Những ứng dụng và lợi ích của Internet vạn vật trong nông nghiệp

Theo Liên hợp quốc, dân số thế giới sẽ đạt 9,7 tỷ người vào năm 2050, dẫn đến sản lượng nông nghiệp toàn cầu tăng 69% từ năm 2010 đến năm 2050. Do nhu cầu như vậy, nông dân và các công ty nông nghiệp đang chuyển sang ứng dụng dựa trên IoT để phân tích và tăng năng lực sản xuất.

Chúng ta đang chứng kiến mức độ áp dụng công nghệ chưa từng có trong nông nghiệp. Nhiều công nghệ nông nghiệp sắp ra mắt dường như rất hứa hẹn cho tương lai của ngành nông nghiệp. IoT ban đầu được coi là một công nghệ nông nghiệp mới nổi, nhưng hiện tại nó đã trở thành xu hướng chủ đạo do được sử dụng rộng rãi. Theo định nghĩa cơ bản nhất, IoT trong nông nghiệp đơn giản là sử dụng Internet để điều khiển mọi thứ.

IoT là gì?

Trong những năm gần đây, IoT đã nổi lên như một trong những công nghệ quan trọng nhất của thế kỷ 21. Giờ đây, nhờ khả năng kết nối các vật dụng thông thường với internet thông qua các thiết bị nhúng, bao gồm các thiết bị nhà bếp, phương tiện giao thông, bộ điều nhiệt và máy theo dõi trẻ em, thì việc liên lạc liền mạch giữa con người, quy trình và vạn vật trở nên khả thi.

Ảnh minh họa.

Nhờ máy tính giá rẻ, điện toán đám mây, dữ liệu lớn, phân tích và công nghệ di động, các vật thể vật lý có thể chia sẻ và thu thập dữ liệu với sự tương tác của con người ở mức tối thiểu. Trong môi trường siêu kết nối này, các hệ thống kỹ thuật số có thể ghi lại, giám sát và thay đổi mọi tương tác giữa các thực thể được kết nối. Thế giới vật lý gặp gỡ thế giới kỹ thuật số và chúng hợp tác với nhau.

IoT kết nối thế giới kỹ thuật số và vật lý thông qua một loạt các công nghệ. Các cảm biến, có thể theo dõi các thứ như nhiệt độ hoặc chuyển động, hoặc bất kỳ thay đổi nào trong môi trường, được nhúng vào các vật thể vật lý, cũng giống như các bộ truyền động, nhận tín hiệu từ cảm biến và sau đó thực hiện một hành động nào đó để phản ứng với những thay đổi đó.

Cảm biến và bộ truyền động giao tiếp với các hệ thống máy tính có thể giám sát hoặc quản lý tình trạng và hoạt động của các đối tượng và máy móc được liên kết thông qua mạng có dây (ví dụ: Ethernet) hoặc không dây (ví dụ: WiFi, di động).

Đối tượng được giám sát bởi IoT không chỉ giới hạn ở đồ vật do con người tạo ra mà còn có thể là các vật thể tự nhiên, con người và động vật. Kết nối liên tục do IoT mang lại, khi kết hợp với dữ liệu và phân tích, mở ra những lựa chọn mới cho các doanh nghiệp để tạo ra sản phẩm và dịch vụ, đồng thời tăng hiệu quả hoạt động. Thật vậy, kể từ những năm 2010, IoT đã nổi lên như một trong những phát triển quan trọng nhất trong quá trình chuyển đổi số của doanh nghiệp và nền kinh tế.

Ứng dụng IoT trong nông nghiệp

Giải pháp nông nghiệp thông minh IoT được thiết kế để hỗ trợ giám sát đồng ruộng bằng cách sử dụng cảm biến và tự động hóa hệ thống tưới tiêu. Do đó, nông dân và các doanh nghiệp liên kết có thể dễ dàng theo dõi điều kiện đồng ruộng từ bất kỳ vị trí nào.

