Pengembangan Sistem Kontrol Cerdas Berbasis Internet Of Things Untuk Peningkatan Produktivitas Dan Mutu Purwoceng Sebagai Bahan Baku Industri Jamu
Laporan Akhir Tahun Pertama Pendanaan Riset Inovatif-Produktif (Rispro) Invitasi
View/ Open
Date
2021Author
Suhardiyanto, Herry
Batubara, Irmanida
Solahudin, Mohamad
Widodo, Slamet
Sumarni, Eni
Rohaeti, Eti
Metadata
Show full item recordAbstract
Sebelum riset dalam rangka pengembangan sistem kontrol berbasis Internet of
Things untuk meningkatkan produktivitas dan mutu purwoceng ini dilakukan, sejak tahun
2017 sampai dengan 2019 telah dilakukan penelitian terkait, yaitu antara lain: 1)
monitoring pertumbuhan guava menggunakan sistem kontrol berbasis IoT, 2) monitoring
dan optimasi siklus hidup tanaman di plant factory, 3) kajian kandungan bahan kimia dan
bobot panen purwoceng, kajian sensitivitas air dan pencahayaan greenhouse untuk
budidaya purwoceng, 4) kajian teknologi greenhouse di wilayah tropika basah dan
penerapan sistem zone cooling. Selanjutnya, mengingat potensinya sebagai bahan baku
industri jamu dan adanya ancaman kepunahan tanaman purwoceng maka pengembangan
sistem kontrol cerdas untuk peningkatan produktivitas dan mutu purwoceng yang
dibudidayakan di dalam greenhouse dan plant factory perlu dilakukan. Hal ini merupakan
bagian dari road map dari riset di bidang teknologi greenhouse dan hidroponik serta
pengembangan sistem kontrol cerdas berbasis Internet of Things (IoT).
Program Riset Inovatif-Produktif (Rispro) Invitasi ini bertujuan untuk
mengintegrasi beberapa kajian yang telah ada sebelumnya ke tahap pengembangan sistem
kontrol cerdas berbasis IoT di lingkungan terkendali di luar Dieng untuk peningkatan
produktivitas dan mutu tanaman purwoceng sebagai bahan baku industri jamu. Riset ini
direncanakan untuk dilakukan selama dua tahun. Riset pada tahun pertama diarahkan
pada pencapaian tujuh indikator, yaitu: 1) pemilihan sistem hidroponik terpilih untuk
budidaya tanaman purwoceng di greenhouse dataran tinggi dan plant factory, 2)
perancangan sistem kendali lingkungan untuk greenhouse dataran rendah, 3) model dan
optimasi pertumbuhan tanaman purwoceng di greenhouse dataran tinggi, 4) model dan
optimasi pertumbuhan tanaman purwoceng di plant factory, 5) perancangan sistem
monitoring lingkungan terkendali yang membudidayakan tanaman purwoceng, 6)
perancangan UI/UX dan 7) perancangan prototype teknologi monitoring perancangan
prototype teknologi monitoring yang siap dikembangkan menjadi sistem kendali di tahun
kedua pelaksanaan program. Riset pada tahun kedua diarahkan pada pengembangan
sistem kontrol cerdas untuk budidaya tanaman purwoceng di greenhouse dataran rendah
dan plant factory, model dan optimasi pertumbuhan tanaman di greenhouse dataran
rendah dan plant factory, evaluasi dan penyempurnaan prototype sistem kontrol cerdas
agar sesuai kebutuhan pengguna.
Pemilihan sistem hidroponik untuk budidaya tanaman purwoceng di greenhouse
dataran tinggi dan plant factory dilakukan meliputi dua perlakuan dan tiga ulangan. Bibit
tanaman purwoceng diperoleh dari dataran tinggi Dieng. Budidaya tanaman purwoceng
dilakukan pada sistem hidroponik drip dan Nutrient Film Technique (NFT) di dalam
greenhouse dan plant factory. Pengambilan data kondisi lingkungan pertumbuhan
tanaman dilakukan setiap tiga hari. Pengukuran parameter tanaman yang juga dilakukan
setiap tiga hari adalah untuk mendapatkan gambaran pertumbuhan tanaman. Pengukuran
bobot tanaman dilakukan pada saat panen. Analisis kandungan bahan aktif pada daun dan
akar tanaman purwoceng serta analisis keamanan pangan dilakukan terhadap tanaman
contoh. Walaupun greenhouse dataran rendah tempat riset tahun kedua sudah dilengkapi
dengan evaporative cooling system tetapi suhu udara di dalamnya masih cukup tinggi.
Oleh karena itu, dilakukan modifikasi terhadap evaporative cooling system agar suhu
udara di dalamnya masih berada dalam selang suhu optimal bagi pertumbuhan tanaman
iii
purwoceng, yaitu berdasarkan hasil Computational Fluid Dynamic (CFD) dan thermal
model berdasarkan persamaan pindah panas. Selanjutnya, perancangan sistem monitoring
dilakukan dalam empat tahapan, yaitu perancangan dan pembuatan paket teknologi
monitoring perancangan dan pembuatan sistem informasi, integrasi dan pengujian sistem
monitoring dan evaluasi penggunaan sistem monitoring.
