نوسازی کشاورزی آینده ساز با قدرت هوش مصنوعی (AI)

جهان در آستانه یک انقلاب تکنولوژیک است. انقلاب صنعتی چهارم در حال ایجاد پیشرفت های مبتنی بر فناوری در همه صنایع از جمله کشاورزی است.

اخبار سبز کشاورزی ؛ دکتر حسین شیرزاد، تحلیلگر و دکترای توسعه کشاورزی | کشاورزی یکی از قدیمی‌ترین و مهم‌ترین صنایع مولد جهان است. جمعیت جهان به سرعت در حال رشد است و میزان این رشد، تقاضا برای غذا و اشتغال را افزایش می‌دهد.

در نتیجه، روش‌های خودکار جدیدی برای برآوردن نیازهای غذایی معرفی می‌شوند، زیرا روش‌های سنتی مورد استفاده کشاورزان برای برآورده کردن این نیازها کافی نیست و در عین حال فرصت‌های شغلی را برای میلیاردها نفر در سراسر جهان فراهم می‌کند.

کشاورزان به‌دلیل افزایش سن مدیران مزرعه، کمبود نیروی کار، قوانین سختگیرانه‌تر سلامت غذا، افزایش جمعیت جهانی و کاهش تعداد کشاورزان مجبور به جستجوی راه حل های جدید هستند.

فناوری در طول سال‌ها کشاورزی را بازتعریف کرده است و پیشرفت‌های تکنولوژیکی صنعت کشاورزی را به روش‌های مختلفی تحت تأثیر قرار داده است.

بیشتر بخوانید: روند تجدید ساختارها در صنعت کشاورزی

فناوری‌هایی مانند اینترنت اشیاء، داده‌های بزرگ و تجزیه و تحلیل، هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشینی (ML) تقریباً در هر صنعت نفوذ می‌کنند. تلاش‌ها و تحقیقاتی برای بهبود کیفیت و کمیت محصولات کشاورزی از طریق «متصل» و «هوشمند» کردن آنها از طریق «کشاورزی هوشمند» در حال انجام است.

اندازه بازار کشاورزی هوش مصنوعی معادل 1.7 میلیارد دلار در سال 2022 ارزش‌گذاری شد و پیش‌بینی می‌شود که متوسط رشد بیش از 20 درصد را بین سال‌های 2023 و 2032 نشان دهد.

انتظار می‌رود اندازه بازار هوش مصنوعی جهانی در کشاورزی تا سال 2028 به 4.9 میلیارد دلار برسد. البته همچنان منطقه آمریکای شمالی بر هوش مصنوعی (AI) در بازار کشاورزی تسلط دارد و در 5 سال آتی تسلط خود را شکوفاتر خواهد کرد.

این به دلیل افزایش هزینه‌‌ها برای مهارت‌های تحقیق و توسعه در این منطقه و تسلط قوی بر هوش مصنوعی در این منطقه است.

پیش‌بینی می‌شود که منطقه آسیا و اقیانوسیه هم وضعیت قابل‌توجهی را پشت‌سر بگذارد و به دلیل پذیرش فزاینده فناوری دستگاه‌های متصل توسط صنعت کشاورزی، بالاترین رشد را کسب کنند.

رشد بازار به افزایش نیاز به ربات‌‌ها در کشاورزی همراه با افزایش تقاضای مصرف‌کنندگان و نیاز روزافزون به عملکرد بیشتر محصول بر می‌گردد. افزایش بازار هوش مصنوعی مرتبط با کشاورزی را می‌توان به گسترش استفاده از سیستم‌های مدیریت اطلاعات و فناوری‌های پیشرفته نسبت داد.

بیشتر بخوانید: آگرو پولی، هژمونی شرکت‌ها بر زنجیره غذایی جهانی

افزایش عملکرد کشاورزی با استفاده از تکنیک های یادگیری عمیق برای پاسخگویی به تقاضای فزاینده برای غذا در مقیاس جهانی، افزایش تولید کشاورزی نیز ضروری است. با این حال، شیوه‌های کشاورزی مدرن می‌تواند بواسطه بهره برداری فشرده از منابع پایه برای محیط‌زیست مضر باشد. علاوه بر این، انتظار می رود جمعیت جهان تا سال 2050 به 10 میلیارد نفر برسد که فشار قابل توجهی بر سیستم های غذایی ما وارد می کند.

