نوآوری در کشاورزی مدرن

مقدمه

نوآوری در کشاورزی مدرن بیش از هر زمان دیگری اهمیت دارد. این صنعت با چالش های بزرگی از جمله افزایش هزینه های منابع، کمبود نیروی کار، پایداری و تقاضای مصرف کنندگان برای شفافیت در زنجیره تامین مواجه است. درک شرکت‌های حوزه کشاورزی درباره نیاز به راه حل های نوآورانه به طور روزافزون در حال افزایش است. در 10 سال گذشته، فناوری کشاورزی رشد زیادی در سرمایه گذاری داشته است، به طوری که در 5 سال گذشته 6.7 میلیارد دلار و تنها در سال گذشته 1.9 میلیارد دلار سرمایه گذاری شده است. نوآوری‌های فناورانه عمده در این فضا حول حوزه هایی مانند کشاورزی عمودی در محیط بسته، اتوماسیون و روباتیک، فناوری دامپروری، گلخانه های مدرن، کشاورزی دقیق، بلاکچین و هوش مصنوعی متمرکز شده است.

کشاورزی عمودی در محیط بسته

کشاورزی عمودی در محیط بسته می‌تواند بازده محصول را افزایش دهد، بر محدودیت مساحت زمین غلبه کند و حتی با کاهش مسافت طی شده در زنجیره تامین، تأثیرات منفی کشاورزی بر محیط‌ زیست را کاهش دهد. کشاورزی عمودی در محیط بسته را می‌توان به عنوان عمل رشد محصولات به صورت عمده در یک محیط بسته و کنترل شده تعریف کرد. با استفاده از قفسه‌های رشد که به صورت عمودی نصب شده‌اند، به طور قابل توجهی میزان فضای زمین مورد نیاز برای رشد گیاهان را در مقایسه با روش‌های کشاورزی سنتی کاهش می‌دهد. به دلیل توانایی در رشد محصولات در فضای محدود، این نوع کشت مناسب با کشاورزی شهری می‌باشد. برخی از سازه‌های مزارع عمودی برای رشد گیاهان به خاک نیاز ندارند. اکثر آنها یا هیدروپونیک هستند، جایی که سبزیجات در یک فضای پر از مواد مغذی رشد می‌کنند، یا ایروپونیک هستند، که در آن ریشه‌های گیاه به طور خودکار با آب و مواد مغذی اسپری می‌شوند. به جای نور طبیعی خورشید نیز از چراغ‌های رشد مصنوعی استفاده می‌شود.

مزایای کشاورزی عمودی در محیط های بسته از رشد پایدار شهری گرفته تا به حداکثر رساندن محصول با کاهش هزینه‌های نیروی کار، کاملا آشکار است. در کشاورزی عمودی می‌توان متغیرهایی مانند نور، رطوبت و آب را کنترل نمود و تولید غذای پایدار را افزایش داد. کاهش مصرف آب و انرژی، صرفه جویی در انرژی را بهینه می‌کند به طوری که مزارع عمودی تا 70٪ آب کمتری نسبت به مزارع سنتی مصرف می‌کنند. نیروی کار لازم نیز با استفاده از ربات‌ها برای انجام امور برداشت، کاشت و تدارکات کاهش می‌یابد و چالشی را که مزارع با کمبود نیروی کار فعلی در صنعت کشاورزی مواجه هستند، حل می‌کند.

اتوماسیون مزرعه

اتوماسیون مزرعه، که اغلب با “کشاورزی هوشمند” همراه است، فناوری است که مزارع را کارآمدتر می‌کند و چرخه تولید محصول یا دام را خودکار می‌سازد. تعداد فزاینده‌ای از شرکت‌ها بر روی نوآوری رباتیک برای توسعه پهپادها، تراکتورهای خودران، دروگرهای رباتیک، آبیاری خودکار و ربات‌های بذرپاش کار می‌کنند. اگرچه این فناوری‌ها نسبتاً جدید هستند، خوشبختانه شاهد افزایش تعداد شرکت‌های کشاورزی سنتی هستیم که از اتوماسیون مزرعه در فرآیندهای خود استفاده می‌کنند.

