Υπάρχει μια αυξανόμενη και επείγουσα ανάγκη αντιμετώπισης της παγκόσμιας επισιτιστικής ανασφάλειας. Αυτή η επείγουσα ανάγκη υπογραμμίζεται από εκθέσεις του Οργανισμού Τροφίμων και Γεωργίας των Ηνωμένων Εθνών , οι οποίες αναφέρουν ότι σχεδόν 828 εκατομμύρια άνθρωποι υποφέρουν από πείνα παγκοσμίως.
Η κλιματική αλλαγή κλιμακώνει περαιτέρω αυτά τα ζητήματα, διαταράσσοντας τα παραδοσιακά γεωργικά συστήματα και τονίζοντας την ανάγκη για πιο έξυπνες, αποδοτικές ως προς τους πόρους λύσεις.
Αλλά φανταστείτε ένα μέλλον όπου τα συστήματα εσωτερικής γεωργίας θα μπορούν να λειτουργούν εξ ολοκλήρου μόνα τους, διαχειριζόμενοι το νερό, τα θρεπτικά συστατικά και τις περιβαλλοντικές συνθήκες χωρίς ανθρώπινη επίβλεψη. Τέτοια αυτόνομα συστήματα, που θα λειτουργούν με τεχνητή νοημοσύνη (AI) και θα τροφοδοτούνται από ρομποτική, θα μπορούσαν να φέρνουν επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο παράγουμε τρόφιμα, ειδικά σε περιοχές με περιορισμένη καλλιεργήσιμη γη.
Η αντιμετώπιση της επισιτιστικής και υδάτινης ανασφάλειας απαιτεί καινοτόμες λύσεις όπως η γεωργία ακριβείας, η χρήση τεχνητής νοημοσύνης και ρομποτικής για την προώθηση της βιώσιμης ανάπτυξης.
Η ερευνητική μου ομάδα στη Σχολή Μηχανικών Μηχατρονικών Συστημάτων του Πανεπιστημίου Simon Fraser (SFU) ανέπτυξε ένα πρωτότυπο ενός ρομπότ ανίχνευσης με τεχνητή νοημοσύνη, ικανού να παρακολουθεί αυτόνομα τις ανάγκες σε νερό των φυτών τομάτας.
Γεωργία με τεχνητή νοημοσύνη
Στα συμβατικά θερμοκήπια, χρησιμοποιούνται διάφορες τεχνικές διαχείρισης νερού για την ενίσχυση της αποδοτικότητας και την ελαχιστοποίηση των αποβλήτων. Αυτές περιλαμβάνουν στάγδην άρδευση και χρήση αισθητήρων υγρασίας εδάφους και αυτοματοποιημένων συστημάτων άρδευσης .
Παρά την αποτελεσματικότητά τους, αυτές οι μέθοδοι έχουν περιορισμούς στην ανταπόκριση και την ακρίβεια και μπορούν να οδηγήσουν σε υπερβολικό ή ανεπαρκές πότισμα, σπατάλη πόρων και αντίκτυπο στην υγεία των καλλιεργειών.
Η γεωργία καταναλώνει το μεγαλύτερο μέρος του νερού που χρησιμοποιεί η ανθρωπότητα. Καθώς η λειψυδρία επηρεάζει πάνω από δύο δισεκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως , είναι κρίσιμο να βρεθούν καινοτόμοι τρόποι για την πιο αποτελεσματική χρήση του νερού.
Στο SFU, κατασκευάσαμε ένα καινοτόμο ρομπότ που χρησιμοποιεί ηλεκτρικά σήματα από τα φυτά, γνωστά και ως ηλεκτροφυσιολογικές αποκρίσεις φυτών , ως δείκτες σε πραγματικό χρόνο για την υγεία των φυτών και τις ανάγκες ενυδάτωσης. Το σύστημα ενσωματώνει προηγμένους αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης για να ερμηνεύει αυτά τα σήματα και να καθορίζει πότε πρέπει να παρέχεται νερό.