خوشبختانه، هوش مصنوعی این پتانسیل را دارد که کشاورزی مدرن را متحول کند و به ما کمک کند تا با چالش های تغذیه جمعیت رو به رشد مقابله کنیم و در عین حال اثرات زیست محیطی کشاورزی را به حداقل برسانیم. هوش مصنوعی به استفاده از الگوریتم‌ها و تکنیک‌های یادگیری ماشین برای تجزیه و تحلیل داده‌ها، شناسایی الگوها و پیش‌بینی اشاره دارد.

با استفاده از این تکنیک ها در کشاورزی مدرن، هوش مصنوعی می تواند به کشاورزان کمک کند تا بازده محصول را بهینه کنند، کارایی منابع را ارتقا داده، مدیریت آفات و بیماری ها را بهبود بخشند و از شیوه های کشاورزی پایدار حمایت کنند . بازیکنان برتر در بازار جهانی Al در بازار کشاورزی ؛ شرکتهای" IBM"،" Bayer A " ،" Google LLC " ،" AgEagle Aerial Systems Ltd "،" Gamaya SA "،" AG Leader Technology "،" AGCO "،میباشند که بالاترین نرخ فروش محصولات را دارند.

الف) بهینه سازی بازده محصول

یکی از امیدوارکننده ترین کاربردهای هوش مصنوعی در کشاورزی مدرن، تجزیه و تحلیل تقاضای بازار، مدیریت ریسک، نظارت بر سلامت خاک، حفاظت از دام و محصولات زراعی-باغی، کنترل تغذیه محصولات کشاورزی و بهینه سازی عملکرد محصول است. با تجزیه و تحلیل داده ها در مورد کیفیت خاک، الگوهای آب و هوا و رشد گیاهان، هوش مصنوعی می تواند به کشاورزان در تصمیم گیری آگاهانه در مورد کاشت، آبیاری، کوددهی و برداشت کمک کند. برای مثال، هوش مصنوعی می‌تواند برای توسعه مدل‌های پیش‌بینی‌کننده استفاده شود که می‌تواند عملکرد محصول را بر اساس الگوهای آب و هوا و شرایط خاک پیش‌بینی کند.

این توانایی می تواند به کشاورزان کمک کند تا تصمیمات آگاهانه تری در مورد زمان کاشت و برداشت محصولات و همچنین میزان مصرف آب و کود بگیرند. علاوه بر این، هوش مصنوعی می‌تواند برای تجزیه و تحلیل داده‌های ماهواره‌ای برای شناسایی مناطقی با بیشترین پتانسیل برای رشد محصول استفاده شود و انواع محصولاتی را که به بهترین وجه برای شرایط رشد محلی مناسب هستند، توصیه کند.

بیشتر بخوانید: خوانش نئومالتوسی تغییر اقلیم و شوک‌های هیدرولوژیکی محرک بی‌ثباتی

افزایش استفاده از حسگرهای هوشمند در کشاورزی یک روند کلیدی در هوش مصنوعی در بازار کشاورزی است. به لطف فناوری مبتنی بر حسگر، کشاورزان می توانند دقیقاً از مزارع خود نقشه برداری کنند، مسایل تولید محصول را ردیابی کنند و در صورت نیاز آنها را مدیریت کنند.

کشاورزان از توسعه حسگرهای صریح عملیات مختلف، از جمله حسگرهای رطوبت خاک، حسگرهای موقعیت، حسگرهای جریان هوا، و سنسورهای آب و هوا سود می برند، که به آنها کمک می کند تا عملکرد خود را نظارت و به حداکثر برسانند و در عین حال به آنها اجازه می دهد تا با عوامل محیطی در حال تغییر سازگار شوند. هوش مصنوعی از سال 2019 ، به طور عمده در دامداری و مرغداری ها و در محیط های سرپوشیده، با بیش از 60 درصد سهم بازار به کار گرفته شد. مزارع هوشمند و روبات ها در حال تغییر شیوه های کشاورزی هستند.

