مهندسی بی‌نهایت: کشاورزی هوشمند، تنها راه نجات جهان از بحران گرسنگی

از قحطی و بحران گرسنگی در بخش‌های مختلف جهان گرفته تا تخریب محیط‌زیست و وضعیت اضطراری تغییرات اقلیمی، جهان امروز ما با مشکلات بسیار مهلک و مخاطره‌آمیزی مقابله می‌کند. به گزارش سازمان ملل، جمعیت زمین تا سال ۲۰۵۰ به ۱۰ میلیارد نفر خواهد رسید و یکی از مهم‌ترین چالش‌های بشریت، تغذیه‌ی پایدار خواهد بود.

از یک منظر ما می‌توانیم پیشرفت تکنولوژی را مرهون غریزه‌ی بقای انسان بدانیم. تلاش برای زنده‌ماندن مهم‌ترین محرک پیشرفت و توسعه‌ی جهان بوده و باعث شده در حوزه‌ی بهداشت‌ و درمان پیشرفت غیرقابل‌انتظاری داشته باشیم.

یک قرن پیش، میانگین امید به زندگی انسان‌ها حدود ۴۶ سال بود و حالا این نرخ در کشورهای پیشرو اروپایی به ۸۳ سال و در کشورهای درحال‌توسعه به ۷۵ سال رسیده است. درعین‌حال جمعیت جهان از ۱٫۸۶ میلیارد نفر در دهه‌ی ۱۹۲۰ میلادی به بیش از ۸ میلیارد نفر افزایش‌یافته که ریشه‌های این روند صعودی را در ارتقای علم پزشکی و آگاهی نسبی عموم مردم به شرایط بهداشتی می‌یابیم.

اما چگونه می‌توان مواد غذایی لازم را برای تغذیه‌ی این جمعیت روبه‌رشد تولید و توزیع کرد؟

سال ۲۰۲۰ نشریه‌ی New Scientist گزارش هشداردهنده‌ای منتشر کرد که می‌گفت زمین تنها قادر به تغذیه‌ی پایدار ۳٫۴ میلیارد نفر است و با وضعیت موجود امکان تولید موادغذایی بیشتری وجود ندارد. این سناریو مسلماً با جمعیت ۱۰ میلیاردنفری آینده‌ی نزدیک بسیار وخیم‌تر خواهد شد.

افزایش تولید موادغذایی بدون ارتقای تولیدات کشاورزی و دامداری و مصرف آب شیرین هرگز امکان‌پذیر نمی‌شود. دقیقاً در همین نقطه یعنی جایی که لزوم بهبود کارایی مطرح می‌شود، مقوله‌ای به نام کشاورزی هوشمند صحنه‌ی بازی را عوض می‌کند: استفاده از فناوری‌های پیشرفته در عرصه‌ی مدیریت مزارع به‌منظور دستیابی به اهداف همگانی و تأمین غذا برای کل جمعیت فعلی و آینده جهان.

سازمان جهانی غذا و کشاورزی هر ساله فهرست برترین کشورهایی که بیشترین ارزش صادرات حوزه‌ی کشاورزی و دامداری را در سطح جهانی به خود اختصاص داده‌اند، منتشر می‌کند. نکته‌ی جالبی که در این فهرست به چشم می‌خورد، حضور کشورهای کوچک اروپایی است که با وجود مساحت کم و محدودیت زمین‌های زراعی، بازده کشاورزی خود را فراتر از تصور افزایش داده‌اند.

کشورهایی مانند هلند، آلمان و فرانسه با بهره‌گیری از فناوری‌های مدرن موفق شده‌اند به سطحی از محصولات باکیفیت دست پیدا کنند که آنها را به رقیبان جدی آمریکا، چین و برزیل تبدیل می‌کند. شش کشوری که در سال‌ها ۲۰۲۲ و ۲۰۲۳ بیشترین میزان صادرات کشاورزی را داشته‌اند عبارتند از:

۱) آمریکا

• ارزش صادرات محصولات کشاورزی: بیش از ۱۷۸ میلیارد دلار

تا چند دهه پیش، مهم‌ترین معضل صنعت کشاورزی آمریکا بالارفتن سن کشاورزان و بی‌علاقگی جوانان به فعالیت‌های سنتی بود. ایالات متحده برای مقابله با این چالش روی فناوری‌های کشاورزی (AgriTech) متمرکز شد و حالا با اطمینان می‌توان گفت این کشور پیشروترین صادرکننده‌ی محصولات کشاورزی است.

آمریکا تقریباً از تمامی فناوری‌های اینترنت اشیا برای رشد محصولات خود بهره می‌برد و باتکیه‌بر مدرن‌ترین ابزارهای هوش مصنوعی، صنایع‌غذایی خود را دائماً ارتقا می‌دهد. این کشور بیشترین میزان غلات، سویا، محصولات دامپروری، آجیل درختی، میوه و سبزیجات را در جهان صادر می‌کند.

۲) هلند

• ارزش صادرات محصولات کشاورزی: بیش از ۱۴۸ میلیارد دلار

هلند به‌عنوان کشوری که بخش کشاورزی بسیار نوآورانه و کارآمدش در جهان شناخته می‌شود. این کشور با وجود وسعت کوچکش صادرکننده عمده محصولات کشاورزی است. فناوری‌های گلخانه‌ای هلند بسیار پیشرفته‌اند و انواع سبزیجات و صیفی‌جات را در مقیاس بالا تولید می‌کنند. گرچه پرورش گل‌های زینتی بخش مهمی از صادرات بخش کشاورزی این کشور را به خود اختصاص داده؛ ولی صنعت لبنیات این کشور در رده‌ی اول محصولات صادراتی هلند قرار دارد.

