AI di Lapangan: Merevolusi Pertanian dengan Teknologi Cerdas

AI dan robotika mengubah pertanian, menjadikannya lebih berkelanjutan dan efisien melalui intervensi yang ditargetkan dalam pengelolaan tanaman.

Para peneliti dari Universitas Bonn merevolusi pertanian dengan memanfaatkan AI dan teknologi baru untuk meningkatkan efisiensi dan keberlanjutan. Dalam makalah terbaru yang diterbitkan di Jurnal Agronomi Eropapara peneliti telah menguraikan pertanyaan penelitian utama yang harus dijawab untuk memajukan digitalisasi pertanian yang cerdas.

Tantangan Pertanian Fashionable

Pertanian fashionable dan berkinerja tinggi telah memungkinkan bumi memberi makan lebih dari delapan miliar orang. Namun, keberhasilan ini menimbulkan dampak lingkungan yang signifikan. Metode budidaya saat ini membahayakan keanekaragaman hayati, pupuk sintetis berkontribusi terhadap emisi fuel rumah kaca, dan bahan kimia pertanian mencemari perairan dan lingkungan yang lebih luas.

Banyak dari permasalahan ini dapat diatasi melalui metode pertanian yang lebih tepat. Misalnya, penggunaan herbisida hanya pada space yang terdapat gulma yang bermasalah dibandingkan pada seluruh lahan dapat mengurangi penggunaan bahan kimia. Demikian pula, hanya merawat tanaman yang sakit dan memberikan pupuk jika benar-benar diperlukan dapat mengoptimalkan penggunaan sumber daya. Namun, strategi tersebut rumit dan menantang untuk diterapkan dalam skala besar dengan menggunakan metode tradisional.

Informasi dari berbagai sensor udara atau darat digabungkan untuk membantu pertanian menjadi lebih efisien dan ramah lingkungan di masa depan. Kredit: Ansgar Dreier / Universitas Bonn

Merangkul Teknologi Cerdas

“Salah satu jawabannya adalah dengan menggunakan teknologi digital pintar,” jelas Hugo Storm, anggota PhenoRob Cluster of Excellence. Universitas Bonn telah bermitra dengan Forschungszentrum Jülich, Institut Fraunhofer untuk Algoritma dan Komputasi Ilmiah di Sankt Augustin, Pusat Penelitian Lanskap Pertanian Leibniz di Müncheberg, dan Institut Penelitian Gula Bit di Göttingen dalam proyek skala besar yang diarahkan untuk membuat pertanian menjadi lebih efisien dan ramah lingkungan dengan menggunakan teknologi baru dan kecerdasan buatan (AI).

Tim ini terdiri dari para ahli dari berbagai disiplin ilmu, termasuk ekologi, ilmu tanaman, ilmu tanah, ilmu komputer, robotika, geodesi, dan ekonomi pertanian. Dalam makalahnya, mereka menguraikan langkah-langkah yang mereka anggap sebagai prioritas dalam jangka pendek. “Kami telah mengidentifikasi beberapa pertanyaan penelitian utama,” kata Storm. Salah satunya berkaitan dengan pemantauan lahan pertanian untuk mendeteksi kekurangan unsur hara, pertumbuhan gulma, atau serangan hama secara real-time. Citra satelit memberikan gambaran kasar, sementara drone atau robotic memungkinkan pemantauan lebih element. Yang terakhir ini dapat mencakup seluruh lahan secara sistematis dan bahkan mencatat kondisi masing-masing tanaman dalam prosesnya. “Salah satu kesulitannya terletak pada menghubungkan semua informasi ini bersama-sama,” kata rekan Storm, Sabine Seidel, yang mengoordinasikan publikasi tersebut bersamanya: “Misalnya, kapan resolusi rendah akan cukup? Kapan segala sesuatunya perlu dijelaskan lebih element? Bagaimana drone bisa terbang untuk mencapai efisiensi maksimum dalam melihat semua tanaman, terutama tanaman yang berisiko?”

