Penerapan Teknologi Drone untuk Pertanian

Oleh: Muhammad Achirul Nanda, Departemen Teknik Pertanian dan Biosistem, Fakultas Teknologi Industri Pertanian, Universitas Padjadjaran

com-Kementan, teknologi drone di sektor pertanian Foto: Dok. Kementerian Pertanian

Jumlah penduduk meningkat dengan cepat, yang membuat ketahanan pangan menjadi tugas yang menantang. Menurut Organisasi Pangan dan Pertanian Perserikatan Bangsa-Bangsa (FAO), lebih dari 815 juta orang mengalami kelaparan kronis, dan 64% dari mereka berada di Asia. Dunia perlu meningkatkan produksi pangan sekitar 50% pada tahun 2050 untuk memberi makan populasi yang mencapai sembilan miliar.

Di sisi lain, sumber daya dasar untuk produksi pertanian seperti lahan dan air semakin langka setiap hari. Dalam sebuah studi yang dilakukan pada tahun 2018, terungkap bahwa 9,2% penduduk bumi mengalami tingkat kelaparan yang ekstrem. Setiap penurunan lebih lanjut dalam jumlah pangan akan mengakibatkan kondisi yang sangat menyedihkan.

Petani menggunakan teknik konvensional untuk penanaman benih, aplikasi pupuk dan pestisida, dll. Teknik tradisional yang digunakan untuk penyemprotan pestisida dan pupuk memerlukan lebih banyak waktu dan kurang efektif, sehingga diperlukan kemajuan teknologi dalam segmen ini.

Untuk pertanian cerdas dan Pertanian Presisi (PA), penginderaan jauh dianggap sebagai salah satu teknologi paling penting. Penginderaan jauh, dengan bantuan drone, menggunakan gambar berbagai panjang gelombang dan mengukur indeks vegetasi untuk mengenali berbagai kondisi tanaman.

Sistem pemantauan drone sangat membantu para petani dalam mengamati pemandangan udara dari panen. Ini memberikan informasi terkait sistem air, variasi tanah, hama, dan penyakit. Gambar tanaman yang dikumpulkan oleh drone memiliki informasi dalam rentang spektral inframerah dan visual. Berbagai fitur dari gambar ini dapat diekstraksi, memberikan informasi tentang kesehatan tanaman dengan cara yang tidak dapat dilihat dengan mata telanjang.

Fitur penting lain dari teknologi ini adalah kemampuannya untuk secara teratur memantau hasil tanaman, misalnya setiap minggu, atau bahkan setiap jam. Ketersediaan informasi tanaman yang sering membantu petani untuk mengambil tindakan korektif guna manajemen tanaman yang lebih baik

Drone Pertanian

Awalnya, drone berasal sebagai alat militer dan diberi berbagai nama seperti Unmanned Aerial Vehicle (UAV), Miniature Pilotless Aircraft, atau Flying Mini Robots. Saat ini, drone digunakan dalam berbagai sektor seperti bisnis, infrastruktur, pertanian, keamanan, klaim asuransi, pertambangan, hiburan, telekomunikasi, dan sektor transportasi, dan lain-lain.

Drone memiliki peluang pasar yang besar. Penerapan drone yang begitu luas telah menyebabkan peningkatan teknologi drone yang sangat cepat, menjadikannya lebih ramah pengguna dari hari ke hari. Drone memiliki potensi besar untuk perencanaan pertanian dan pengumpulan informasi spasial terkait.

Pada awalnya, UAV (Unmanned Aerial Vehicles) adalah perangkat yang dikendalikan oleh radio dan dioperasikan oleh seorang pilot dari tanah, namun, drone modern adalah kendaraan udara autopilot berbasis GPS. Jenis kamera, sensor, dan perangkat pengendali bergantung pada aplikasi dari sebuah drone.

Tiga jenis platform UAV utama adalah Sayap Tetap (Fixed-wing), Helikopter, dan Multi-copter. Dalam dekade terakhir, pasar kendaraan udara tak berawak (UAV) dikuasai oleh pesawat sayap tetap dan helikopter. Saat ini, penggunaan drone kecil dalam pertanian presisi telah beralih fokus ke multikopter yang saat ini mencakup hampir 50% dari model UAV yang tersedia.