پویش پورمحمد

انقلاب کشاورزی در هلند؛ چطور فناوری خاک‌ فقیر را به طلای سبز تبدیل می‌کند

مطالعه '17

۳) برزیل 

• ارزش صادرات محصولات کشاورزی: بیش از ۱۳۵ میلیارد دلار

کشور برزیل از دیرباز صنعت کشاورزی قدرتمندی داشته و صادرات محصولات ارگانیک نقش مهمی در اقتصاد این کشور به‌عهده دارد. ۷۶۷٫۴ میلیون هکتار زمین معادل ۲۱ درصد از مساحت کل این کشور به مزارع کشاورزی و دامداری اختصاص‌یافته و طیف متنوعی از محصولات نظیر سیب‌زمینی شیرین، ذرت، بادام‌زمینی و تنباکو در این زمین‌ها کشت می‌شود.

۴) آلمان

• ارزش صادرات محصولات کشاورزی: بیش از ۹۱ میلیارد دلار

بخش اعظم درآمد صادراتی آلمان از محصولاتی نظیر گوشت خوک، مرغ، سیب‌زمینی، شیر، غلات، گوشت گاو، چغندرقند، کلم، جو و گندم حاصل می‌شود. حدود ۱۲ درصد از کل مساحت این کشور به صنایع کشاورزی اختصاص دارد.

۵) فرانسه

• ارزش صادرات محصولات کشاورزی: بیش از ۸۳ میلیارد دلار

کشور فرانسه بیش از ۷۳۰ هزار منطقه‌ی کشاورزی را در خود جای داده و ۷ درصد از کل جمعیت آن در حوزه‌ی کشاورزی شیلات و جنگلداری شاغل‌اند. این کشور به‌ویژه به‌عنوان یکی از مهم‌ترین بازیگران بازار نوشیدنی‌های گیاهی شناخته می‌شود و با ۶ درصد رشد صادرات در سال‌های اخیر، جایگاه خود را در بازار جهانی محصولات کشاورزی تثبیت کرده است.

۶) چین

• ارزش صادرات محصولات کشاورزی: بیش از ۷۸ میلیارد دلار

چین با داشتن ۷ درصد از زمین‌های قابل‌کشت جهان، موادغذایی ضروری ۲۲ درصد از جمعیت جهان را پشتیبانی می‌کند. این کشور در قرن بیستم برای تغذیه جمعیت بزرگ خود با چالش‌های متعددی مواجه بود؛ اما موفق شد با بهبود سیاست‌ها و توسعه‌ی فناوری‌های جدید به خودکفایی و رشد قابل‌توجهی دست پیدا کند.

کشاورزی هوشمند مجموعه‌ای از اقدامات نوآورانه در صنعت کشاورزی و دامداری است که با فناوری‌هایی نظیر اینترنت اشیا، رباتیک، بالگردهای بدون سرنشین و هوش مصنوعی برای مدیریت مزارع، افزایش تولید و کاهش آسیب‌های زیست‌محیطی اجرا می‌شود. در واقع کشاورزی هوشمند با هدف افزایش کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی ضمن بهینه‌سازی نیروی انسانی و اطمینان از بهترین نتایج ممکن توسعه می‌یابد.

مزارع و اماکن کشاورزی که از تکنیک‌های کشاورزی هوشمند استفاده می‌کنند، به‌عنوان مزارع هوشمند شناخته می‌شوند. این مزارع به‌طور معمول از ابزارهای جدیدی مانند سنسورهای سنجش آب‌وهوا برای بررسی شرایط جوی را در ساعات مختلف یک روز بهره می‌برند.

بدین‌ترتیب کشاورزان از طریق یک اپلیکیشن موبایل می‌توانند برنامه‌ریزی منظم‌تر و دقیق‌تری داشته باشند و ضمن حمایت از پایداری و حفظ کیفیت محصول، میزان تولیدات خود را نیز افزایش دهند. سنسورهای دیگری برای تشخیص کیفیت خاک، سطح نور، دمای محیط و رطوبت محیط وجود دارند که به کارگران کمک می‌کنند بدون هدررفت منابع گیاهان را به کارآمدترین شیوه‌ها پرورش دهند.

برای درک بهتر اهمیت کشاورزی هوشمند می‌توانیم قیاسی داشته باشیم بین مدل‌ها و خروجی آن با شیوه‌های کشاورزی سنتی:

در کشاورزی سنتی اغلب کارها، نظیر کاشت محصولات زراعی، نگهداری و سرانجام برداشت محصول به نظارت نزدیک و فعالیت مستقیم انسان‌ها نیاز داشت. ادامه‌ی این روند به معنای استفاده از منابع بیشتر و تولید حجم زیادی از زباله و مواد دفعی است و مسلماً تأثیر نامطلوب عمده‌ای بر اکولوژی و محیط اطراف ما خواهد داشت.

در مقابل مزارعی که از سیستم‌های مبتنی‌بر اینترنت اشیا استفاده می‌کنند، هم کار دستی انسان‌ها را تا حد زیادی کاهش می‌دهند و هم به کشاورزان اجازه می‌دهند دقیق‌تر و بهینه‌تر محصولاتشان را در تمامی مراحل کنترل کنند. فعالین صنعت کشاورزی با کمک فناوری‌های نوین به اندازه‌ی نیاز خود برای خرید منابع محدود هزینه می‌کنند و محصولات بسیار باکیفیت‌تری پرورش می‌دهند، بدون اینکه آسیب بیشتری به محیط‌زیست وارد کنند.

کشاورزی هوشمند از اساس برپایه‌ی کلان‌داده‌ها توسعه پیدا کرده و سنسورها یا حسگرها تجهیزات حیاتی استخراج داده محسوب می‌شوند. برخلاف کشاورزی سنتی که در بهترین حالت کشاورزان نمونه‌ی خاک را برای بررسی مواد موجود در آن به آزمایشگاه می‌فرستند، حالا سنسورها از بسیاری از زوایا کار را برای فعالین این صنعت ساده کرده‌اند و تجزیه‌وتحلیل محیط را فراتر از خاک، در مساحت بسیار وسیعی با دقت بالا انجام می‌دهند.

