Teknologi akustik telah muncul sebagai pilihan yang menjanjikan untuk pengelolaan populasi hama, menawarkan solusi ramah lingkungan di bidang pertanian. Sejak awal tahun 1900-an, metode akustik telah digunakan untuk mendeteksi, mengidentifikasi, dan memantau spesies hama, baik melalui perangkap/deteksi atau dengan mengganggu komunikasi antarspesies (1). Komunikasi akustik pada hama, termasuk serangga, artropoda, dan vertebrata, bergantung pada rentang frekuensi spesies target. Meskipun manusia biasanya mendengar frekuensi antara 20 Hz hingga 20 kHz, nyamuk memiliki jangkauan pendengaran 38-44 kHz, dan hewan pengerat dapat merasakan frekuensi 60-72 kHz. Frekuensi di atas 20 kHz diklasifikasikan sebagai ultrasonik, sedangkan frekuensi di bawah 20 Hz dianggap infrasonik. Komunikasi serangga mencakup berbagai mode, termasuk suara, ultrasonik, infrasonik, dan getaran (1).
Komunikasi antar serangga terjadi melalui suara di udara, seperti yang diamati pada jangkrik dan belalang, yang dapat didengar oleh manusia, dan melalui getaran di permukaan, yang terdeteksi pada wereng pohon dan rayap. Media ini memiliki berbagai tujuan seperti pacaran, memberi sinyal peringatan sebagai respons terhadap ancaman, perilaku defensif, dan koordinasi kelompok. Serangga sosial sangat bergantung pada komunikasi akustik untuk berbagai interaksi sosial (1).
Serangga memanfaatkan berbagai bentuk komunikasi akustik untuk tujuan berbeda sepanjang siklus hidupnya (2):
1. Reproduksi: Selama masa courtship, jantan dan betina menghasilkan sinyal getaran spesies dan jenis kelamin tertentu yang dikenal sebagai lagu, sering kali dipertukarkan dalam duet.
2. Deteksi Inang: Keluarga lalat parasitoid tertentu, seperti Sarcophagidae dan Tachinidae, telah mengembangkan telinga timpani di prosternumnya. Betina yang hamil menggunakan telinga ini untuk menemukan inang serangga yang bernyanyi, tempat mereka meletakkan larva predatornya.
3. Deteksi dan Penghindaran Predator: Serangga menggunakan strategi berbeda untuk mendeteksi dan menghindari predator. Misalnya, kelelawar pemburu mengeluarkan panggilan ultrasonik, dan serangga seperti ngengat, jangkrik, tonggeret, belalang, dan kumbang merespons gelombang ultrasonik mirip kelelawar dengan perilaku seperti terbang menjauh, masuk ke dalam tumbuh-tumbuhan, atau memancarkan gelombang ultrasoniknya sendiri untuk mengganggu sistem ekolokasi kelelawar. .
Secara keseluruhan, komunikasi akustik memainkan peran penting dalam berbagai aspek perilaku serangga, mulai dari reproduksi hingga penghindaran predator, yang difasilitasi oleh mekanisme khusus penghasil suara dan organ pendengaran.
Perangkat akustik yang umum seperti mikrofon, transduser ultrasonik, laser Doppler vibrometers, accelerometers, piezoelectric disks, dan probe akustik (1).
Akselerometer: adalah sensor yang mengukur gaya percepatan atau getaran di sekitarnya. alat ini menempel pada substrat tanaman atau kayu dan mengirimkan sinyal ke komputer untuk dianalisis. alat ini dapat mendeteksi keberadaan dan aktivitas serangga hama di dalam substrat.
Akselerometer, yang berfungsi sebagai sensor akustik, digunakan dalam deteksi hama tanaman dengan mengukur gaya akselerasi melalui penginderaan getaran atau benturan. Biasanya, perangkat microchip ini ditempelkan pada batang atau tangkai tanaman. Sinyal yang ditangkap oleh akselerometer dikirimkan secara nirkabel ke komputer untuk analisis lebih lanjut, terutama digunakan untuk mendeteksi larva atau hama dewasa.
Piezoelectric sensors: Sensor yang menghasilkan tegangan ketika diberi tekanan eksternal. Mereka dipasang pada pandu gelombang yang dimasukkan ke dalam substrat dan merekam getaran yang diciptakan oleh serangga. Mereka juga dapat mengeluarkan getaran untuk mengganggu komunikasi atau perilaku serangga.