Pemantauan Kesehatan Tanaman

Pemantauan harian tanaman dilakukan oleh para petani untuk mendeteksi potensi ancaman seperti penyakit dan hama. Metode tradisional pemantauan tanaman melibatkan inspeksi visual dan pengumpulan sampel tanah secara manual dari lokasi acak. Selama lebih dari 50 tahun, fotografi warna dan inframerah yang diambil oleh berbagai platform telah digunakan untuk pemantauan pertumbuhan tanaman.

Sebuah drone yang dilengkapi kamera mengidentifikasi tanaman yang mengalami penyakit atau kekurangan nutrisi menggunakan alat analisis data gambar yang canggih. Drone dalam sektor pertanian sebagian besar digunakan untuk pemetaan lapangan dan pemantauan tanaman.

Pada tahun 2015, Hassan-Esfahani dkk. mengusulkan teknologi penginderaan jauh yang disebut "AggieAir" untuk aplikasi pertanian. Ini memiliki kemampuan untuk mengambil gambar dalam spektrum RGB (Merah Hijau Biru), Near Infrared (NIR), dan termal. Ini menyediakan data gambar multispektral berkualitas tinggi untuk pemantauan kesehatan tanaman. AggieAir berhasil memperkirakan volume kanopi daun tanaman, nitrogen jaringan tanaman, klorofil, dan kelembaban tanah. Machine learning juga diterapkan untuk estimasi informasi khusus lokasi yang perlu ditingkatkan untuk kinerja yang lebih baik.

Drone untuk Penyemprotan Pestisida

Sebagian besar metode konvensional untuk aplikasi pestisida masih digunakan di berbagai belahan dunia. Penyemprot mekanis manual adalah alat paling umum untuk aplikasi pestisida konvensional. Penyemprotan manual pestisida dapat berdampak pada kesehatan manusia dan dapat menyebabkan penyakit seperti kanker, hipersensitivitas, asma, dan gangguan lainnya.

Selain itu, metode konvensional memiliki beberapa kekurangan lain seperti penggunaan bahan kimia yang berlebihan, kekurangan tenaga kerja pertanian, ketidakseragaman semprot yang rendah, polusi lingkungan, dan cakupan area yang lebih sedikit. Metode konvensional ini menyebabkan biaya aplikasi pestisida yang lebih tinggi dan kurang efektif dalam mengendalikan hama dan penyakit.

Untuk mengatasi kekurangan ini, digunakan penyemprot yang dipasang di drone. Penerapan penyemprot yang dipasang di drone di lapangan telah meningkatkan kemampuan cakupan, meningkatkan efektivitas bahan kimia, serta membuat pekerjaan penyemprotan menjadi lebih mudah dan cepat.

Saat ini, drone dapat membawa tangki pestisida hingga 40 liter dan mengikuti rute yang telah dipetakan sebelumnya untuk menyemprot tanaman sesuai kebutuhan. Drone menunjukkan potensi besar dalam menjangkau lahan-lahan sulit diakses oleh traktor dan pesawat.

Implementasi drone untuk penyemprotan pupuk atau pestisida (sumber: www.freepik.com)

Peningkatan pesat dalam aplikasi drone untuk pertanian presisi telah terjadi setelah tahun 2017. Hal ini disebabkan oleh penurunan berat, biaya UAV, dan peningkatan kapabilitas muatan. Drone yang digunakan dalam pemantauan kesehatan tanaman adalah multi-copter. Ukuran dan biaya drone ini terus berkurang dari hari ke hari. Multi-copter adalah pilihan yang lebih baik untuk penyemprotan titik karena lebih stabil dalam penerbangan.

Kamera drone telah berkembang pesat dalam berat, ukuran, dan resolusinya. Kamera beralih dari RGB ke kamera multispektral karena kebutuhan ekstraksi fitur yang lebih banyak. Kontroler drone telah ditingkatkan dari mikrokontroler dasar menjadi Arduino Uno dan Raspberry Pi yang berkecerdasan buatan.

Teknologi drone terus berpindah dari sistem semi-terkendali ke sistem sepenuhnya otomatis karena penelitian yang canggih dalam sistem terbenam, transmisi data, dan analisis data. Implementasi machine learning dalam drone membuatnya memungkinkan untuk menciptakan sistem yang ramah petani.

Namun, masih ada banyak isu terkait aplikasi teknologi drone dalam sektor pertanian yang perlu diatasi untuk meningkatkan tingkat adopsi drone. Tantangan utamanya adalah biaya teknologi, umur baterai terbatas drone, literasi tentang teknologi bagi pengguna akhir, dan kekurangan dalam pemrosesan gambar dan analisis data.