Gulma adalah masalah yang terus-menerus dalam pertanian karena mereka bersaing dengan tanaman untuk mendapatkan sinar matahari, air, dan nutrisi. Tantangan saat ini bukan sekadar “membunuh gulma” (traktor dan herbisida bisa melakukannya) tetapi melakukannya secara selektif – menghilangkan gulma tanpa merusak tanaman.

AI dan robotika mutakhir kini menawarkan alat baru yang sangat kuat untuk ini. Dengan menggunakan penglihatan komputer dan pembelajaran mesin, mesin pertanian modern dapat “melihat” tumbuhan tanaman secara individual, membedakan tanaman dari gulma, dan kemudian menghilangkan atau menetralkan gulma secara otomatis.

Sistem ini menjanjikan penghematan tenaga kerja, pengurangan penggunaan bahan kimia, dan membuat pertanian lebih efisien serta berkelanjutan.

Cara AI Mengidentifikasi Gulma

Pengendalian gulma berbasis AI mengandalkan penglihatan komputer dan pembelajaran mendalam. Kamera yang dipasang pada traktor, alat semprot, atau robot kecil menangkap gambar tanaman, dan model AI (sering berupa jaringan saraf konvolusional, atau CNN) dilatih untuk membedakan tanaman dari gulma.

Misalnya, Carbon Robotics mengunggah jutaan gambar gulma dan tanaman yang sudah diberi label untuk melatih CNN pencari gulma, yang dijalankan sepenuhnya di perangkat LaserWeeder mereka tanpa perlu internet. John Deere juga menggunakan penglihatan tertanam dan CNN dalam traktor otonom dan alat semprot See & Spray untuk mengenali gulma secara real-time. Dalam penelitian, model AI khusus seperti varian YOLO dan vision transformer telah mencapai akurasi lebih dari 90% dalam mendeteksi spesies gulma di lapangan.

Hasilnya adalah sistem penglihatan modern dapat menandai gulma dengan presisi tingkat piksel. Mereka bekerja secara real-time saat mesin bergerak.

Misalnya, boom See & Spray milik John Deere membawa banyak kamera dan prosesor onboard yang memindai ribuan kaki persegi per detik. Setiap bingkai kamera kecil dianalisis oleh pembelajaran mesin untuk memutuskan “tanaman atau gulma?”, dan jika itu gulma, sistem langsung mengaktifkan nosel semprot di titik tersebut.

Dengan demikian, AI mengubah traktor menjadi robot pintar yang mampu mengidentifikasi bahkan gulma kecil dengan 2–3 daun di ladang.

Metode Penghilangan Gulma Berbasis AI

Setelah gulma teridentifikasi, berbagai sistem menghilangkannya dengan cara berbeda. Tiga pendekatan utama adalah penyemprotan terarah, penyiangan mekanis, dan penyiangan laser atau termal. Semua menggunakan penglihatan AI untuk memfokuskan perlakuan hanya pada gulma.

• Penyemprotan Presisi (Spot Sprayers): Sistem ini memasang kamera pada boom semprot atau platform bergerak dan menyemprot herbisida hanya pada gulma yang terdeteksi. Sistem See & Spray milik John Deere, misalnya, menggunakan kamera boom dan AI untuk mengurangi penggunaan herbisida sekitar 59% secara rata-rata.
  
  Alat semprot ini memindai ladang dengan kecepatan hingga 15 mph, dan setiap kali jaringan saraf onboard mengenali gulma, ia mengaktifkan nosel individual di atas tanaman tersebut. Sebaliknya, penyemprotan konvensional membanjiri seluruh ladang.
  
  Penelitian menunjukkan robot penyemprot spot seperti ini dapat mengurangi volume herbisida hingga 20 kali lipat dan mengurangi penggunaan bahan kimia hingga 95%. Ecorobotix (perusahaan agritech Swiss) juga mempromosikan penyemprot lapangan ultra-presisi yang menggunakan perangkat lunak AI untuk membedakan gulma dari tanaman dan hanya menyemprot tanaman yang tidak diinginkan.
  
  Dalam praktiknya, penyemprot AI ini telah menghemat jutaan galon bahan kimia – John Deere melaporkan See & Spray menghemat sekitar 8 juta galon herbisida di lebih dari satu juta hektar pada tahun 2024.

• Penyiang Mekanis: Beberapa robot otonom menggunakan alat fisik daripada semprotan. Misalnya, robot Element dari Aigen (didanai oleh perusahaan teknologi besar) menggabungkan kamera dan AI dengan “cangkul” mekanis yang memotong gulma hingga ke akar.
  
