18 dự án nông nghiệp thông minh tốt nhất châu Âu (kỳ 1)

LTS - Trong vài thập kỷ qua, châu Âu đã kết hợp giữa công nghệ với việc sử dụng tối thiểu phân bón, thuốc trừ sâu trong nông nghiệp, nhằm tăng năng suất cây trồng, giảm thiểu chi phí, cải thiện chất lượng sản phẩm. Để đạt được mục tiêu này, châu Âu đã tài trợ cho nhiều dự án nghiên cứu nhằm hỗ trợ phát triển trong lĩnh vực nông nghiệp. Những đổi mới công nghệ này bao gồm máy bay không người lái, phương tiện mặt đất không người lái, mạng cảm biến không dây, xử lý hình ảnh, hệ thống máy móc học tự động, dữ liệu lớn và điện toán đám mây... Một số dự án đáng chú ý bao gồm GARotics, MARS, SAGA, GRAPE, CATCH và INJERROBOTS, tập trung vào việc phát triển robot thu hoạch, robot nông nghiệp di động, công nghệ đàn robot và robot giám sát và bảo vệ vườn nho. Ngoài ra, dự án WaterBee tập trung vào việc giảm lãng phí nước thông qua hệ thống quản lý thông minh tưới tiêu. Các dự án này đóng góp vào sự phát triển của nông nghiệp thông minh, tăng cường hiệu suất và chất lượng sản phẩm trong ngành nông nghiệp...

1. ECHORD Plus Plus

ECHORD Plus Plus là một dự án của EU nhắm tới mục tiêu thúc đẩy sự tương tác giữa các nhà sản xuất robot, nhà nghiên cứu và người dùng bằng sự hợp tác giữa giới học thuật và ngành công nghiệp. ECHORD Plus Plus tài trợ cho một loạt tiểu dự án nghiên cứu định hướng ứng dụng, bảy trong số đó tập trung vào lĩnh vực nông nghiệp thông minh, cụ thể là GARotics, MARS, SAGA, GRAPE, CATCH, INJEROBOTS và 3DSSC:

Tiểu dự án GARotics (Hệ thống robot thu hoạch măng tây xanh) nhằm mục đích phát triển một hệ thống robot cho măng tây xanh. Với cơ chế thu hoạch tự động được cải tiến so với các công nghệ hiện có, robot có thể phát hiện và thu hoạch chính xác sản phẩm đạt tiêu chuẩn trên đồng ruộng, đồng thời giảm bớt nhu cầu về lao động thời vụ.

Tiểu dự án MARS (Nhóm robot nông nghiệp di động) nhằm mục đích phát triển robot nông nghiệp di động (Hình 1) có khả năng hợp tác và làm việc với một nhóm robot. Tiểu dự án MARS tập trung vào quá trình gieo trồng ngô gồm ba khía cạnh chính. Trước hết, dự án hướng tới mục đích làm giảm nhu cầu về hạt giống, phân bón và thuốc trừ sâu trong quá trình gieo hạt. Thứ hai, nhóm robot trong dự án được thiết kế với kích thước nhỏ nhắn, giúp robot tránh được tình trạng nén chặt đất khi di chuyển và tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với các máy móc hạng nặng hiện có. Thứ ba, nhóm robot thuộc dự án có tính linh hoạt và tự động hóa cao, vận hành đơn giản, đây là những yếu tố vô cùng quan trọng trong kỷ nguyên nông nghiệp thông minh.

Tiểu dự án SAGA (Công nghệ đàn robot cho ứng dụng nông nghiệp) nhằm mục đích ứng dụng các công nghệ hợp tác và vận hành song song giữa nhiều robot. Về vấn đề này, một số lượng nhỏ máy bay không người lái đang được sử dụng để giám sát và lập bản đồ các khu vực rộng lớn của ruộng củ cải đường nhằm phát hiện sự hiện diện của cỏ dại và xác thời điểm cần thực hiện làm cỏ.

