Unggul di Lapangan: Robot yang Bisa Memetik Buah

Apakah aku berani memetik buah persik?
– dengan permintaan maaf kepada T.S. Eliot

Robot hortikultura mulai hadir untuk menangani tanaman yang paling halus. Produsen peralatan memanfaatkan kemajuan terbaru dalam sensor, kecerdasan buatan (AI), dan robotika untuk menciptakan sistem otonom yang dapat mengidentifikasi buah dan sayuran tertentu, membedakan antara yang belum matang dan yang sudah matang, serta dengan lembut memetik dan mengemas hanya yang siap dipanen.

 

Sejarah yang Terhubung: Pertanian dan Inovasi

Pertanian telah menjadi inspirasi abadi bagi inovasi teknologi, mulai dari sistem irigasi canggih yang dibuat 5.000 tahun lalu di Mesopotamia, hingga alat penanam benih yang ditemukan 2.000 tahun lalu di Cina, hingga mesin pemisah kapas yang dipatenkan relatif baru (pada 1794) di Amerika Serikat.

Dalam beberapa tahun terakhir, banyak kemajuan paling menonjol dalam teknologi pertanian melibatkan mesin otonom. Kendaraan yang dapat mengarahkan sendiri telah digunakan untuk membajak lahan, menabur benih, memantau pertumbuhan tanaman, dan menyemprotkan pestisida.

Mereka juga digunakan untuk memanen tanaman, terutama biji-bijian seperti gandum, jagung, dan padi, tetapi juga kedelai dan kapas. Tanaman-tanaman ini selalu cukup kuat untuk menahan perlakuan kasar bahkan dari beberapa mesin pertanian paling awal dan paling sederhana.

Tanaman yang lebih halus, seperti buah batu (misalnya persik, plum, aprikot), tomat, dan stroberi, di sisi lain, mudah rusak. Bahkan pekerja pertanian berpengalaman bisa memar buah apel atau menghancurkan buah beri hanya dengan sedikit kelalaian.

 

Gambar 1. Konsep panen otomatis. Gambar digunakan dengan izin dari Adobe Stock

 

Membuat mesin yang dapat menyamai kecepatan, ketangkasan, dan sentuhan terlatih dari pekerja pertanian berpengalaman adalah tantangan besar, tetapi keadaan memaksa hal itu terjadi.

 

Menangani Pasar Tenaga Kerja yang Sulit

Selama setidaknya dua dekade terakhir, petani di seluruh dunia mengeluhkan kesulitan menemukan tenaga kerja yang berkualitas. "Bahkan di pusat-pusat pertanian, misalnya California, di mana upah petani kadang bisa mencapai USD 20 per jam, upah tinggi tidak mendorong orang untuk melakukan tugas fisik yang berat dan berulang, misalnya memetik buah beri,” menurut laporan 2023 dari firma riset Markets And Markets.

Kekurangan tenaga kerja pertanian diperparah oleh politik. Seringkali pekerja pertanian paling berpengalaman adalah pekerja migran, tetapi banyak negara tempat mereka biasa bekerja musiman telah mengadopsi undang-undang imigrasi dan perdagangan yang tidak mendorong pergerakan tenaga kerja internasional, bahkan membatasinya secara langsung.

Negara bagian Georgia di AS mengesahkan undang-undang anti-imigrasi yang ketat pada 2011; Georgia melaporkan kekurangan 11.000 pekerja pada tahun itu dan petani lokal kehilangan lebih dari $120 juta pada panen tersebut. Inggris melaporkan kehilangan jasa 330.000 pekerja pertanian berpengalaman akibat Brexit.

Petani berada dalam kesulitan tenaga kerja, dan salah satu sedikit pilihan mereka untuk tetap berbisnis adalah mengotomatisasi. Perusahaan besar seperti John Deere dan Komatsu cenderung membuat traktor dan mesin panen otonom untuk tanaman komersial yang paling banyak ditanam: gandum, jagung, padi, kedelai, dan kapas. Sistem robotik untuk buah dan sayuran masih langka karena tantangannya sangat besar.

Namun kebutuhan sangat mendesak, dan sejumlah startup telah dibentuk untuk mengembangkan mesin semacam itu. Beberapa produsen industri besar berinvestasi pada beberapa startup ini (misalnya Kubota dan Bosch), tetapi petani yang menanam buah dan sayuran juga berinvestasi.

 

Gambar 2. Gripper yang dirancang untuk memetik tanaman sensitif dengan lembut. Gambar digunakan dengan izin dari Harvest CROO

 

Profil Startup

Berikut adalah deskripsi singkat beberapa perusahaan yang didirikan dalam 10 tahun terakhir untuk membangun robot hortikultura. Contoh-contoh ini memberikan gambaran tentang berbagai pendekatan yang diambil dengan manipulator dan sensor.

Harvest CROO

Harvest CROO, didirikan pada 2013 di Florida, telah merancang modul robotik yang dilengkapi dengan manipulator – penjepit robotik berlapis bantalan. Modul-modul ini dipasang di bawah rangka kendaraan otonom perusahaan. CROO adalah singkatan dari computerized robotic optimized obtainer; bukan kebetulan singkatan ini diucapkan seperti “crew.”

Tevel Aerobotics Technologies

Tevel Aerobotics Technologies, didirikan pada 2017 dan berbasis di Israel, membuat drone udara yang dirancang untuk memetik buah yang tumbuh di pohon, termasuk apel, pir, dan berbagai buah batu, menggunakan cangkir hisap yang dipasang pada lengan ringan. Drone memutar buah dari pohon dan menaruhnya di tempat pengumpul bergerak otonom yang terhubung dengan drone tersebut.

