Những khía cạnh cần lưu tâm trong nông nghiệp thông minh

Nông nghiệp thông minh - đó là việc tiến hành hoạt động nông nghiệp (trồng trọt, chăn nuôi và chế biến các sản phẩm) dựa trên việc đưa những công nghệ mới (các cảm biến, liên lạc và định vị vệtinh, drones, in ấn 3D, RFID, IoT, Big Data, AI, Blockchain, công nghệ sinh học, các hệ thống tự động hóa khác nhau,...) vào quá trình thu nhận sản phẩm nông nghiệp an toàn với mục tiêu tăng tối đa sản lượng và giảm chi phí sản xuất về mức tối thiểu, đồng thời bảo đảm được môi trường sinh thái tự nhiên thân thiện.

Dự kiến cuối năm 2026, thị trường nông nghiệp thông minh sẽ tăng 4 lần so với năm 2016 (doanh thu sẽ đạt trên 40 tỷ USD so với 10 tỷ USD). Sự tăng trưởng này sẽ dựa trên các giải pháp công nghệ vàc hiếm không ít hơn 50% tổng lao động nông nghiệp. Theo đánh giá sơ bộ, giai đoạn 2016 – 2026, nông nghiệp thông minh sẽ phát triển với tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm 11,5%. Lưu ý rằng, khi dân số tăng lên thì nhu cầu về thực phẩm cũng tăng theo; đồng thời, tỷ trọng lực lượng lao động sơ cấp (lao động nông nghiệp) ngày càng giảm. 

Cùng với yêu cầu về sản lượng lương thực/thực phẩm ngày càng tăng cao, nhu cầu quản lý hợp lý hơn đối với hoạt động chăn nuôi và việc tưới tiêu (tức là cung cấp thêm độ ẩm cho tài nguyên đất) cũng được đẩy mạnh. Ngành nông nghiệp đang tìm kiếm những giải pháp bền vững hơn để sản xuất cây trồng và vật nuôi chất lượng cao; đặc biệt, các công nghệ sinh học vàin ấn 3D cũng đang cónhững bước đi và thành tựu ngoạn mục trong việc sản xuất và chế biến lương thực/thực phẩm nhân tạo cho tương lai. 

Đồng thời, quan trọng là phải giảm thiểu chi phí và sử dụng tối ưu những nguồn lực công nghệ có sẵn, cũng như việc sản xuất và chế biến nông nghiệp phải đảm bảo an toàn về sản phẩm và môi trường sinh thái tựnhiên thân thiện. Vì vậy, nông nghiệp thông minh là cách tốt nhất để duy trì vànâng cao năng suất trên toàn thế giới.

Sự phát triển của nông nghiệp thông minh, dựa trên hai quan điểm cơ bản: một mặt, đó là việc sử dụng lượng thông tin lớn để ra các quyết định trong nông nghiệp nhằm gia tăng sản lượng vàlợi nhuận - nông nghiệp dữ liệu lớn (big data farming); mặt khác, nông nghiệp chính xác (precision agriculture) - việc theo dõi cẩn thận các động thái và hiệu chỉnh hiệu quả năng suất vật nuôi/cây trồng.

Dưới đây là những khía cạnh cần lưu tâm trong nông nghiệp thông minh trong những năm tới đây.

Sự phổ biến của IoT, phương tiện vận chuyển không người lái

Nông nghiệp thông minh bao gồm một số thành phần quan trọng. Nhà nông có thể sử dụng những ứng dụng di động để theo dõi và quản lý thu nhập, chi phí và các chỉ số khác từ xa. Ngoài năng suất, mục tiêu chính của nông nghiệp thông minh lànâng cao hiệu quả. Các cảm biến tại hiện trường đang chứng tỏ tính hữu dụng của chúng với tư cách là cả công nghệ phần cứng lẫn phần mềm. Định vị địa lý thông minh (GPS, Glonass, Galileo) làm cho các hoạt động nông nghiệp trởnên thông minh hơn. Telematics (từ ghép của telecommunication vài ndormatics, phương pháp truyền dữ liệu ở khoảng cách xa) được mở rộng bởi các công cụ và nền tảng tiên tiến để phân tích thông tin đang trở thành điểm chính của nông nghiệp thông minh. Những công nghệ này đang được cải thiện hàng ngày cho nên nông nghiệp thông minh ngày càng trở nên phát triển hơn.