ب) بهبود بهره وری منابع

طبق پیش بینی های سازمان ملل جمعیت از 7.5 میلیارد به 9.7 میلیارد در سال 2050 افزایش خواهد یافت و فشار بیشتری روی زمین وارد خواهد شد زیرا تنها 4 درصد امکان افزودن زمین اضافی وجود خواهد داشت که تا سال 2050 زیر کشت خواهد رفت اما برای تغذیه دو میلیارد نفر دیگر، تولید غذا باید 60 درصد افزایش یابد. بنابراین تنها گزینه بهره وری دانش بنیان است.

روش دیگری که هوش مصنوعی می تواند به کشاورزی مدرن کمک کند، بهبود کارایی منابع است. کشاورزی مصرف کننده عمده منابع از جمله آب، انرژی و کود است.

بیشتر بخوانید: ادغام عمودی و مرغداری قراردادی در توسعه صنعت طیور

با بهینه سازی تابع استفاده از منابع ، کشاورزان می توانند هزینه ها را کاهش داده و اثرات زیست محیطی خود را به حداقل برسانند. هوش مصنوعی می‌تواند برای تجزیه و تحلیل داده‌های مصرف آب و کود برای شناسایی ناکارآمدی‌ها و توصیه استراتژی‌هایی برای بهبود اثربخشی و کارایی تولید استفاده شود. برای مثال، هوش مصنوعی می‌تواند به کشاورزان کمک کند تا سیستم‌های آبیاری دقیقی را توسعه دهند که آب را مستقیماً به ریشه‌های گیاهان می‌رساند، هدر رفت آب را کاهش می‌دهد و عملکرد محصول را بهبود می‌بخشد.

همچنین می‌توان از هوش مصنوعی برای توسعه سیستم‌های کوددهی دقیق استفاده کرد که کود را فقط در زمانی و جایی که لازم است تحویل گیاه می‌دهد، سیستم اتومات مصرف کود را کاهش می‌دهد و خطر آلودگی محیط‌زیست را به حداقل می‌رساند.

ج) دقت در مدیریت آفات و بیماری ها

مدیریت آفات و بیماری جزء حیاتی کشاورزی مدرن است. رویکردهای سنتی برای مدیریت آفات و بیماری ها اغلب بر استفاده از آفت کش ها متکی است که می تواند برای محیط زیست و سلامت انسان مضر باشد. خوشبختانه، هوش مصنوعی می‌تواند به کشاورزان کمک کند تا استراتژی‌های مؤثرتر و پایدارتری برای مدیریت آفات و بیماری‌ها برگزینند.

هوش مصنوعی می تواند برای تجزیه و تحلیل داده های شیوع آفات و بیماری ها کاشت گونه های محصول مقاوم به بیماری یا اجرای استراتژی های مدیریت یکپارچه آفاتبکار گرفته شود. علاوه بر این، هوش مصنوعی می‌تواند برای توسعه سیستم‌های دقیق کاربرد آفت‌کش‌ها نیز استفاده شود.

حتی برای شناسایی الگوها و پیش بینی شیوع آتی؛ می تواند به کشاورزان کمک کند تا اقدامات پیشگیرانه ای را برای جلوگیری از شیوع بیماری انجام دهند، مانند سیستم های کاربردی که آفت کش ها را فقط در جایی که مورد نیاز است استفاده کرده و با کاهش استفاده از آفت کش ها و به حداقل رساندن خطر آلودگی محیط زیست به پایداری محیط زیست کمک کند. پهپادها با حسگرهای فراطیفی، چندطیفی یا حرارتی می‌توانند مکان‌هایی را که نیاز به تغییر برنامه آبیاری دارند، شناسایی کنند.

هنگامی که محصولات شروع به رشد کردند، این حسگرها از امضای گرمای محصول برای تولید شاخص پوشش گیاهی استفاده میکنند که نشانه سلامت مبتنی بر هوش مصنوعی است. اگرچه سمپاشی شیمیایی محبوبیتی ندارد، اما جزء ضروری کشاورزی صنعتی است.

