لقد تجاوز عدد سكان الأرض بالفعل 7.3 مليار علامة ولن يتوقف عند هذا الحد. بحلول عام 2050 ، من المتوقع أن يعيش 9.7 مليار شخص على هذا الكوكب. في هذه الحالة ، تأتي قضية التغذية في المقدمة ، لأنه من أجل إطعام مثل هذا العدد الضخم من السكان ، من الضروري زيادة إنتاج الغذاء عدة مرات. يعمل المزارعون والمهندسون بالفعل على هذه المهمة ويخططون لتحقيقها من خلال تطوير وإنشاء مزارع "ذكية".
على عتبة الثورة الصناعية الرابعة التي تقع عليها الإنسانية ، ستحدث تغييرات خطيرة أيضًا في الزراعة ، حيث سيتم إدخال تقنيات الأنظمة السيبرانية الفيزيائية وإنترنت الأشياء (IoT) والحوسبة السحابية بشكل منهجي.
يمكن تطبيق التقدم التكنولوجي في جميع مراحل الزراعة تقريبًا ، ويمكن تقسيم التقنيات المنفذة بالفعل إلى ثلاث فئات رئيسية ، والتي ستصبح أساس الزراعة "الذكية" - وهي الروبوتات المستقلة ، والطائرات بدون طيار أو الطائرات بدون طيار ، وأجهزة استشعار إنترنت الأشياء المختلفة. أدناه سنتحدث أكثر عن كل منهم.
الروبوتات
كانت الروبوتات تقول أنه سيتم استبدال البشر لسنوات عديدة ، وتحقق هذه التوقعات تدريجيًا. الزراعة ليست استثناء ، وبالنظر إلى حقيقة أن الزراعة غالبًا ما تنطوي على مهمة شاقة مع تكرار معين من الإجراءات المتكررة ، فهذه بيئة مثالية للروبوتات.
تستخدم المزارع بالفعل الروبوتات الزراعية في مختلف المهام - البذر والري وحصاد وفرز المحاصيل. تستمر التكنولوجيا "الذكية" في التحسن وستزيد في المستقبل من حجم المنتجات الزراعية وتحسين جودتها مع استخدام أقل للموارد البشرية.
جرار بدون طيار
الجرارات هي أساس أي مزرعة ومن الواضح أنه مع ميل تطوير المركبات غير المأهولة في العالم ، فإن سائقي الجرارات هم أول من يغادرون مقصوراتهم. سيكون عليهم إما العودة إلى منازلهم ، أو العودة إلى المتخصصين الذين يدخلون بيانات رسم الخرائط ويضعون حدود الحقول ، بالإضافة إلى تعلم كيفية برمجة مسار الحركة باستخدام برامج خاصة وتحديد المعلمات الأخرى للجرارات غير المأهولة.
ومع ذلك ، بمرور الوقت ، ستتوسع قدرات الجرارات غير المأهولة ، وستصبح أكثر استقلالية. وسوف تشمل الكاميرات الإضافية ، وأنظمة رؤية الكمبيوتر ، والملاحة GPS ، واتصال إنترنت للمراقبة والتحكم عن بعد ، وتقنية المسح بالليزر LIDAR للكشف عن العقبات ومنع الاصطدامات.
وفقًا لتوقعات CNH Industrial ، التي أدخلت مفهوم الجرار بدون طيار في عام 2016 ، في المستقبل ، ستتمكن هذه المعدات من استخدام المعلومات التشغيلية بشكل مستقل من سواتل الأرصاد الجوية لتحديد أفضل ظروف العمل تلقائيًا ، بغض النظر عن الأوامر البشرية والوقت من اليوم.
بذر
استبدل مظهر تدريبات البذور العمل اليدوي الثقيل للإنسان ، لكنه ترك بعض المشاكل التي لم تحل بعد. على سبيل المثال ، بمساعدتهم ، غالبًا ما تزرع الحقول بطريقة مبعثرة ، مما يعني ضمناً عدم الدقة واستهلاك البذور العالي. لتحقيق النمو الأمثل ، يجب أن تزرع البذور بالعمق والمسافة الصحيحين عن بعضهما البعض.
