Những đột phá mới của công nghệ nông nghiệp chính xác

Những công nghệ này làm tăng khả năng sử dụng nước, thuốc trừ sâu, chất dinh dưỡng ở mức độ cần thiết với số lượng chính xác. Độ chính xác như vậy nghĩa là đầu vào ít hơn, tài nguyên ít lãng phí hơn, tiêu thụ năng lượng ít hơn, tác động môi trường ít hơn và lượng khí thải GHG ít hơn, cải thiện năng suất trang trại và giảm thiểu tác động của đất đai.

Các hình thức nông nghiệp chính xác khác nhau có thể giúp nông dân có được dữ liệu lớn, cải thiện sự hiểu biết về cây trồng, tự động hóa nhiệm vụ, tăng tính chính xác cho các hoạt động nhất định, tăng năng suất, giảm lãng phí, tiết kiệm thời gian, cắt giảm chi phí.

AI tạo bước đột phá trong nông nghiệp chính xác

Canh tác chính xác đang được mở rộng trên toàn cầu, sử dụng robot tiên tiến và trí tuệ nhân tạo (AI) có thể nắm giữ chìa khóa cho sự hồi sinh nông nghiệp của một quốc gia.

Công nghệ AI hỗ trợ cây trồng tăng trưởng khỏe mạnh, tổ chức dữ liệu đầu vào trang trại, kiểm soát thâm nhập dịch côn trùng, khảo sát nông trại, theo dõi đất, theo dõi điều kiện sinh trưởng cây trồng, vật nuôi hỗ trợ công việc trang trại và thậm chí cải thiện hiệu quả một số quy trình nông nghiệp trong chuỗi cung ứng thực phẩm.

Trong tương lai, nông nghiệp thế giới có thể đạt đến trình độ chỉ có máy móc mà không cần lao động thủ công, trong đó AI sẽ phân tích dữ liệu vệ tinh, khí tượng và các dữ liệu liên quan để máy nông nghiệp có thể vận hành tự động. Trước khi đến với AI, hầu hết sản xuất nông nghiệp phụ thuộc rất nhiều vào việc sử dụng diện tích đất rộng lớn để sản xuất lương thực và các sản phẩm nông nghiệp khác. Phương pháp canh tác truyền thống cần nhiều đầu vào như phân bón, thuốc trừ sâu và khối lượng công việc lớn dành cho việc chăm sóc, theo dõi mùa màng, làm đất, máy móc hạng nặng và nhiều yếu tố khác. Quy trình truyền thống đã tồn tại hàng ngàn năm lại làm tăng tỷ lệ ô nhiễm môi trường, tốn kém, không thể phục vụ cho nhu cầu ngày càng tăng của dân số vì các khu vực đất trồng trọt sẽ sớm bị chiếm dụng.

Báo cáo nghiên cứu mới nhất về thị trường nông nghiệp của MarketsandMarkets cho hay, AI trong nông nghiệp ước tính đạt 1 tỷ đô la năm 2020, 4 tỷ đô la năm 2026.

Nông nghiệp chính xác dựa trên AI mang lại hiệu quả và an toàn, sử dụng dữ liệu trang trại để tính toán chính xác thời tiết, giảm thiểu sức lực lao động trong khi thúc đẩy tăng trưởng hữu cơ và thực phẩm không có thuốc trừ sâu, ở cấp độ toàn cầu. AI có thể phát hiện các chất dinh dưỡng trên đất nông nghiệp, dự đoán sự bùng phát dịch bệnh có thể có ở cả thực vật và động vật, phát hiện cỏ dại, quyết định loại thuốc diệt cỏ tốt nhất, khắc phục sự lạm dụng quá mức thuốc diệt cỏ và thuốc trừ sâu, kiểm soát ô nhiễm và tăng an toàn cho cây trồng.

Với AI, việc phụ thuộc thời tiết là không còn, người nông dân có thể dự đoán chính xác điều kiện khí hậu trước vài tháng và quyết định sẽ làm gì. Các quy trình dựa trên AI như thuật toán học sâu và tầm nhìn máy tính có thể thu nhập dữ liệu trang trại từ máy bay không người lái UAV (Unmanned Aerial Vehicle) để kiểm tra trang trại.