  Ketika robot bergerak di antara barisan tanaman, algoritmanya mengarahkan bilah tajam untuk memotong gulma yang terdeteksi. Karena ini adalah metode kontak, tanaman tidak terganggu. Element menggunakan tenaga surya/angin dan dirancang untuk penyiangan berkelanjutan tanpa bahan kimia.
  
  Demikian pula, startup seperti FarmWise dan Verdant Robotics telah mengembangkan kultivator berbasis AI. Robot Verdant “Sharpshooter”, misalnya, menggunakan penglihatan komputer untuk menyemprotkan dosis kecil herbisida hanya pada setiap gulma, mengurangi penggunaan input sekitar 96%. Metode mekanis sangat menjanjikan untuk tanaman organik atau khusus di mana penggunaan herbisida sangat tidak diinginkan.

• Penyiangan Laser dan Termal: Metode yang sangat baru menggunakan laser berdaya tinggi atau sinar panas untuk membunuh gulma. Carbon Robotics (AS) telah mengembangkan LaserWeeder G2, mesin yang ditarik traktor dengan beberapa laser 240 watt dan kamera.
  
  Sistem penglihatannya (digerakkan oleh jaringan saraf) memindai tanaman dan kemudian menembakkan laser untuk membakar jaringan inti gulma secara tepat. Pendekatan ini bebas bahan kimia dan sangat akurat: Carbon Robotics mengklaim penargetan sub-milimeter dan dapat memproses jutaan gambar per jam.
  
  (Sistem terkait di Inggris bernama Map & Zap juga menggunakan laser berbasis AI dengan efektivitas lebih dari 90%.) Pilihan termal lain adalah pembakaran; beberapa mesin menggunakan panas terarah untuk mengeringkan gulma.
  Dalam semua sistem laser/termal ini, penglihatan AI sangat penting – tanpa itu, sinar energi tinggi akan merusak semuanya.

Berbagai metode penyiangan ini juga dapat dikombinasikan. Misalnya, Universitas Guelph membuat pemindai AI yang dipasang pada traktor untuk memetakan kepadatan gulma di ladang kacang lima.

Petani kemudian dapat menerapkan herbisida hanya pada area yang dipetakan. Di masa depan, kita mungkin melihat sistem terintegrasi: robot dapat menggunakan penglihatan AI untuk memutuskan apakah akan menyemprot, memotong, atau membakar gulma tertentu tergantung jenis tanaman dan kondisi.

Studi Kasus di Dunia Nyata

Teknologi penyiangan berbasis AI modern sudah digunakan di pertanian di seluruh dunia. Berikut beberapa contohnya:

• John Deere See & Spray: Sistem terdepan di industri ini telah banyak digunakan dalam pertanian skala besar. Dalam uji coba tahun 2024, alat semprot See & Spray mengolah lebih dari 1 juta hektar dan menghemat sekitar 8 juta galon herbisida.
  
  Perusahaan melaporkan pengurangan herbisida rata-rata sekitar 59% di ladang jagung, kedelai, dan kapas. Petani mengakui penghematan besar: seorang petani di Kansas mengatakan biaya herbisidanya berkurang dua pertiga dengan menggunakan sistem ini.
  
  Secara teknis, See & Spray menggunakan kamera boom dan jaringan saraf onboard untuk memutuskan “gulma atau bukan.” Jika terdeteksi gulma, mesin mengaktifkan nosel individual, memungkinkan aplikasi presisi titik.

• Carbon Robotics LaserWeeder: Pendiri Paul Mikesell (mantan insinyur Uber) menghabiskan bertahun-tahun mengembangkan laser weeder berbasis AI. LaserWeeder G2 menggunakan CNN terlatih untuk menemukan gulma dan kemudian menembakkan pulsa laser cepat.
  
  Sistem ini berjalan sepenuhnya di mesin tanpa akses cloud. Carbon Robotics menekankan efisiensi: laser mereka dapat menghilangkan gulma “sekecil ujung pena” sebelum bersaing dengan tanaman.
  
  Dalam praktiknya, unit LaserWeeder (ditarik traktor) dapat beroperasi siang dan malam serta memproses ladang dalam skala besar. Mereka memiliki banyak kamera dan GPU per modul, dan beroperasi dengan akurasi sub-milimeter.
  
  Presisi ini berarti hampir tidak ada tanaman yang rusak dan tidak perlu pengolahan tanah tambahan.

• Ecorobotix ARA Sprayer: Perusahaan Swiss Ecorobotix membuat alat semprot bertenaga surya dengan presisi tinggi bernama ARA. Sistem penglihatan “Plant-by-Plant™” menggunakan pembelajaran mendalam untuk mendeteksi gulma dengan kecepatan tinggi.
  