پیشرفت‌های جدید در فناوری‌های مختلف از رباتیک و هواپیماهای بدون سرنشین گرفته تا نرم‌افزارهای مبتنی بر بینایی کامپیوتری، کشاورزی مدرن را کاملا متحول کرده است. هدف اصلی فناوری اتوماسیون مزرعه پوشش دادن کارهای ساده تر و پیش پا افتاده است. برخی از فناوری‌های اصلی که معمولاً توسط مزارع مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از: اتوماسیون برداشت، تراکتورهای خودران، بذرپاشی و از بین بردن علف‌های هرز و هواپیماهای بدون سرنشین. فناوری اتوماسیون مزرعه به مسائل عمده‌ای مانند افزایش جمعیت جهانی، کمبود نیروی کار در مزرعه و تغییر ترجیحات مصرف کنندگان می‌پردازد. مزایای خودکارسازی فرآیندهای کشاورزی سنتی با حل مسائل مربوط به ترجیحات مصرف کننده، کمبود نیروی کار و مشکلات زیست محیطی کشاورزی بسیار چشمگیر است.

فناوری دامپروری

صنعت دامداری سنتی بخشی است که به طور گسترده نادیده گرفته می‌شود، اگرچه مسلماً یکی از حیاتی‌ترین بخش‌ها است. صنعت دامپروری، بسیاری از منابع طبیعی و تجدیدپذیر مورد نیاز را فراهم می‌کند. مدیریت دامپروری به طور سنتی به عنوان اداره تجارت مرغداری، مزارع لبنی، گاوداری، یا سایر مشاغل کشاورزی مرتبط با دام شناخته می‌شود. مدیران دامپروری ها باید سوابق مالی دقیق داشته باشند، بر کارگران نظارت کنند و از مراقبت و تغذیه مناسب حیوانات اطمینان حاصل یابند. روندهای اخیر ثابت کرده است که فناوری در حال ایجاد تحول در دنیای مدیریت دامپروری است. پیشرفت‌های جدید در 8 تا 10 سال گذشته تحولات بزرگی در صنعت ایجاد کرده است که نظارت و مدیریت دامپروری را بسیار آسان‌تر و مبتنی بر داده‌ها می‌کند.

فناوری دامپروری می تواند ظرفیت بهره وری، رفاه یا مدیریت حیوانات و دام را افزایش یا بهبود بخشد. مفهوم “گاو متصل” نتیجه افزایش روزافزون گله های شیری است که با حسگرهایی برای نظارت بر سلامت و افزایش بهره وری مجهز شده‌اند. قرار دادن حسگرهای پوشیدنی روی گاو می‌تواند فعالیت‌های روزانه و مسائل مربوط به سلامتی دام را نظارت کند و در عین حال بینش‌های مبتنی بر داده را برای کل گله ارائه دهد. تمام این داده‌های تولید شده نیز به بینش‌های معنادار و عملی تبدیل می‌شوند که در آن تولیدکنندگان می‌توانند به سرعت و به راحتی تصمیم‌های مدیریتی سریع بگیرند.

ژنومیک حیوانات را می‌توان به عنوان مطالعه نگاه کردن به کل چشم انداز ژنی یک حیوان زنده و نحوه تعامل آنها با یکدیگر برای تأثیرگذاری بر رشد و نمو حیوان تعریف کرد. ژنومیک به تولیدکنندگان دام کمک می‌کند تا خطر ژنتیکی گله‌های خود را درک کنند و سودآوری آینده دام خود را تعیین کنند. ژنومیک گاو با استراتژیک بودن در انتخاب حیوانات و تصمیمات اصلاح نژادی، به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا سودآوری و بازده گله های دام را بهینه کنند.

