Salah satu kasus bisnis yang paling menjanjikan untuk layanan cloud dan Internet of Things (IoT) adalah pemantauan lingkungan untuk membantu memastikan lingkungan pertumbuhan dalam ruangan yang stabil untuk penanaman lokal tanaman non-asli seperti buah-buahan, kacang-kacangan, sayuran, dan rempah-rempah.
Jaringan IoT yang terhubung ke cloud akan memungkinkan penggunaan sistem manajemen pra- dan pasca-panen yang efisien untuk aplikasi hortikultura dan budidaya dalam ruangan dan mendorong adanya dan pertumbuhan industri Pertanian Lingkungan Terkendali (Controlled Environmental Agriculture – CEA) skala besar yang etis, berkelanjutan, dan pada akhirnya menguntungkan.
Sistem ini akan memanfaatkan sensor IoT yang terus mengukur dan melaporkan data lingkungan, serta memicu tindakan atau perintah saat penyesuaian diperlukan. Petani perlu memahami praktik terbaik untuk menentukan dan menerapkan sistem ini, termasuk persyaratan penting implementasi teknologi enkripsi dan otentikasi sehingga peretas tidak dapat mengambil kendali untuk membahayakan operasi mereka atau mencuri data berharga.
Keuntungan Budidaya Dalam Ruangan yang Terlokalisasi
Sebelum menjelajahi cara mengembangkan sistem budidaya lokal yang terhubung ke cloud, penting untuk memahami potensi manfaat budidaya dalam ruangan. Tiga manfaat utamanya adalah:
1. Lebih Banyak Hasil
Permintaan global untuk buah-buahan, kacang-kacangan, sayuran, dan rempah-rempah yang tidak berasal dari lokasi tertentu dapat diatasi dengan lebih cepat dan efisien jika tanaman ini ditanam secara lokal di lokasi tersebut. Ini juga akan membantu mengurangi jarak pangan – meskipun hal ini mungkin tidak mengurangi intensitas karbon operasi, hal ini pasti akan membantu meningkatkan ketahanan pangan dan ketersediaan produk yang seharusnya diangkut dari tempat lain yang jauh. Manfaat lainnya termasuk musim tanam yang diperpanjang, yang memungkinkan tanaman pangan tertentu tersedia selama 12 bulan dalam setahun, dan kemampuan untuk mempertahankan produksi pangan global yang efisien meskipun kondisi iklim Bumi tidak menentu.
2. Pengurangan Penghancuran Habitat
Peningkatan CEA atau budidaya tanaman non-biji-bijian dalam ruangan juga dapat mengurangi perusakan habitat. Meskipun hal ini mungkin kontroversial, ada alasan kuat mengapa pertanian sering diabaikan sebagai ancaman bagi habitat dan lingkungan karena sebagian besar fokus diarahkan pada pengembangan lahan dan deforestasi oleh industri penebangan kayu. Menurut World Wide Fund for Nature (WWF), “Bumi kehilangan 18.7 juta hektar hutan per tahun” berdasarkan tiga kontributor utama ini, dan “sekitar 50 persen dari lahan yang dapat dihuni di dunia telah diubah menjadi lahan pertanian.” Penggunaan utama lahan mencakup penggembalaan dan pengandangan ternak, operasi pertanian besar-besaran dan menanam sayuran dan biji-bijian untuk konsumsi manusia, dengan lebih dari sepertiga didedikasikan untuk produksi tanaman pakan ternak seperti jagung, jelai, gandum, sorgum dan kedelai. Semakin jelas bahwa teknik pertanian yang memakan banyak lahan tidak berkelanjutan untuk masa depan.
3. Pola Makan Lebih Sehat
Selain mengurangi lahan yang dibutuhkan untuk teknik pertanian tradisional, CEA dan budidaya dalam ruangan dapat membantu mengembangkan pola makan yang lebih sehat. Telah terbukti secara medis bahwa meskipun manusia adalah omnivora, manusia hidup lebih baik dengan pola makan yang lebih condong ke campuran tanaman, buah-buahan dan kacang-kacangan dan mengurangi konsumsi daging. Penerapan lebih luas dari pola makan ini mencakup pengurangan produksi pakan ternak yang signifikan, yang dengan demikian memungkinkan perubahan mendasar menuju gaya hidup yang berkelanjutan bagi populasi global. Hal ini juga dapat mengurangi jumlah ternak yang dipelihara, yang dapat mengurangi kebutuhan transportasi makanan dan mengurangi emisi gas rumah kaca (GRK). Menurut Food and Agriculture Organization (FAO) Perserikatan Bangsa-Bangsa, peternakan global menghasilkan emisi GRK yang mewakili 14.5 persen dari semua emisi GRK antropogenik, atau yang disebabkan oleh manusia.