برخی از مزایای سنسورها در کشاورزی هوشمند عبارت‌اند از:

• نظارت بر دارایی‌های مکانیکی و کشاورزی
• جمع‌آوری داده‌هایی که عملکرد محصول (میزان تقاضای محصول باتوجه‌به کیفیت آن و نرخ فروش و سودآوری) را بهبود می‌دهند
• بهبود مدیریت منابع پایدار و ردپای محیطی
• ردیابی و مهار شیوع بیماری‌های گیاهی و آفت‌زدگی‌ها
• کاهش هزینه‌های عملیاتی
• اجتناب از قرارگرفتن انسان در معرض آفت‌کش‌ها و مواد شیمیایی
• امکان تصمیمات آگاهانه‌تر در برابر حوادث پیش‌بینی نشده
• تقویت زنجیره‌ی تأمین و ایجاد بازارگاه‌های واقعی که در آن‌ها تولیدکننده و مصرف‌کننده با یکدیگر درارتباطند.

صنعت کشاورزی مانند سایر صنایع، از طیف وسیعی از حسگرها برای تقویت تجهیزات و فرایندهای خود استفاده می‌کند. برخی از حسگرها همان‌طور که در ادامه‌ی مطلب خواهیم گفت، مستقیماً در خاک نصب می‌شوند و برخی دیگر روی پهپادها، تراکتورها یا حتی ماهواره‌ها قرار می‌گیرند.

سنسورهای مکانی

به لطف پیشرفت ماهواره‌های سیستم موقعیت‌یاب جهانی GPS، کشاورزان می‌توانند از این حسگرها برای تعیین مکان دقیق دارایی‌های خود استفاده کنند. درواقع سنسورهای جی‌پی‌اس در ارتباط با آرایه‌های ماهواره‌ای، می‌توانند طول، طول و ارتفاع را ردیابی کنند و یکی از جنبه‌های ضروری ایستگاه‌های هواشناسی کشاورزی به‌شمار می‌روند.

سنسورهای دی‌الکتریک رطوبت خاک

رطوبت خاک عامل تعیین‌کننده‌ی رشد و سلامت گیاه و یکی از جنبه‌های حیاتی فعالیت‌های کشاورزی محسوب می‌شود. سنسورهای رطوبت خاک با تشخیص سطح آب، سلامت و وضعیت محصولات را تضمین می‌کنند و امکان استفاده کارآمدتر از منابع را فراهم می‌آورند.

این ابزارها می‌توانند ثابت باشند و در یک میدان زراعی در عمق و مکان مشخصی قرار گیرند، یا به‌صورت واحدهای کاوشگر قابل‌حملی عمل کنند که بنا به تشخیص کارشناسان در نواحی مختلف زمین جای‌گذاری می‌شوند.

سنسورهای دما و شرجی هوا

علاوه بر رطوبت خاک، دما و سطح رطوبت هوا نیز در بهینه‌سازی محصولات نقش مهمی بازی می‌کنند. هنگامی‌که کشاورزان ایده‌ی درستی از میزان شرجی یا خشکی هوای اطراف دارند، یا می‌دانند که هوای سرد چگونه در اطراف گیاهان متراکم می‌شود، منابع محدود خود را به‌طور کارآمدتری مدیریت می‌کنند.

دمای هوا گاهی اوقات با دماسنج‌های الکتریک در کنار سایر سنسورها اندازه‌گیری می‌شود. گاهی نیز از حسگرهای میله‌ای برای ردیابی دمای گلخانه‌ها، دمای آب و نظیر آن استفاده می‌شود.

سنسورهای نوری

این حسگرها ابتدا امواج نوری را ارسال می‌کنند و سپس رفتار بازتابی را برای درک داده‌های کشاورزی یا شیمیایی اندازه‌گیری می‌کنند. سنسورهای نوری معمولاً به تجهیزات روباتیک، پهپادها، تجهیزات کشاورزی یا سازه‌ها متصل می‌شوند و می‌توانند ترکیب و محتوای شیمیایی خاک، بازتاب خاک، سطح نور خورشید و سایر عوامل مهمی را که توسط طیف‌های نور نزدیک به فروسرخ، فروسرخ میانی و قطبی قابل‌تشخیص هستند، اندازه‌گیری کنند.

سنسورهای اپتیکال در فناوری دوربین‌های هوشمند نیز به‌کار گرفته می‌شوند، مانند سیستم‌های دید حرارتی و سایر ابزارهایی که برای طول‌موج‌های خاص فیلتر می‌شوند.

سنسورهای مکانیکی

حسگرهای مکانیکی برای تشخیص تغییرات که در خواص مکانیکی مانند باد، نیروهای فشار، سرعت و سایر اطلاعات فیزیکی رخ می‌دهد، کارایی زیادی دارند. گروهی از حسگرهای مکانیکی که در خاک قرار می‌گیرند، می‌توانند سطوح فشرده‌سازی خاک یا مقاومت در برابر حرکت یا جابه‌جایی را تشخیص دهند.

سنسورهای مکانیکی همچنین می‌توانند به شکل شتاب‌سنج‌هایی استفاده شوند که بی‌نظمی‌های حرکتی روی تجهیزات کشاورزی را ردیابی می‌کنند و نیاز به تعمیر و نگهداری یا تعویض را نشان می‌دهند. گروه دیگری از حسگرهای مکانیکی رایج، در بادگیرها نصب می‌شوند تا سرعت و جهت باد را اندازه‌گیری کنند.

