t pu t   pa r a m e t e r s   i s   de t e r m i ne by   p l o t t i n f i t t i n c ur ve s   us i n M A T L A B   s o f t wa r e .   F i gur e   2   s h o ws   t h e   OC c h a n g e s   i n   t h e   f i r s t   t e n   da y s .   T h e   M F C   i s   f e w i t wa s t e wa t e r   wh e ne v e r   v o l t a ge   dr o ps   a r e   n ot e d.   T h e   da t a   s h o ws   t h a t h e   OC i n c r e a s e s   w h e n   wa s t e wa t e r   i s   a dde d.   T h e   r e l a t i o ns hi be t we e n   t h e   OC a n t h e   i n put   pa r a m e t e r s   i s   i ni t i a ll y   de v e l o pe us i ng  t h e   mi n - m a s c a li ng   n o r m a li z a t i o n   m e t h o us i ng  ( 1) .   T h e n ,   t h e   t h r e e   gr a ph s   a r e   p l o t t e to   vi e t h e   r e l a t i o n s hi b e t we e i nput   a n o u t pu pa r a m e t e r s   i n   F i gur e   3 ;   F i gur e   3 ( a )   t h e   r e l a t i o n s hi b e t we e n   pH  a n OC V,   F igur e   3 ( b )   s h o ws   t h e   r e l a t i o n s hi be t we e n   t e m pe r a t ur e   a n OC a n F i gur e   3 ( c )   s h o ws   t h e   r e l a t i o ns hi b e t we e n   T DS  a n OC V.     =    × 100   ( 1)           F i gur e   2 .   T h e   OC wa s   m e a s ur e i n   t e n   da y s             ( a )   ( b )   ( c )     F i gur e   3 .   T h e   r e l a t i o n s hi b e t we e n   n o r m a l i z e OC ( R e d, x’ )   a n t h e   ot h e r   t h r e e   i n put s   ( B l u e ,   . )   ( a )   pH,   ( b )   t e m pe r a t ur e ,   a n ( c )   T DS   f o r   10  da y s       T h e   p l o s h o ws   t h a t h e   r e l a t i o ns hi b e t we e n   i n pu a n o u t pu i s   i n c o ns i s t e n t   f o r   t h e   f i r s t     da y s .   Ho we v e r ,   a f t e r   t h a t ,   t h e r e   i s   a   goo r e l a t i o ns hi b e t we e n   i n put   a n o u t pu t,   whi c h   s h o ws   t h a t e m pe r a t ur e   a n d   T DS  a r e   p r o p o r t i o n a l   t o   t h e   OC V,   a n pH  i s   i nve r s e l y   pr o p o r t i o n a l   t o   t h e   OC V.   S o ,   t h e   a ut h o r   c o n c l u de t h a t h e   M F C   t a ke s   a n   i ni t i a l   de l a y   to   b e c o m e   s t a bl e   e n o ugh   t r e a c t   to   t h e   s ur r o un d i n c o n d i t i o n .   T h us ,   t h e   f i r s t   720  s e t s   o f   da t a   ( 2. da y s )   a r e   r e m o ve d,   whi c h   i s   c o n s i d e r e a   b u f f e r   z o n e   f o r   t h e   M F C   to   ge t   i n t a   s t a bl e   c o n d i t i o n .   T h e   tot a l   da t a   s e t s   b e c o m e   7. da y s × 12 × 24= 2, 160.   F r o m   t h e s e   da t a ,   60%   i s   a l l o c a t e f o r   t r a i ni ng,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       C or r e lat ion  be t w e e input   and  output   par ame ter s   of  mic r obial   f ue c e ll   ( Gane s an  V .   M ur uge s u )   1457   20%   f o r   v a l i da t i o n ,   a n 20%   f o r   t e s t i n g,   a s   s h o wn   i n   T a bl e   4.   F i gur e   4   s h o ws   t h e   n e p l o t   s h o w i n t h e   r e l a t i o n s hi b e t we e n   i nput   a n o u t pu pa r a m e t e r s   f o r     da y s ;   F i gur e   4 ( a )   s h o ws   t h e   r e l a t i o n s hi b e t we e n   pH  a n OC V,   F i gur e   4 ( b )   s h o ws   t h e   r e l a t i o ns hi b e t we e n   t e m pe r a t ur e   a n OC V,   a n F i gur e   4 ( c )   s h o ws   t h e   r e l a t i o n s hi b e t w e e n   T DS  a n OC V.       T a bl e   4.   