فن آوری‌های حسگر و داده مزایای زیادی برای صنعت دامداری فعلی دارند که می‌تواند بهره وری و رفاه دام را بهبود بخشد. بینش کامپیوتری به ما اجازه می‌دهد تا انواع داده‌های مورد نیاز را در اختیار داشته باشیم که در بینش‌های معنادار و عملی خلاصه می‌شوند. تصمیم گیری مبتنی بر داده منجر به تصمیم گیری های بهتر، کارآمدتر و به موقع می‌شود که بهره وری گله‌های دام را ارتقا می‌دهد.

گلخانه‌های مدرن

در دهه‌های اخیر، صنعت گلخانه‌ای از تأسیسات مقیاس کوچک که عمدتاً برای اهداف تحقیقاتی و زیبایی‌شناختی استفاده می‌شوند (به عنوان مثال، باغ‌های گیاه‌شناسی) به تأسیسات در مقیاس بزرگ‌تر که مستقیماً با تولید مواد غذایی معمولی به صورت خاکی رقابت می‌کنند، تبدیل شده است. در مجموع، کل بازار جهانی گلخانه در حال حاضر سالانه نزدیک به 350 میلیارد دلار سبزیجات تولید می‌کند.

از آنجایی که بازار به طور چشمگیری رشد کرده است، در سال های اخیر نیز روندهای واضحی را تجربه کرده است. گلخانه‌های مدرن به طور فزاینده‌ای از نظر فناوری سنگین می‌شوند و از چراغ‌های LED و سیستم‌های کنترل خودکار استفاده می‌کنند تا محیط رشد را کاملاً تنظیم کنند. شرکت‌های گلخانه‌ای موفق به‌طور چشمگیری در حال گسترش هستند و تأسیسات رو به رشد خود را در نزدیکی مراکز شهری قرار داده‌اند. برای انجام این کارهای ارزشمند، صنعت گلخانه‌ به طور فزاینده‌ای از منابع مالی خطرپذیر و سایر منابع برای ایجاد زیرساخت‌های لازم برای رقابت در بازار فعلی استفاده می‌کند.

کشاورزی دقیق

کشاورزی در حال تکامل است و فناوری در حال تبدیل شدن به بخشی ضروری از هر مزرعه تجاری است. شرکت‌های کشاورزی دقیق جدید در حال توسعه فن‌آوری‌هایی هستند که به کشاورزان اجازه می‌دهد تا با کنترل هر متغیر کشاورزی مانند سطوح رطوبت، تنش آفات، شرایط خاک و ریزاقلیم، عملکرد را به حداکثر برسانند. کشاورزی دقیق با ارائه تکنیک‌های دقیق‌تر برای کاشت و رشد محصولات کشاورزی، کشاورزان را قادر می‌سازد تا کارایی را افزایش داده و هزینه‌ها را مدیریت کنند. پیش‌بینی می شود که بازار کشاورزی دقیق تا سال 2025 به 43.4 میلیارد دلار برسد. نسل جدید کشاورزان به سمت استارت‌آپ‌های سریع‌تر و انعطاف‌پذیرتر جذب می‌شوند که به طور سیستماتیک بازده محصول را به حداکثر می‌رسانند.

بلاکچین

توانایی بلاک چین برای ردیابی سوابق مالکیت و مقاومت در برابر دستکاری می تواند برای حل مسائل فوری مانند تقلب مواد غذایی، موارد ایمنی، ناکارآمدی زنجیره تامین و قابلیت ردیابی مواد غذایی در سیستم غذایی فعلی مورد استفاده قرار گیرد. ساختار غیرمتمرکز منحصر به فرد بلاک چین، محصولات و شیوه های تایید شده را برای ایجاد بازاری برای محصولات ممتاز با شفافیت در زنجیره تامین تضمین می‌کند.