Sau đây là những ứng dụng khác nhau của IoT trong nông nghiệp:

1. Nông nghiệp và Rô-bốt

Kể từ cuộc cách mạng công nghiệp vào những năm 1800, tự động hóa đã được cải thiện để thực hiện các nhiệm vụ ngày càng phức tạp và nâng cao năng suất. Với nhu cầu lao động ngày càng tăng và khủng hoảng lao động toàn cầu, rô-bốt nông nghiệp, còn được gọi là Agribots, đang ngày càng được nông dân ưa chuộng.

Chỉ riêng tại Mỹ, sản lượng nông nghiệp đã giảm ước tính 3,1 tỷ USD mỗi năm do hạn chế về lao động. Rô-bốt nông nghiệp đã trở nên nổi bật nhờ những đột phá gần đây trong công nghệ cảm biến và trí tuệ nhân tạo (AI), cho phép máy móc đào tạo trên môi trường của chúng. Chúng ta vẫn đang trong giai đoạn đầu của một cuộc cách mạng rô-bốt nông nghiệp, tận dụng toàn bộ tiềm năng của IoT trong nông nghiệp, với hầu hết các sản phẩm vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm và phát triển.

2. Cảm biến trong nông nghiệp

Ngày nay, nông dân sử dụng cảm biến, điện thoại thông minh và máy bay không người lái để phân tích sâu về địa hình và tài nguyên tại vị trí dự định. Các cảm biến nông nghiệp thông minh được đặt khắp cánh đồng để thu thập và truyền dữ liệu về các yếu tố môi trường khác nhau lên đám mây. Điều này cung cấp thông tin chính xác về chất lượng đất, nhiệt độ và các khía cạnh khác.

3. Máy bay không người lái trong nông nghiệp

Máy bay không người lái (drone) đang được sử dụng trong nông nghiệp để cải thiện và tối ưu hóa nhiều hoạt động canh tác khác nhau như giám sát mùa màng, phun thuốc trừ sâu, phân tích đất và lập bản đồ. Thực tế, nông nghiệp là một trong những ngành tiên phong ứng dụng máy bay không người lái. Drone được trang bị cảm biến và camera để chụp ảnh, lập bản đồ và khảo sát các trang trại. Chúng bao gồm cả drone mặt đất và drone bay trên không.

Drone mặt đất là rô-bốt di động khảo sát các cánh đồng. Trong khi đó, drone trên không là rô-bốt bay còn được gọi là phương tiện bay không người lái (UAV) hoặc hệ thống máy bay không người lái (UAS). Drone có thể được điều khiển từ xa hoặc tự động thông qua các kế hoạch bay được kiểm soát bằng phần mềm trong hệ thống nhúng của chúng, hoạt động phối hợp với cảm biến và GPS. Dữ liệu từ drone có thể cung cấp thông tin về sức khỏe mùa màng, tưới tiêu, phun thuốc, gieo trồng và đất đai.

4. Nhà kính thông minh

Nhà kính thông minh có khả năng tự động điều chỉnh các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, tưới nước và ánh sáng. Điều này có thể được thực hiện từ xa bằng cách sử dụng IoT và các thiết bị kết nối, tạo ra môi trường không có sâu bệnh và thân thiện với cây trồng.

5. Hình ảnh máy tính trong nông nghiệp

Hình ảnh máy tính là việc sử dụng camera cảm biến đặt khắp trang trại hoặc máy bay không người lái được trang bị camera để chụp ảnh phục vụ xử lý ảnh kỹ thuật số. Nguyên tắc cơ bản của xử lý ảnh kỹ thuật số là sử dụng các thuật toán máy tính để xử lý ảnh đầu vào.

Xử lý ảnh giúp kiểm tra ảnh chụp ở các cường độ phổ khác nhau, chẳng hạn như tia hồng ngoại, phân tích ảnh được thu thập theo thời gian và phát hiện ra các bất thường, đánh giá các yếu tố hạn chế và hỗ trợ cải thiện quản lý trang trại.

