Rumpai adalah masalah berterusan dalam pertanian kerana ia bersaing dengan tanaman untuk cahaya matahari, air dan nutrien. Cabaran hari ini bukan sekadar “membunuh rumpai” (traktor dan herbisid boleh melakukannya) tetapi melakukannya secara terpilih – menghapuskan rumpai tanpa merosakkan tanaman.

AI dan robotik terkini kini menawarkan alat baru yang berkuasa untuk ini. Dengan menggunakan penglihatan komputer dan pembelajaran mesin, mesin ladang moden boleh “melihat” tumbuhan individu, membezakan tanaman daripada rumpai, dan kemudian menghapuskan atau menyingkirkan rumpai secara automatik.

Sistem ini menjanjikan penjimatan tenaga kerja, pengurangan penggunaan bahan kimia, dan menjadikan pertanian lebih cekap serta lestari.

Cara AI Mengenal Pasti Rumpai

Pengawalan rumpai berasaskan AI bergantung pada penglihatan komputer dan pembelajaran mendalam. Kamera yang dipasang pada traktor, penyembur, atau robot kecil menangkap imej tumbuhan, dan model AI (seringkali rangkaian neural konvolusi, atau CNN) dilatih untuk membezakan tanaman daripada rumpai.

Sebagai contoh, Carbon Robotics memuat naik berjuta-juta imej berlabel rumpai dan tanaman untuk melatih CNN pencari rumpai, yang dijalankan sepenuhnya di peralatan LaserWeeder mereka tanpa memerlukan internet. John Deere pula menggunakan penglihatan terbina dalam dan CNN dalam traktor autonomi dan penyembur See & Spray untuk mengenal pasti rumpai secara masa nyata. Dalam penyelidikan, model AI khusus seperti varian YOLO dan transformer penglihatan telah mencapai ketepatan melebihi 90% dalam mengenal pasti spesies rumpai di ladang.

Hasilnya, sistem penglihatan moden boleh menandakan rumpai dengan ketepatan pada tahap piksel. Ia berfungsi secara masa nyata semasa mesin bergerak.

Contohnya, boom See & Spray John Deere membawa banyak kamera dan pemproses terbina yang mengimbas ribuan kaki persegi setiap saat. Setiap bingkai kamera kecil dianalisis oleh pembelajaran mesin untuk menentukan “tanaman atau rumpai?”, dan jika ia rumpai, sistem segera mengaktifkan muncung semburan untuk kawasan itu.

Secara praktikal, AI mengubah traktor menjadi robot pintar yang mampu mengenal pasti rumpai kecil dengan 2–3 daun di ladang.

Kaedah Penghapusan Rumpai Berpandukan AI

Setelah rumpai dikenal pasti, pelbagai sistem menghapuskan rumpai dengan cara berbeza. Tiga pendekatan utama ialah semburan tepat, penyiangan mekanikal, dan penyiangan laser atau haba. Kesemuanya menggunakan penglihatan AI untuk memberi tumpuan rawatan hanya pada rumpai.

• Semburan Tepat (Penyembur Titik): Sistem ini memasang kamera pada boom semburan atau platform mudah alih dan menyembur herbisid hanya pada rumpai yang dikesan. Sistem See & Spray John Deere, contohnya, menggunakan kamera boom dan AI untuk mengurangkan penggunaan herbisid sebanyak kira-kira 59% secara purata.
  
  Penyembur mengimbas ladang pada kelajuan sehingga 15 mph, dan setiap kali rangkaian neural di atas mesin mengenal pasti rumpai, ia mengaktifkan muncung individu di atas tumbuhan itu. Berbeza dengan semburan konvensional yang menyembur seluruh ladang.
  
  Penyelidikan menunjukkan robot semburan titik boleh mengurangkan jumlah herbisid sebanyak 20 kali ganda dan mengurangkan penggunaan bahan kimia sehingga 95%. Ecorobotix (syarikat agriteknologi Switzerland) juga mempromosikan penyembur ladang ultra-tepat yang menggunakan perisian AI untuk membezakan rumpai daripada tanaman dan hanya menyembur tumbuhan yang tidak diingini.
  
  Dalam praktik, penyembur AI ini telah menjimatkan berjuta-juta gelen bahan kimia – John Deere melaporkan See & Spray menjimatkan kira-kira 8 juta gelen herbisid di lebih satu juta ekar pada tahun 2024.

• Penyiang Mekanikal: Beberapa robot autonomi menggunakan alat fizikal menggantikan semburan. Contohnya, robot Element Aigen (dibiayai oleh syarikat teknologi besar) menggabungkan kamera dan AI dengan “cangkul” mekanikal yang memotong rumpai dari akar.
  