سنسورهای الکتروشیمیایی

این حسگرها ترکیبات یا اصولاً وجود مواد شیمیایی را ردیابی کرده و آن را به سیگنال‌های الکتریکی قابل‌اندازه‌گیری تبدیل می‌کنند. دیتاپوینت‌هایی مانند PH و سطوح مواد مغذی، وجود یون‌های نمک و سطوح آلودگی، فاکتورهای بسیار ارزشمندی برای عملیات کشاورزی بسیار ارزشمند هستند، به‌ویژه در زمینه‌ی محصولات حساس و منابع غذایی که به مجموعه‌ای از این پارامترها متکی‌اند.

یکی دیگر از کاربردهای مهم سنسورهای الکتروشیمیایی، ردیابی داده‌های محیطی است که نشان می‌دهد منابع غذایی چگونه تحت‌تأثیر تغییرات آب‌وهوایی از جمله اسیدی شدن خاک، اوتروفیکاسیون و شستشوی شیمیایی قرار می‌گیرند.

سنسورهای زیستی

حسگرهای زیستی تاحدودی مشابه حسگرهای الکتروشیمیایی هستند، با این تفاوت که نمونه‌های بیولوژیکی را اندازه‌گیری می‌کنند و تغییرات خاصی را در ترکیب آن‌ها تشخیص می‌دهند. حسگرهای زیستی می‌توانند در کشاورزی برای شناسایی آنزیم‌ها و فرایندهای بیولوژیکی خاص در نمونه‌های خاک یا برای تشخیص نسبت‌های مواد بیولوژیکی استفاده شوند.

این گروه از سنسورها به‌تازگی وارد عرصه‌ی کشاورزی هوشمند شده‌اند و نحوه‌ی استقرار و نصب آنها به نوع آنالیت‌ها و موادی که تست می‌شوند، متفاوت خواهد بود.

محبوب‌ترین و متداول‌ترین ابزارهای کشاورزی هوشمند، گجت‌هایی هستند که به‌عنوان ایستگاه هواشناسی عمل می‌کنند و سنسورهای مختلف کشاورزی هوشمند را به هم ترکیب می‌کنند. این دستگاه‌ها در مناطق مختلف زمین‌های زراعی قرار می‌گیرند، داده‌های مختلف را از محیط اطراف جمع‌آوری کرده و به سرورهای ابری ارسال می‌کنند.

یکی از مهم‌ترین کاربردهای اینترنت اشیا و سنسورهای هوشمند که تأثیر شگفت‌انگیزی در خروجی و بهره‌وری صنعت کشاورزی دارد؛ تکنولوژی‌های مدیریت محصول است. این فناوری‌ها نیز با استفاده‌ی هم‌زمان از چندین سنسور کار می‌کنند و باید در زمین زراعی یا گلخانه‌ها قرار بگیرند تا داده‌هایی نظیر دما و بارندگی، پتانسیل آب برگ و سلامت کلی محصول را جمع‌آوری کنند.

کشاورزان با کمک این دستگاه‌ها رشد محصولات خود و هرگونه ناهنجاری را کنترل می‌کنند و مانع از ابتلای گیاهان به بیماری‌ها، آفت‌ها و سایر آسیب‌پذیری‌ها می‌شوند.

کشاورزی دقیق (Precision farming) عمدتاً روی کارایی و تصمیم‌گیری مبتنی بر داده تمرکز دارد و یکی از گسترده‌ترین و مؤثرترین کاربردهای اینترنت اشیاء در صنایع زراعی است.

کشاورزان با بهره‌گیری از سنسورهای اینترنت اشیا می‌توانند مجموعه‌ی وسیعی از متریک‌ها و پارامترهای اکوسیستم مزرعه یا گلخانه‌ها (مانند روشنایی، دما، وضعیت خاک، رطوبت، سطوح CO2 و آلودگی‌های آفات) را در مقیاس‌های بسیار دقیق، مثلاً ۲۰ سانتی‌متری جمع‌آوری کنند. بدین ترتیب کشاورزان قادر خواهند بود مقادیر بهینه‌ی آب، کود و آفت‌کش‌های موردنیاز محصولاتشان را تخمین بزنند، هزینه‌های خود را کاهش دهند و محصولات بهتر و سالم‌تری تولید کنند.

برای مثال سنسورهای خاکی شرکت CropX می‌تواند رطوبت، دما و هدایت الکتریکی خاک را اندازه‌گیری کند. کشاورزانی که از این فناوری استفاده می‌کنند، به نیازهای منحصربه‌فرد هر محصول را صورت جداگانه‌ی می‌برند و حتی درمورد تک‌تک میوه‌ها و سبزیجات اطلاعات دقیقی به‌دست می‌آورند. از طرف دیگر این فناوری در ترکیب با داده‌های مکانی، به ایجاد نقشه‌های دقیق خاک برای هر میدان کمک می‌کند.

شرکت Mothive نیز خدمات مشابهی را ارائه می‌دهد و به کشاورزان کمک می‌کند تا پسماندها و دورریزهای خود را کاهش دهند، عملکرد محصولاتشان را بهبود بخشند و پایداری زمین زراعی خود را ارتقا دهند.

شاید یکی از امیدوارکننده‌ترین پیشرفت‌های کشاورزی، استفاده از پهپادها در کشاورزی هوشمند باشد. این بالگردهای بدون سرنشین که با نام UAV نیز شناخته می‌شوند، در زمینه‌ی جمع‌آوری داده مجهزتر از هواپیماها و ماهواره‌ها هستند.

علاوه بر قابلیت‌های نظارتی، پهپادها می‌توانند تعداد زیادی از وظایف را که قبلاً به نیروی انسانی نیاز داشتند، انجام دهند: کاشت محصولات زراعی، مبارزه با آفات و عفونت‌ها، سم‌پاشی کشاورزی، نظارت بر محصولات و غیره.