T h e   n u m be r   o f   s a m p l e s   f o r   t r a i ni ng,   v a li d a t i o n ,   a n t e s t   s e t   D a te   t y pe   P e r c e nt a ge   T ot a s e ts  of  da ta   S a mpl e   n o.   T r a in in g   60%   1 , 296   1 t o  1 , 296   V a li da ti o n   20%   432   1 , 297 to  1 , 728   T e s ti ng   20%   432   1 , 729 to  2 , 160             ( a )   ( b )   ( c )     F i gur e   4 .   T h e   r e l a t i o n s hi b e t we e n   n o r m a l i z e OC ( R e d)   a n t h e   ot h e r   t h r e e   i n put s   ( B l ue )     ( a )   pH,   ( b )   t e m pe r a t ur e ,   a n ( c )   T DS   f o r     Da y s       3.   RE S UL T S   AN DI S CU S S I ON   T hi s   s e c t i o n   pr e s e n t s   t h e   r e s u l t   o b t a i ne f r o m   t he   M L A   us i ng  AN a n S VM   m o de l s .   T h e n ,   t h e   t e s t i n a n v a l i d a t i n r e s u l t s   a r e   di s c u s s e d.   F i na ll y,   t h e   n e ur a l   n e t wo r k   f i t t i n i s   pr o po s e f o r   f ut ur e   wo r ks .       3. 1 .    P r e d ict   t h e   OCV  u s in g   ANN   al gor it h m   A NN   wa s   a pp l i e to   de t e r m i ne   t h e   c o r r e l a t i o n   b e t we e n   pH,   t e m p e r a t ur e ,   a n T DS  a ga i n s t   t h e   OC V.   T h e   ne t wor h a s   t h r e e   i n put   a n o n e   o u t pu t   n e ur on   .   T h e   n u m be r   o f   hi dde n   l a y e r s   wa s   s e t   to  o n e   to   th r e e ,   a n d   t h e   n u m be r   o f   n o de s   wa s   s e t   to   10 ,   25 ,   a n 100  to   de c i d e   t h e   b e s t   a r c hi t e c t ur e .   T h e   r e s u l t   i s   s h o wn   i T a bl e   5.   F r o m   T a bl e   5,   t h e   a u t h o r   s e l e c t s   m o de l   AN N8  a s   a   s ui t a bl e   m o de l   f o r   f ur t h e r   pr e di c t i o n ,   c o n s i de r i ng  t h a t hi s   m o de l   g i ve s   t h e   hi g h e s t   R - s qua r e v a l ue   ( 0. 9898) ,   l o R M S E   v a l ue s ,   a n l o t r a i ni ng  t i m e .   E v e n   t h o ugh   m o de l   A NN g i ve s   t h e   l o we s t   R M S E   v a l ue ,   t h e   tr a i ni ng  t i m e   a n m o de l   s i z e   a r e   s l i g h t l y   hi g h e r   f o r   t h i s   m o de l .   F i gur e   5   s h o ws   t h e   o u t pu r e s u l t   f o r   t r a i ni ng  da t a   us i n a   t r i - l a y e r e A NN   m o de l   w i t h   25  f u ll y   c o n n e c t e l a y e r s .   F i gur e   5 ( a )   s h o ws   t h e   OC V - r e c o r d   n u m b e r   r e l a t i o n s hi p,   F i gur e   5 ( b )   s h o ws   t h e   OC V - pH   r e l a t i o n s hi p,   F i gur e   5 ( c )   s h o ws   t h e   OC V - t e m pe r a t ur e   r e l a t i o n s hi p,   a n F i gur e   5 ( d)   s h o ws   t h e   O C V - T DS  r e l a t i o n s hi f o r   a c t ua l   a n pr e d i c t e r e s u l t .   F i g ur e   5 ( e )   s h o ws   t h e   r e l a t i o ns hi be t w e e n   m e a s u r e a n d   pr e d i c t e OC V.       T a bl e   5.   C o m pa r i s o n   b e t we e n   d i f f e r e n t   s e tt i n g s   o f   t h e   A NN   m o de l   M o de r e f numbe r   N umbe r   of   la y e r s   N umbe r   of   no d e s   R M S E   R - s qua r e v a lu e   M S E   M A E   T r a in in ti me   ( s )   M o de s i z e   ( kB )   ANN1   1   10   16.763   0.9506   311.90   12.224   5.8787   5   ANN2   1   25   15.535   0.9576   168.36   9.086   7.1927   6   ANN3   1   100   15.169   0.9596   142.88   7.828   10.575   9   ANN4   2   10   12.904   0.9708   185.95   8.943   5.8559   7   ANN5   2   25   14.614   0.9625   148.02   7.856   9.5445   12   ANN6   2   100   7.0736   0.9912   47.597   4.354   19.559   88   ANN7   3   10   9.8942   0.9828   122.19   6.933   8.2325   9   ANN8   3   25   7.6525   0.9898   61.61   5.086   11.103   18   ANN9   3   100   5.3743   0.9949   31.46   3.416   29.527   168     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   37,   N o .   