Tiểu dự án GRAPE (Robot mặt đất để giám sát và bảo vệ vườn nho) nhằm mục đích phát triển UGV (Hình 2) có khả năng thực hiện các nhiệm vụ nông nghiệp và giám sát vườn nho bán tự động. UGV cho phép sử dụng công nghệ sinh học trong các vườn nho như cắt tỉa xanh, tỉa thưa đầu bắp và phun thuốc chính xác hơn so với các phương pháp truyền thống. Ý tưởng đổi mới này trong vườn nho giúp người dùng giảm việc sử dụng hóa chất và làm cho sản phẩm tiết kiệm chi phí hơn.

Tiểu dự án CATCH (Thí nghiệm thu thập dưa chuột trên cánh đồng xanh) với mục tiêu phát triển một UGV linh hoạt, có thể cấu hình lại và tiết kiệm chi phí và hỗ trợ người dùng thu hoạch sản phẩm trên các cánh đồng ngoài trời. Đặc biệt, UGV được phát triển đã được thử nghiệm trên thu hoạch dưa chuột.

Tiểu dự án INJERROBOTS (Hệ thống robot phổ quát để ghép cây con) đề xuất phát triển hai cánh tay robot linh hoạt, hợp tác có thể ghép các loại cây trồng làm vườn như cà chua, ớt, cà tím, dưa chuột, dưa và dưa hấu.

2. WaterBee

WaterBee (Hệ thống lập lịch tưới thông minh chi phí thấp, dễ sử dụng) là một dự án của EU nhằm giảm tình trạng lãng phí nước trong lĩnh vực nông nghiệp thông qua hệ thống quản lý thông minh tài nguyên nước. Để đạt được mục tiêu này, một hệ thống tưới tiêu thông minh sử dụng cảm biến độ ẩm đất được tích hợp trong mạng cảm biến chi phí thấp và được quản lý bằng phần mềm thông minh được thiết kế riêng. Cụ thể, mạng cảm biến không dây ZigBee đã được triển khai tại khu vực trồng trọt để cung cấp các phép đo liên tục điều kiện độ ẩm đất theo thời thực tế, chính xác và dày đặc hơn bất kỳ phương pháp nào khác đã được áp dụng trước đây. Kết hợp dữ liệu lịch sử và dự báo thời tiết, phần mềm thông minh này có thể xác định chính xác nhu cầu nước của cây trồng.

WaterBee DA (Hành động trình diễn WaterBee) là giai đoạn tiếp theo của dự án WaterBee. Sau khi được cải tiến dựa trên hệ thống nguyên mẫu, hệ thống này được thử nghiệm và đánh giá trong khoảng thời gian 15 tháng trên đất nông nghiệp thực sự trồng nhiều loại cây trồng trên khắp châu Âu. Việc thử nghiệm trên đã được thực hiện tại 12 khu vực ở Estonia, Ý, Malta, Thụy Điển, Tây Ban Nha và Vương quốc Anh.

Trong quá trình đánh giá các thử nghiệm trên các loại cây trồng khác nhau và các điều kiện trồng trọt khác nhau, nông dân tham gia đã đạt được những lợi ích sau: (a) tiết kiệm nước trung bình 21%, với mức tiết kiệm nước tối đa lên tới 44%, (b) giảm lượng nước tưới cho hoạt động thủy lợi với tỷ lệ hoàn vốn lên tới 23%, (c) lợi tức đầu tư (ROI) tuyệt vời với thời gian hoàn vốn của hệ thống WaterBee lên tới 5 năm theo dự kiến đối với một trang trại nhỏ rộng 1,5 ha.