6. Ứng dụng trong quản lý mùa màng

Dữ liệu về sinh trưởng cây trồng, bất thường, sức khỏe cây trồng, lượng mưa, độ ẩm và điều kiện khí hậu có thể hỗ trợ luân canh, quản lý và theo dõi cây trồng. Công nghệ quản lý mùa màng có thể thay đổi cuộc chơi cho nông dân, giúp họ đưa ra các quyết định mang lại lợi nhuận hơn.

Lợi ích của IoT trong nông nghiệp

Việc áp dụng IoT vào nông nghiệp, giống như trong các ngành công nghiệp khác, hứa hẹn mang lại hiệu quả chưa từng đạt được trước đây, giảm thiểu tài nguyên và chi phí, tự động hóa và quy trình dựa trên dữ liệu.

Tuy nhiên, trong nông nghiệp, những lợi ích này không chỉ đơn thuần là nâng cấp mà còn là giải pháp cho toàn bộ, ngành, vốn đang phải đối mặt với nhiều khó khăn và thách thức.

1. Mang lại hiệu quả vượt trội

Nông nghiệp ngày nay là một cuộc đua. Nông dân phải sản xuất nhiều sản phẩm hơn trong tình trạng đất đai bạc màu, diện tích đất canh tác giảm và thời tiết ngày càng biến động. Nhờ nông nghiệp ứng dụng IoT, nông dân có thể theo dõi sản phẩm và điều kiện của họ theo thời gian thực. Họ nhanh chóng có được thông tin chi tiết, có thể xác định các thách thức trước khi chúng xảy ra và đưa ra những phán đoán sáng suốt về cách tránh chúng. Ngoài ra, các giải pháp IoT trong nông nghiệp còn giới thiệu tính tự động hóa, chẳng hạn như tưới tiêu theo nhu cầu, bón phân và thu hoạch bằng rô-bốt.

2. Mở rộng quá trình sản xuất

Đến năm 2050, khi dân số thế giới chạm mốc 9 tỷ người, 70% sẽ sống ở các thành phố. Nhà kính và hệ thống thủy canh dựa trên IoT cho phép chuỗi cung cấp thực phẩm ngắn hơn và có thể cung cấp trái cây, rau tươi cho những người dân này. Các hệ thống nông nghiệp tuần hoàn thông minh cho phép trồng trọt thực tế ở bất cứ đâu, trong siêu thị, trên tường và mái nhà của các tòa nhà, trong container vận chuyển, và tất nhiên, ngay cả trong ngôi nhà của mọi người.

3. Cung cấp sản phẩm nông nghiệp sạch hơn

Nông nghiệp thông minh sử dụng IoT là một giải pháp thực tế để giảm thiểu sử dụng thuốc trừ sâu và phân bón. Nông nghiệp chính xác không chỉ giúp nông dân tiết kiệm nước và năng lượng, đồng thời khiến hoạt động canh tác thân thiện hơn với môi trường, mà còn giảm đáng kể lượng thuốc trừ sâu và phân bón tiêu thụ. So với các quy trình canh tác thông thường, chiến lược này mang lại sản phẩm cuối cùng sạch hơn và hữu cơ hơn.

4. Linh hoạt trong việc ứng phó với các thay đổi thời tiết

Một trong những lợi ích của việc sử dụng IoT trong nông nghiệp là sự linh hoạt được cải thiện trong hoạt động. Nhờ các hệ thống giám sát và dự báo theo thời gian thực, nông dân có thể nhanh chóng ứng phó với bất kỳ thay đổi đáng kể nào về thời tiết, độ ẩm, chất lượng không khí hoặc sức khỏe của từng loại cây trồng hay đất đai trên cánh đồng. Các khả năng mới hỗ trợ những người làm nông nghiệp trong việc cứu vãn mùa màng trong những biến động thời tiết khắc nghiệt.

5. Nâng cao chất lượng sản phẩm

Nông nghiệp dựa trên dữ liệu giúp sản xuất nhiều sản phẩm hơn với chất lượng tốt hơn. Bằng cách sử dụng cảm biến đất và cây trồng, giám sát bằng máy bay không người lái trên không và lập bản đồ trang trại, nông dân có thể nắm bắt tốt hơn các mối liên hệ chi tiết giữa thời tiết và chất lượng cây trồng. Nhờ sử dụng các hệ thống kết nối, họ có thể tái tạo các điều kiện tối ưu và nâng cao giá trị dinh dưỡng của các sản phẩm.