3 ,   M a r c h   2025:  1 452 - 1 463   1458         ( a )   ( b )   ( c )       ( d)   ( e )     F i gur e   5 .   T h e   o u t pu t   r e s u l t   o f   t h e   pr e d i c t e OC ( R e . )   v s   T r ue   Va l ue   ( B l ue   o )   us i n m o de l   A N N8 :   ( a )   OC v s .   r e c or n u m b e r s ,   ( b )   OC v s .   pH ,   ( c )   OC vs .   t e m pe r a t ur e ,   ( d)   OC v s .   T DS ,   a n d     ( e )   a c t ua l   v s   pr e d i c t e OC V       3. 2 .    P r e d ict   t h e   OCV  u s in g   t h e   S V M   al gor it h m   T h e   t r a i ni ng  da t a   wa s   a l s o   t e s t e us i n t h e   S VM   a l go r i t hm .   S i x   d i f f e r e n t   pr o pe r t i e s   a r e   us e to   tr a i t h e   da t a ,   a n t h e   b e s t   a l go r i t hm   i s   s e l e c t e ba s e o n   t h e   l o we s t   R - s qua r e v a l ue   a n f a s t e s t   t r a i ni ng  t i m e .   T h e   r e s u l t   o f   s i x   d i f f e r e n t y p e s   o f   S VM   a l go r i t hm s   i s   s h o wn   i n   T a bl e   6.   A c c o r di n to  t h e   a n a l y s i s ,   m o de l   5,   m e d i u m   g a us s i a n   S VM   ( S VM 5) ,   i s   t h e   b e s t   m o de l   f o r   f ur t h e r   s t ud y ,   g i vi ng  a   0. 98  R - s qua r e v a l u e ,   93. 89   M S E ,   a n 1. 0107s   t r a i ni ng  t i m e .   F i gur e   6   s h o ws   t h e   o u t pu t   r e s u l t   o f   t h e   pr e d i c t e OC a n a c t ua l   v a l ue   a ga i ns t   v a r i o us   pa r a m e t e r s   us i ng  t h e   S VM   a l go r i t hm .   F i gur e   6 ( a )   s h o ws   t h e   OC V - r e c o r d   n u m be r   r e l a t i o n s hi p,   F i gur e   6 ( b )   s h o ws   t h e   OC V - pH  r e l a t i o ns hi p,   F i gur e   6 ( c )   s h o ws   t h e   OC V - t e m pe r a t ur e   r e l a t i o n s hi a n F i gur e   6 ( d)   s h o ws   t h e   OC V - T DS  r e l a t i o ns hi f o r   a c t ua l   a n pr e d i c t e r e s ul t s .   F igur e   6 ( e )   s h o ws   t h e   r e l a t i o ns hi b e t we e n   m e a s ur e a n pr e d i c t e OC V.   B ot h   m o de l s   s h o t h a t h e   T DS  v a l u e   s i g nif i c a n t l y   pr e d i c t s   t h e   o u t pu t   wi t h   a   1. 9656  s c or e   a n t h e   o t h e r   t w o   pa r a m e t e r   t e m pe r a t ur e   a n p s c o r e s   o f   1. 5181  a n 1. 0757,   r e s pe c t i v e ly ,   a s   s h o wn   i n   F igur e   7.       T a bl e   6.   C o m pa r i s o n   b e t we e n   d i f f e r e n t   m o de l s   o f   S VM   a l go r i t hm s   M o de r e f numbe r   M o de n a m e   R M S E   R - s qua r e v a lu e   M S E   M A E   T r a in in t im e  ( s )   M o de s i z e   ( kB )   S V M 1   L in e a r   S V M   20.241   0.93   409.71   12.280   5.20   18   S V M 2   Q ua dr a ti c  S V M   15.440   0.96   238.39   9.774   3.70   17   S V M 3   C ubi c  S V M   12.077   0.97   145.86   7.727   38.6   14   S V M 4   F in e   g a us s ia n S V M   10.991   0.98   120.80   6.924   2.74   10   S V M 5   M e di um  g a us s ia S V M   9.815   0.98   96.33   6.383   1.98   11   S V M 6   C o a r s e   g a us s ia n S V M   15.139   0.96   229.20   0.960   4.55   16       3. 