3. Smart - AKIS

Dự án EU Smart-AKIS (Hệ thống đổi mới và kiến ​​thức nông nghiệp châu Âu (AKIS) dành riêng cho nghiên cứu định hướng đổi mới về công nghệ nông nghiệp thông minh) nhằm mục đích thu thập và phổ biến các thực tiễn tốt nhất trong lĩnh vực nông nghiệp thông minh ở châu Âu. Ý tưởng chính của dự án là triển khai một mạng lưới chuyên đề tự động cung cấp những thông tin bao gồm kiến ​​thức khoa học hiện có cũng như các phương pháp thực hành tốt nhất và cung cấp nó ở định dạng dễ hiểu và dễ sử dụng cho những người thực hành nông nghiệp. SMART-AKIS cố gắng thu hẹp khoảng cách giữa nghiên cứu và người dùng cuối trong nông nghiệp. Dự án dựa trên kết quả của năm dự án của EU là VALERIE, SOLINSA, PRO-AKIS, FRACTALS và AGRISPIN.

Sau gần ba năm, mạng chủ đề SMART-AKIS đã hoạt động và đánh giá hơn 200 giải pháp nông nghiệp thông minh trên nền tảng trực tuyến, hơn 50 giải pháp trong số đó đã được nông dân, nhà nông học áp dụng.

4. SWEEPER

Dự án SWEEPER (Robot hái ớt ngọt) của EU nhằm mục đích phát triển một UGV có khả năng hái ớt trong nhà kính, từ đó giảm bớt các công việc phức tạp và lặp đi lặp lại vốn được thực hiện bởi công nhân trong nông trại. Cụ thể, hệ thống robot được phát triển theo hướng khắc phục nhược điểm như tốc độ chậm, tỉ lệ xác định đúng loại trái cây (khoảng 33%) từ những thử nghiệm thực tế trên đồng ruộng trước đó.

UGV được triển khai (Hình 3) đã được thiết kế và thử nghiệm để hái tiêu, song cũng có thể sửa đổi dễ dàng để thích nghi với các loại cây trồng và nhiệm vụ khác, chẳng hạn như hái táo, nho hoặc phun thuốc. Dự án SWEEPER được xây dựng dựa trên dự án CROPS do EU tài trợ trước đây, trong đó các công nghệ thu hoạch như định vị và phát hiện độ chín của quả đã được áp dụng trên những khu vực trồng ớt.

5. VINEROBOT

VINEROBOT (Robot trồng nho) là một dự án của EU nhằm phát triển phương tiện mặt đất không người lái (UGV) có khả năng theo dõi sự phát triển của nho. Cụ thể hơn, UGV này sẽ chịu trách nhiệm quản lý các thông số của vườn nho như năng suất nho, sự phát triển của cây trồng, áp lực nước và thành phần hợp thành của nho để cho ra những sản phẩm chất lượng tốt cũng như đề cao chất lượng rượu vang làm từ nho trong vườn. Cách tiếp cận tự động này có thể mang lại hiệu suất tốt hơn so với các phương pháp sử dụng các thiết bị cầm tay truyền thống hiện có. Ngoài ra, thiết bị có thể cung cấp kết quả và chất lượng hình ảnh tốt hơn so với hệ thống giám sát trên không bằng máu bay hoặc máy bay không người lái.

VINEROBOT (Hình 4) là trí tuệ nhân tạo được trang bị công nghệ máy học để không ngừng nâng cao khả năng quản lý vườn nho.

6. VINBOT

VINBOT (Robot vườn nho điện toán đám mây tự động để tối ưu hóa quản lý năng suất và chất lượng rượu) đã phát triển UGV chịu trách nhiệm giám sát và quản lý vườn nho. Thiết bị sẽ đưa ra các quyết định như ước tính năng suất nho và các đặc điểm tán cây liên quan, từ đó tạo dựng bản đồ cây trồng và ghi lại trạng thái, vị trí của cây. Ngoài ra, thiết bị còn được trang bị các cảm biến cho phép nó di chuyển tự động trong vườn nho, theo dõi cây nho cũng như chùm nho và dự đoán sản lượng trong tương lai mà không cần sự can thiệp của con người. Tất cả thông tin được tạo sẽ được tải lên đám mây, cung cấp cho các nhà sản xuất rượu một phương tiện dễ sử dụng và cho họ cơ hội đưa ra quyết định chính xác.