با پیشرفت‌های جدید در کاربردهای بلاکچین قابلیت ردیابی مواد غذایی در مرکز بحث های اخیر ایمنی مواد غذایی قرار گرفته است. با توجه به ماهیت مواد غذایی فاسد شدنی، صنایع غذایی به طور کلی در برابر اشتباهاتی که در نهایت زندگی انسان ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد بسیار آسیب‌پذیر است. هنگامی که بیماری‌های ناشی از غذا سلامت عمومی را تهدید می‌کند، اولین گام برای تجزیه و تحلیل علت ریشه‌ای، ردیابی منبع آلودگی است که هیچ جایی برای عدم شفافیت باقی نمی‌گذارد.

در نتیجه، قابلیت ردیابی برای زنجیره تامین مواد غذایی حیاتی است. چارچوب ارتباطی کنونی در اکوسیستم مواد غذایی، ردیابی را به کاری زمان‌بر تبدیل می‌کند، زیرا برخی از طرف‌های درگیر هنوز اطلاعات را روی کاغذ ثبت می‌کنند. ساختار بلاک چین تضمین می کند که هر بازیگر در امتداد زنجیره ارزش غذایی نقاط داده را تولید کرده و به طور ایمن به اشتراک گذارد تا یک سیستم پاسخگو و قابل ردیابی ایجاد کند. نقاط داده با برچسب‌هایی که مالکیت را روشن می‌کنند، می‌توانند به سرعت و بدون هیچ تغییری ثبت شوند. در نتیجه، سابقه سفر یک ماده غذایی، از مزرعه تا میز، برای نظارت در زمان واقعی در دسترس خواهد بود.

موارد استفاده از بلاکچین در مواد غذایی فراتر از تضمین ایمنی مواد غذایی است. در مکانیسم سنتی،  قیمت برای خرید و فروش به جای اطلاعات ارائه شده توسط کل زنجیره ارزش، به قضاوت بازیگران درگیر متکی است. دسترسی به داده‌ها تصویری کلی از عرضه و تقاضا ایجاد می‌کند. بلاکچین برای معاملات ممکن است انقلابی در تجارت سنتی کالا و پوشش ریسک ایجاد کند. بلاک چین این امکان را فراهم می‌کند که تراکنش‌های تایید شده به طور ایمن با هر بازیگر در زنجیره تامین مواد غذایی به اشتراک گذاشته شود و بازاری با شفافیت بسیار زیاد ایجاد کند.

هوش مصنوعی

ظهور کشاورزی دیجیتال و فناوری‌های مرتبط با آن، فرصت‌های جدیدی برای پردازش های مبتنی بر داده فراهم نموده است. سنسورهای راه دور، ماهواره‌ها و پهپادها می توانند 24 ساعت در روز اطلاعات را به صورت کامل جمع آوری کنند. این حسگرها می‌توانند سلامت گیاه، وضعیت خاک، دما، رطوبت و غیره را کنترل کنند. ایده این است که به کشاورزان اجازه داده شود تا از طریق فناوری پیشرفته (مانند سنجش از راه دور) درک بهتری از وضعیت موجود در زمین به دست آورند که می‌تواند بیشتر از آنچه که با چشم غیرمسلح می بینند، در مورد وضعیت آنها بگوید.

حسگرهای راه دور الگوریتم‌ها را قادر می‌سازند تا محیط یک مزرعه را به عنوان داده‌های آماری تفسیر کنند که می‌تواند برای کشاورزان برای تصمیم‌گیری مفید باشد. الگوریتم‌ها داده‌ها را پردازش می‌کنند، بر اساس داده‌های دریافتی تطبیق داده و یاد می‌گیرند. هرچه ورودی‌ها و اطلاعات آماری بیشتری جمع آوری شود، الگوریتم در پیش بینی طیف وسیعی از نتایج بهتر خواهد بود ؛ هدف این است که کشاورزان بتوانند از هوش مصنوعی برای رسیدن به اهداف خود برای برداشت بهتر از طریق تصمیم گیری درست در مزرعه استفاده کنند.