مزارع هوشمند؛ آینده‌ای روشن برای کشاورزی

به گزارش گروه علم و آموزش ایران اکونومیست از سایت اتوماسیون زیرمجموعه انجمن بین‌المللی اتوماسیون، در کشاورزی هوشمند بذر به طور مجزا و دقیق کاشته می شود، میوه ها با گیره های مکانیکی چیده می شوند و کود و محصولات محافظت گیاه در مقادیر کم و به طور هدفمند مورد استفاده قرار می گیرند. این عملیات نیازمند تعداد زیادی موتورهای الکتریکی کوچک قدرتمند و محکم است.

رایانه های کوانتومی، گردشگری فضایی یا فناوری هیدروژن، تازه ترین تبلیغات فناورانه با تمرکز بر موضوعاتی است که به طور دائم تغییر می کنند. در این میان به طرز عجیبی مهمترین بخش یعنی کشاورزی اغلب مورد غفلت قرار گرفته؛ هرچند کشاورزی تاکنون غذای جمعیت روزافزون انسان ها را تامین کرده است.

انقلاب کشاورزی که از قرن هجدهم آغاز شد، امکان افزایش عظیم محصول را فراهم کرد. این کشاورزی بر مبنای افزایش مصرف گونه های پُرمحصول، کودهای معدنی و آفت کش های شیمیایی، مکانیزاسیون و آبیاری مصنوعی در مقیاس گسترده بود. با این حال این مداخلات در زیست بوم بدون عوارض جانبی ناخواسته نبوده است.

پیش بینی ها نشان می دهد جمعیت انسان ها تا پایان قرن جاری به ۹ تا ۱۰ میلیون نفر می رسد. اما آیا زمین قابلیت تامین این تعداد جمعیت با غذای کافی را دارد؟ با این همه کشاورزی با چالش عظیمی روبرو است. کشت محصولات و پرورش احشام باید بدون به خطرانداختن منابع حیات تولید شوند. خاک حاصلخیز، آب های زیرزمینی پاک و طبیعت بکر ارزشمندترین منابع ما هستند و باید به هر قیمتی از آنها محافظت شود.

تمرکز بر گیاه به جای زمین
تاکنون زمین محور بسیاری از مداخلات در کشاورزی مثل کاشت، کوددهی و محافظت از گیاه بوده است. هنگام توزیع بذر یا آفت کش، مقدار را در هکتار محاسبه می کنند و ماشین این مواد را با جریان مناسب توزیع می کند. بخشی از کود نیتروژن به جای تقویت گیاه به آب های زیرزمینی راه می یابد که نباید به آنجا برسد. از طرف دیگر اقداماتی مثل هرس کردن درختان میوه یا برداشت گونه های سبزی و میوه های لطیف نیازمند نیروی کار پرهزینه است؛ در حالی که بسیاری از شرکت ها دچار کمبود نیرو هستند.

کشاورزی مدرن از فناوری های نوین برای افزایش بهره وری کشاورزی و مصرف مقتصدانه تر تمام منابع، خلاص کردن افراد از کار یکنواخت و خسته کننده و تولید بالاتر محصول بهره می برد. در این بستر سخن از کشاورزی دقیق، دیجیتال یا الکترونیکی است. با استفاده از فرایندهای شبکه ای و پشتیبانی رایانه ای در کنار یادگیری ماشین و عملکرد رباتی شخصی سازی شده می توان تمرکز را به جای زمین بر گیاهان معطوف کرد.

مصرف هدفمند کود و علف‌کش‌ها آلودگی خاک را کاهش می‌دهد

هرچه این اقدامات بطور مستقیم تر گیاهان را هدف قرار دهد، اما می تواند به طور اقتصادی تر و با بهره وری بالاتری انجام شود. بطور مثال میزان مصرف آفت کش ها در صورتی که به صورت هدفمندتر انجام شود، به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. میوه ها و سبزی ها را می توان با ربات هنگامی که رسیده شدند، برداشت کرد.

ربات های سبک وزن خودکار فرصتی برای محافظت از زمین فراهم می کنند. امروزه ماشین های بزرگ کشاورزی تا ۱۰ تن وزن دارند. هر بارعبور آنها با چنین وزنی به فشرده شدن چشمگیر خاک منجر می شود. این امر قابلیت لایه خاک را برای جذب آب و هوا بسیار محدود می کند و بر حیات خاک تاثیر می گذارد. رشد و سلامت محصولات کشاورزی در مناطق نزدیک به مسیرهای عبور این ماشین ها نیز تحت تاثیر قرار می گیرد. کشاورزی هوشمند می تواند به افزایش تنوع زیستی و سلامت خاک کمک کند.