کشاورزی دقیق و تجزیه‌وتحلیل داده‌های پیش‌بینی‌شده دست‌به‌دست یکدیگر حرکت می‌کنند. درحالی‌که فناوری‌های اینترنت اشیا و حسگرهای هوشمند معدنی طلایی برای داده‌های بی‌درنگ بسیار مرتبط به‌شمار می‌روند، استفاده از تجزیه‌وتحلیل داده‌ها به کشاورزان کمک می‌کند تا اعداد و ارقام و متریک‌ها را درک کنند و بر اساس آنها پیش‌بینی‌های مهمی داشته باشند: زمان برداشت محصول، خطرات بیماری‌ها و آلودگی‌ها، حجم محصول و نظیر آن.

ابزارهای تجزیه‌وتحلیل داده‌ها کشاورزی را، که ذاتاً به‌شدت به شرایط آب‌وهوایی وابسته است، قابل کنترل‌تر و پیش‌بینی‌پذیرتر می‌کند.

به‌عنوان‌مثال، پلتفرم Crop Performance به کشاورزان کمک می‌کند تا از قبل به حجم و کیفیت محصول و همچنین آسیب‌پذیری آنها در برابر شرایط نامساعد آب‌وهوایی مانند سیل و خشکسالی دسترسی داشته باشند. همچنین فعالین زراعی از طریق این پلتفرم می‌توانند عرضه‌ی آب و مواد مغذی را برای هر محصول بهینه کنند و حتی اقدامات مناسب خاصی را برای بهبود کیفیت محصولات انتخاب کنند.

راهکارهایی مانند فناوری شرکت SoilScout نیز باعث می‌شوند کشاورزان در مصرف آب ۵۰ درصد صرفه‌جویی کنند. پیرو آن میزان کودهایی که با آبیاری بیش‌ازحد از دست می‌روند کاهش می‌یابد فرایندها در هر فصلی صرف‌نظر از شرایط جوی، بسیار بهینه‌تر و ثمربخش‌تر می‌شود.

سیستم‌های مدیریت بهره‌وری مزارع با رویکردهای پیچیده‌تر اینترنت اشیا را در حوزه‌ی کشاورزی هوشمند منعکس می‌کنند. این فناوری‌ها معمولاً از تعدادی دستگاه و حسگرهای IoT کشاورزی بهره می‌برند که در محل نصب می‌شوند و همچنین یک داشبورد قدرتمند با قابلیت‌های تحلیلی و ویژگی‌های حسابداری و گزارش‌دهی داخلی را در اختیار تولیدکنندگان می‌گذارند.

کشاورزان با استفاده از این سیستم‌ها می‌توانند مزارع و گلخانه‌های خود را از راه دور کنترل کنند و عملیات تجاری بسیار ساده و روشنی داشته باشند. برای مثال کشاورزی را تصور کنید که در دفتر خود نشسته و باتوجه‌به گزارش‌های دریافتی از داده‌های محیط زراعی خود با نرم‌افزارهای سیستم مدیریت بهره‌وری تراکتورهای برداشت محصول را هدایت می‌کند، بی‌آنکه به حضور فیزیکی او در زمین نیازی باشد.

علاوه بر موارد ذکر شده، ردیابی و انتقال محصولات به انبارها و سردخانه‌ها یا مقصد اولیه و همچنین مدیریت ذخیره‌سازی محصولات نیز توسط این فناوری‌ها امکان‌پذیر می‌شود. در حال حاضر نرم‌افزارهایی مانند Bushel Farm و Cropio این خدمات را روی گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و لپ‌تاپ‌ها ارائه می‌دهند.

یکی از چالش‌های همیشگی مدل‌های سنتی کشاورزی محدودیت منابع آبی بود و به همین دلیل انرژی و وقت زیادی صرف برنامه‌ریزی برای آبیاری بهینه‌ی محصولات می‌شد. درعین‌حال حتی راهکارهایی مانند آبیاری قطره‌ای، فواره‌ای و بارانی با زمان‌بندی‌های مقطع نیز درنهایت مانع از هدررفت آب و تغذیه‌ی مبتنی بر احتمالات و پرنقص محصولات نمی‌شوند.

سیستم‌های آبیاری هوشمند در درجه‌ی اول از داده‌های الگوریتم‌های هوش مصنوعی برای پیش‌بینی وضعیت آب‌وهوا استفاده می‌کنند و کشاورزان با بهره‌گیری از این سیستم‌ها تصمیمات دقیق و بهینه‌ای برای زمان کاشت و برداشت محصولات اتخاذ می‌کنند.

مزیت دیگر سیستم‌های آبیاری هوشمند این است که کشاورزان و فعالین این حوزه در تمام ساعات روز می‌توانند از طریق اپلیکیشن‌های موبایل یا وب، روی شرایط رطوبت خاک نظارت داشته باشند و در صورت نیاز تنظیمات آبیاری را به‌صورت ریموت تغییر دهند.

سیستم‌های شرکت آمریکایی CropX ابتدا از طریق حسگرهای خاکی، داده‌های رطوبت و دمای خاک را دریافت می‌کنند تا مشخص شود کدام نواحی به چه میزان آبیاری نیاز دارند. سپس با بررسی داده‌های جوی، نرخ دقیق تبخیر آب را به نقشه‌های آبیاری اضافه می‌کنند تا گیاهان نه دچار کمبود آب شوند و نه منابع محدود و ارزشمند کشاورزان بیهوده هدر رود.

موفقیت شرکت‌های کشاورزی و دامداری تا حد زیادی به انتخاب زمین مناسب بستگی دارد. در دنیای مدرن امروزی دیگر مثل گذشته زمین‌های کشاورزی در خانواده‌ها از یک نسل به نسل دیگر منتقل نمی‌شود و کشاورزانی که برای اولین‌بار قصد انتخاب زمین را دارند، باید بهترین گزینه‌هایی را انتخاب کنند که از ریسک شکست کمتری برخوردارند.