Piezoelectric sensors beroperasi dengan menghasilkan tegangan ketika mengalami deformasi, dengan kristal seperti kuarsa yang mampu menghantarkan listrik melalui sensor tersebut. Dalam deteksi hama, sensor ini berfungsi sebagai pengubah langsung tekanan mekanis menjadi muatan listrik. Mereka telah digunakan secara efektif dalam berbagai aplikasi.
Secara keseluruhan, sensor piezoelektrik telah menunjukkan efektivitas dalam deteksi hama di berbagai lingkungan dan spesies, sehingga menawarkan alat serbaguna dan andal untuk pemantauan dan pengelolaan pertanian.
Probe akustik: Ini adalah perangkat yang mengintegrasikan berbagai sensor akustik, seperti akselerometer dan sensor piezoelektrik, untuk membentuk probe yang dimasukkan ke area yang diinginkan, seperti tanah, butiran, atau kayu. Ia dapat mendeteksi dan mengidentifikasi serangga hama berdasarkan emisi akustiknya. Fleurat-Lessard dkk. (2006) mengembangkan detektor peringatan dini, sebuah probe portabel sepanjang 1400 mm dengan tiga tingkat sensor akustik yang digabungkan ke sistem pemrosesan berbantuan komputer. Probe ini dimasukkan ke dalam butiran curah, dan sinyal suara dari serangga butiran besar disimpan dalam database referensi. Algoritme klasifikasi diterapkan untuk pengenalan otomatis sinyal yang direkam, mencapai akurasi 95,0% dalam mengidentifikasi Sitophilus dewasa dalam jarak 200 mm.
Microphone: perangkat Ini merekam gelombang suara yang dihasilkan oleh tumbukan butiran dengan pelat logam dan menganalisis frekuensi dan amplitudo sinyal. Perangkat ini digunakan untuk mengevaluasi kualitas hasil pertanian dan mendeteksi kerusakan akibat serangga pada biji-bijian. Dalam sebuah penelitian, mikrofon listrik yang ditempatkan di dalam kepala stetoskop yang dimodifikasi digunakan untuk memantau pola aktivitas larva Phyllophaga crinite, Phyllophaga congrua, Phyllophaga crassissima, dan Cyclocephala lurida dalam pot kecil bluegrass.
Ultrasonic transducer: perangkat yang menggunakan gelombang ultrasonik untuk mendeteksi dan mengidentifikasi serangga hama pada kayu. Alat ini memancarkan dan menerima gelombang ultrasonik dan mengukur waktu penerbangan dan redaman sinyal. Alat ini juga dapat mengusir serangga dengan mengeluarkan suara berfrekuensi tinggi. Transduser ultrasonik beroperasi dengan menerapkan pulsa listrik tegangan tinggi, menyebabkannya bergetar pada spektrum frekuensi tertentu dan menghasilkan ledakan gelombang suara. Ketika suatu hambatan ditemui, gelombang suara dipantulkan kembali sebagai gema, menghasilkan pulsa listrik. Teknologi ini biasa dikenal dengan sensor USG.
Sebuah metode yang disebut ultrasonic spectrum attenuation analysis diusulkan untuk mendeteksi serangan hama pada kayu. Ini melibatkan penggunaan transduser piezoelektrik untuk menghasilkan dan menerima USG dalam sampel kayu. Hasilnya menunjukkan bahwa analisis spektral mempunyai potensi tinggi untuk mendeteksi kerusakan internal serangga dibandingkan metode konvensional lainnya.
Selain itu, transduser ultrasonik digunakan pada perangkat komersial seperti CLEANRTH Ultrasonic Bird Repeller, Ultrasonic Bird Control Device Ultrason X, dan BEATUNES Ultrasonic Animal Pest Repeller. Perangkat ini memancarkan gelombang ultrasonik untuk mengusir hama invertebrata, hewan pengerat, monyet, dan mamalia lain seperti kucing, anjing, sigung, dan tupai. Teknologi ultrasonik kemudian menemukan aplikasi serbaguna dalam pengujian non-destruktif, deteksi serangga, dan perangkat pengusir hama.
