Budidaya Tanaman Karet
Sensor pendeteksi unsur hara dalam tanah
Indonesia sebagai negara agraris memiliki lahan-lahan pertanian yang cukup luas dan sebagian besar rakyatnya bekerja di sektor ini. Namun selama ini hasil produksi pertanian belum dapat memenuhi kebutuhan pangan dalam negeri sehingga kebijakan impor pun diberlakukan. Beberapa masalah yang mempengaruhi produktivitas hasil-hasil pertanian dalam negeri adalah biaya pengelolaan pertanian yang semakin tinggi seperti pembelian bibit, pupuk dan pestisida serta kelangkaan pupuk yang sering terjadi. Salah satu upaya untuk meningkatkan produksi pertanian adalah dengan menerapkan pola pertanian modern atau dikenal sebagai pertanian presisi. Dalam kegiatan pertanian presisi salah satu kegiatannya adalah melakukan pemantauan dan analisa kondisi tanah dengan menggunakan teknologi sensor sebelum dilakukan kegiatan pengelolaan lahan. Teknologi sensor yang selama ini banyak digunakan dalam bidang pertanian adalah pemantauan kandungan unsur hara utama yaitu Nitrogen, Phospor dan Kalium di dalam tanah. Prinsip pengukuran dari sensor deteksi kandungan unsur hara tersebut didalam tanah umumnya menggunakan teknologi spectroscopy, chromatography dan electrophoresis yang membutuhkan penanganan sampel yang rumit, peralatan yang besar dan berbiaya mahal serta prinsip elektrokimia. Selama ini jenis sensor dengan prinsip elektrokimia merupakan jenis sensor deteksi kandungan unsur hara yang telah banyak dikembangkan. Jenis pengukuran yang umum digunakan dalam sensor elektro kimia untuk deteksi kandungan unsur hara adalah teknik potensiometri dan amperometri, akan tetapi sensor dengan prinsip potentiometri masih memiliki kekurangan diantaranya adalah ukuran dimensi elektroda yang cukup besar dan tingkat sensitifitas, akurasi dan limit deteksi yang masih rendah. Selain itu produk-produk komersial untuk sensor ini masih merupakan produk impor dan berbiaya mahal. Untuk menjawab kendala di atas maka dibutuhkan suatu sistem sensor untuk deteksi kandungan unsur hara utama di dalam tanah yaitu Nitrat yang memiliki keunggulan dalam teknologi dan mampu dikerjakan di dalam negeri. Sistem sensor ion deteksi kandungan unsur hara nitrat ini terdiri dari divais sensor nitrat dan bagian elektronika pendukung yang terdiri dari rangkaian pengkondisi sinyal dan rangkaian data akusisi. Penelitian pendahuluan telah dilakukan untuk proses perancangan dan pembuatan divais sensor nitrat. Jenis sensor ion nitrat yang telah dikembangkan menggunakan prinsip pengukuran amperometrik atau pengukuran arus yang mengalir sebanding dengan jumlah konsentrasi nitrat yang diukur. Jenis konfigurasi elektroda dari divais sensor nitrat ini menggunakan konfigurasi tiga elektroda yaitu elektroda kerja, pembanding dan pembantu. Sedangkan material yang menyusun masing-masing elektroda adalah elektroda kerja dan pembantu menggunakan bahan pasta emas sedangkan elektroda pembanding menggunakan bahan pasta perak|perak klorida (Ag|AgCl). Proses pembuatan elektroda menggunakan teknik screen printing atau teknologi film tebal (Thick Film), dimana teknik ini dapat dimungkinkan untuk miniaturisasi dimensi ketiga jenis elektroda sehingga dapat terintegrasi ke dalam satu keping substrat. Membran sensitif ion nitrat yang akan digunakan di dalam divais sensor ini berbahan polimer konduktif jenis pirol dengan teknik penumbuhan membran yang digunakan adalah elektro polimerisasi. Penggunaan membran sensitif ion berbahan polimer konduktif dalam divais sensor dimaksudkan untuk meningkatkan akurasi dan sensititifas serta dapat memperkecil faktor interferensi dari unsur-unsur lain di dalam tanah selain Nitrat. Walaupun hasil kegiatan penelitian pendahuluan telah berhasil membuat divais sensor nitrat namun masih diperlukan penyempurnaan khususnya dalam pembuatan penentuan dimensi dan tata letak dari elektroda agar