Αυτή η τεχνολογία εξαλείφει την παραδοσιακή εικασία και τη χειρωνακτική εργασία που εμπλέκεται στην άρδευση, προωθώντας την αποτελεσματική χρήση του νερού και μειώνοντας τα απόβλητα, βελτιστοποιώντας παράλληλα την υγεία των φυτών.
Πρόσφατη έρευνα υπογραμμίζει τις δυνατότητες ενσωμάτωσης καινοτομιών Τεχνητής Νοημοσύνης στη γεωργία. Τα συστήματα που υποστηρίζονται από την Τεχνητή Νοημοσύνη μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την αποδοτικότητα του νερού, να μειώσουν την απορροή χημικών και να βελτιστοποιήσουν τις αποδόσεις των καλλιεργειών.
Οι εξελίξεις στη ρομποτική διευκολύνουν επίσης τη μη επεμβατική και συνεχή παρακολούθηση της υγείας των φυτών, επιτρέποντας παρεμβάσεις που είναι τόσο ακριβείς όσο και έγκαιρες.
Οι πρόσφατες εξελίξεις στην παρακολούθηση των φυσιολογικών σημάτων των φυτών έχουν δείξει ότι αισθητήρες ικανοί να καταγράφουν ηλεκτρικά σήματα που αντανακλούν το στρες, την ενυδάτωση και τη συνολική υγεία των φυτών μπορούν να παρέχουν εξαιρετικά συγκεκριμένα δεδομένα σε πραγματικό χρόνο.
Το μη επεμβατικό ρομπότ ανίχνευσης μας βελτιώνει αυτήν τη διαδικασία επιτρέποντας τη συνεχή και αποτελεσματική παρακολούθηση της υγείας των φυτών, καθιστώντας τον αυτοματισμό πιο ευαίσθητο και αποτελεσματικό.
Όταν συνδυάζονται με την Τεχνητή Νοημοσύνη, αυτά τα σήματα επιτρέπουν το πότισμα ακριβείας που προσαρμόζεται δυναμικά στις πραγματικές ανάγκες του φυτού, αντιπροσωπεύοντας ένα σημαντικό άλμα στην έξυπνη φροντίδα των φυτών .
Επιπλέον, οι πρόσφατες καινοτομίες που χρησιμοποιούν πολυφασματική απεικόνιση και μηχανική μάθηση έχουν βελτιώσει σημαντικά την ικανότητά μας να ανιχνεύουμε ασθένειες και πότε τα φυτά δέχονται στρες. Αυτό μπορεί να ενσωματωθεί με ρομπότ ηλεκτρικής ανίχνευσης όπως το δικό μας για την ανάπτυξη ολοκληρωμένων συστημάτων για την παρακολούθηση της υγείας των φυτών .
Με αυτές τις βελτιώσεις, η πλήρως αυτόνομη γεωργία καθίσταται εφικτή. Αυτή η τεχνολογία υπερβαίνει την άρδευση, χρησιμοποιώντας ρομποτική ανίχνευση για την ερμηνεία των σημάτων των φυτών και επιτρέπει την αυτόνομη διαχείριση θρεπτικών συστατικών και την παρακολούθηση του περιβάλλοντος.
Αυτά τα πολυλειτουργικά ρομπότ στοχεύουν στη βελτιστοποίηση της χρήσης των πόρων, στη μείωση των αποβλήτων και στην αύξηση των αποδόσεων των καλλιεργειών, υποστηρίζοντας την παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια μέσω της ολιστικής διαχείρισης της φυτοϋγειονομικής περίθαλψης.