VINBOT (Hình 5) không phù hợp với những người trồng nho riêng lẻ vì giá thành vẫn còn khá cao so với thị trường, nhưng có thể là một biện pháp phù hợp với các nhà cung cấp dịch vụ và nhà sản xuất rượu vang.

7. FIGARO

FIGARO (Nền tảng tưới tiêu quản lý năng suất nước linh hoạt trên quy mô trang trại) là một dự án do EU tài trợ tập trung vào quản lý nước để giảm thiểu tình trạng sử dụng nước ngọt. Dự án đưa ra một hệ thống quản lý tưới tiêu thông minh dựa trên công nghệ mới giúp người dùng tiết kiệm chi phí nước. Hiện nay, hệ thống công nghệ thông minh này đang được thử nghiệm đồng thời ở nhiều nước châu Âu. Cụ thể hơn, các cảm biến đất, nước và thực vật được đặt xung quanh cánh đồng và các phép đo của chúng được kết hợp với thông tin được tải lên từ các trạm thời tiết địa phương lên nền tảng quản lý tưới tiêu FIGARO. Dựa trên việc phân tích thông tin này, hệ thống hỗ trợ sẽ cung cấp cho nông dân những khuyến nghị cụ thể và chính xác về thời điểm, cách thức tưới cho cây trồng của họ.

8. Flourish

Dự án Flourish (Hệ thống thu thập và phân tích dữ liệu nông nghiệp trên không và can thiệp mặt đất tự động) do EU tài trợ nhằm mục đích thu hẹp khoảng cách giữa các giải pháp của robot tự động hiện có và mong muốn lý tưởng cho phiên bản cải tiến. Để đạt được mục tiêu này, Flourish đã đề xuất và phát triển một giải pháp robot kết hợp máy bay không người lái đa cánh quạt tự động loại nhỏ và UGV đa chức năng (Hình 6). Máy bay không người lái được phát triển để có thể cung cấp thông tin thích hợp từ ảnh chụp từ trên không, trong khi UGV có thể thực hiện các nhiệm vụ được đề xuất. Ví dụ, máy bay không người lái có thể khảo sát các cánh đồng và xác định khi nào cần làm cỏ. UGV sử dụng thông tin này và điều hướng thiết bị đến những khu vực được xác định trên đồng ruộng , tự động quét xác định và phân loại từng loại cây cồng, thiết bị sẽ chỉ phun diệt những loại cỏ dại được phát hiện. Dự án Flourish đã được thử nghiệm và đánh giá kết quả trên cánh đồng củ cải đường và hoa hướng dương.

9. PANtHEON

PANtHEOn (Hệ thống nông nghiệp thông minh ở vườn cây phỉ) là một dự án đang được EU tài trợ nhằm phát triển hệ thống thu thập dữ liệu và kiểm soát giám sát công nghiệp (SCADA) phù hợp để sử dụng trong nông nghiệp thông minh. Liên minh sẽ sử dụng một số lượng UGV hạn chế và máy bay không người lái (Hình 7) để thu thập thông tin chính xác ở độ phân giải của từng nhà máy và thực hiện các hoạt động nông nghiệp điển hình. Tất cả dữ liệu thu được sẽ được tập hợp trong một đơn vị vận hành trung tâm để phân tích và đưa ra các hoạt động tự động hóa tương ứng như điều tiết hệ thống tưới tiêu tại chỗ.

Ngoài ra, các nhà nông học có thể sử dụng hệ thống này như một cơ sở để họ tham khảo và đưa ra các quyết định. Cơ sở hạ tầng SCADA sẽ được thử nghiệm và đánh giá tại các vườn cây phỉ lớn với những kết quả mong đợi là: (a) tăng năng suất hạt phỉ, (b) giảm sử dụng thuốc trừ sâu, (c) sử dụng nước thân thiện với môi trường và (d) đơn giản hóa việc quản lý các vườn cây phỉ lớn và vườn cây ăn quả.

Chử Cường – Minh Huyền (theo Hiệp hội Khoa Kỹ Nông nghiệp)