خوشبختانه، پهپادهای کشاورزی هوشمند اثرات زیست محیطی منفی خود را به حداقل می رساند. اسپری‌ها و سایر فناوری‌های تخصصی پهپاد (وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین)، از جمله لیزرها و دستگاه‌های اکو اولتراسونیک، می‌توانند فاصله را با دقت بسیار بالایی اندازه‌گیری کنند. در نتیجه کاهش قابل توجهی در مقدار کلی اسپری و مواد شیمیایی وارد شده به آب های زیرزمینی وجود دارد.

د) حمایت از شیوه های کشاورزی پایدار

استفاده از هوش مصنوعی برای پاشش هوشمند مواد شیمیایی نه فقط باعث صرفه جویی در هزینه می شود بلکه می تواند برای حمایت از شیوه های کشاورزی پایدار استفاده شود. هدف شیوه های کشاورزی پایدار به حداقل رساندن اثرات زیست محیطی کشاورزی در عین حفظ یا بهبود عملکرد محصول است.

با به حداقل رساندن استفاده از مواد شیمیایی مضر، شیوه های کشاورزی پایدار می تواند به کشاورزان در کاهش هزینه ها، بهینه سازی استفاده از منابع ، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای و حفاظت از محیط زیست کمک کند.

هوش مصنوعی می تواند برای توسعه شیوه های کشاورزی پایدار با تجزیه و تحلیل داده ها در مورد کیفیت خاک، استفاده از آب و انتشار گازهای گلخانه ای مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان مثال، هوش مصنوعی می تواند به کشاورزان کمک کند تا استراتژی های تناوب زراعی را توسعه دهند تا سیستم های حفاظت خاک عملیاتی گردد و نیاز به کود را کاهش می دهد.

همچنین می‌توان از هوش مصنوعی برای توسعه سیستم‌های آبیاری دقیق استفاده کرد که ضایعات آب و انتشار گازهای گلخانه ای را کاهش می دهد.علاوه بر این، هوش مصنوعی می‌تواند برای شناسایی فرصت‌های استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در مزارع، مانند انرژی خورشیدی یا بادی استفاده شود.

ه)حل مسایل و چالش های مزرعه

استفاده از ربات های مبتنی بر هوش مصنوعی برای برداشت مزرعه پتانسیل زیادی برای کشاورزی مدرن دارد، هنوز چالش‌های مهمی وجود دارد که باید به آنها پرداخت. یکی از بزرگترین چالش ها این است که کیفیت تحلیل و در دسترس بودن یافته های هوش مصنوعی برای انجام پیش‌بینی‌ها و توصیه‌های دقیق به حجم زیادی از داده‌های با کیفیت بالا متکی است با این حال، دستیابی به اطلاعات در مورد کیفیت خاک، الگوهای آب و هوا و رشد گیاهان، به ویژه در کشورهای در حال توسعه، دشوار است.

چالش دیگر ملاحظات اخلاقی است. الگوریتم‌های هوش مصنوعی به اندازه داده‌هایی که روی آن‌ها آموزش دیده‌اند بی‌طرف‌تر هستند، به این معنی که داده‌های سوگیری شده می‌توانند به پیش‌بینی‌ها و توصیه‌های مغرضانه منجر شوند. علاوه بر این، استفاده از هوش مصنوعی در کشاورزی مدرن سوالاتی را در مورد حفظ حریم خصوصی و شفافیت داده ها ایجاد می کند. لذا مهم است که اطمینان حاصل شود که هوش مصنوعی به صورت اخلاقی و شفاف برای ایجاد اعتماد عمومی و حمایت از شیوه های کشاورزی پایدار استفاده می شود.

بیشتر بخوانید: تجربه چین در احداث و نوزایی شهرهای مولد ساحلی دریا پایه

و) نگاه فوتوریستیک

آسیا با تنها یک پنجم زمین های کشاورزی جهان میزبان بیش از نیمی از جمعیت جهان است. تغییرات آب و هوایی و افزایش قیمت مواد غذایی تهدیدی حیاتی برای امنیت غذایی درازمدت هستند - بیش از 1 میلیارد نفر در سراسر منطقه به غذای کافی دسترسی ندارند.