CEA skala besar dan budidaya dalam ruangan masih dalam masa pertumbuhan. Meskipun pendekatan yang lebih umum adalah untuk menerapkan struktur dalam ruangan seperti rumah kaca di sebidang tanah yang luas, kini tren meningkat ke arah pembangunan struktur pertanian vertikal yang khusus, termasuk pabrik atau gudang dengan beberapa lantai yang dirancang ulang. Hal ini memungkinkan penggunaan real estate dan tanah yang lebih efisien dan pragmatis untuk pertumbuhan tanaman non-biji-bijian. Pertanian vertikal juga cocok untuk memelihara unggas sebagai sumber daging yang lebih layak.
Ada beberapa prasyarat untuk menerapkan CEA dan budidaya dalam ruangan berskala besar. Mereproduksi dan memelihara kondisi asli mengharuskan petani untuk memantau parameter seperti panas, pencahayaan buatan, kelembaban, kelembaban tanah, dan nutrisi air (dalam hal hidroponik/aeroponik) secara teratur. Produsen yang serius akan memiliki banyak bangunan yang menampung lingkungan tertutup yang masing-masing harus dioptimalkan untuk kondisi pertumbuhan ini. Hal ini memerlukan penggunaan sensor yang terhubung ke cloud, atau sensor untuk terus mengukur tingkat kondisi lingkungan dari waktu ke waktu dan melaporkan data ke stasiun pemantauan pusat.
Praktik Terbaik untuk Penerapan Sistem
Langkah pertama adalah membuat catatan kondisi luar ruangan asli atau non-asli yang akan digunakan sebagai patokan untuk melakukan penyesuaian lingkungan sesuai kebutuhan.
Selanjutnya, keputusan tentang jenis jaringan yang akan digunakan harus dibuat. Dengan meningkatnya ketersediaan IoT untuk menghubungkan sensor, menerapkan jaringan yang diatur oleh hub atau gateway pusat yang berkomunikasi dengan kontroler atau komputer lokal merupakan hal yang masuk akal (lihat Gambar 1). Kontroler digunakan untuk mengunggah data ke cloud untuk analisis lebih lanjut. Cloud dapat menjadi milik eksklusif atau ditawarkan sebagai layanan baik oleh penyedia baru atau yang telah mapan.
Seorang petani dapat memutuskan untuk tidak langsung bereaksi terhadap data sensor. Dalam kasus ini, cloud dapat mengeluarkan perintah atau tindakan dalam jangka waktu yang dianggap dapat diterima. Namun, jika
latensi minimal atau nol diperlukan antara saat data sensor dikirim dan komputer pusat mengeluarkan tindakan atau perintah, maka petani/produsen dapat mengambil langkah perantara menggunakan kontroler tepi antara gateway dan cloud untuk mempercepat waktu dari analitik ke tindakan. Pada akhirnya, semakin akurat lingkungan dikendalikan, semakin baik tanaman tumbuh.
Implementasi komputasi tepi (edge computing) dapat dibagi menjadi bagian back-end dan front-end, yang masing- masing memainkan peran penting dalam mengoptimalkan produksi tanaman lingkungan tertutup. Bagian back- end mencakup elemen komputasi tepi dan komputasi cloud, sedangkan bagian front-end mencakup jaringan sensor dan elemen gateway. Ekosistem pemasok hardware dan integrator sistem akan muncul untuk memberikan semua elemen yang diperlukan untuk mendukung arsitektur solusi ini untuk implementasi IoT yang meningkat di berbagai industri.
Salah satu elemen yang sangat penting adalah jaringan sensor, karena jaringan sensor akan diposisikan paling dekat dengan tanaman dan bertanggung jawab untuk memantau lingkungannya dan mengumpulkan data untuk dikirim ke gateway. Tidak kalah penting bahwa masing-masing dari banyak node sensor individu bersifat sederhana, andal, mudah diservis, beroperasi dengan daya yang sangat rendah untuk memperpanjang masa pakai baterai, dan dapat berkomunikasi dengan gateway dan akhirnya penyedia layanan cloud menggunakan berbagai metode konektivitas nirkabel.