Από θερμοκήπια σε χωράφια
Το πρωτότυπό μας δείχνει πολλά υποσχόμενο στα θερμοκήπια. Ωστόσο, οι πραγματικές δυνατότητες της διαχείρισης των υδάτων μέσω της Τεχνητής Νοημοσύνης έγκεινται σε κλιμακούμενες, προσαρμόσιμες λύσεις. Η αντιμετώπιση της παγκόσμιας ασφάλειας τροφίμων και νερού απαιτεί διεθνή συνεργασία για την ανταλλαγή γνώσεων, τεχνολογίας και την ανάπτυξη στρατηγικών ανά περιοχή για περιοχές που επηρεάζονται από την έλλειψη και την κλιματική αλλαγή.
Τα τελευταία χρόνια, η ομάδα μας έχει ασχοληθεί σε βάθος με γεωργικές κοινότητες στην Τανζανία και σε χώρες Ασίας-Ειρηνικού, όπως η Σιγκαπούρη, οι Φιλιππίνες, η Ιαπωνία και η Νότια Κορέα, κατανοώντας τις μοναδικές προκλήσεις τους.
Αυτές οι περιοχές αντιμετωπίζουν οξεία έλλειψη νερού, περιορισμένη πρόσβαση σε εξελιγμένη τεχνολογία και τις αρνητικές επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής. Για να είναι αποτελεσματικές, οι λύσεις που αναπτύσσονται σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα πρέπει να προσαρμόζονται και να καθίστανται προσβάσιμες στους αγρότες.
Αυτό σημαίνει ανάπτυξη εργαλείων αισθητήρων που είναι οικονομικά προσιτά και απλά στη χρήση, καθώς και κλιμακώσιμων συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης και ρομποτικών συστημάτων που μπορούν να λειτουργούν αποτελεσματικά υπό μεταβλητές περιβαλλοντικές και υποδομικές συνθήκες.
Η διεθνής συνεργασία διαδραματίζει ζωτικό ρόλο εδώ. Η ανταλλαγή γνώσεων μέσω διασυνοριακών ερευνητικών συνεργασιών, προγραμμάτων ανάπτυξης ικανοτήτων και πρωτοβουλιών μεταφοράς τεχνολογίας μπορεί να επιταχύνει την ανάπτυξη λύσεων έξυπνης γεωργίας παγκοσμίως.
Ο Οργανισμός Τροφίμων και Γεωργίας , ο Σύνδεσμος Πανεπιστημίων του Ειρηνικού και η Παγκόσμια Τράπεζα ενθαρρύνουν ενεργά τέτοιες συνεργασίες, τονίζοντας ότι η βιώσιμη γεωργική πρόοδος εξαρτάται από την ενσωμάτωση της τεχνολογίας αιχμής με την τοπική γνώση.
Στόχος μας είναι να αναπτύξουμε οικονομικά προσιτά και εύχρηστα ρομπότ ανίχνευσης τεχνητής νοημοσύνης για μικρές εκμεταλλεύσεις, τα οποία μπορούν να παρέχουν παρακολούθηση των εγκαταστάσεων σε πραγματικό χρόνο για τη μείωση των αποβλήτων και τη βελτίωση των αποδόσεων.
Αυτά τα συστήματα μπορούν να ενισχύσουν ανθεκτικά γεωργικά οικοσυστήματα και να συμβάλουν στην επίτευξη του στόχου βιώσιμης ανάπτυξης του ΟΗΕ για την εξάλειψη της πείνας και του υποσιτισμού.
Τελικά, η κλιμάκωση πρωτοτύπων όπως το δικό μας από θερμοκήπια στην παγκόσμια γεωργία απαιτεί ισχυρή διεθνή συνεργασία. Οι υποστηρικτικές πολιτικές και η ανταλλαγή γνώσεων θα επιταχύνουν την ανάπτυξη έξυπνων συστημάτων διαχείρισης υδάτων. Αυτό θα δώσει τη δυνατότητα στους αγρότες παγκοσμίως να επιτύχουν πιο βιώσιμη και ανθεκτική παραγωγή τροφίμων.