لتحقيق هذه الشروط ، يتم استخدام تقنية البذر الدقيق ، والتي تتضمن تقنية الخرائط الجغرافية جنبًا إلى جنب مع بيانات المستشعر حول جودة التربة وكثافتها ومستوى الرطوبة والخصوبة التي تساعد على إبطال عامل العشوائية. بمساعدتهم ، تتمتع البذور بأفضل فرص الإنبات والنمو وبالتالي المحصول.
في المستقبل ، سيتم استخدام أدوات البذر الدقيقة جنبًا إلى جنب مع الجرارات غير المأهولة وأنظمة إنترنت الأشياء التي تنقل معلومات حول تقدم الزراعة إلى المزارع. وبالتالي ، سيتمكن شخص واحد فقط من زرع حقول كاملة ، ومراقبة عمل العديد من الأجهزة باستخدام البث المرئي أو لوحة تحكم رقمية على جهاز كمبيوتر أو جهاز لوحي.
الري والري التلقائي
يسمح الري بالتنقيط تحت سطح الأرض الذي يستخدم على نطاق واسع للمزارعين بالفعل بالتحكم في توقيت وكم كمية المياه التي تتلقاها. من خلال إضافة مستشعرات إنترنت الأشياء التي تراقب أنظمة الري لمراقبة رطوبة التربة وصحة النبات ، سيجعلها المزارعون مستقلون تمامًا تقريبًا. التدخل في العملية مطلوب فقط في حالة وجود أي مشاكل.
مكافحة الحشائش
يُعهد الآن إلى هذا الجزء من العمل اليدوي مرة إلى الروبوتات. صحيح ، حتى الآن فقط كتجربة. على سبيل المثال ، روبوت حقل BoniRob. يتنقل في جميع أنحاء الميدان باستخدام أجهزة تحديد الأقمار الصناعية والليزر أثناء استخدام الكاميرات وتكنولوجيا التعلم الآلي. يقوم الروبوت بتقييم الشتلات وإزالة الأعشاب الضارة.
كما عثرت مزرعة سمارت فارم المزرعة الآلية على مكانها في المزرعة. يتحرك بمساعدة جرار مجهز بنظام تصور. يتعرف على الصبغة الفلورية على الشتلات وبالتالي يميز المحاصيل عن الحشائش. يتم تدمير الأعشاب بدون علامة.
ستتمكن المزارع المجهزة بهذه الروبوتات وغيرها من الجرارات غير المأهولة وأنظمة إنترنت الأشياء من العمل بمفردها تقريبًا.
الحصاد
حسن التوقيت والطقس الجيد والكفاءة مهمة لحصاد المحاصيل. يستخدم المزارعون مجموعة متنوعة من آلات الحصاد ، والعديد منها يمكن أتمتة. من الضروري فقط تكييف تكنولوجيا الجرارات غير المأهولة وتجهيز المجمعات ومعدات الحصاد الأخرى بمستشعرات متقدمة ، بالإضافة إلى مستشعرات إنترنت الأشياء المتصلة بالإنترنت. ستتمكن الماكينات من بدء العمل تلقائيًا بمجرد وصول الظروف المثالية للحصاد.
يعتبر التقدم التكنولوجي مفيدًا بشكل خاص لحصاد الفواكه والخضروات الرقيقة ، والتي تتطلب نهجًا أكثر حساسية. يعمل المهندسون بالفعل على مثل هذه الأنظمة. على سبيل المثال ، أنشأت باناسونيك روبوتًا نموذجيًا لجني الطماطم الآلي. باستخدام الكاميرات والخوارزمية لتحليل اللون والشكل ، يمكنه التعرف على الثمار وتحديد الطماطم الناضجة.
يختار روبوت باناسونيك الطماطم بقطعها عن الجذع ، لكن المهندسين يحاولون أيضًا إنشاء روبوتات يمكنها أن تمسك الفواكه والخضروات بلطف دون الإضرار ببشرتها الحساسة.
اختارت الروبوتات الوفيرة طريقة أخرى: النموذج الأولي لمنتقي التفاح الروبوتي ، الذي يتم اختباره في الولايات المتحدة ، يعمل على مبدأ المكنسة الكهربائية ويمتص الفاكهة الناضجة ، ويجدها باستخدام رؤية الكمبيوتر.
هذه مجرد أمثلة قليلة من العشرات من الروبوتات الواعدة التي ستتولى الحصاد قريبًا ، وتحرير الناس من العمل الشاق.