Việc nhanh chóng ứng dụng Internet vạn vật (IoT) trong nông nghiệp sẽ là yếu tố quan trọng để đạt mục tiêu nâng cao hiệu quả của nông nghiệp thông minh. Theo BI Intelligence, hơn 75 triệu thiết bị IoT sẽ được triển khai trong nông nghiệp vào cuối năm 2020 (so với mốc 30 triệu vào năm 2015, mức tăng trưởng sẽ là 150%). Sự ra đời dần dần của các giải pháp công nghệ cho phép thu thập nhiều dữ liệu nông nghiệp hơn, góp phần tăng năng suất và hiệu quả. Chẳng hạn, John Deere là công ty hàng đầu thế giới về sản xuất máy móc nông nghiệp của Hoa Kỳ đã tích hợp các cảm biến IoT và các thành phần hỗ trợ giao diện web khác vào máy cày/mày kéo của mình làm cho chúng được kết nối phổ biến không kém thị trường xe hơi được kết nối.

Trong "trang trại liên kết", các Drone (máy bay không người lái) đã đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu thu hoạch và giám sát tổng thể trong những năm qua. Thực tế đó khẳng định sự phổ biến và lợi ích của Drone trong nông nghiệp thông minh. Chi phí tương đối rẻ và việc xử lý dễ dàng của các phương tiện vận chuyển tự lái khiến chúng trở thành chìa khóa cho nông nghiệp thông minh có sử dụng IoT. Chức năng cơ bản của Drone là thu nhận hình ảnh từ thực địa. Chúng không chỉ có thể tăng số lượng mà còn tăng độ chính xác của dữ liệu nông nghiệp, do đó việc ra quyết định trở nên sáng suốt và hợp lý hơn.

Bắc Mỹ vẫn dẫn đầu nhưng thị trường đang dịch chuyển

Tới năm 2026 thì thị trường nhượng quyền trong nông nghiệp của Bắc Mỹ sẽ tăng trưởng trung bình hàng năm khoảng 10% vàđạt mốc 16 tỷ USD (so với trị giá 5 tỷ USD đầu năm 2017) làm cho thị trường Bắc Mỹ trở thành thị trường dẫn đầu toàn cầu. Tuy nhiên, các thị trường châu Á - Thái Bình Dương (chưa tính Nhật Bản) sẽ dần chiếm lĩnh thị trường và vươn lên dẫn đầu thị trường với tốc độ tăng trưởng trung bình hàng năm là13,7%. Tại Mỹ Latinh, nông nghiệp công nghệ sẽ tăng trưởng với tốc độ hơn 12%. Nông nghiệp thông minh đang phát triển nhanh chóng theo các tiêu chuẩn ngày càng cao ởcác nước châu Âu, Trung Đông và châu Phi.

Quản lý tưới tiêu thông minh và các hệ thống tự động hóa

Beecham Research cho biết ngành nông nghiệp hiện tiêu thụ khoảng 70% tổng lượng nước ngọt trên toàn thế giới. Vì thế việc tối ưu hóa quản lý công nghệ tưới tiêu và giảm thất thoát nước có tầm quan trọng to lớn. Theo OnFarm, nông nghiệp thông minh sẽ giúp giảm 8% tổng lượng nước tưới tiêu và giảm đáng kể chi phí năng lượng. Việc giảm chi phí cho phân bón cũng đã đạt được nhiều tiến bộ; tính trung bình, nhờnông nghiệp thông minh mà sản lượng sẽ tăng gần 2% và dự kiến sẽ tiếp tục tăng trong 8 - 10 năm tới.

Dự báo sẽ có sựgia tăng mức phổ biến của các hệ thống tự động hóa và công nghệ cho nông nghiệp thông minh trên toàn thế giới. Đặc biệt, hệ thống Kỹ thuật xử lý với định lượng thay đổi (VRT) và các máy thu định vị GPS sẽ hỗ trợ tăng trưởng của ngành này. Các hệ thống ra quyết định và hướng dẫn thông minh sẽ là nhu cầu không kém quan trọng đối với nhà nông. Việc sử dụng các thiết bị tiên tiến trên đất nông nghiệp sẽ giảm thiểu chi phí, nâng cao chất lượng và sản lượng. Theo các chuyên gia trong lĩnh vực công nghệ, việc liên tục cải tiến các tiêu chuẩn cho hệ thống điều khiển và tựđộng hóa luôn đóng vai trò sống còn đối với sự phát triển của nông nghiệp thông minh.

