Setiap tahun, petani AS kehilangan hingga 12 persen dari panen mereka karena penyakit dan 12 persen lainnya karena hama. Tanaman yang sakit menghasilkan miliaran dolar dalam laba yang hilang di industri pertanian.
Masalahnya adalah, penyakit tanaman sulit dikenali sebelum terlambat. Pada waktu ada gejala-gejala yang terlihat — daun layu, misalnya, atau perubahan warna — penyakitnya sudah cukup lanjut sehingga tidak dapat diobati.
Tetapi tanaman benar-benar membiarkan lingkungannya tahu kapan mereka sakit atau diserang, hanya saja tidak dengan cara yang bisa kita pahami secara langsung — sampai sekarang. Sebuah tim insinyur yang dipimpin oleh Gary McMurray, kepala divisi untuk teknologi pengolahan makanan di Institut Teknologi Georgia (Georgia Tech), telah mengembangkan metode untuk memantau dan men-decode pesan-pesan itu untuk memungkinkan petani mengidentifikasi dan mengobati penyakit sebelum mereka berakar. Visinya: lengan robot yang menangkap dan mengidentifikasi sinyal penyakit alami tumbuhan dengan cepat.
Semua tanaman menghasilkan sinyal alami, dalam bentuk senyawa organik yang mudah menguap (VOC), untuk memperingatkan lingkungan tentang apa yang menyerang mereka. Sistem McMurray menangkap senyawa-senyawa tersebut menggunakan versi miniatur kromatografi gas (disebut micro GC). Perangkat, yang awalnya dikembangkan sekitar pergantian abad ke-20, digunakan untuk memisahkan bahan kimia dalam sampel kompleks — dalam kasus McMurray, gas yang dipancarkan gas oleh tanaman. Ketika gas dipanaskan dan melewati kolom, dan sensor elektronik mendeteksi senyawa yang dikandung sampel.
Tidak ada penjepitan atau pencabutan sampel dan jalankan kembali ke laboratorium untuk dianalisis — proses yang bisa memakan waktu berhari-hari atau berminggu-minggu untuk diselesaikan. Semua informasi yang dibutuhkan oleh GC mikro di udara, yang berarti mengobati penyakit, atau menyelamatkan tanaman dari mereka, bisa menjadi jauh lebih cepat.
Aplikasi untuk kromatografi gas meluas melampaui tanaman. Departemen Keamanan Dalam Negeri, misalnya, menggunakannya untuk mendeteksi jenis gas tertentu dan bahan kimia berbahaya. Dan para peneliti juga menggunakannya untuk menyaring beberapa jenis penyakit pencernaan pada manusia.
Secara tradisional, kromatografi adalah perangkat besar yang panjangnya 3 hingga 10 meter; kemajuan dalam nanomaterial dan manufaktur telah memungkinkan McMurray untuk membuat satu yang seukuran baterai 8 volt.
“Kita seharusnya tidak pernah membangun ini; bahkan lima tahun yang lalu itu tidak mungkin, ”katanya.
Mikro GC McMurray dapat dipasang ke lengan robot pada peralatan pertanian yang ada, seperti traktor atau bajak. Lengan akan memegang perangkat di atas daun tanaman dan mengumpulkan sampel udara. Komputer kecil, tidak lebih kuat dari laptop dasar atau iPhone, kemudian dapat memproses data dari sampel untuk mengidentifikasi patogen apa pun; siram helium cepat mempersiapkan sensor untuk mengevaluasi sampel berikutnya.
Karena mereka sangat kecil, "[kita] dapat membangun beberapa GC mikro ke dalam satu robot, " kata McMurray. "Saya dapat memiliki 10, 20, bahkan 100 dari mereka di satu traktor."
Itu berarti satu traktor dapat mengumpulkan sampel dari batang, akar dan tunas secara bersamaan.
Sistem GC mikro juga dapat digunakan untuk menyaring semua makanan kita — dari buah-buahan hingga sayuran dan biji-bijian — untuk penyakit.
“Hasil bumi segar yang dikirim ke seluruh dunia bisa membawa berbagai hama atau penyakit. Jika Anda memiliki semacam sensor lapangan-deployable atau seluler, Anda dapat mendeteksi VOC yang berasal dari pabrik, "postulat McMurray. "Itu bisa memecahkan beberapa masalah yang sangat besar."
Tim saat ini sedang menyelesaikan pengujian lab untuk mikro GC untuk memastikan hasilnya konsisten dengan hasil dari kromatografi yang lebih besar. Pada bulan Agustus atau September, mereka akan menjalankan uji lapangan pertama mereka, di mana seorang peneliti akan berjalan mikro GC melalui bidang persik untuk menguji Rotasi Peachtree Root.
Sementara tes awal itu akan fokus pada penyakit tertentu, kromatografi gas dapat menyaring puluhan patogen sekaligus, yang juga membedakannya dari pendekatan lain, kata McMurray.
Bahkan dengan teknologi ini, patolog tanaman masih harus memetakan emisi VOC yang terkait dengan rencana tertentu dan penyakit tertentu.
Pabrik yang emisi VOC-nya sudah terdokumentasi dengan baik akan memiliki peningkatan ketika penyaringan GC mikro sedang berlangsung; yang lain akan membutuhkan lebih banyak waktu dan penelitian untuk mendiagnosis dan mengobati. "Patogen yang kami pilih, tidak ada yang tahu apa-apa tentang itu, " kata McMurray, "tetapi, misalnya, ada banyak yang diketahui tentang jamur tertentu."
Tetapi GC mikro Georgia Tech merupakan titik balik penting dalam kegunaan dan skalabilitas, kata McMurray.
“Apa yang kami miliki kami anggap unik, ” kata McMurray, “proses pembuatan baru ini membuka era sensor yang sama sekali baru.”