Elemen konektivitas nirkabel yang tepat adalah Bluetooth® Low Energy (BLE) atau standar Wi-Fi® berdaya rendah 802.11ah yang baru. Hal ini akan memastikan bahwa solusi dapat beroperasi melalui pita yang tidak berlisensi dan berkomunikasi melintasi jarak 10 hingga 100 meter (m) untuk budidaya dalam ruangan. Standar 802.11ah memiliki jangkauan terpanjang hingga 1 kilometer (km). Kecepatan data untuk Wi-Fi BLE dan 802.11ah masing-masing adalah 10 kilobit per detik (Kbps) hingga 10 Mbps dan 50 Kbps – 100 Kbps, menyediakan bandwidth yang cukup untuk berbagai data parameter yang sedang diukur.
Node sensor juga harus memiliki keamanan yang kuat. Seperti halnya bisnis apa pun, banyak petani atau konglomerat besar akan terlibat dalam budidaya dalam ruangan atau industri CEA dalam skala besar. Setiap informasi yang dapat membantu pemasok mendapatkan keunggulan kompetitif berujung pada pendapatan dan keuntungan yang lebih tinggi. Keinginan dan kemampuan untuk meretas jaringan nirkabel untuk memperoleh data yang memberikan keuntungan ini telah diakui dan dipahami secara luas. Cara terbaik untuk mengurangi risiko ini adalah dengan solusi berbasis hardware yang dapat mengenkripsi serta mengautentikasi data dan node. Pendekatan firmware atau software secara luas diakui rentan terhadap peretas.
Desainer dan produsen node sensor akan mendasarkan penawaran mereka pada solusi silikon yang membantu membuat desain sistem jadi mudah digunakan, modular dan dapat diperbarui, dan dengan operasi berdaya rendah, keamanan yang kuat, dan fleksibilitas untuk mendukung opsi konektivitas nirkabel yang diperlukan. Pemasok ini juga berkolaborasi secara aktif dengan penyedia layanan cloud terkemuka. Jika solusinya harus cloud agnostik, pemasok harus mampu mengonfigurasi solusi untuk berkomunikasi dengan cloud yang sesuai dengan semua kemampuan yang diperlukan.
Salah satu contoh dari jenis solusi ini adalah platform pengembangan Google Cloud IoT Core yang ditawarkan oleh Microchip Technology (lihat Gambar 2 dan 3). Papan pengembangan ini menggabungkan mikrokontroler, elemen aman, dan kontroler jaringan Wi-Fi bersertifikat penuh untuk menawarkan cara paling sederhana dan efektif untuk menghubungkan node sensor ke platform Cloud IoT Core Google. Pengguna dapat membuat koneksi langsung ke Google Cloud, yang telah disediakan sebelumnya dengan akun sandbox gratis, atau lingkungan pengujian virtual, untuk melihat data cahaya dan suhu. Sensor tambahan dapat dipasang secara opsional melalui penggunaan papan Add-on ClickTM yang tersedia secara luas dari MikroElektronika yang memudahkan untuk menambahkan kemampuan ke suatu desain.
Cara yang Lebih Baik untuk Memberi Makan Dunia
CEA dan budidaya dalam ruangan menawarkan solusi produksi pangan global yang lebih aman, andal, dan efisien dalam tapak geografis yang jauh lebih kecil daripada dengan metode pertanian tradisional. Untuk mewujudkan potensi ini, dibutuhkan teknologi pemantauan lingkungan yang dalam skala besar yang dapat memastikan lingkungan pertumbuhan dalam ruangan yang stabil untuk tanaman non-asli. Salah satu teknologi paling penting adalah jaringan sensor yang memanen dan mentransmisikan data sensor pemantauan lingkungan ke dan dari cloud untuk pemrosesan dan analitik. Solusi pengembangan cepat telah diperkenalkan dengan penyedia cloud terkemuka untuk memenuhi kebutuhan ini, yang menyediakan cara sederhana dan fleksibel untuk mendukung berbagai aplikasi dan kasus penggunaan CEA dan budidaya dalam ruangan.(*)
Ditulis oleh Aloke Barua, Sr. Product Marketing Engineering, Microchip Technology Inc.