نرم‌افزارهای «سیستم اطلاعات جغرافیایی» یا GIS در اصل برای این منظور توسعه داده شده‌اند تا تغییرات فعلی و آینده‌ی عوامل مهمی مانند دمای بارش، وضعیت خاک، سلامت گیاه و نظیر آن را در مناطق مختلف مشخص کنند. از طرف دیگر کشاورزان با استفاده از برنامه‌های مبتنی بر GPS به همراه ماشین‌آلات هوشمند، به نحو بهینه از کاربردهای اینترنت اشیا در کشاورزی بهره‌مند می‌شوند و می‌توانند در مناطق خاص، هزینه و تلاش کمتری برای برداشت بهترین محصولات صرف کنند.

برای مثال نرم‌افزار EOSDA Crop Monitoring، یک پلتفرم کشاورزی دیجیتال نظارت بر محصول است که داده‌های تاریخی پوشش گیاهی و آب‌وهوا، خلاصه‌ای از پویایی شاخص‌های پوشش گیاهی و شاخص رطوبت خاک و همچنین پیش‌بینی‌های دقیق آب‌وهوای ۱۴ روزه‌ی منطقه را در اختیار کشاورزان قرار می‌دهد. این پلتفرم دو قابلیت کاربردی دیگر را نیز به کاربران خود ارائه می‌کند:

• قابلیت دیده‌وری که مدیریت کار را بهبود می‌بخشد و به ناظران یا مشاوران اجازه می‌دهد گزارش‌های لحظه‌ای برای صاحبان زمین‌های کشاورزی ایجاد و ارسال کنند.
• گزارش فعالیت‌های زمین‌های زراعی که برنامه‌ریزی، هماهنگی و نظارت بر تمامی عملیات کشاورزی را کارآمدتر می‌کند.

EOSDA می‌تواند داده‌هایی را که از منابع دیگر، مثل ماشین‌های کشاورزی به‌دست می‌آیند، با یکدیگر ادغام کند. بدین‌ترتیب کشاورزان بر اساس خروجی داده‌ها عملکرد محصول را ارزیابی می‌کنند، آن را با نقشه‌های عملیاتی زمین زراعی مقایسه کرده و اثربخشی استراتژی‌هایی نظیر نوع کوددهی، آبیاری و انتخاب بذر را بررسی می‌کنند و نهایتاً برنامه‌های افزایش عملکرد را توسعه می‌دهند.

در سال‌های اخیر نوآوری‌های برجسته‌ی رباتیک نویدبخش آینده‌ی امیدوارکننده‌ای در زمینه‌ی ماشین‌های خودگردان بوده‌اند. برخی از کشاورزان در حال حاضر از دروگرهای خودکار، تراکتورها و سایر ماشین‌هایی استفاده می‌کنند که بدون کنترل انسان کار می‌کنند. ربات‌ها می‌توانند کارهای خسته‌کننده، سخت و تکراری را به‌جای انسان‌ها و البته با عملکرد بهتر انجام دهند.

اگروبات‌ها یا ربات‌های کشاورزی مدرن، ماشین‌های خودکاری هستند که در مسیرهای تعیین شده حرکت می‌کنند، در زمینه‌های مختلف برای کشاورزان نوتیف یا اعلان می‌فرستند و کار را مطابق با ساعات برنامه‌ریزی شده شروع می‌کنند.

ازآنجایی‌که فعالیت این ربات‌ها مستلزم حضور انسان نیست، هزینه‌های نیروی کار کشاورزی را به‌طرز چشمگیری کاهش می‌دهد. Bear Flag Robotics یکی از شرکت‌هایی است که در حال حاضر روی چنین فناوری کار می‌کند.

نحوه‌ی عملکرد اگروبات‌ها بسیار ظریف طراحی شده تا در زمان برداشت میوه‌ها و محصولات، هیچ آسیبی به آنها وارد نشود. از طرف دیگر کار دقیق این ماشین‌ها باعث می‌شود هدررفت مزارع به میزان زیادی کاهش یابد که کمک بزرگی به محیط‌زیست محسوب می‌شود.

کنترل عوامل محیطی در گلخانه‌ها مستقیماً کیفیت و حاصلخیزی گیاهان را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد. نورافشانی مصنوعی به‌ویژه با لامپ‌های LED یکی از روش‌های نوظهور و کارآمدی است که به واسطه‌ی مزایایی نظیر کاهش مصرف برق صنعتی و تسریع رشد محصولات، رونق زیادی در کشاورزی هوشمند یافته است.

استفاده از لامپ‌های LED با رنگ‌های مختلف در گلخانه‌ها زمانی آغاز شد که محققان اعلام کردند طول‌موج‌های مختلف نور بر مراحل چرخه‌ی رشد گیاه تأثیر می‌گذارد. نور خورشید ترکیبی از رنگ‌های مختلف را شامل می‌شود که هر کدام طول‌موج متفاوتی دارند: برای مثال نور سفید شدیدترین نور با کمترین طول‌موج است و نور آبی فرکانس متوسطی دارد و نور قرمز با بیشتری طول‌موج در انتهای این طیف قرار می‌گیرد.

به‌تبع، هر طول‌موج برای برخی گیاهان خاص یا برخی از مراحل رشد یک گونه‌ی گیاهی مفیدتر واقع می‌شود. طبق علوم کشاورزی مدرن، نورهای آبی، قرمز و بنفش رشد گیاهان را تا حد زیادی بهبود می‌دهند و به همین دلیل اغلب گلخانه‌ها و مزارع عمودی با این رنگ‌ها نورافشانی می‌شوند. البته گیاهانی مانند گیاهانی مانند خیار، گوجه‌فرنگی و سیب‌زمینی شیرین به نور سفید و UV نیاز دارند.