  Ecorobotix mengklaim pengurangan penggunaan bahan kimia hingga 95% karena hanya menargetkan gulma. Tes menunjukkan AI dapat mengidentifikasi spesies gulma dengan akurasi sub-sentimeter saat mesin bergerak, membuat keputusan dalam ~250 milidetik per tanaman.
  
  Perusahaan memasarkan alat ini untuk sayuran bernilai tinggi dan tanaman khusus di mana penghematan bahan kimia dan tenaga kerja sangat penting.

• Verdant Robotics – Sharpshooter: Startup Verdant Robotics mengembangkan Sharpshooter, robot yang menggunakan penglihatan komputer untuk menandai gulma dan kemudian menyemprotkan dosis kecil pada masing-masing gulma.
  
  Dalam uji coba, Verdant melaporkan Sharpshooter dapat mengurangi penggunaan herbisida hingga 96% dan menurunkan biaya penyiangan lebih dari 50% dibandingkan metode tradisional.
  
  Ini adalah contoh lain dari teknologi penyemprotan spot yang didukung AI, di mana sistem penglihatan melakukan pekerjaan yang biasanya dilakukan oleh seluruh tim penyemprot.

• Robot Pemantau Gulma Universitas Guelph: Peneliti yang dipimpin Dr. Medhat Moussa mengembangkan prototipe sistem untuk pertanian kacang lima organik. Kamera AI yang dipasang pada traktor memindai ladang dan menghasilkan peta kepadatan gulma seperti pigweed (misalnya).
  
  Algoritma menggabungkan banyak gambar, membedakan kacang lima dari gulma, sehingga petani tahu persis area ladang mana yang perlu perhatian.
  
  Pendekatan ini melengkapi pemantauan manual: menghemat waktu, mengurangi area yang terlewat, dan mengarahkan aplikasi herbisida secara tepat. Gambar di bawah menunjukkan mesin pemantau otonom mereka di lapangan.

• Inovasi Lainnya: Aigen (AS) mengembangkan robot beroda otonom penuh, Element, yang berpatroli di ladang, menggunakan tenaga surya, dan mencabut gulma secara fisik dengan bilah yang dipandu kamera.
  
  FarmWise (AS) menciptakan robot Vulcan dan Titan yang menggunakan pipeline pembelajaran mesin khusus untuk mengidentifikasi dan menghilangkan gulma antar baris secara mekanis di pertanian sayuran.
  
  Ekstensi Penn State dan lainnya melaporkan tentang “kultivator pintar” yang ditarik traktor (Robovator dari VisionWeeding, Robocrop dari Garford) yang menggunakan penglihatan mesin untuk mengarahkan alat kultivasi secara presisi.
  
  Bahkan drone udara yang dilengkapi kamera multispektral dan algoritma AI dapat mendeteksi area gulma dari atas, membantu perencanaan perlakuan.
  
  Singkatnya, baik di pertanian besar maupun lahan khusus kecil, penyiang berbasis AI muncul dalam berbagai bentuk.

Manfaat: Efisiensi, Profitabilitas, dan Keberlanjutan

Pengendalian gulma dengan AI membawa keuntungan yang jelas:

• Penghematan Bahan Kimia yang Signifikan: Dengan menyemprot hanya pada gulma, sistem ini secara drastis mengurangi volume herbisida. Misalnya, John Deere melaporkan penghematan jutaan galon – kira-kira setara 12 kolam renang Olimpiade hanya pada 1 juta hektar.
  
  Studi menemukan penghematan rata-rata 60–76% dalam penggunaan herbisida di ladang uji. Pengurangan bahan kimia ini menguntungkan kantong petani dan lingkungan.

• Hasil Panen dan Kesehatan Tanaman yang Lebih Baik: Menghilangkan gulma lebih awal dan lebih tuntas membantu tanaman tumbuh optimal. Sistem AI dapat mengeliminasi gulma kecil yang mungkin terlewat oleh manusia, sebelum mereka merebut sumber daya.
  
  Petani yang menggunakan penyiang AI sering melaporkan tanaman lebih sehat, seragam, dan hasil panen berkualitas lebih tinggi. Karena AI menghilangkan gulma tepat di “titik tumbuh,” tekanan benih gulma di masa depan juga berkurang.

• Penghematan Tenaga Kerja dan Waktu: Penyiangan tradisional memerlukan tenaga kerja intensif (manual atau mengemudi traktor dengan hati-hati). Robot AI melakukan pekerjaan ini secara otomatis, membebaskan waktu manusia.
  