Ripe Robotics

Ripe Robotics, berbasis di Australia, mengembangkan kendaraan yang disebut Eve, dilengkapi dengan lengan robotik untuk memetik buah dari pohon, seperti apel. Lengan Eve juga dilengkapi dengan cangkir hisap untuk memetik buah.

Fieldwork Robotics

Fieldwork Robotics, berbasis di Inggris, memiliki kendaraan serupa yang dilengkapi dengan empat lengan robotik yang mampu memanen beberapa buah paling halus yang ditanam – raspberry. Kendaraan robot ini dengan hati-hati mengelus setiap buah beri dan memotong tangkainya.

Agrobot

Agrobot, berbasis di Israel, telah menciptakan kendaraan panen stroberi otonom yang dilengkapi dengan lengan robotik yang berujung penjepit yang dirancang untuk menangkap tangkai setiap buah dan memotongnya. Tujuannya adalah agar manipulator tidak pernah menyentuh buahnya.

 

Gambar 3. Mengidentifikasi dan memetik buah dari platform terbang. Gambar digunakan dengan izin dari Tevel Aerobotics

 

Teknologi Pendukung

Setiap robot hortikultura menggunakan sensor optik untuk pertama-tama menavigasi melalui dedaunan tanaman untuk menemukan buah, lalu mengidentifikasi buah yang matang. Sebagian besar sistem yang ada mengklaim menggunakan AI, yang mereka katakan digunakan untuk menilai apakah tanaman utuh, tidak bercacat, dan siap dipetik.

Sistem penglihatan komputer kadang digunakan bersama radar, ultrasonik, dan lidar. Sensor tambahan ini dapat digunakan untuk menemukan dan menilai buah, tentu saja, tetapi juga diandalkan untuk navigasi. Dalam banyak kasus pertanian (seperti saat memetik buah beri yang biasanya ditanam dalam barisan rapat), sistem navigasi berbasis satelit tidak memberikan resolusi yang cukup. Harvest CROO, misalnya, menyatakan bahwa sistemnya mengandalkan lidar untuk memastikan mesin panennya tidak menggulung tanaman atau bertabrakan dengan pekerja manusia dan rintangan lainnya.

Berbagai manipulator telah diadopsi, termasuk penjepit mekanis, alat hisap, penarik, jarum, nosel semprot, dan gunting untuk melakukan fungsi seperti memetik, memanen, menyemprot, menabur, dan menanam ulang.

Manipulator ini menggabungkan berbagai aktuator, termasuk magnetostrikti, piezoelektrik, pneumatik, elektrostatik, paduan memori bentuk, ultrasonik, dan bahkan aktuator optik.

Robot pertanian terutama mengandalkan penglihatan mesin, tetapi sensor lain juga digunakan. Sensor gaya dianggap cocok untuk mesin yang menggunakan penjepit untuk memanen buah dengan volume dan berat besar (secara implisit, termasuk tanaman seperti apel dan melon). Pencitraan spektral dapat digunakan untuk meningkatkan pengenalan tanaman, akurasi lokalisasi, dan presisi.

Robot hortikultura memberikan keuntungan dibanding pekerja manusia dalam satu hal utama: kemampuan mereka mengumpulkan data untuk analisis selanjutnya. Perangkat ini dapat memberikan data tepat tentang jumlah buah yang dipetik, serta berat dan ukuran setiap buah, lengkap dengan cap waktu dan geolokasi. Mereka dapat melakukan pengelompokan warna, dan memberikan informasi tentang distribusi berat, ukuran, dan warna berbagai buah dalam wadah penyortiran individual. Mereka dapat mendeteksi cacat, penyakit, dan hama, tidak hanya pada bagian yang dapat dimakan yang dipanen, tetapi juga pada dedaunan terkait.

 

Gambar 4. Konsep panen otomatis. Gambar digunakan dengan izin dari Adobe Stock

 

Pasar Robotika Pertanian Saat Ini

Pasar keseluruhan untuk robot pertanian diperkirakan mencapai $13,5 miliar pada 2023 dan tumbuh menjadi $40,1 miliar pada 2028, menurut MarketsAndMarkets. Perkiraan ini mencakup berbagai sistem yang membajak, menabur, dan memanen, serta menyediakan pemantauan tanaman dan analisis tanah. Ini juga mencakup sistem baru yang diperkenalkan untuk mengotomatisasi proses pemerahan sapi; peternak susu sama antusiasnya untuk mengotomatisasi seperti petani buah & sayuran.

Kebanyakan robot hortikultura yang dirancang khusus untuk buah dan sayuran baru saja mulai memasuki pasar, sering untuk proyek demonstrasi di pertanian komersial. Banyak robot hortikultura lainnya sedang dikembangkan. Bahkan dengan sensor, aktuator, dan AI terbaru, memanen buah dan sayuran tetap merupakan tantangan.

“[R]obot pemetik buah masih memerlukan pengembangan dalam hal sensor, manipulasi, dan robotika lunak,” menurut MarketsAndMarkets. “Robot panen buah tipikal berharga antara USD 250.000 dan USD 750.000, membuatnya tidak terjangkau bagi sebagian besar petani."

Meski begitu, minat petani untuk memasukkan sistem otomatis ke ladang mereka sangat tinggi. MarketsAndMarkets memperkirakan traktor tanpa pengemudi dan drone kemungkinan akan menjadi hal biasa mulai tahun 2025.