AI thúc đẩy sản xuất, hoạt động bài bản theo quy trình và đóng gói thực phẩm hữu cơ một cách vệ sinh. Máy tự động có thể thực hiện các nhiệm vụ trang trại mà không cần sự can thiệp của con người, do đó làm giảm khả năng lây nhiễm chéo và các bệnh truyền qua thực phẩm. Các hệ thống này có thể chạy kiểm tra theo lịch trình, phân tích dữ liệu để có năng suất tốt hơn. Robot nông nghiệp được sử dụng cho nhiều nhiệm vụ khác nhau một cách thông minh.

Công nghệ máy nông nghiệp trở nên chính xác hơn

Các nhà máy sản xuất nông nghiệp lớn đang dần bước vào không gian quản lý trang trại thông minh. Các sản phẩm máy của John Deere - tập đoàn sản xuất máy hàng đầu của Mỹ đạt trình độ cao, hội tụ kết nối các giải pháp Big Data bao gồm JDLink, AgLogic - quản lý tổng thể, Sentera - quản lý dữ liệu máy bay không người lái, Greenstar 3 - lập bản đồ năng suất, JD kết nối thực địa - giám sát đất, Seedstar Mobile - giám sát hạt giống và HarvestLab - giám sát chất lượng.

Kubota là một nhà sản xuất của Nhật Bản đã đầu tư đáng kể vào nông nghiệp chính xác. Dân số già hóa của Nhật Bản đã thúc giục công ty tập trung mạnh mẽ vào tự động hóa và tự chủ. Loại máy kéo nhỏ của Kubota hoạt động trong phạm vi linh hoạt, giảm tải sức lực điều khiển máy. Sản phẩm "Raku Vest" - cánh tay cơ học hỗ trợ cho thu hoạch nho cũng là phương cách làm giảm căng thẳng công việc của trang trại.

Nhiều hãng sản xuất máy nông nghiệp lớn của Nhật đã rót nguồn lực vào việc phát triển thiết bị mới. Chính phủ Nhật Bản đang lên kế hoạch thử nghiệm máy kéo tự lái và các công nghệ khác tại 50 trang trại vào năm 2020. Tháng 1/2019, tổ chức Nghiên cứu Lương thực và Nông nghiệp quốc gia có trụ sở tại Tsukuba, tỉnh Ibaraki công bố máy kéo robot mới, không người lái do con người điều khiển. Chuyển động của máy kéo có thể được theo dõi trên màn hình, cho phép người điều khiển có thể vận hành hai máy kéo cùng một lúc. Kubota đã bắt đầu thử nghiệm tiếp thị một máy cày trên cả ruộng ướt và khô, sử dụng dữ liệu vệ tinh để di chuyển tự động ở mức độ chính xác cao, chỉ với một vài cm lỗi.

Hãng sản xuất ô tô Bosch hợp tác với các công ty khởi nghiệp để phát triển giải pháp dựa trên cảm biến cho nông nghiệp như công nghệ cảm biến theo dõi độ ẩm của đất và thời tiết, hệ thống dự báo bệnh cho các ứng dụng nhà kính, cảm biến không dây để tối ưu kế hoạch thủy lợi, robot trang trại tự quản lý (Bonirob) để quản lý cỏ dại. Bosch cũng hợp tác với Bayer để phát triển các giải pháp phun thông minh cho kiểm soát cỏ dại.

Nông nghiệp chính xác chính là lĩnh vực ứng dụng mới sử dụng công nghệ đột phá IoT, học máy và thị giác máy, thành công chuyển từ khoa học tốt sang thực hành tốt và hiện 70 - 80% thiết bị nông nghiệp mới tung ra thị trường đều có một số thành phần nông nghiệp chính xác bên trong.