این وضعیت بخشی از یک روند جهانی است که سازمان ملل متحد آن را " اورژانس غذایی بی سابقه " می نامد. با وجود این چالش ها، فرصت های هیجان انگیز زیادی برای آینده هوش مصنوعی در کشاورزی مدرن وجود دارد. یکی از زمینه های امیدوارکننده استفاده از هوش مصنوعی درکشاورزی دقیق است.

کشاورزی دقیق به استفاده از فناوری برای بهینه سازی شیوه های کشاورزی از جمله آبیاری دقیق، کوددهی دقیق و کاربرد دقیق آفت کش ها اشاره دارد. یکی دیگر از زمینه های بالقوه استفاده از هوش مصنوعی در کشاورزی عمودی است.کشاورزی عمودی شامل رشد محصولات در لایه‌های عمودی، با استفاده از نور مصنوعی و کنترل آب و هوا برای بهینه سازی رشد محصول است.

هوش مصنوعی می‌تواند برای توسعه مدل‌های پیش‌بینی‌کننده استفاده شود که می‌توانند بازده محصول را بر اساس شرایط محیطی پیش‌بینی کنند و استراتژی‌هایی را برای بهبود توصیه کنند.

ز) کشاورزی داده محور

در سطح جهانی، کشاورزی مبتنی بر داده به عنوان یکی از امیدوارکننده ترین رویکردها برای رسیدگی به چالش امنیت غذایی، شتاب بیشتری به دست آورده است. به گفته موسسه تحقیقات بین المللی سیاست غذایی، تکنیک های کشاورزی مبتنی بر داده ها می تواند بهره وری مزرعه را تا سال 2050 تا 67 درصد افزایش دهد ، در حالی که به طور همزمان زیان های کشاورزی و مواد غذایی را کاهش می دهد.

با این حال، هزینه های بالای پذیرش فناوری های جدید نیز می تواند مانعی برای کشورهای با درآمد کم تا متوسط باشد. این امر به ویژه برای آسیا که در آن کشاورزان خرده مالک گروه عمده هستند ، با 450 میلیون نفر که بیش از 80 درصد مواد غذایی مصرف شده در منطقه را تولید می کنند بسیار مهم است .کشاورزی مبتنی بر داده با جمع آوری اطلاعات در مورد مزرعه شروع می شود، که به ویژه در جوامع روستایی که فاقد زیرساخت دیجیتال هستند می تواند دشوار باشد .

این داده‌ها از منابع مختلفی از جمله حسگرها، پهپادها، تراکتورها، ایستگاه‌های هواشناسی و تصاویر ماهواره‌ای به‌دست می‌آیند که اتصال اینترنتی مقرون‌به‌صرفه را یک ضرورت می‌سازد.

با گذشت زمان، همه این جریان‌های داده می‌توانند برای نشان دادن اقدامات مفید و ارائه پیشنهادات بر اساس چرخه‌های محصول قبلی مورد استفاده قرار گیرند که در نتیجه عملکرد بالاتر، ورودی‌های کمتر و اثرات زیست‌محیطی کمتری به همراه دارد. برای حداکثر تأثیر، داده های مناسب باید برای هدف درست و در زمان مناسب مورد استفاده قرار گیرند. اما اندازه و پیچیدگی عظیم سیستم‌های کشاورزی-غذایی، همراه با ماهیت تکه تکه آن‌ها، چالش‌هایی را برای بازگشایی ارزش اقتصادی بالقوه کلان داده‌ها ایجاد می‌کند که پیش‌بینی می‌شود تنها در آسیای جنوب شرقی بیش از 100 میلیارد دلار باشد . برای تضمین رشد فراگیرتر، کشاورزان خرده‌مالک باید برای مشارکت در زنجیره‌های ارزش کشاورزی-غذایی مدرن توانمند شوند.

ح) توانمندسازی کشاورزان با داده ها و هوش مصنوعی

پیش بینی آب و هوا و در دسترس بودن حسگرهای متصل به اینترنت مقرون به صرفه - که زیربنای فناوری ابری و هوش مصنوعی است - می‌تواند به کشاورزان کمک کند تا داده‌های عملیاتی را، چه از خاک، چه تجهیزات یا دام، ضبط و ردیابی کنند. با استفاده از فناوری هوش مصنوعی، کشاورزان می‌توانند بینش‌هایی را بر اساس آن داده‌ها برای اعمال کشاورزی دقیق یا پیش‌بینی‌هایی برای بهبود عملکرد و در عین حال حفظ منابع گرانبها ایجاد کنند.