Laser doppler vibrometer (LDV): Perangkat yang menggunakan interferensi optik untuk mengukur getaran non-kontak suatu permukaan. Alat ini mengarahkan sinar laser ke permukaan dan mengekstrak amplitudo dan frekuensi getaran dari pergeseran doppler dari sinar yang dipantulkan. Alat ini dapat mendeteksi dan mengklasifikasikan serangga hama berdasarkan frekuensi kepakan sayap atau getaran yang terbawa substrat (gambar 1). Laser Doppler Vibrometer (LDV) beroperasi berdasarkan prinsip interferensi optik, memanfaatkan sinar laser yang diarahkan ke permukaan untuk mengukur getaran non-kontak. Amplitudo dan frekuensi getaran diekstraksi dari pergeseran Doppler sinar laser yang dipantulkan, menawarkan rentang frekuensi yang luas dan jarak kerja yang lebih panjang hingga beberapa meter.

Gambar 1. Pendekatan umum untuk mengembangkan metode baru untuk memanfaatkan efek perilaku getaran mekanis (3).
Serangga terutama berkomunikasi melalui sinyal ultrasonik dan getaran, memberikan peluang untuk memanipulasi sistem sensor akustik mereka untuk metode pengendalian hama yang inovatif. Strategi pengelolaan hama tradisional sering kali melibatkan permasalahan lingkungan dan organisme non-target yang terkait dengan pendekatan kimia. Perangkat akustik, yang beroperasi berdasarkan prinsip suara dan getaran, menawarkan alternatif yang tidak merusak dan ramah lingkungan. Perangkat ini berfungsi dalam bandwidth frekuensi yang tidak terdengar oleh manusia, sehingga menyebabkan gangguan minimal. Teknologi akustik, termasuk akselerometer, sensor piezoelektrik, dan mikrofon, berinteraksi dengan baik dengan berbagai substrat seperti tanah, kayu, dan butiran penyimpanan.
Salah satu keterbatasan dari banyak sensor akustik adalah ketidakmampuannya membedakan kebisingan latar belakang dan suara internal di dalam tanaman, sehingga memengaruhi identifikasi sinyal serangga secara tepat. Namun, kemajuan seperti sensor getaran optik telah mengatasi tantangan ini. Laser Doppler Vibrometer unggul dengan rentang frekuensinya yang luas dan jarak kerja yang lebih jauh, dapat mencapai beberapa meter. Perangkat akustik memberikan kemampuan untuk mendeteksi tahapan serangga hama tertentu, sehingga memungkinkan pengelolaan dini sebelum tanda-tanda serangan terlihat. Secara keseluruhan, teknologi akustik menghadirkan cara yang menjanjikan dan ramah lingkungan untuk deteksi dan pengelolaan hama di bidang pertanian.
Perangkat akustik yang ramah lingkungan menjadikannya komponen ideal dalam Pengendalian Hama Terpadu (IPM). Namun Terdapat tantangan penggunaan teknologi akustik dalam bidang pertanian seperti terbatasnya ketersediaan sumber energi yang kuat untuk memperluas jangkauan siaran yang dapat didengar dengan menggunakan speaker amplitudo tinggi. Selain itu, kesulitan dalam membedakan suara yang dihasilkan oleh spesies target dari kebisingan telah menghambat penggunaan perangkat akustik secara luas. Namun, kemajuan dalam teknologi cukup menjanjikan untuk meningkatkan akurasi deteksi. Meskipun terdapat kemajuan-kemajuan ini, biaya yang lebih tinggi terkait dengan penyiaran sinyal akustik di wilayah yang luas, dibandingkan dengan metode pengelolaan hama konvensional seperti pestisida kimia, telah menghambat pengembangan dan penerapan teknologi akustik di bidang pertanian secara umum.(2).
REFERENSI
Bhairavi, K. S., Bhattacharyya, B., Manpoong, N. S., Das, P. P. G., Devi, E. B., & Bhagawati, S. (2020). Recent advances in exploration of acoustic pest management: A review. J. Entomol. Zool. Stud, 8, 2056-2061.
Polajnar, J., Eriksson, A., Lucchi, A., Anfora, G., VirantāDoberlet, M., & Mazzoni, V. (2015). Manipulating behaviour with substrateāborne vibrations–potential for insect pest control. Pest Management Science, 71(1), 15-23.
SENTHILRAJA, N. (2021). ACADEMIA Letters A REVIEW ON USE OF BIOACOUSTICS FOR DETECTION, MONITORING AND MANAGEMENT OF INSECT PESTS.