Không ngạc nhiên khi các thương hiệu lớn về công nghệ cũng bắt tay vào cuộc để giúp cho nông nghiệp ngày một tân tiến hơn. Microsoft phát hành nền tảng beta gọi là "FarmBeats" dự định sẽ là "hệ thống ống nước cơ bản" của nông nghiệp chính xác. FarmBeats giải quyết vấn đề kết nối nông trại bằng sử dụng khoảng trắng TV (tần số của các kênh TV không được sử dụng) để kết nối trang trại với đám mây. Dựa trên nền tảng Azure, FarmBeats sử dụng bộ thuật toán, bao gồm kết hợp cảm biến, học máy, điện toán biên được các nhà phát triển ứng dụng tiếp cận dễ dàng thông qua API - ứng dụng giao diện lập trình. 

Hơn nữa, Microsoft đang xây dựng một kho lưu trữ dữ liệu có sẵn công khai và cung cấp dữ liệu này cho các thành viên trong hệ sinh thái mở của mình. Dữ liệu thành viên vẫn là tài sản của nhà phát triển ứng dụng hoặc của nông dân. Có thể hiểu, cách tiếp cận sáng tạo này gây được tiếng vang tốt trong cộng đồng nông nghiệp chính xác.

Alibaba cũng nhảy vào sân chơi với "ET Agricultural Brain" - một chương trình AI sử dụng nhận diện, nhiệt độ và giọng nóiđể đánh giá sức khỏe của từng con heo cũng như nhận biết một con heo đang mang thai thông qua tư thế ngủ, đứng, thói quen ăn; đồng thời phát hiện con heo bị bệnh, phòng ngừa các tai nạn có thể xảy ra. Trang trại nuôi heo sử dụng AI có thể giảm chi phí lao động từ 30 - 50%, giảm nhu cầu thức ăn, rút ngắn thời gian sống của lợn từ 5 - 8 ngày bằng cách tối ưu điều kiện tăng trưởng. Chương trình "ET Agricultural Brain" của Alibaba đã được một số trang trại hàng đầu tại Trung Quốc đồng ý áp dụng. Và nếu có thể triển khai hệ thống này cho tất cả các trang trại trên toàn quốc, Trung Quốc có thể tiết kiệm 7,5 tỷ đô la.

Các công ty công nghệ như Trimble và Topcon tập trung đưa các giải pháp "dịch vụ đầy đủ" ra thị trường. Dựa trên quy mô đáng kể trong các ngành công nghiệp khác nhau, những công ty này cung cấp các gói phần cứng và phần mềm hoàn chỉnh cho các giải pháp tự quản, nông nghiệp chính xác và quản lý trang trải tổng thể.

Ngay bây giờ, một bộ phận công nghệ và sinh học - từ cảm biến, trí tuệ nhân tạo và Big Data đến công nghệ sinh học và robot - đang được các startup sử dụng để tăng nguồn cung cấp thực phẩm toàn cầu. Ví dụ các hệ thống Hortau tăng hiệu quả tưới tiêu thông qua giám sát thông minh. Phytech đang tối ưu hóa sản xuất cây trồng với "IoT trồng cây" - thiết bị thông minh gửi cảnh báo mã màu đơn giản đến điện thoại thông minh với các khuyến nghị cụ thể. Trong khi đó, CropX có trụ sở tại Israel sử dụng phần cứng và phần mềm để đo độ ẩm, mức độ dinh dưỡng và nhiệt độ của đất, cho phép nông dân tiết kiệm nước.

IoT - Công nghệ tiết kiệm nguồn lực và giảm thiểu chi phí

IoT có thể giúp các trang trại trở nên chính xác hơn thông qua ứng dụng bản đồ hiện trường, giám sát cây trồng, bản đồ năng suất và xác định chính xác số lượng đầu vào được áp dụng trên cánh đồng. Một trong những lợi thế của phương pháp này là khả năng tạo ra kế hoạch canh tác thân thiện với môi trường, từ đó giảm chi phí và tăng năng suất.