Tăng trưởng đầu tư

Những lợi thế rõ ràng của nông nghiệp thông minh giải thích cho sự quan tâm ngày càng tăng của các nhà đầu tư, chẳng hạn như CropX (công ty Công nghệ nông trại thông minh của Hoa Kỳ) đã đầu tư vào Lab IX vàRobert Bosch Venture Capital GmbH. Nhiều nhà sản xuất cảm biến nổi tiếng phát triển những chương trình và thiết bị theo dõi tùy chỉnh để đáp ứng các thông số kỹ thuật, kích thước và yêu cầu chính xác theo từng vị trícụ thể.

 Ví dụ đáng chú ý về quan hệ đối tác chuyên nghiệp cao giữa các công ty khác nhau cùng tham gia vào chuỗi phát triển nông nghiệp thông minh tổng thể đó là hợp tác giữa Trimble Navigation và Avidor High Tech France, Precision AG và Agrinetix. Các tập đoàn sẵn sàng đầu tư phát triển công nghệnông nghiệp khi biết rằng thu nhập có thể sẽ cao hơn nhiều lần.

Các hệ sinh thái nông nghiệp thông minh

Người tiêu dùng các công nghệ thông minh trong nông nghiệp đương nhiên là nhà nông và các nhàquản lý nông nghiệp. Các nhà cung cấp công nghệ sẽ là "bên cung ứng", họ chịu trách nhiệm phát triển những phần mềm sáng tạo hoặc ứng dụng di động, những công cụ M2M, cảm biến và thiết bị theo dõi, những kênh liên lạc, công cụ phân tích dữ liệu và các giải pháp thông minh khác cho người tiêu dùng. Cùng tham gia hệ sinh thái nông nghiệp thông minh là các nhà sản xuất có liên quan (chẳng hạn John Deere - cung cấp máy cày/máy kéo, máy liên hợp và máy bơm phun), cũng như "những bên có ảnh hưởng" (có thể ảnh hưởng đến việc ra quyết định, bao gồm cả định giá).

Với tiến bộ của công nghệ, nông nghiệp thông minh ngày càng trở nên đa dạng hơn. Gần đây, rất đông đại diện của nhiều ngành khác nhau (bán lẻ, tài chính, công nghiệp hóa chất, cơ khí,...) đã tham gia vào hệ sinh thái. Có thể kể đến việc nông nghiệp theo chiều dọc, trong nhà kính đang mang lại những cơ hội tối ưu cho nông nghiệp chính xác. Đồng thời, sựra đời của các công nghệ thông minh đã bắt đầu có kết quả trong ngành thủy sản. Theo dõi sự di cư của thủy sản và chọn điểm đánh bắt tốt nhất, phân tích mẫu thức ăn và phát hiện những bệnh lý có thể xảy ra hiện có thể được thực hiện bằng các thiết bị kỹ thuật tiên tiến, màn hình hoặc cảm biến định vị GPS. Các ngành khác thể hiện việc sử dụng IoT mạnh mẽ đó là quản lý chăn nuôi, các phương tiện vận chuyển nông nghiệp và ngành sữa.

Những trở ngại cho sự phát triển

Bất chấp những lợi thế, nông nghiệp thông minh hiện vẫn còn trong quá trình ban đầu. Báo cáo của Trimble cho thấy, cứ 4 trang trại trên thế giới thì chỉ có 1 trang trại sử dụng việc thu thập dữliệu cơ bản. Tại Hoa Kỳ, các phương pháp nông nghiệp chính xác thực sự được triển khai ở ít hơn 40% các ruộng ngô. Yếu tố tài chính là một trở ngại đáng kể (việc tạo ra cơ sởhạ tầng cần thiết đòi hỏi nhà nông phải đầu tư ban đầu đáng kể). 

