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

Keterbatasan lahan dan sumber daya air yang semakin meningkat telah mendorong pengembangan pertanian presisi, yang menggunakan teknologi penginderaan jarak 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 di jurnal Advanced Sustainable Systems, para peneliti di Universitas Osaka telah mengembangkan teknologi penginderaan kelembaban tanah nirkabel yang sebagian besar dapat terurai secara hayati. Karya ini merupakan tonggak penting dalam mengatasi hambatan teknis yang masih ada dalam pertanian presisi, seperti pembuangan peralatan sensor bekas yang aman.
Seiring pertumbuhan populasi global yang terus berlanjut, 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 dibutuhkan.
Drone dan satelit dapat mengumpulkan banyak informasi, tetapi tidak ideal untuk menentukan kelembapan tanah dan tingkat kelembapan. Untuk pengumpulan data yang optimal, alat pengukur kelembapan harus dipasang di permukaan tanah dengan kepadatan tinggi. Jika sensor tidak dapat terurai secara hayati, sensor tersebut harus dikumpulkan setelah masa pakainya berakhir, yang dapat memakan banyak tenaga dan tidak praktis. Mencapai fungsionalitas elektronik dan kemampuan terurai secara hayati 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 tersebut. “Komponen dalam tanah sebagian besar ramah lingkungan dan terdiri dari substrat nanopaper, 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 yang halus, peningkatan kelembapan tanah dari 5% menjadi 30% mengurangi efisiensi transmisi dari ~46% menjadi ~3%. Kamera pencitraan termal kemudian mengambil gambar area tersebut untuk secara bersamaan mengumpulkan data kelembapan tanah dan lokasi sensor. Di akhir musim panen, sensor dapat dikubur di dalam tanah untuk terurai secara alami.
“Kami berhasil memetakan area dengan kelembapan tanah yang tidak mencukupi menggunakan 12 sensor di lahan demonstrasi seluas 0,4 x 0,6 meter,” kata Kasuga. “Sebagai hasilnya, sistem kami dapat 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 bertekstur kasar, dan mungkin indikator lingkungan tanah lainnya selain tingkat kelembaban tanah, dapat mengarah pada penggunaan teknologi secara luas oleh komunitas pertanian global.