Pertanian Cerdas Berkelanjutan dengan Sensor Kelembaban Tanah yang Dapat Terurai Secara Hayati

Keterbatasan lahan dan sumber daya air telah mendorong pengembangan pertanian presisi, yang menggunakan teknologi penginderaan jauh untuk memantau data lingkungan udara dan tanah secara real-time guna membantu mengoptimalkan hasil panen. Memaksimalkan keberlanjutan teknologi tersebut sangat penting untuk mengelola lingkungan dengan baik dan mengurangi biaya.
Kini, dalam sebuah studi yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Advanced Sustainable Systems, para peneliti di Universitas Osaka telah mengembangkan teknologi penginderaan kelembapan tanah nirkabel yang sebagian besar dapat terurai secara hayati. Penelitian ini merupakan tonggak penting dalam mengatasi kendala teknis yang masih ada dalam pertanian presisi, seperti pembuangan peralatan sensor bekas yang aman.
Seiring pertumbuhan populasi global, mengoptimalkan hasil pertanian dan meminimalkan penggunaan lahan dan air menjadi sangat penting. Pertanian presisi bertujuan untuk mengatasi kebutuhan yang saling bertentangan ini dengan menggunakan jaringan sensor untuk mengumpulkan informasi lingkungan sehingga sumber daya dapat dialokasikan secara tepat ke lahan pertanian kapan dan di mana pun dibutuhkan.
Drone dan satelit dapat mengumpulkan banyak informasi, tetapi tidak ideal untuk menentukan kelembapan dan tingkat kelembapan tanah. Untuk pengumpulan data yang optimal, alat pengukur kelembapan harus dipasang di permukaan tanah dengan kepadatan tinggi. Jika sensor tidak dapat terurai secara hayati, pengumpulannya harus dilakukan di akhir masa pakainya, yang dapat memakan banyak tenaga kerja dan tidak praktis. Mencapai fungsionalitas elektronik dan biodegradabilitas dalam satu teknologi adalah tujuan dari penelitian ini.
"Sistem kami mencakup beberapa sensor, catu daya nirkabel, dan kamera pencitraan termal untuk mengumpulkan dan mengirimkan data penginderaan dan lokasi," jelas Takaaki Kasuga, penulis utama studi ini. "Komponen-komponen dalam tanah sebagian besar ramah lingkungan dan terdiri dari kertas nano, substrat, lapisan pelindung lilin alami, pemanas karbon, dan kawat konduktor timah."
Teknologi ini didasarkan pada fakta bahwa efisiensi transfer energi nirkabel ke sensor sesuai dengan suhu pemanas sensor dan kelembapan tanah di sekitarnya. Misalnya, ketika mengoptimalkan posisi dan sudut sensor pada tanah halus, peningkatan kelembapan tanah dari 5% menjadi 30% akan mengurangi efisiensi transmisi dari ~46% menjadi ~3%. Kamera pencitraan termal kemudian mengambil gambar area tersebut untuk mengumpulkan data kelembapan tanah dan lokasi sensor secara bersamaan. Di akhir musim panen, sensor dapat dikubur di dalam tanah agar terurai secara biologis.
"Kami berhasil mencitrakan area dengan kelembapan tanah yang tidak mencukupi menggunakan 12 sensor di lahan demonstrasi berukuran 0,4 x 0,6 meter," ujar Kasuga. "Hasilnya, sistem kami mampu menangani kepadatan sensor tinggi yang dibutuhkan untuk pertanian presisi."
Penelitian ini berpotensi mengoptimalkan pertanian presisi di dunia yang semakin terbatas sumber dayanya. Memaksimalkan efektivitas teknologi para peneliti dalam kondisi yang tidak ideal, seperti penempatan sensor yang buruk dan sudut kemiringan pada tanah yang kasar, serta mungkin indikator lingkungan tanah lainnya selain tingkat kelembapan tanah, dapat mendorong penggunaan teknologi ini secara luas oleh komunitas pertanian global.