6. Bảo tồn nước

Sử dụng dự báo thời tiết và cảm biến độ ẩm đất, nước chỉ được dùng khi cần và ở những nơi cần thiết. Cho dù bạn có tin mình hiểu rõ môi trường xung quanh đến mức nào thì Mẹ thiên nhiên cũng rất khó khuất phục. Sẽ ra sao nếu dự báo thời tiết không chính xác? Sẽ ra sao nếu trời không mưa khi bạn thực sự cần?

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn tưới nước khi không cần thiết? Câu trả lời rất đơn giản: bạn có thể sử dụng máy đo mưa để đo lượng mưa rơi xuống khu vườn của bạn và sử dụng thông tin đó để xác định thời điểm và lượng nước cần tưới. Máy đo mưa theo dõi lượng mưa bằng cách cân những giọt nước rơi vào một bộ thu cụ thể. Một số máy đo hoạt động song song với cảm biến độ ẩm đất, đây là thiết bị phát hiện độ ẩm trong đất.

7. Giảm chi phí vận hành

Nông nghiệp thông minh sử dụng IoT có thể giúp giảm chi phí vận hành, chẳng hạn như giảm sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu, tiết kiệm nước, giảm nhân công,…

Ví dụ, bằng cách sử dụng hệ thống tự động đo nồng độ thuốc trừ nấm trong đất theo các khoảng thời gian đều đặn trong suốt mùa vụ, người trồng có thể điều chỉnh việc sử dụng thuốc dựa trên dữ liệu theo thời gian thực. Tự động hóa quy trình có thể giảm đáng kể lượng tài nguyên tiêu thụ, sai sót của con người và tổng chi phí.

Tóm lại, mọi vật dụng có thể điều khiển qua Internet đều được gọi là thiết bị IoT. Các thiết bị đeo thông minh như đồng hồ thông minh và hệ thống quản lý nhà thông minh như Google Home đã trở nên phổ biến trên thị trường tiêu dùng. Dự kiến đến năm 2030, sẽ có hơn 30 tỷ thiết bị được kết nối với IoT.

Ứng dụng của IoT trong nông nghiệp nhắm đến các hoạt động canh tác truyền thống nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng và giảm thiệt hại trong sản xuất. Rô-bốt, máy bay không người lái, cảm biến từ xa, hình ảnh máy tính kết hợp với các công cụ học máy và phân tích liên tục được cải tiến, được sử dụng trong nông nghiệp để theo dõi mùa màng, khảo sát và lập bản đồ đồng ruộng, cung cấp dữ liệu cho nông dân lập kế hoạch quản lý trang trại hợp lý, tiết kiệm thời gian và tiền bạc.

Chúng ta đang chứng kiến sự áp dụng công nghệ chưa từng có trong lĩnh vực nông nghiệp. Nhiều công nghệ nông nghiệp sắp tới dường như rất hứa hẹn cho tương lai của ngành nông nghiệp. IoT ban đầu được coi là một công nghệ nông nghiệp mới nổi, nhưng hiện nay nó đã trở nên phổ biến do được sử dụng rộng rãi.

Một trong những lý do khiến IoT được thúc đẩy áp dụng trong nông nghiệp thương mại và địa phương là nông nghiệp thông minh. Người nông dân có thể sử dụng dữ liệu thu thập từ nhiều cảm biến khác nhau theo dõi các hoạt động và điều kiện thiết yếu của trang trại để đưa ra quyết định tốt hơn nhằm nâng cao sức khỏe và năng suất cây trồng. Việc áp dụng các công nghệ IoT trong nông nghiệp sẽ mở rộng, dẫn đến năng suất và chất lượng sản phẩm tăng cao.

Phan Văn Hòa (Theo Analyticssteps)