Robotic juga dapat membantu meningkatkan efisiensi dan kelestarian lingkungan dalam pertanian. Kredit: Volker Lannert / Universitas Bonn

Integrasi dan Analisis Information

Information yang diperoleh memberikan gambaran mengenai keadaan saat ini. Namun, para petani terutama tertarik untuk membandingkan berbagai strategi potensial dan dampaknya. Pertanyaan seperti jumlah gulma yang dapat ditoleransi, jumlah pupuk yang dibutuhkan, dan konsekuensi pengurangan penggunaan pestisida memerlukan jawaban yang tepat. “Untuk menjawab pertanyaan seperti ini, Anda harus membuat salinan digital dari lahan pertanian Anda,” jelas Seidel. “Ada beberapa cara untuk melakukan ini. Sesuatu yang masih perlu diketahui oleh para peneliti adalah bagaimana menggabungkan berbagai pendekatan untuk mendapatkan mannequin yang lebih akurat.” Metode yang sesuai juga perlu dikembangkan untuk merumuskan rekomendasi tindakan berdasarkan model-model tersebut. Teknik yang dipinjam dari pembelajaran mesin dan AI mempunyai peran besar dalam kedua bidang ini.

Keterlibatan dan Adopsi Petani

Agar kemajuan digital ini dapat diintegrasikan sepenuhnya ke dalam produksi tanaman, petani harus memahami dan menerima manfaatnya. “Ke depan, kita harus lebih fokus pada pertanyaan tentang kondisi mendasar apa yang diperlukan untuk menjamin penerimaan ini,” kata Profesor Heiner Kuhlmann, ahli geodesi dan salah satu dari dua pembicara Cluster of Excellence bersama ketua kelompok robotikanya, Profesor Cyrill Stachniss. “Anda dapat menawarkan insentif finansial atau menetapkan batasan hukum dalam penggunaan pupuk, misalnya.” Efektivitas alat-alat seperti ini, baik secara terpisah atau dikombinasikan, juga dapat diukur saat ini dengan menggunakan mannequin komputer.

Dalam makalah mereka, para peneliti dari PhenoRob juga menggunakan contoh untuk menunjukkan kemampuan teknologi saat ini. Misalnya, “kembaran digital” dari space yang sedang ditanami dapat dibuat dan menerima aliran berbagai jenis information dengan bantuan sensor, misalnya untuk mendeteksi pertumbuhan akar atau pelepasan senyawa fuel nitrogen dari tanah.

“Dalam jangka menengah, hal ini akan memungkinkan tingkat pupuk nitrogen yang diterapkan disesuaikan dengan kebutuhan tanaman secara real-time tergantung pada seberapa kaya nutrisi di suatu tempat,” tambah Stachniss. Di beberapa tempat, revolusi digital di bidang pertanian sudah semakin dekat dari yang diperkirakan.

Referensi: “Prioritas penelitian untuk memanfaatkan teknologi digital cerdas untuk produksi tanaman berkelanjutan” oleh Hugo Storm, Sabine Julia Seidel, Lasse Klingbeil, Frank Ewert, Harry Vereecken, Wulf Amelung, Sven Behnke, Maren Bennewitz, Jan Börner, Thomas Döring, Juergen Gall, Anne-Katrin Mahlein, Chris McCool, Uwe Rascher, Stefan Wrobel, Andrea Schnepf, Cyrill Stachniss dan Heiner Kuhlmann, 6 April 2024, Jurnal Agronomi Eropa.
DOI: 10.1016/j.eja.2024.127178

Cluster of Excellence PhenoRob adalah rumah bagi para peneliti dari Universitas Bonn, Forschungszentrum Jülich, Institut Fraunhofer untuk Analisis Cerdas dan Sistem Informasi (IAIS) di Sankt Augustin, Pusat Penelitian Lansekap Pertanian Leibniz di Müncheberg dan Institut Penelitian Gula Bit di Gottingen. Proyek ini didanai oleh German Analysis Basis (DFG).