مهرداد رمضان نیا

مهندسی بی‌نهایت؛ تکنولوژی بی‌نظیر ورزشگاه سانتیاگو برنابئو

مطالعه '8

کشاورزان با استفاده از این لامپ‌ها می‌توانند شدت تابش نور را در اوقات مختلف روز تغییر دهند و نهایتاً به بهترین برنامه‌ی نورافشانی گلخانه دست پیدا کنند. از طرف دیگر متغیرهایی مانند دما و رطوبت نیز توسط سنسورهای هوشمند اندازه‌گیری می‌شوند و فعالین کشاورزی باتوجه‌به مجموعه‌داده‌های تمامی عوامل محیطی می‌توانند بهترین رویکرد را برای تولید بهترین محصولات در مقیاس بالا تنظیم کنند.

در روش کشت هیدروپونیک، ریشه‌ی گیاهان به‌جای خاک در محلولی از آب و موادغذایی رشد می‌کند. این محلول حاوی تمامی عناصر غذایی موردنیاز گیاهان است و به‌طور منظم بازیابی و جایگزین می‌شود.

این راهکار مدرن در مناطقی که کمبود خاک حاصلخیز مانع از کشاورزی و تولید محصولات گیاهی شده، صحنه را کاملاً دگرگون می‌کند و پتانسیل رشد گیاهان در گلخانه‌ها و ساختمان‌های چندسطحی را افزایش می‌دهد.

در سیستم ایروپونیک که یکی از زیرمجموعه‌های کلیدی هیدروپونیک محسوب می‌شود، ریشه‌ی گیاهان در هوا قرار می‌گیرد و بوته‌ها درون سینی‌هایی حاوی مواد مغذی رشد می‌کنند. سیستم قطره‌ای نیز به‌عنوان رایج‌ترین و پرکاربردترین روش کشت بدون خاک شناخته می‌شود. در این فرایند آب غنی از مواد مغذی از طریق لوله‌های کوچک پمپ می‌شود و با یک تایمر که پمپ غوطه‌ور را کنترل می‌کند، به بالای گیاهان می‌چکد.

تکنیک فیلم مواد مغذی و سیستم فتیله‌ای نیز به‌عنوان دو راهکار مشهور دیگر کشت هیدروپونیک شناخته می‌شوند. مزیت همه‌ی این روش‌ها صرفه‌جویی در آب، کنترل تغذیه گیاهان، کاهش مواد دورریز، کاهش آفات و بیمارهای گیاهی و برداشت آسان‌تر محصولات در فواصل زمانی کوتاه‌تر است.

کشاورزان از صدها سال پیش با اقداماتی نظیر پیوندزدن گیاهان تلاش داشتند محصولات جدید باکیفیت‌تری پرورش دهند. اما مقولاتی مانند اصلاح ژنتیکی (GM) و ویرایش ژنوم (GE) فصل جدیدی را در حوزه‌ی تغذیه‌ی پایدار گشوده که مخالفت‌ها و موافقت‌های افراطی در پی داشته است.

در فرایندهای اصلاح ژنتیک، ژن‌هایی را به گیاهان تزریق می‌کنند که از ارگانیسم‌های خارجی گرفته شده‌اند. اما در اصلاح ژنوم، ژن‌های گیاه بدون ورود هرگونه ژن خارجی به‌نحوی تعدیل می‌شوند که محصولات مطلوب‌تری تولید شود.

مزایای چشمگیر این دو فرایند در کشاورزی هوشمند قابل‌انکار نیست. برای مثال این محصولات طعم بهتری دارند، مدت‌زمان بیشتری دوام می‌آورند و از مواد مغذی بیشتری برخوردارند.

اصلاح ژنتیک باعث می‌شود گیاهان کمتر در معرض مواد شیمیایی (مانند سموم و آفت‌کش‌ها) قرار بگیرند و به کود کمتری نیز نیاز داشته باشند. همچنین به‌واسطه‌ی این فرایندها انتشار گازهای گلخانه‌ای کاهش می‌یابد و در مصرف منابع زیستی نیز صرفه‌جویی می‌شود.

تمامی محصولاتی که با اصلاح ژنتیک تولید می‌شوند تحت آزمایش‌های مختلفی قرار می‌گیرند تا مزیت فواید آنها نسبت به مضرات آنها مشخص شود. همچنین این محصولات باید پیش از ورود به بازار تأییدیه سازمان‌های بهداشتی را دریافت کنند. بااین‌حال هنوز برخی از کشورها موضع‌گیری تندی نسبت به تغییرات ژنتیکی گیاهان دارند و برخی محققان نیز معتقدند تا مشخص‌شدن همه‌ی خواص و مضرات این محصولات، راه زیادی مانده است.

کشورهای آمریکا، استرالیا و چین پیشروترین تحقیقات را در زمینه‌ی مهندسی بیولوژی و ژنتیک کشاورزی انجام داده‌اند و به نتایج جالب‌توجهی رسیده‌اند. برای مثال محققان چینی با ویرایش ژنوم گندم‌هایی را پرورش داده‌اند که نسبت به بیماری‌های شایع و خطرناک گندمزارها مقاوم‌اند.

بیش از ۹۰ درصد ذرت و سویای تولید شده در آمریکا نیز از نظر ژنتیکی اصلاح شده‌اند که البته بخش اعظم آنها به‌عنوان خوراک دام‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تاکنون مطالعات زیادی درخصوص ضررهای احتمالی میوه‌ها و سبزیجاتی که با GM تولید می‌شوند صورت‌گرفته است. دانشمندان پزشکی احتمال بروز آلرژی و حساسیت‌های جدید و مقاومت بدن انسان به آنتی‌بیوتیک‌های گیاهی را محتمل می‌دانند، هرچند هنوز تحقیقات آنها در این زمینه ادامه دارد.