المركبات الجوية بدون طيار
أي مزارع لا يرغب في رؤية منظره الجوي لحقوله؟ إذا كان في وقت سابق للتصوير الجوي للأراضي الزراعية أن يلجأ إلى خدمات طائرة هليكوبتر أو طائرة صغيرة ، يمكنك الآن أن تفعل الشيء نفسه بمساعدة طائرات بدون طيار مجهزة بكاميرات. وسوف تكون هناك حاجة إلى المال لهذا أقل من ذلك بكثير.
لا تقف تقنيات معالجة الصور ثابتة ، واليوم تتوفر أنظمة الطائرات بدون طيار مع مجموعة متنوعة من الكاميرات في السوق - من المعيار إلى الأكثر تقدمًا ، مع دعم الدقة العالية للغاية ، والقدرة على التصوير بالأشعة تحت الحمراء أو الأشعة فوق البنفسجية وحتى في وضع التحليل الطيفي.
البيانات التي تم الحصول عليها بمساعدة الطائرات بدون طيار تجعل من الممكن تقييم حالة المحاصيل الزراعية وجودة التربة ، وتخطيط المناطق المزروعة ، وتحسين استخدام الموارد والأراضي. تساعد المسوحات الميدانية المنتظمة أيضًا في اختيار مخططات الزراعة والري ، ورسم خرائط الأراضي الزراعية ، والجوانب الأخرى للزراعة.
ومع ذلك ، فإن الطائرات بدون طيار مفيدة ليس فقط لقدرات الصور والفيديو. تشمل حالات الاستخدام الأخرى البذر والرش.
تعمل العديد من الشركات ومجموعات العلماء على الطائرات بدون طيار ، والتي بمساعدة الهواء المضغوط يمكن أن تتناثر الكبسولات بالبذور والأسمدة. على وجه الخصوص ، يتم تنفيذ مثل هذه المشاريع باستخدام الطائرات بدون طيار بواسطة DroneSeed و BioCarbon. هدفهم هو إعادة التحريج ، ولكن هذه الطريقة ليست صعبة التكيف لزراعة المحاصيل المختلفة. يمكن لأسطول طائرات بدون طيار تحت سيطرة مستشعرات إنترنت الأشياء والبرمجيات للعمل المستقل أن يزرع النباتات في أماكن مناسبة بشكل مثالي لها مع أفضل الظروف لنمو أسرع وعوائد عالية.
أيضا ، يمكن استخدام الطائرات بدون طيار لرش المحاصيل. بمساعدة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وأنظمة القياس بالليزر وتحديد المواقع بالموجات فوق الصوتية ، يمكن للطائرات بدون طيار ضبط الارتفاع ومنطقة الطيران مع مراعاة معلمات مثل سرعة الرياح والتضاريس والجغرافيا. هذا يسمح للطائرات بدون طيار بالرش بشكل أكثر كفاءة ، مع دقة أكبر وخسارة أقل.
على سبيل المثال ، أنشأت شركة DJI الصينية نظام الطائرات بدون طيار Agras MG-1 خصيصًا لرش المحاصيل. يشتمل على الطائرة بدون طيار سعة 10 لتر يمكن ملؤها بالمبيدات السائلة أو مبيدات الأعشاب أو الأسمدة. السرعة القصوى لطائرة أجراس MG-1 هي 40 كم / ساعة ، المدى الأقصى والارتفاع 1 كم و 150 م.يسمح رادار الميكروويف للطائرة بدون طيار بالحفاظ على المسافة الصحيحة من المحاصيل وضمان الرش المنتظم. وفقًا للشركة المصنعة ، يمكن أن تعمل Agras MG-1 في أوضاع قائمة بذاتها أو شبه مستقلة أو يدوية.
طائرات بدون طيار للمراقبة والتحليل في الوقت الحقيقي
وظيفة أخرى مفيدة للطائرات بدون طيار هي القدرة على استخدامها لإجراء المراقبة عن بعد وتحليل حالة الحقول والمحاصيل التي تنمو عليها. يمكن أن تحل العديد من الطائرات بدون طيار محل جيش كامل من العمال. لن يحتاج الناس إلى السفر باستمرار حول الحقول لتقييم حالة الشتلات بصريًا.