Hasil pelaksanaan riset pada tahun pertama menunjukkan bahwa sistem hidroponik
drip non sirkulasi dengan EC larutan nutrisi 1500 ppm memberikan pertumbuhan terbaik
pada tanaman purwoceng yang dibudidayakan di greenhouse dataran tinggi, dengan
bobot basah tanaman sebesar 211,81 gram, bobot basah tajuk 85,88 gram, bobot kering
tajuk 10,64 gram bobot kering akar 7,31 gram, kadar fenolik 0,478 % pada daun dan
0,159% pada akar. Kadar flavonoid tertinggi juga ditemukan pada perlakuan EC1500
ppm pada tipe hidroponik drip non resirkulasi. Sistem irigasi ini juga menghasilkan
kandungan kloroform yang lebih rendah di bawah batas acuan BPOM, dimana nilai ALT
pada daun hanya mencapai 1,2 x 102 koloni/gram pada akar 5 x 107 koloni/gram pada
akar (acuan BPOM 5 x 107 koloni/gram), sehingga tetap aman untuk dikonsumsi.
Kadar steroid daun tanaman purwoceng hasil budidaya yang dilakukan dalam riset
ini ternyata kurang lebih dua kali lipat dibandingkan kadar steroid daun purwoceng yang
diperoleh dari pasar. Daun dan akar tanaman purwoceng hasil budidaya pada sistem ini
memiliki kandungan antioksidan hingga 49.268 mg asam askorbat/L ekstrak, namun
kurang berpotensi sebagai antibakteri. Berdasarkan pola kromatografi lapis tipis diketahui
bahwa pola senyawa tiap individu tanaman per perlakuan beragam. Hal ini diperkirakan
ada kaitannya dengan keragaman potensi genetik bibit tanaman yang berasal dari kebun
milik petani. Budidaya tanaman purwoceng di plant factory dengan periode pencahayaan
14 jam dan 16 jam dengan EC larutan nutrisi 1000 ppm dan 1500 ppm menampilkan
pertumbuhan luas daun dan tingkat kehijauan daun yang cukup tinggi,yaitu memiliki nilai
R2 0,9 dan MAPE 3,6 %, terindikasi positif mengandung bahan aktif steroid dan aman
dikonsumsi.
Modifikasi evaporative cooling system yang dilakukan dengan menambahkan
water chiller berhasil menjaga suhu udara di dalam greenhouse dataran rendah pada ratarata
27 oC yaitu lebih rendah dari suhu udara di luar greenhouse. Hal ini dapat dicapai
pada tengah hari ketika cuaca cerah, air yang diteteskan ke cooling pad didinginkan lebih
dahulu menggunakan chiller sampai suhunya mencapai sekitar 13 oC. Pemodelan
pertumbuhan tanaman purwoceng menggunakan Artificial Neural Network (ANN) di
greenhouse dataran tinggi dan plant factory berhasil dilakukan dengan nilai R2 sebesar
0,983 dan MAPE 3,6% untuk greenhouse dataran tinggi serta dengan nilai R2 0,9633 dan
MAPE 4,1% untuk plant factory. Hasil analisa optimasi dengan Genetic Algorithm (GA)
memberi gambaran pertumbuhan optimal pada perlakuan EC larutan nutrisi 1500 ppm
dan lama pencahayaan 14 jam di plant factory.
Dalam rangka perancangan sistem control cerdas, pada tahun pertama telah dibuat
sistem monitoring berbasis LoRa ESP32 yang meliputi kelompok node pada tanaman
serta gateway pada ruang tanam dan server. Parameter lingkungan pertumbuhan tanaman
di plant factory telah dapat dipantau secara realtime dari jarak jauh menggunakan aplikasi
interface berbasis web dan android. Dari segi fungsional, sistem monitoring yang
dikembangkan telah diujicobakan untuk digunakan oleh pengguna dan mencapai tingkat
kepuasan > 80%, sehingga dapat ditetapkan untuk menjadi prototype yang siap
iv
disempurnakan. Hal menarik yang telah ditemukan dari pelaksanaan riset pada tahun
pertama adalah bahwa kandungan bahan aktif stigmasterol pada contoh tanaman
purwoceng yang dibudidayakan di plant factory ternyata lebih tinggi dibandingkan
kandungan bahan aktif sejenis pada tanaman purwoceng yang diperoleh dari pasaran.
Selanjutnya pada tahun kedua perlu dilakukan percobaan budidaya tanaman
purwoceng di greenhouse dataran rendah dan pengembangan sistem kontrol cerdas
berbasis IoT berdasarkan hasil pengembangan sistem monitoring yang telah dilakukan
pada tahun pertama. Sejumlah node sensor akan ditempatkan pada media tanam, sehingga
data parameter iklim mikro pada media tanam akan dikumpulkan dan dimodelkan
menggunakan Jaringan Syaraf Tiruan (JST). Hasil pemodelan digunakan sebagai
referensi pemberian pengendalian terhadap pengaturan irigasi. Benih untuk budidaya
tanaman purwoceng di greenhouse dataran rendah perlu diupayakan berasal dari sumber
yang lebih seragam yaitu dari tanaman yang sekarang sedang dibudidayakan di plant
factory. Diharapkan bahwa produktivitas dan mutu tanaman purwoceng yang
dibudidayakan di dalam sistem hidroponik di greenhouse dataran rendah yang lingkungan
pertumbuhan tanamannya dikendalikan menggunakan sistem kontrol cerdas ini akan
lebih baik dibandingkan di lahan terbuka. Selanjutnya, penggunaan sistem kontrol cerdas
hasil riset ini secara luas diharapkan dapat meningkatkan kemampuan bangsa dalam
menguasai teknologi dalam era Fourth Industrial Revolution untuk meningkatkan
ketersediaan purwoceng sebagai bahan baku industri jamu, sekaligus ikut berperan
mengurangi impor bahan baku industri jamu.
Collections
- Research Report [220]