ویرایش ژنوم شباهت بیشتری به تغییر طبیعی ژنتیک گیاهان در طول زمان دارد و به همین دلیل با مخالفت‌های کمتری روبرو است. فعالین حوزه‌ی صنایع غذایی امیدوارند درنهایت بهبود محصولات کشاورزی با کمک این راهکارها، مسیر جدیدی برای تغذیه‌ی پایدار ایجاد کند.

مدرن‌ترین راهکار برای کاهش استفاده از سموم علف‌کش که غالباً تا مدتی طولانی روی محصولات باقی می‌مانند و علاوه بر کشاورزان، مصرف‌کنندگان را نیز در معرض ریسک قرار می‌دهند، سیستم‌های هوشمند لیزری است. علف‌های هرز آفت باغ‌ها محسوب می‌شوند، اما بلای بزرگ‌تری برای محصولات کشاورزی تجاری نیز هستند.

طبق آمار علف‌های هرز تا ۱۰ درصد عملکرد محصول را کاهش می‌دهند که سالانه بالغ بر ۲۰۰ میلیون تن تولیدات کشاورزی است. ضمن اینکه اگر علف‌های هرز کنترل نشوند، می‌توانند ۱۰۰ درصد محصول را از بین ببرند.

شرکت کربن رباتیکس سیستمی را مبتنی بر هوش مصنوعی، فناوری لیزر و بینایی کامپیوتری توسعه داده که می‌تواند آفات و علف‌های هرز را به‌طور دقیق شناسایی کند و هدف قرار دهد. این سیستم از محصولات کشاورزی مراقبت می‌کند و آسیب‌های محیط زیستی ناشی از مواد شیمیایی را به حداقل می‌رساند.

The Laserweeder ماشین قدرتمند و خودران کربن رباتیکس به ۸ لیزر ۱۵۰ واتی و ۱۲ دوربین باکیفیت مجهز شده که به هوش مصنوعی در ارتباطند و می‌تواند بین محصولات زراعی و علف‌های هرز تمایز قائل شود. لیزرویدر با استفاده از بینایی رایانه‌ای، موقعیت‌یابی GPS و فناوری LIDAR، به طور مستقل در مزارع حرکت می‌کند، موانع فیزیکی روبروی خود را تشخیص می‌دهد و به طور مؤثر ۱۵ تا ۲۰ هکتار در روز را با سرعت ۵ مایل در ساعت از علف‌های هرز پاک می‌کند.

این فناوری از قدرت فوق‌العاده‌ای برای تمایز بین حشرات خاص مانند زنبورها و آفات گیاهی برخوردار است و بدین‌طریق به حفظ تعادل اکوسیستم کمک می‌کند. تعهد سیستم رباتیک به شیوه‌های کشاورزی پایدار و نظارت بر محیط‌زیست با تلاش‌های گسترده‌تری همسو است که به ارتقای تنوع زیستی و انعطاف‌پذیری زیست‌محیطی تأکید دارند.

فناوری‌های پیشرفته به کشاورزان اجازه می‌دهد تا از حسگرها، داده‌ها و الگوریتم‌های پردازشی برای بهبود پرورش و مراقبت از حیوانات و همچنین بهینه‌سازی مدیریت مزرعه و بهره‌وری کلی استفاده کنند. شرکت‌ها و کسب‌وکارهای حوزه‌ی دام‌پروری با بهره‌گیری از این فناوری‌ها حتی در مناطقی که پیش‌ازاین تصور می‌شد هیچ‌گونه پتانسیلی برای پرورش دام ندارند، نتایج خوبی کسب می‌کنند.

تکنولوژی‌های نظارت ازراه‌دور بر سلامت دام: این فناوری‌ها نسبت به روش‌های سنتی اطلاعات بیشتری در مورد سلامت و رفاه حیوانات ارائه می‌دهند. برای مثال حیوانات را با ترازوهایی که در پوشش کف اسطبل‌ها کار گذاشته شده، وزن می‌کنند. کشاورزان با استفاده از این تکنولوژی‌ها دیگر نیازی به لمس مستقیم دام نخواهند داشت.

میلک‌متر: این دستگاه میزان دقیق شیر هر رأس دام را اندازه‌گیری و زمان دقیق جداسازی ماشین‌های شیردوشی از حیوانات را مشخص می‌کند. روند آتی شیردهی آنها را پیش‌بینی می‌کند. به‌این‌ترتیب احتمال ابتلای حیوانات به بیماری‌های بالقوه کاهش می‌یابد و پیرو آن و میزان مصرف آنتی‌بیوتیک به حداقل می‌رسد.

به‌عنوان‌مثال، شرکت Allflex و سنسورهایی را با نام SCR عرضه می‌کند که روی قلاده‌ی دام‌ها نصب می‌شود.  این حسگرهای هوشمند نه‌تنها داده‌های مربوط به دمای بدن، سلامت، فعالیت و تغذیه‌ی هر گاو منفرد را به اپلیکیشن موبایل دامداران می‌فرستند، بلکه اطلاعات جمعی گله‌ها را نیز آماده و تجزیه‌وتحلیل می‌کنند.

آیا نجات محیط‌زیست بدون پیشرفت تکنولوژی امکان‌پذیر خواهد بود؟ این سؤال چندین دهه در مؤسسات مطرح آموزشی جهان موردبحث قرار گرفته و لااقل از منظر کشاورزی می‌توان به آن پاسخ منفی داد. کشاورزان با بهره‌گیری از فناوری‌هایی مانند اینترنت اشیاء و هوش مصنوعی، ضایعات کمتری تولید می‌کنند، استفاده‌ی بهینه‌تری از منابع آب و خاک دارند و نهایتاً محصولات باکیفیت‌تری را پرورش می‌دهند.

کشاورزی هوشمند آینده‌ی صنایع غذایی جهان را شکل می‌دهد و نویدبخش دسترسی بخش وسیع‌تری از مردم به تغذیه‌ی سالم خواهد بود.