Phát triển IoT đang mở ra những con đường chưa từng có. Nông dân có thể quản lý hầu hết các chi tiết của công việc hàng ngày trên mảnh đất của họ: độ ẩm, mức độ dinh dưỡng, hàm lượng axit, sâu bệnh và mô hình thời tiết. Nông dân cũng có thể theo dõi chi tiết sức khỏe, chế độ chăm sóc, di chuyển của vật nuôi. Các cảm biến có thể ngay lập tức thông báo cho nông dân khi động vật bị bệnh hoặc bắt đầu sinh con. Và phân tích dự đoán cảnh báo người nông dân về những thay đối sức khỏe của cả động vật và cây trồng.

Những tiến bộ này rất cần thiết ở Úc. Khoảng 7% tổng số bò trong cả nước, tương đương 450.000 con chết sớm mỗi năm sẽ gây khoản lỗ 700 triệu đô la doanh thu. Nông dân đã cải thiện 20% năng suất của gia súc bằng cách đặt máy theo dõi cảm biến chuyển động trên bò của họ. Smart Paddock, một công ty khởi nghiệp ở Úc, đang sử dụng IoT để theo dõi bệnh tật và chỉ số sức khỏe vật nuôi, giúp giảm một số lượng lớn gia súc tử vong.

Nông nghiệp chính xác hay canh tác chính xác có thể được xem là biểu hiện tốt nhất của IoT trong nông nghiệp. IoT giúp cho thực hành canh tác chính xác hơn và được kiểm soát bằng cách hiện thực hóa các ứng dụng canh tác thông minh như giám sát chăn nuôi, theo dõi máy móc nông nghiệp, quan sát thực địa, giám sát hàng tồn kho. Mục tiêu của canh tác chính xác là phân tích dữ liệu, được tạo ra thông qua các cảm biến để có phản ứng tương ứng. Nông nghiệp chính xác giúp nông dân tạo dữ liệu với sự trợ giúp của các cảm biến và phân tích thông tin đó để đưa ra quyết định thông minh và nhanh chóng.

Các ứng dụng trên máy tính và điện thoại di động thông minh như Tractor Tracker có thể lưu trữ hồ sơ về bảo trì và phục vụ thiết bị nông trại, cung cấp hình ảnh cập nhật về các bệnh cây trồng khác nhau. Các ứng dụng trên máy tính và di động cho phép nông dân lưu trữ thông tin có tổ chức và có thể truy cập để họ có thể dễ dàng sử dụng dữ liệu đó nhằm đưa ra quyết định sáng suốt.

Kiểm tra đất là khâu không phải mới mẻ nhưng sử dụng hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global Positioning System) để khoanh vùng một khu đất, tìm hiểu điều kiện đất là một tiến bộ trong thời gian gần đây. Lấy mẫu đất GPS cho phép nông dân chỉ định các khu trồng trọt dựa trên độ pH, độ ẩm, dinh dưỡng, độ cao. Nông dân có thể sử dụng các bản đồ năng suất này để xác định cách họ sẽ tưới nước và bón phân, cũng như nơi họ sẽ trồng một số cây trồng nhất định. Theo các nhà nghiên cứu, lập bản đồ năng suất đất, được sử dụng độc lập hoặc với công nghệ biến đổi mức độ VRT (Variable Rate Technology) - một công cụ của IoT trong nông nghiệp, được xác định là có mức tiết kiệm cao nhất trong số các công nghệ dùng cho nông nghiệp chính xác. Nông dân Mỹ đã có thể tiết kiệm khoảng 25 đô la cho mỗi mẫu. Bản đồ năng suất cung cấp thông tin về các điều kiện phát triển suốt cả năm, phản ánh năng suất trên các cánh đồng, cung cấp thông tin hữu ích về hiệu quả của các hoạt động gần nhất, với khoản tiết kiệm từ công nghệ ước tính gần gấp đôi so với 13 đô la mỗi mẫu từ lập bản đồ đất với GPS.

Các nhà nghiên cứu tìm thấy hiệu ứng tiết kiệm chi phí tương tự khi VRT được sử dụng đồng thời với lập bản đồ đất. VRT với ánh xạ năng suất có mức tiết kiệm trên mỗi mẫu Anh cao hơn một chút so với VRT với bản đồ đất, tức khoảng 22 đô la so với 21 đô la. Các hệ thống hướng dẫn sử dụng GPS, yêu cầu máy kéo và phần cứng cơ khí khác, tiết kiệm trên mỗi mẫu Anh cao hơn GPS lập bản đồ đất với 15 đô la mỗi mẫu.

