Insinyur MIT telah meluncurkan teknologi penyemprotan revolusioner yang mengurangi limbah pestisida, menurunkan biaya, dan meningkatkan efisiensi pertanian dengan memastikan tetesan menempel pada daun tanaman. Terobosan ini dapat mengubah praktik pertanian dan keberlanjutan.
Mengurangi jumlah semprotan pertanian yang digunakan petani dapat mengurangi limpasan yang mencemari, sementara pada saat yang sama memangkas biaya petani dan mungkin meningkatkan produktivitas.
Sebuah tim peneliti di MIT dan perusahaan spin-off yang mereka luncurkan telah mengembangkan sebuah sistem untuk melakukan hal tersebut. Teknologi mereka menambahkan lapisan tipis di sekitar tetesan saat disemprotkan ke ladang, sehingga mengurangi kecenderungan tetesan untuk memantul dari daun dan berakhir terbuang di tanah. Sebaliknya, tetesan yang dilapisi akan menempel pada daun sebagaimana mestinya.
Penelitian tersebut, diterbitkan hari ini di jurnal Soft Matter, ditulis bersama oleh alumni MIT baru-baru ini Vishnu Jayaprakash dan Sreedath Panat, mahasiswa pascasarjana Simon Rufer dan profesor teknik mesin MIT Kripa Varanasi.
Kebutuhan akan inovasi ini ditegaskan oleh Studi terbaru menunjukkan bahwa pertanian bebas pestisida dapat mengakibatkan hilangnya 78% produksi buah, 54% produksi sayur, dan 32% produksi sereal. Saat ini, petani sering mengandalkan metode tradisional untuk menerapkan bahan kimia ini, yang menyebabkan penyemprotan berlebihan dan limpasan, yang mencemari saluran air dan menurunkan kualitas tanah.
Pestisida berdampak besar pada kesehatan global dan lingkungan. Sebuah studi terkini menemukan bahwa 31% tanah pertanian di seluruh dunia berisiko tinggi terkena polusi pestisida. Di Amerika Serikat saja, petani menghabiskan $16 miliar setiap tahunnya untuk pestisida.
"Selama lebih dari satu dekade penelitian di lab saya di MIT, kami telah mengembangkan pemahaman mendasar tentang penyemprotan dan interaksi antara tetesan dan tanaman — mempelajari kapan tetesan memantul dan semua cara yang harus kami lakukan agar tetesan lebih melekat dan meningkatkan cakupan," kata Varanasi dalam rilis berita.
Awalnya, tim bereksperimen dengan sistem dua nosel menggunakan tetesan bermuatan elektrostatis, tetapi kompleksitas dan biaya untuk memasang kembali peralatan yang ada terbukti tidak praktis bagi petani. Sebaliknya, mereka berhasil dengan sistem nosel tunggal yang lebih sederhana yang melapisi setiap tetesan dengan lapisan minyak yang sangat kecil.
Kamera berkecepatan tinggi menunjukkan keefektifan pelapisan minyak. Ketika tetesan yang tidak diolah mendarat di permukaan daun yang hidrofobik, tetesan tersebut menyebar menjadi bentuk panekuk sebelum memantul. Dengan melapisi tetesan dengan kurang dari 1% minyak, tetesan tersebut menyebar tetapi tetap menempel di permukaan. Perlakuan ini meningkatkan retensi tetesan hingga seratus kali lipat.
“Saat tetesan-tetesan ini mengenai permukaan dan mengembang, mereka membentuk cincin minyak yang pada dasarnya menempelkan tetesan tersebut ke permukaan,” imbuh Rufer.
Para peneliti mencatat bahwa bahkan sejumlah kecil minyak secara signifikan mengurangi pantulan tetesan.
Dalam uji lapangan, mereka awalnya menggunakan minyak kedelai tetapi segera menemukan bahwa surfaktan dan bahan pembantu, bahan kimia yang sudah digunakan oleh petani, juga bekerja secara efektif.
“Dengan cara itu,” tambah Varanasi, “kami tidak memperkenalkan bahan kimia baru atau mengubah kimia di bidang mereka, tetapi mereka menggunakan hal-hal yang sudah mereka ketahui sejak lama.”
Varanasi dan Jayaprakash membentuk perusahaan AgZen untuk mengomersialkan teknologi ini. Untuk memvalidasi kemanjuran sistem mereka, mereka mengembangkan alat pemantauan yang disebut RealCoverage, yang telah digunakan di lahan pertanian dengan luas mulai dari beberapa lusin hingga ratusan ribu hektar. Sistem ini telah menghemat biaya pestisida bagi petani sebesar 30% hingga 50% dengan mengoptimalkan proses aplikasi.
"Anda dapat memberikan kembali satu miliar dolar kepada petani AS jika Anda menghemat 6% anggaran pestisida mereka," kata Jayaprakash, penulis utama dan CEO AgZen, dalam rilis berita tersebut. "Di laboratorium, kami memperoleh 300% lebih banyak produk pada tanaman. Jadi itu berarti kami dapat mencapai pengurangan besar dalam jumlah pestisida yang disemprotkan oleh petani."
Uji lapangan telah menunjukkan kepraktisan sistem baru.
“[K]ami menggandakan jumlah produk pada kangkung dan kedelai hanya dengan mengubah tempat penggunaan adjuvan,” Jayaprakash menambahkan. Sistem penyemprotan ini praktis bagi petani karena, seperti yang dijelaskan Jayaprakash, “yang mereka lakukan hanyalah mengganti nosel. Mereka membuat semua bahan kimia yang ada bekerja lebih baik, dan mereka mendapatkan lebih banyak produk pada tanaman.”
Inovasi ini “berguna untuk setiap kimia yang terjadi pada daun, baik itu insektisida, herbisida, fungisida, atau nutrisi daun,” tambah Varanasi.
Tim berencana untuk memperkenalkan sistem penyemprotan baru pada sekitar 30,000 hektar lahan pertanian tahun ini.
Varanasi menekankan relevansi teknologi ini mengingat proyeksi pertumbuhan populasi global.
“Jumlah produksi pangan harus berlipat ganda, dan kita memiliki keterbatasan dalam banyak sumber daya,” katanya. “Ini berarti bahwa setiap hektar lahan pertanian yang kita garap saat ini harus menjadi lebih efisien dan mampu menghasilkan lebih banyak dengan sumber daya yang lebih sedikit.”
AgZen baru-baru ini mengumpulkan $10 juta dalam pembiayaan ventura untuk mendukung penerapan komersial teknologi ini.
“Pengetahuan yang kami kumpulkan dari setiap daun, dipadukan dengan keahlian kami dalam ilmu antarmuka dan mekanika fluida, memberi kami wawasan yang tak tertandingi tentang bagaimana bahan kimia digunakan dan dikembangkan,” tambah Varanasi. “Misi kami adalah menggunakan teknologi ini untuk memberikan hasil yang lebih baik dan mengurangi biaya bagi industri pertanian.”
Dengan menghadirkan teknologi inovatif ini ke pasar, AgZen bertujuan untuk merevolusi praktik pertanian, menjadikannya lebih berkelanjutan dan efisien, sekaligus mengatasi masalah lingkungan yang kritis.