Ngoài ra, vấn đề bảo mật dữ liệu không rõ ràng, tác động của chính sách và thời tiết đối với nông nghiệp nói chung là điều đáng quan tâm. Vùng phủ sóng của mạng băng thông rộng và không dây không phải lúc nào cũng phủ đồng đều ở các vùng nông thôn, trong khi nhiều cài đặt phần mềm chuyên dụng hơn đã hiện hữu. Việc can thiệp vào cài đặt cảm biến, thu thập dữliệu và các tiêu chuẩn di động đang buộc nhà nông dân phải cảnh giác với việc áp dụng nông nghiệp thông minh. 

Ngoài ra, việc cài đặt IoT tại trang trại có thể bị phân mảnh. Tuy nhiên, các giải pháp sẽ ngày càng hoàn thiện theo thời gian và hầu hết các vấn đề này sẽ được giải quyết.

Do việc sử dụng IoT đang nhanh chóng trở nên phổ biến, các chủ trang trại sẽ tiếp cận và hiện thực hóa "trí tuệ" này trong thực hành nông nghiệp hàng ngày của họ (ví dụ như máy cày/máy kéo hoặc hệ thống tưới tiêu). Sự hợp tác giữa Dacom và Orange Business Services đã cho thấy rằng các nhà khai thác di động hàng đầu có nguồn lực đáng kể để hợp tác với các nhà sản xuất thiết bị nông nghiệp. Tương tự như vậy, chủ sở hữu nền tảng M2M có thể đạt được các thỏa thuận đôi bên cùng có lợi với các nhà sản xuất cảm biến (do tầm quan trọng của SIM nhúng trong cảm biến sẽ được sử dụng ởcác vùng nông thôn). Trong tương lai gần, phân khúc thị trường phần cứng và phần mềm sẽ trở nên đa dạng hơn. Điều này cuối cùng sẽ dẫn đến tăng năng suất, tính bền vững, độ tin cậy và tối ưu hóa nông nghiệp.

Dự án Internet of Food and Farm 2020 (IoF2020) đã được khởi động để đẩy nhanh việc áp dụng các tiêu chuẩn và thực tiễn IoT trong nông nghiệp và thúc đẩy sự phát triển chung của nông nghiệp thông minh ở châu Âu. Dựán quy tụ các đại diện của 19 ngành công nghiệp, bao gồm sản xuất nông nghiệp, sản xuất thịt, rau, trái cây và trang trại bò sữa.

Việc sử dụng công nghệ trong nông nghiệp không phải là vấn đề mới mẻ. Máy cày/máy kéo cơ khí và phân bón hóa học đầu tiên có từ thế kỷ 19, còn vệ tinh đã được sử dụng cho nông nghiệp từ nửa sau thế kỷ 20. Cảm biến GPS đã được tích hợp vào máy cày/máy kéo John Deere từ năm 2001. Các công cụ và dịch vụ giao diện web ngày càng trở nên phổ biến hơn và mối quan tâm đến IoT đang ở mức cao nhất mọi thời đại. 

Những phương pháp làm nông truyền thống sẽ không theo kịp với nhu cầu lương thực đang ngày càng gia tăng, đó là lý do tại sao nhà nông ngày càng chuyển sang nông nghiệp thông minh. Dường như nông nghiệp thông minh là ngành duy nhất có khả năng phát triển bền vững trong tương lai. Kết hợp với những giải pháp đô thị thông minh mở rộng (được hiểu là dành cho những khu vực quần cư của những công dân khu vực chuyên làm nông nghiệp) thì có thể tin rằng nông thôn hiện đại của thế giới chính là những nơi đáng sống của loài người.

Tài liệu tham khảo

1. htpp://bkaii.com.vn

2. Future market insights 2016

3. http://www.libelium.com/libeliumworld/agriculture/

4. https://www.businessinsider.com/smart-farming-iot-agriculture

5. https://intetics.com/blog/smart-agriculture-2020-and-beyond

6. https://www.gigabyte.com/Solutions/AI-AIoT/smart-agriculture

7. https://thingsboard.io/smart-farming/

8. https://www.bosch.com/stories/smart-agriculture/

9. https://internetofthingsagenda.techtarget.com/definition/smart-farming

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