3 .    T e s t in an d   val id at in g   t h e   d at u s in AN N   an d   S VM   al gor it h m s   F r o m   s e c t i o ns   3. a n 3. 2,   t h e   a ut h o r   s e l e c t s   a   t r i - l a y e r e A NN   w i t h   25  f u ll y   c o nn e c t e l a y e r s   ( A NN 8)   a n a   m e d i u m   ga u s s i a n   S VM   ( S VM 5)   a l go r i t hm   t tr a i n   t h e   da t a .   T h e   s a m e   m o de l s   a r e   us e to   t e s a n va l i d a t e   864 ,   or   40 %   o f   t h e   c o l l e c t e da t a .   T h e   o u t pu r e s u l t   i s   s h o wn   i n   T a bl e   7,   a n t h e   pr e di c t e a n a c t ua l   O C i s   il l us t r a t e i n   F i gur e s   8   a n 9 .   B o t h   t e s t i n a n va l i d a t i n d a t a   us i n A NN   a n S V M   m o de l s   s h o t h a t   t h e   da t a   i s   pe r f e c t l y   s u i t a bl e   f o r   f ur t h e r   a ppl i c a t i o n   w i t h   t h e   hi g h e s t   R - s qua r e   v a l ue .   F igur e   8 ( a )   s h o ws   t h e   r e l a t i o ns hi be t we e n   OC a n r e c o r n u m be r ,   a n F i gur e   8 ( b )   s h o ws   t h e   r e l a t i o ns hi p   b e t we e a c t ua l   a n pr e d i c t e OC f o r   v a li da t i o n   da t a   us in t h e   A NN   a l go r i t hm .   F i gur e   8 ( c )   s h o ws   t h e   r e l a t i o n s hi p   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       C or r e lat ion  be t w e e input   and  output   par ame ter s   of  mic r obial   f ue c e ll   ( Gane s an  V .   M ur uge s u )   1459   b e t we e n   OC a n r e c o r n u m b e r ,   a n F i gur e   8 ( d)   s h o ws   t h e   r e l a t i o ns hi b e t we e n   a c t ua l   a n pr e d i c t e OC V   f o r   v a li da t i o n   da t a   us i n t h e   S VM   a l go r i t hm .     F i gur e   9 ( a )   s h o ws   t h e   r e l a t i o ns hi b e t we e n   OC V   a n r e c o r n u m b e r ,   a n F i gur e   9 ( b )   s h o ws   t h e   r e l a t i o n s hi be t we e n   a c t ua l   a n pr e d i c t e OC f o r   t e s t i n da t a   us i n t h e   A NN   a l go r i t hm .   F i gur e   9 ( c )   s h o ws   t h e   r e l a t i o n s hi be t we e n   OC a n r e c o r d   n u m b e r ,   a n F i gur e   9 ( d)   s h o ws   t h e   r e l a t i o ns hi b e t we e n   a c t ua l   a n d   pr e d i c t e OC f o r   t e s t i n da t a   us i n t h e   S VM   a l g o r i t hm .             ( a )   ( b )   ( c )           ( d)     ( e )     F i gur e   6 .   T h e   o u t pu t   r e s u l t   o f   t h e   pr e d i c t e OC ( R e d,   . )   v s   t r ue   v a l ue   ( B l u e ,   o )   us i n m o de l   S V M 5:    ( a )   OC v s .   r e c or n u m b e r s ,   ( b )   OC v s .   pH ,   ( c )   OC vs .   t e m pe r a t ur e ,   ( d)   OC v s .   T DS ,   a n d     ( e )   a c t ua l   v s   pr e d i c t e OC           F i gur e   7 .   T h e   i m po r t a n c e   s c o r e   s o r t e d   us i n m e a n - r e dun da n c y - m a xim u m - r e l e v a nc e   ( M R M R )   a l go r i t hm       T a bl e   7.   T h e   o u tpu t   r e s u l t   f o r   t e s t i n a n v a li da t i o n   da t a   us i n A NN   a n S VM   M o de R e f numb e r   M o de na m e   R M S E   r - s qua r e v a lu e   M S E   M A E   T r a in in ti me   ( s )   M o de s i z e   ( kB )   D a ta   v a li da ti o n   T r i - la y e r e d A N N  ( A N N 8)   7.7986   0.9855   60.819   4.7125   2.75   18   M e di um  g a us s ia n S V M  ( S V M 5)   10.393   0.9741   108.02   5.6921   0.57   9   D a ta   te s ti ng   T r i - la y e r e d A N N  ( A N N 8)   6.2417   0.9900   38.959   3.7343   2.13   18   M e di um  g a us s ia n S V M  ( S V M 5)   9.1239   0.9900   83.246   7.0638   0.55   7     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   37,   N o .   