  Semasa robot bergerak di antara barisan tanaman, algoritma mengawal bilah tajam untuk memotong rumpai yang dikesan. Kaedah sentuhan ini memastikan tanaman tidak terganggu. Element menggunakan tenaga solar/angin dan direka untuk penyiangan berterusan tanpa bahan kimia.
  
  Begitu juga, syarikat permulaan seperti FarmWise dan Verdant Robotics telah membina alat penggembur berpandu AI. Robot Verdant “Sharpshooter”, contohnya, menggunakan penglihatan komputer untuk menyembur dos kecil herbisid hanya pada setiap rumpai, mengurangkan penggunaan input sekitar 96%. Kaedah mekanikal amat sesuai untuk tanaman organik atau khusus di mana penggunaan herbisid adalah bermasalah.

• Penyiangan Laser dan Haba: Kaedah baru menggunakan laser berkuasa tinggi atau pancaran haba untuk membunuh rumpai. Carbon Robotics (AS) telah membangunkan LaserWeeder G2, mesin yang ditarik traktor dengan beberapa laser 240 watt dan kamera.
  
  Sistem penglihatannya (dikuasakan oleh rangkaian neural) mengimbas tumbuhan dan kemudian menembak laser untuk membakar tisu teras rumpai dengan tepat. Pendekatan ini bebas bahan kimia dan sangat tepat: Carbon Robotics mendakwa penargetan sub-milimeter dan boleh memproses berjuta-juta imej sejam.
  
  (Sistem UK berkaitan bernama Map & Zap juga menggunakan laser berpandu AI dengan keberkesanan lebih 90%.) Pilihan haba lain ialah pembakaran; beberapa mesin menggunakan haba terarah untuk mematikan rumpai.
  Dalam semua sistem laser/haba ini, penglihatan AI adalah kritikal – tanpa ia, pancaran tenaga tinggi akan merosakkan semua tumbuhan.

Kaedah penyiangan berbeza ini juga boleh digabungkan. Contohnya, Universiti Guelph membina pengimbas AI dipasang pada traktor yang memetakan ketumpatan rumpai di ladang kacang lima.

Petani kemudian boleh menyembur herbisid hanya pada kawasan yang dipetakan. Pada masa depan, kita mungkin melihat sistem bersepadu: robot mungkin menggunakan penglihatan AI untuk memutuskan sama ada untuk menyembur, memotong, atau membakar rumpai bergantung pada jenis tanaman dan keadaan.

Kajian Kes Dunia Sebenar

Teknologi penyiangan AI moden sudah digunakan di ladang-ladang seluruh dunia. Berikut beberapa contoh:

• John Deere See & Spray: Sistem terkemuka industri ini telah digunakan secara meluas dalam pertanian bijirin berskala besar. Dalam ujian pada 2024, penyembur See & Spray merawat lebih 1 juta ekar dan menjimatkan ~8 juta gelen herbisid.
  
  Syarikat melaporkan pengurangan herbisid purata sekitar 59% di ladang jagung, soya, dan kapas. Petani mengakui penjimatan dramatik: seorang penanam di Kansas berkata dia mengurangkan kos herbisidnya sebanyak dua pertiga menggunakan sistem ini.
  
  Dari segi teknikal, See & Spray menggunakan kamera boom dan rangkaian neural terbina untuk menentukan “rumpai atau tidak.” Jika dikesan rumpai, mesin mengaktifkan muncung individu, membolehkan aplikasi tepat pada titik.

• Carbon Robotics LaserWeeder: Pengasas Paul Mikesell (bekas jurutera Uber) menghabiskan bertahun-tahun membangunkan laser weeder berasaskan AI. LaserWeeder G2 menggunakan CNN terlatih untuk mencari rumpai dan kemudian menembak mereka dengan denyutan laser pantas.
  
  Sistem ini beroperasi sepenuhnya di mesin tanpa akses awan. Carbon Robotics menekankan kecekapan: laser mereka boleh menghapuskan rumpai “sekecil hujung pen” sebelum ia bersaing dengan tanaman.
  
  Dalam praktik, unit LaserWeeder (ditarik traktor) boleh beroperasi siang dan malam serta merawat ladang secara besar-besaran. Ia mempunyai beberapa kamera dan GPU setiap modul, dan beroperasi dengan ketepatan sub-milimeter.
  
  Ketepatan ini bermakna hampir tiada tanaman yang rosak dan tiada pengolahan tanah tambahan diperlukan.

• Ecorobotix ARA Sprayer: Ecorobotix dari Switzerland menghasilkan penyembur berkuasa solar dan sangat tepat bernama ARA. Sistem penglihatan “Plant-by-Plant™” menggunakan pembelajaran mendalam untuk mengenal pasti rumpai dengan kelajuan tinggi.
  