من خلال تلقي هذه البيانات على الإنترنت ، سيتمكن المزارعون من الذهاب إلى الحقول فقط لبعض الأسباب العاجلة التي تتطلب الاهتمام حقًا ، ولن تضيع الوقت في فحص النباتات الصحية.
ومع ذلك ، في حين أن الطائرات بدون طيار الزراعية بعيدة عن الكمال. المدى ووقت الرحلة لمعظم النماذج أقل مما يحتاجه المزارعون. يمكن حتى للطائرات بدون طيار "الأكثر تحملاً" أن تقضيها في الهواء لمدة ساعة تقريبًا ، ومن ثم تحتاج إلى إعادة شحن البطاريات.
بالإضافة إلى ذلك ، لا تزال الطائرات بدون طيار الزراعية تلدغ. على سبيل المثال ، سيكلف شراء أحد طرازات Precision Hawk Lancaster الأكثر تقدمًا اليوم 25 ألف دولار. بالطبع ، هناك طائرات بدون طيار أقل تكلفة ، لكن معداتهم غالبًا ما تكون متواضعة ولا تتضمن معدات صور وفيديو متقدمة أو معدات رش ضرورية للمزارعين.
المزرعة المتصلة: أجهزة الاستشعار وإنترنت الأشياء
ستجلب الروبوتات والطائرات بدون طيار الزراعية المستقلة العديد من الفوائد للمزارعين ، ولكن تقنيات إنترنت الأشياء ستجعل مزرعة "ذكية" حقًا في المستقبل.
يشير مصطلح "إنترنت الأشياء" إلى مفهوم شبكة الكمبيوتر للأشياء المادية ("الأشياء") المجهزة بتقنيات مدمجة للتفاعل وتبادل البيانات مع بعضها ومع البيئة الخارجية. يتم بالفعل تنفيذ تقنيات إنترنت الأشياء في الممارسة العملية في شكل أجهزة ذكية منزلية مع دعم مساعدي الصوت الرقمي ، والمعدات الطبية الذكية والمعدات الصناعية.
في المزارع الذكية ، سيتم إدخال أجهزة الاستشعار في كل مرحلة من مراحل إنتاج الصومعة وفي جميع أنواع المعدات. ستجمع أجهزة الاستشعار الميدانية بيانات عن مستويات الإضاءة وظروف التربة والري وجودة الهواء والظروف الجوية. سيتم إرسال المعلومات إلى المزارع أو مباشرة إلى الروبوتات الزراعية في الحقول. ستقوم مجموعات الروبوتات المجهزة بأجهزة الاستشعار الخاصة بها ومعدات الملاحة بالتجول عبر الحقول والاستجابة للإشارات التي تتلقاها حول الحاجة إلى إزالة الأعشاب الضارة أو الري أو التقليم أو الحصاد. بالإضافة إلى ذلك ، ستتبع الطائرات بدون طيار الحقول من الجو ، وتنتج خرائط ستكون بمثابة دليل للروبوتات ومساعدة المزارعين على التخطيط لمزيد من العمل الزراعي. كل هذه الابتكارات ستزيد الإنتاج الزراعي وجودة الغذاء.
تتوقع شركة تحليلات BI Intelligence أن عدد أجهزة إنترنت الأشياء المستخدمة في الزراعة سيزيد من 30 مليون وحدة في عام 2015 إلى 75 مليون في عام 2020. ومن المتوقع أيضًا أنه بحلول عام 2050 ، ستنتج المزارع الذكية 4.1 مليون قياس يوميًا ، مقارنة بـ 190 ألفًا فقط في عام 2014.
مسلحين بمصفوفة متزايدة من البيانات من المعدات الذكية وأجهزة الاستشعار ، بالإضافة إلى تقنيات الشبكات لتبادل المعلومات ، سيتمكن المزارعون من رؤية جميع جوانب مشاريعهم الزراعية ، وفهم أي النباتات صحية ، وأي منها يحتاج إلى الاهتمام ، والحقول التي تحتاج إلى الري ، وأين تجمع المحصول.
في هذه المادة ، يتأثر فقط غيض من فيض - زراعة المحاصيل. لا تقل فرص التكنولوجيا المتقدمة في مجال الثروة الحيوانية. إذا تحولت كل مزرعة إلى مزرعة ذكية ، فسيصبح هدف زيادة إنتاج الغذاء بنسبة 70 في المائة أمرًا ممكنًا.