VRT mô tả bất kỳ công nghệ nào cho phép các nhà sản xuất thay đổi tỷ lệ đầu vào của cây trồng. VRT kết hợp hệ thống điều khiển VR với thiết bị ứng dụng để áp dụng đầu vào tại một thời điểm và vị trí chính xác để đạt được tỷ lệ ứng dụng cụ thể của đầu vào. Có các ứng dụng VRT cảm biến đất, VRT phân bón, VRT giám sát năng suất, VRT hóa chất bảo vệ cây trồng, VRT thủy lợi.

Khi có hàng trăm hoặc hàng ngàn con bò, cừu, ngựa, công nghệ như nhận dạng qua tần số vô tuyến điện RFID (Radio Frequency Identification) và GPS có thể đơn giản hóa mọi thứ rất nhanh. Thêm máy bay không người lái, công nghệ lập bản đồ địa lý, người nông dân đã có một trang trại hiện đại hóa và thông minh.

Máy bay không người lái - "người trinh sát"

Máy bay không người lái là phương pháp xác định các yếu tố có thể gây áp lực cho cây trồng tại một thời điểm cụ thể để ước tính lượng ẩm trong đất. Bằng cách cung cấp hình ảnh, máy bay không người lái giúp người nông dân đưa ra quyết định chính xác hơn.

Theo báo cáo của Global Market Insights, đầu tư vào các thiết bị công nghệ sẽ trở thành xu hướng quan trọng giai đoạn 2019 - 2025. Đến năm 2025, độ phủ sóng của các thiết bị cài đặt có thể lên tới 70%, bao gồm cảm biến, điện thoại thông minh, máy ảnh, UAV. Trong đó 18% thiết bị cảm biến sẽ chiếm lĩnh thị trường công nghệ nông nghiệp. Còn UAV cũng có thể được xem là "vũ khí tối thượng" của nông nghiệp tương lai. Khi trang trại, nông trường đạt đến độ quy mô lớn, UAV phát huy và chứng minh được hiệu quả trong việc quản lý chính xác cho một quy trình hoàn hảo: tạo bản đồ chính xác để phân tích đất đầu chu kỳ, giúp định hướng mô hình gieo hạt, xác định tưới tiêu; UAV giám sát cây trồng theo thời gian thực ở mức chính xác và hiệu quả hơn nhiều so với hình ảnh vệ tinh, theo dõi chất dinh dưỡng, độ ẩm và sức sống tổng thể của cây trồng và ước tính năng suất; UAV được trang bị cảm biến siêu phổ, cảm biến nhiệt để xác định các khu vực tưới tiêu, tính toán chỉ số sức khỏe, đo nhiệt cây trồng; quét cây trồng bằng ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại, xác định cây bị nhiễm khuẩn hoặc nấm, ngăn chặn ngay bệnh lây lan sang cây trồng khác, đo lường sâu bệnh, cỏ dại, nước thành các chỉ số phù hợp để xử lý cụ thể.

Nông nghiệp chính xác là sự phản ánh hoàn hảo nhất của sự phát triển đột phá trong lĩnh vực công nghệ nông nghiệp. Và thế giới vẫn chỉ đang ở thời kỳ đầu của lĩnh vực này. Mỗi ngày công nghệ mới được tung ra thị trường và được chào đón với vòng tay rộng mở của những người nông dân ham học hỏi trên khắp thế giới. Những tích hợp cộng hưởng đó chắc chắn sẽ giúp cho những hoạt động trang trại, nông nghiệp hoàn toàn tự động và không phải giám sát trong tương lai.

Tài liệu tham khảo

https://agriculture.trimble.com

https://www.forbes.com

https://www.foodbusinessnews.net

https://www.biz4intellia.com

https://www.dogtownmedia.com

(Bài đăng ấn phẩm in Tạp chí TT&TT Số 9+10 tháng 8/2020)