berkinerja tinggi serta kualitas sensitifitas membran polimer konduktif yang dihasilkan masih perlu banyak penyempurnaan. Oleh sebab itu diusulkan kegiatan penelitian ini untuk dapat menyempurnkan hasil perancangan dan pembuatan terdahulu sehingga target capaian pada tahun pertama dari usulan kegiatan ini diperolehnya sebuah divais sensor ion nitrat yang telah disempurnakan dan memiliki spesifikasi kemampuan yang lebih baik. Selain itu tingkat keberhasilan dalam pencapaian target sebuah sistem sensor ion deteksi kandungan unsur hara nitrat lebih besar dibandingkan jika usulan kegiatan penelitian ini belum dilakukan penelitian pendahuluan. Kegiatan penelitian ini direncanakan dilakukan dalam dua tahun. Pada tahun pertama dari kegiatan ini difokuskan pada penyempurnaan hasil perancangan dan pembuatan divais sensor nitrat dari hasil sebelumnya yaitu penyempurnaan desain dimensi dan tata letak eketroda sehingga berkinerja lebih baik dan optimasi kinerja membran sensitif ion yang digunakan. Dalam kegiatan ini juga dilakukan proses pengujian dan karakterisasi terhadap larutan nitrat standar di laboratorium. Selain itu dilakukan perancangan dan implementasi rangkaian pengkondisi sinyal dan data akusisi. Tahapan kegiatan penelitian ini diawali dengan penyempurnaan mengenai dimensi dan hasil desain tata letak elektroda sensor, yang selanjutnya digunakan sebagai dasar bagi pembuatan masker untuk screen melalui proses fotolitografi. Setelah screen dibuat, dilakukan proses pembuatan elektroda dengan menggunakan teknologi film tebal. Kegiatan berikutnya setelah elektroda divais sensor nitrat berhasil dilakukan adalah proses pelapisan membran sensitif ion nitrat dengan metoda elektro polimerisasi di atas permukaan elektroda kerja. Proses pembentukan membran sensitif ion nitrat dengan menggunakan metoda elektro polimerisasi ini dilakukan dengan memberikan arus listrik konstan pada elektroda kerja dari divais sensor sebagai anoda sedangkan sebagai katoda digunakan batang emas. Kedua elektroda tersebut direndam dalam larutan elektrolit pendukung yang terdiri dari larutan pirol dan larutan ion nitrat. Selama proses elektro polimerisasi berlangsung, dialiri gas Nitrogen murni ke dalam larutan elektrolit pendukung, hal ini dimaksudkan untuk mempercepat proses reaksi pembentukan membran. Dalam proses pelapisan membran dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai ketebalan membran yang optimum sehingga diperoleh kinerja yang lebih baik. Proses berikutnya adalah pengujian dan karakterisasi prototip divais sensor nitrat terhadap beberapa jenis larutan nitrat standar yang berbeda-beda. Hal ini dimaksudkan untuk memperoleh grafik kalibrasi dari sensor serta data teknis lainnya seperti sensitifitas, waktu tanggap, akurasi dan limit deteksi. Hasil yang diharapkan dari penelitian pada tahun pertama ini adalah berupa sistem sensor nitrat yang bekerja secara stand alone. Sistem sensor nitrat ini terdiri dari prototipe divais sensor nitrat yang terintegrasi dalam satu keping substrat dan rangkaian pengkondisi sinyal dan data akusisi. Dalam kegiatan penelitian pada tahun kedua akan dilakukan penyempurnaan bagian data akusisi yaitu rangkaian antar muka untuk komunikasi data secara nirkabel (wireless). Diharapkan sistem sensor yang telah dibuat pada tahun pertama dapat ditingkatkan menjadi sensor node yang mampu berintegrasi dengan jaringan sensor nirkabel. Hasil yang diharapkan dari seluruh kegiatan penelitian ini adalah berupa prototipe sistem sensor nitrat yang portable serta mampu terintegrasi dengan sistem jaringan sensor nirkabel, memiliki keunggulan ekonomis dibanding dengan yang sekarang ada di pasaran, serta mampu di aplikasikan pada lahan-lahan pertanian produktif di Indonesia sehingga pupuk dan air dapat dioptimalkan dan mampu merubah lahan-lahan kritis menjadi lahan produktif penghasil pangan.