  Ecorobotix mendakwa pengurangan penggunaan bahan kimia sehingga 95% kerana ia menyasarkan hanya rumpai. Ujian menunjukkan AI boleh mengenal pasti spesies rumpai dengan ketepatan sub-sentimeter semasa mesin bergerak, membuat keputusan dalam ~250 milisaat setiap tumbuhan.
  
  Syarikat memasarkan produk ini untuk sayur-sayuran bernilai tinggi dan tanaman khusus di mana penjimatan bahan kimia dan tenaga kerja adalah kritikal.

• Verdant Robotics – Sharpshooter: Syarikat permulaan Verdant Robotics membina Sharpshooter, robot yang menggunakan penglihatan komputer untuk menandakan rumpai dan kemudian menyembur dos kecil herbisid pada setiap rumpai.
  
  Dalam ujian, Verdant melaporkan Sharpshooter boleh mengurangkan penggunaan herbisid sebanyak 96% dan menurunkan kos penyiangan lebih 50% berbanding kaedah tradisional.
  
  Ini adalah contoh lain teknologi semburan titik yang dipacu AI, di mana sistem penglihatan menggantikan kerja seluruh pasukan penyembur.

• Robot Pengintai Rumpai Universiti Guelph: Penyelidik di bawah pimpinan Dr. Medhat Moussa membangunkan prototaip sistem untuk ladang kacang lima organik. Rig kamera AI yang dipasang pada traktor mengimbas ladang dan menghasilkan peta ketumpatan rumpai seperti pigweed.
  
  Algoritma menyusun banyak imej, membezakan kacang lima daripada rumpai, supaya petani tahu dengan tepat kawasan ladang yang memerlukan perhatian.
  
  Pendekatan ini melengkapkan pengintai manual: menjimatkan masa, mengurangkan kawasan terlepas, dan membimbing aplikasi herbisid yang tepat. Gambar di bawah menunjukkan mesin pengintai autonomi mereka di ladang.

• Inovasi Lain: Aigen (AS) sedang membangunkan robot roda autonomi sepenuhnya, Element, yang meronda ladang, menggunakan tenaga solar, dan mencabut rumpai secara fizikal menggunakan bilah berpandu kamera.
  
  FarmWise (AS) telah mencipta robot Vulcan dan Titan yang menggunakan saluran pembelajaran mesin proprietari untuk mengenal pasti dan menghapuskan rumpai antara barisan tanaman sayur secara mekanikal.
  
  Extension Penn State dan lain-lain melaporkan tentang “penggembur pintar” yang ditarik traktor (Robovator VisionWeeding, Robocrop Garford) yang menggunakan penglihatan mesin untuk mengawal alat penggembur dengan tepat.
  
  Malahan dron udara yang dilengkapi kamera multispektral dan algoritma AI boleh mengesan kawasan rumpai dari atas, membantu merancang rawatan.
  
  Ringkasnya, sama ada ladang besar atau plot khusus kecil, penyiang berkuasa AI muncul dalam pelbagai bentuk.

Manfaat: Kecekapan, Keuntungan dan Kelestarian

Pengawalan rumpai berasaskan AI membawa kelebihan jelas:

• Penjimatan Bahan Kimia yang Ketara: Dengan menyembur hanya pada rumpai, sistem ini mengurangkan jumlah herbisid dengan drastik. Contohnya, John Deere melaporkan penjimatan jutaan gelen – kira-kira 12 kolam renang Olimpik pada hanya 1 juta ekar.
  
  Kajian mendapati penjimatan purata 60–76% dalam penggunaan herbisid di ladang ujian. Pengurangan bahan kimia memberi manfaat kepada kewangan petani dan alam sekitar.

• Hasil dan Kesihatan Tanaman Lebih Baik: Menghapuskan rumpai lebih awal dan lebih menyeluruh membantu tanaman berkembang dengan baik. Sistem AI boleh menghapuskan rumpai kecil yang mungkin terlepas pandang manusia, sebelum ia mencuri sumber.
  
  Petani yang menggunakan penyiang AI sering melaporkan tanaman lebih sihat, seragam dan hasil berkualiti tinggi. Kerana AI menghapuskan rumpai tepat di “titik pertumbuhan,” ia juga mengurangkan tekanan benih rumpai pada masa depan.

• Penjimatan Tenaga Kerja dan Masa: Penyiangan tradisional memerlukan tenaga kerja tinggi (secara manual atau pemanduan traktor berhati-hati). Robot AI melakukan kerja ini secara automatik, membebaskan masa manusia.
  