  Misalnya, robot presisi mengurangi kebutuhan penyiang manual hingga 37% dalam kondisi tanaman baris yang sulit. Seorang petani mengatakan menggunakan See & Spray memungkinkan operator pemula mencapai kinerja setara pengemudi combine berpengalaman berkat bantuan AI.

• Keuntungan Lingkungan dan Keamanan: Pengurangan herbisida berarti lebih sedikit limpasan ke air dan tanah. Teknik terarah juga mengurangi jumlah lintasan di ladang (menghemat bahan bakar) dan dalam banyak kasus menghilangkan pengolahan tanah (mencegah erosi).
  
  Konsultan McKinsey mencatat “kemenangan tiga kali lipat” untuk otomatisasi ini: produktivitas lebih tinggi, keselamatan pertanian lebih baik (lebih sedikit orang menangani bahan kimia), dan kemajuan menuju tujuan keberlanjutan.

• Efisiensi Biaya: Semua ini berujung pada penghematan biaya. Selain pengurangan herbisida, petani menghemat waktu alat dan tenaga kerja yang disewa.
  
  John Deere dan mitranya menemukan bahwa meskipun penyemprot presisi lebih mahal di awal, pengembalian investasi bisa tercapai dalam 1–3 tahun berkat penghematan input. Banyak petani dalam uji coba menurunkan biaya pengendalian gulma per hektar hingga setengah atau lebih setelah menggunakan sistem AI sepenuhnya.

Tantangan dan Adopsi

Meski menjanjikan, penyiangan dengan AI masih baru dan belum merata. Hingga awal 2024, hanya sekitar 27% pertanian di AS yang menggunakan teknologi pertanian presisi untuk tugas seperti pengendalian gulma.

Hambatan meliputi biaya peralatan yang tinggi, kebutuhan pengetahuan khusus, dan kekhawatiran tentang kepemilikan data serta keandalan. Beberapa petani juga khawatir tentang kompleksitas teknologi atau memiliki ladang dengan gulma yang sangat mirip tanaman sehingga sulit dipisahkan dengan penglihatan komputer.

Misalnya, seorang petani di North Dakota mengaku awalnya skeptis terhadap See & Spray, tetapi setelah menggunakannya menjadi percaya karena terbukti mudah dan efektif.

Namun, para ahli industri memperkirakan pertumbuhan cepat. Kenaikan harga input (pupuk, herbisida, tenaga kerja) dan tekanan lingkungan mendorong lebih banyak petani beralih ke metode presisi.

Produsen alat pertanian besar seperti Deere meluncurkan “kit otonomi” dan mempromosikan kemampuan AI, sementara startup baru menarik investor besar di bidang pertanian.

Perangkat lunak juga semakin mudah digunakan – beberapa petani bahkan bereksperimen dengan alat AI generatif (seperti ChatGPT) untuk membantu perencanaan operasi ladang dan analisis data.

Seiring waktu, saat biaya turun dan antarmuka membaik, alat pengendalian gulma berbasis AI diharapkan menyebar dari pertanian besar ke petani menengah dan kecil.

Prospek Masa Depan

Manajemen gulma berbasis AI masih berkembang, tetapi tren sudah jelas: mesin yang lebih cerdas akan semakin banyak menangani tugas penyiangan rutin.

Sistem masa depan mungkin menggabungkan berbagai mode sensor (kamera RGB, pencitraan multispektral, bahkan sensor bau tanaman) dan memutuskan secara dinamis apakah akan menyemprot, memotong, atau membakar setiap gulma.

Mereka kemungkinan akan terintegrasi dengan alat GPS dan pemetaan pertanian, sehingga keputusan dicatat dan dipelajari untuk penggunaan berikutnya.

Seperti yang dikatakan seorang ahli, petani menginginkan “alat yang melakukan segalanya” – AI bergerak menuju visi itu dengan memberi mesin fleksibilitas untuk menyelesaikan masalah langsung di lapangan.

Yang terpenting, solusi AI ini sejalan dengan kebutuhan global akan pertanian berkelanjutan. Konsumen dan regulator semakin menuntut residu bahan kimia yang lebih rendah dan praktik pertanian ramah lingkungan.

>>> Anda mungkin belum tahu: Cara Memprediksi Hama dan Penyakit Tanaman dengan AI

Dengan mengurangi penggunaan herbisida hingga 80–95% dalam beberapa kasus, penyiang AI secara langsung mendukung tujuan tersebut. Mereka juga membantu pertanian beradaptasi dengan kekurangan tenaga kerja dan tekanan iklim.

Singkatnya, deteksi dan penghilangan gulma yang dikendalikan AI muncul sebagai teknologi revolusioner dalam pertanian – yang menjanjikan pertanian lebih bersih, aman, dan produktif di masa depan.