3 ,   M a r c h   2025:  1 452 - 1 463   1460       ( a )   ( b )           ( c )   ( d)     F i gur e   8 .   T h e   v a l i da t i o n   r e s u l t :   ( a )   OC v s .   r e c or d   n u m be r s   us i ng  A NN ,   ( b )   pr e d i c t e v s .   t r ue   r e s po n s e   us i ng  A NN ,   ( c )   OC v s .   r e c o r d   n u m b e r s   us i ng  S VM ,   a nd   ( d)   pr e di c t e v s .   t r ue   r e s po n s e   us i n S VM           ( a )   ( b )           ( c )   ( d)     F i gur e   9 .   T h e   t e s r e s ul t :   ( a )   OC v s .   r e c o r d   n u m be r s   us i n A NN ,   ( b )   pr e d i c t e v s .   tr ue   r e s p o n s e   us in A NN ,   ( c )   OC v s .   r e c or n u m b e r s   us i ng  S VM ,   ( d)   pr e di c t e v s .   t r ue   r e s po n s e   us i n S VM       3. 4 .    Ne u r al   n e t   f it t in g   Ne ur a l   n e t   f i t t i n i s   s im u l a t e w i t h   25  l a y e r s ,   a s   s ugge s t e i n   s e c t i o n   3. 1.   T hi s   i s   t h e   m o s t   a ppr o p r i a t e   s e tt i n t o   c o m p il e   a n   e x t e ns i ve   da t a   s e t   wi t h   m i n im u m   t i m e ,   t h e   hi g h e s t   R 2   v a l u e ,   a n t he   l o we s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2 5 0 2 - 4 7 52       C or r e lat ion  be t w e e input   and  output   par ame ter s   of  mic r obial   f ue c e ll   ( Gane s an  V .   M ur uge s u )   1461   M S E .   T h e   s y s t e m   b e c o m e s   m o r e   c o m p l e x   w h e t h e   n u m b e r   o f   hi dde n   l a y e r s   i s   i nc r e a s e d,   s o   a   po we r f u l   s upe r c o m put e r   i s   r e qu i r e to   c o m p il e   t h e   da t a .   F i g ur e   1 0   s h o ws   t h e   o u t pu r e s ul t   f o r   t h e   c o l l e c t e da ta.           F i gur e   1 0 .   Ne ur a l   n e t   f i t t i n o ut pu us i n 25  hi dd e n   l a y e r s       Us i n t h e   A NN   m o de l ,   t h e   a ut h or   s i m u l a t e s   t h e   o u t pu v a l u e   f o r   a   s e l e c t e 30  da t a   s e t s   by   f i x i ng   o n e   o f   t h e   i n put   pa r a m e t e r s   a s   a   c o n s t a n t   to   s h o w   t h e   d i f f e r e n c e   b e t we e n   m e a s ur e a n pr e d i c t e out pu t,   a s   s h o w n   i n   F i gur e   1 1 .   I n   s a m p l e   F i gur e   1 1 ( a ) ,   t h e   t e m pe r a t ur e   i s   f i xe a t   300K ;   i n   s a m p l e   F i gur e   1 1 ( b ) ,   t h e   pH  v a l ue   i s   f i xe be t we e n   5. 40  a n 5. 50;   a n i n   s a m p l e   F i gur e   1 1 ( c ) ,   t h e   T DS   v a l ue   i s   f i xe b e t we e n   2 , 300  a n 2 , 350.   T h e   r e s u l t   s h o ws   t h a t h e   e r r o r   b e t we e n   t h e   m e a s ur e a n t h e   pr e d i c t e v a l ue   i s   l e s s   t h a n   10   m V.           ( a )   ( b )         ( c )     F i gur e   11.   T h e   c o m p a r i s o n   b e t we e n   m e a s ur e a n pr e d i c t e OC ( m V)   a t :   ( a )   c o n s t a n t   t e m pe r a t ur e ,     ( b )   c o n s t a n t   pH,   a n ( c )   c o n s t a n t   c o n c e n t r a t i o n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.