  Contohnya, robot tepat mengurangkan keperluan penyiang manual sehingga 37% dalam keadaan tanaman barisan yang sukar. Seorang petani berkata menggunakan See & Spray membolehkan operator baru menyaingi prestasi pemandu gabungan berpengalaman, berkat bantuan AI.

• Manfaat Alam Sekitar dan Keselamatan: Kurang herbisid bermakna kurang larian ke air dan tanah. Teknik sasaran juga bermakna kurang laluan di ladang (mengurangkan penggunaan bahan api) dan tiada pengolahan tanah dalam banyak kes (mengelakkan hakisan tanah).
  
  Perunding McKinsey menyebut “menang tiga kali ganda” untuk automasi ini: produktiviti lebih tinggi, keselamatan ladang lebih baik (kurang orang mengendalikan bahan kimia), dan kemajuan ke arah matlamat kelestarian.

• Kecekapan Kos: Semua ini diterjemahkan kepada penjimatan kos. Selain pengurangan herbisid, petani menjimatkan masa peralatan dan kos pekerja.
  
  John Deere dan rakan kongsi mendapati walaupun penyembur tepat lebih mahal pada awalnya, pulangan pelaburan boleh dicapai dalam 1–3 tahun kerana penjimatan input. Ramai penanam dalam ujian menurunkan kos kawalan rumpai per ekar separuh atau lebih selepas menggunakan sistem AI sepenuhnya.

Cabaran dan Penggunaan

Walaupun menjanjikan, penyiangan AI masih baru dan belum meluas. Sehingga awal 2024, hanya sekitar 27% ladang di AS menggunakan teknologi pertanian tepat untuk tugas seperti kawalan rumpai.

Halangan termasuk kos peralatan yang tinggi, keperluan pengetahuan khusus, dan kebimbangan mengenai pemilikan data serta kebolehpercayaan. Sesetengah petani juga risau tentang kerumitan teknologi atau mempunyai ladang dengan rumpai yang sangat serupa dengan tanaman untuk pengenalan mudah berdasarkan penglihatan.

Contohnya, seorang petani di North Dakota mengaku skeptikal terhadap See & Spray, tetapi selepas menggunakannya dia menjadi percaya kerana ia terbukti mudah dan berkesan.

Namun, pakar industri menjangkakan pertumbuhan pesat. Kenaikan harga input (baja, herbisid, tenaga kerja) dan tekanan alam sekitar mendorong lebih ramai petani ke arah kaedah tepat.

Pengeluar peralatan pertanian besar seperti Deere melancarkan “kit autonomi” dan mempromosikan keupayaan AI, manakala syarikat permulaan baru menarik pelabur besar dalam pertanian.

Perisian juga semakin mudah digunakan – sesetengah petani malah mencuba alat AI generatif (seperti ChatGPT) untuk membantu merancang operasi ladang dan analisis data.

Seiring masa, apabila kos menurun dan antara muka bertambah baik, alat kawalan rumpai AI dijangka tersebar dari ladang besar ke ladang sederhana dan kecil juga.

Prospek Masa Depan

Pengurusan rumpai berasaskan AI masih berkembang, tetapi trend jelas: mesin lebih pintar akan semakin mengendalikan tugas penyiangan rutin.

Sistem masa depan mungkin menggabungkan mod pengesanan (kamera RGB, pengimejan multispektral, malah sensor bau tumbuhan) dan membuat keputusan secara dinamik sama ada untuk menyembur, memotong, atau membakar setiap rumpai.

Mereka mungkin berintegrasi dengan GPS ladang dan alat pemetaan, supaya keputusan direkod dan dipelajari untuk kegunaan masa depan.

Seperti kata seorang pakar, petani mahukan “alat yang melakukan segala-galanya” – AI bergerak ke arah visi itu dengan memberi mesin fleksibiliti menyelesaikan masalah secara langsung di ladang.

Yang penting, penyelesaian AI ini selaras dengan keperluan global untuk pertanian lestari. Pengguna dan pengawal selia semakin menuntut sisa bahan kimia yang lebih rendah dan pertanian mesra alam.

>>> Anda mungkin tidak tahu: Cara meramalkan perosak dan penyakit tanaman menggunakan AI

Dengan mengurangkan penggunaan herbisid sebanyak 80–95% dalam beberapa kes, penyiang AI secara langsung menyokong matlamat tersebut. Ia juga membantu ladang menyesuaikan diri dengan kekurangan tenaga kerja dan tekanan iklim.

Ringkasnya, pengesanan dan penghapusan rumpai berasaskan AI muncul sebagai teknologi yang mengubah permainan dalam pertanian – yang menjanjikan pertanian lebih bersih, selamat, dan produktif untuk masa depan.