Cuộc cách mạng Công nghiệp tập trung vào việc tự động hóa những quy trình sản xuất. Trong kỷ nguyên Công nghệ 4.0, hầu hết các quy trình sản xuất tập trung vào cơ sở dữ liệu, bao gồm năm bước thao tác dữ liệu: thu thập, truyền tải, lưu trữ, phân tích và hiển thị.

Bước cuối cùng để con người đưa ra những quyết định cụ thể, hoặc dữ liệu được chuyển vào các trang thiết bị thừa hành thông minh được tự động hóa, robot hóa.

Nông nghiệp thông minh

Dù nông nghiệp có đặc điểm là môi trường phi cấu trúc so với các ngành sản xuất công nghiệp truyền thống, nhưng tính linh hoạt của những công nghệ mới, lấy dữ liệu làm trung tâm đang thúc đẩy nông nghiệp chuyển hướng tự động hóa tương tự như công nghiệp. Người nông dân trở thành một kỹ sư công nghệ như những kỹ sư công nghiệp khác.

 

Tự động hóa nông nghiệp bắt đầu vào những năm 1990 với thiết bị tự động hóa đầu tiên cho ngành công nghiệp sữa - máy vắt sữa của nhà sản xuất DeLaval ở Thụy Điển và Lely có trụ sở tại Hà Lan.

Cùng thời gian này, máy phân loại quang học các loại ngũ cốc, đặc biệt là gạo, được các công ty như Satake, có trụ sở tại Nhật Bản và Bühler, có trụ sở tại Thụy Sĩ phát triển.

Một số kỹ thuật phân loại được ứng dụng trong sản xuất các sản phẩm nông nghiệp cao cấp như trong ngành trồng nho. Công ty Pellenc, miền nam nước Pháp, đã phát triển các thiết bị robot trong lĩnh vực trồng và thu hoạch nho, biến nông dân thành các chuyên gia phân tích dữ liệu.

Công nghệ quản trị dữ liệu trở thành trọng tâm để hướng trang trại đi đúng hướng, cho dù đó là chăn nuôi gia súc, trồng trọt hay sản xuất cao cấp như sữa, dầu thực vật hay rượu vang, dữ liệu sẽ là trọng tâm của nền Nông nghiệp 4.0.

Ứng dụng video, ảnh công nghệ cao trong nông nghiệp

Một trong những ví dụ điển hình về quản lý dữ liệu nông nghiệp là giám sát các cánh đồng bằng phương pháp sử dụng máy bay không người lái. Công ty thành viên MicaSense thuộc AgEagle Aerial, chuyên ngành thu thập dữ liệu, phân tích, cung cấp không ảnh và UAV tại Mỹ phát triển camera, sử dụng những bước sóng khác nhau để tính toán bản đồ chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa (NDVI), theo dõi sự phát triển của cây trồng và phát hiện các khu vực có vấn đề. Công nghệ này cho phép tải bản đồ NDVI xuống máy nông nghiệp và điều chỉnh lượng phân bón đưa đến ruộng.

Sử dụng thiết bị Đo lường quán tính (IMU) trong nông nghiệp

Máy bay không người lái có thể theo dõi sức sống và trạng thái của những cánh đồng cây trồng (bằng camera), có thể được sử dụng để bón phân cho những cánh đồng vừa và nhỏ (<20 ha).

 Máy bay không người lái phun thuốc trừ sâu

Mặc dù GPS có thể đủ chính xác để điều hướng máy bay không người lái, nhưng cần có các giải pháp thiết bị đo lường quán tính (IMU) để có được kết quả chất lượng cao.

Các phương tiện robot canh tác được điều hướng để reo hạt hoặc trồng cây cần độ chính xác đến từng centimet để tránh làm hỏng cây trồng. Hầu hết các loại máy này đều có hệ thống GPS chính xác, nhưng GPS có thể hạn chế trong một số trường hợp khiến tín hiệu bị mất. Cần thiết phải có các giải pháp bổ sung IMU hoặc Hệ thống tham chiếu định hướng – quỹ đạo (AHRS).

Tự động hóa cao cấp

Máy kéo tự lái hỗ trợ GPS và thiết bị tự hành mang lại độ chính xác bổ sung canh tác. Công ty sản xuất máy công cụ nông nghiệp John Deere Mỹ tăng cường tín hiệu GPS với Hệ thống động học thời gian thực (RTK) cung cấp độ chính xác vượt qua ± 1 inch. Deanna Kovar, phó chủ tịch phụ trách sản xuất và công cụ nông nghiệp chính xác tại John Deere cho biết: “Công nghệ GPS của chúng tôi có khả năng đạt độ chính xác trong vòng 2,5 cm, trong khi điện thoại di động chỉ đạt được trong phạm vi 5 mét.”

 Máy reo hạt 16 luống 1775NT của công ty John Deere

Tự động hóa cao cấp sẽ chuyển những công việc chi tiết của nông dân cho máy móc, giúp nhà nông dân tập trung vào những ưu tiên kinh doanh. Thiết bị trang trại tự động là giải pháp khiến toàn bộ hoạt động canh tác hiệu quả và năng suất hơn. 

Kết nối 5G và điện toán đám mây

Hiệu quả của các máy nông nghiệp tự hành phần lớn phụ thuộc vào kết nối không dây an toàn và đáng tin cậy. 5G sẽ là trọng tâm của nông nghiệp chính xác nhờ tốc độ cực nhanh và phản hồi thời gian thực. Khả năng băng thông cao tạo cơ hội để hầu hết hoạt động tính toán được thực hiện trên các máy nông nghiệp”.

Ngày nay, dữ liệu được chuyển đến hệ thống điện toán đám mây và nông dân có thể phân tích dữ liệu khi đang làm việc bằng ứng dụng di động trên điện thoại hoặc trên máy nông nghiệp. Có rất nhiều sự thay đổi và không thể dự đoán trong canh tác. Người nông dân cần có dữ liệu trong tầm tay để điều phối kế hoạch canh tác.

Ứng dụng công nghệ AI để có được giá trị đích thực

AI cung cấp giá trị thực, nhờ những tiến bộ gần đây trong thuật toán nhận dạng mẫu và tài nguyên tính toán cao hơn. Những tiến bộ trong công nghệ máy tính, kết nối 5G và kết nối vệ tinh và các thuật toán tiên tiến trong không gian AI cho phép người nông dân tiếp cận với khối lượng dữ liệu khổng lồ và chi tiết hơn. Ứng dụng AI, nhà nông có thế phân tích hình ảnh do camera UAV giám sát và máy nông nghiệp ghi lại, hỗ trợ để nhà nông đưa ra các quyết định chính xác trong canh tác.

Các cảm biến ứng dụng AI làm thay đổi cách nông dân trồng trọt, phun thuốc và thu hoạch. Ngày nay, các máy móc nông nghiệp được trang bị các cảm biến như cảm biến hạt giống trên máy reo trồng, cảm biến cận hồng ngoại trên máy thu hoạch. Các nhà sản xuất đang làm phong phú thêm hệ thống các cảm biến bằng vào công nghệ máy ảnh, thị giác máy tính và máy học.