داده ها و هوش مصنوعی همچنین می توانند دانش و شهود ویژه کشاورزان را از مزارع خود افزایش دهند تا تصمیمات آگاهانه تری بگیرند. با بینش بهتر، کشاورزان می توانند کارایی برداشت و تولید را افزایش دهند، ضایعات مواد غذایی را کاهش دهند، محصولاتی با مواد مغذی متراکم و با کیفیت ایجاد کنند، اثرات زیست محیطی را کاهش دهند و شفافیت را برای ذینفعان فراهم کنند

فرجام سخن

دولت ها نقش مهمی در حمایت از توسعه و اجرای هوش مصنوعی برای کشاورزی مدرن دارند. یکی از توصیه های کلیدی این است که جمع آوری و به اشتراک گذاری داده های کشاورزی با کیفیت بالا را در اولویت قرار دهند. این می‌تواند شامل سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های نظارت کشاورزی، ارتقای استانداردسازی و شفافیت داده‌ها و مشارکت با کسب‌وکارها و سازمان‌ها برای جمع‌آوری و اشتراک‌گذاری داده‌ها باشد.

توصیه دیگر ایجاد دستورالعمل های اخلاقی داده‌های بی‌طرفانه و اطمینان از استفاده از هوش مصنوعی به روشی باشد که با ارزش‌ها و انتظارات عمومی برای استفاده از هوش مصنوعی در کشاورزی مدرن سازگار باشد. این امر می تواند شامل توسعه نظامنامه ها، پروتکل های قانونی و استانداردهایی برای حفظ حریم خصوصی و شفافیت داده ها گردد. در نهایت، دولت ها می توانند از توسعه استعداد و تخصص هوش مصنوعی در زمینه کشاورزی مدرن یارانه داده و حمایت کنند. این کار می تواند شامل حمایت قانونی، سرمایه گذاری و ارایه برنامه‌های آموزشی و آموزشی STEM ، حمایت از طرح‌های تحقیق و توسعه، و مشارکت با کسب‌وکارها و سازمان‌ها برای ارتقای نوآوری و همکاری در زمینه هوش مصنوعی و کشاورزی مدرن باشد.

هوش مصنوعی این پتانسیل را دارد که کشاورزی مدرن را متحول کند و به ما کمک کند تا با چالش های تغذیه جمعیت رو به رشد مقابله کنیم و در عین حال اثرات زیست محیطی کشاورزی را به حداقل برسانیم و با بهینه سازی بازده محصول آینده‌ای پایدارتر و امن‌تر از مواد غذایی کار کنیم.

با بهبود کارایی منابع، بهبود مدیریت آفات و بیماری ها و حمایت از شیوه های کشاورزی پایدار، هوش مصنوعی می تواند به کشاورزان در کاهش هزینه ها، افزایش بهره وری و حفاظت از محیط زیست کمک کند. در حالی که هنوز چالش‌های زیادی برای غلبه بر معضلات کشاورزی وجود دارد، دولت‌ها و کسب‌وکارها می‌توانند برای حمایت از توسعه و اجرای هوش مصنوعی برای کشاورزی مدرن با یکدیگر همکاری کنند و با بهره گیری از قدرت هوش مصنوعی، می توانند به سمت یک کسب و کار پایدارتر حرکت کنند.

با هر پیشرفت جدید هوش مصنوعی فرصت‌های جدیدی برای کشاورزان ایجاد می‌شود تا فرآیندهای خود را ساده‌سازی کنند، کارایی را افزایش دهند، زنجیره‌های تامین خود را بهینه کنند و به موازات کاهش ضایعات و حفظ منابع، حاشیه سود را افزایش دهند.

تمامی این عملیات به نفع توزیع مواد غذایی خواهد بود و عرضه پایدارتر محصولات را برای عموم فراهم می کند و امنیت غذایی را افزایش می دهد.