اتوماسیون در کشاورزی و باغبانی

در حال حاضر بسیاری از اپلیکیشن ها فقط به صورت نمونه اولیه یا در مطالعه وجود دارند. اما کشاورزی هوشمند مانند کشت دقیق کاربرد عملی یافته اند. کشاورزی هوشمند در ابتدا برای تحقیقات و پرورش بذر توسعه یافت. این ماشین ها می توانند هر بذر را در فواصل تعریف شده دقیق بکارند. هر گیاه فضای کافی برای رشد دارد و سطح زیرکشت به صورت بهینه مورد استفاده قرار می گیرد. همزمان بذرهای باارزش با کارامدی فوق العاده به کار گرفته می شوند.

جدیدترین ماشین ها از یک واحد جداساز با درایو الکتریکی در هر ردیف استفاده می کنند. یک موتور یک صفحه دندانه دار که بذر را به سمت خروجی منتقل می کند، به حرکت درمی آورد. با استفاده از یک کنترل کننده هوشمند تعیین دقیق فاصله بهینه برای هر نوع بذر میسر است.

با کاشت گل و سبزی در گلخانه ها، بسیاری از گیاهان ابتدا در گلدان های کوچک جوانه می زنند و سپس به گلدان های بزرگتر یا بستر خاک منتقل می شوند. در شرکت های باغبانی مدرن، ماشین ها کار جداسازی و جابجایی گیاهان و گلدان ها را انجام می دهند. ماشین آلات آنها بسیار شبیه ماشین آلات تولید صنعتی و تدارکات است.

در این ماشین ها، کمربندهای نوارنقاله یا نوارنقاله غلتکی سینی های حاوی محصولات را در مراحل مختلف حمل و جداسازی کرده تا دوباره در گلدان ها کاشته شوند. گیره های مورد استفاده در این بخش با گیره های ابزارهای کوچکتر در سایر صنایع متفاوت هستند. این گیره ها با کمک میکروموتورها بطور خودکار جابجایی گلدان ها و روت بال (درآوردن ریشه یک نهال به همراه خاک اطراف آن به طوری که خاک شکل توپ پیدا کند) را انجام می دهند.

ماشین های خودران برداشت میوه و سبزی برای کاربرد عمومی هنوز به بلوغ خود نرسیده اند، اما مسیر توسعه فنی آنها مشهود است: سنجنده های مجهز به دوربین درجه رسیدگی توت فرنگی یا فلفل را براساس رنگ و شکل آن تشخیص می دهند و محل دقیق آن را ثبت می کنند.

کامپیوتر از این داده ها برای کنترل بازوی رباتی که به یک نوع قیچی و ابزار جمع آوری مجهز است، استفاده می کند. نمونه اولیه این فناوری مملو از موتورهای الکتریکی است و از بازوی رباتی، اسباب برش و سیستم جمع آوری برای محصولات برداشت شده استفاده می کند.

فناوری‌های کلیدی: سیستم الکتریکی و الکترونیک

کوین موسر مدیر توسعه و مسئول یک بخش در شرکت فناوری فول هابر می گوید: در ماشین آلات متعارف کشاورزی، انتقال مکانیکی و درایو پنوماتیک خیلی رایج است. برای سیستم های کوچکتر در کشاورزی هوشمند این ماشین ها اغلب بسیاری سنگین، حجیم و از نظر مکانیکی بسیار پیچیده و از نظر انرژی ناکارآمد است. بنابراین شاهد تعداد فزاینده ای میکروموتورهای الکتریکی هستیم که نیروی مراحل خاص کار را تامین می کنند.

ماشین آلات مدرن کار جداسازی و جابجایی محصولات را انجام می دهند. برخلاف ابزارهای بزرگ سنتی، ماشین ها و اجزای مورد استفاده در کشاورزی هوشمند عموما سبک تر و فشرده تر هستند. به همین علت فضای کمی برای موتورها وجود دارد. با این حال باید نیروی کافی برای انجام وظایف مربوطه را تامین کنند.

در همین حال این ماشین ها باید با کارآمدی فوق العاده کار کنند؛ همانطور که واحدهای خودکار انرژی خود را از باتری با ذخیره محدود برق تامین می کنند. همچنین تلفیق درایو الکترونیک در ساختارهای شبکه ای باید میسر باشد و کنترل هوشمند امکان پذیر شود. اینها الزامات سیستم های پیشرفته است. نوسانات دمایی بالا و کار مکانیکی زیاد در کشاورزی و باغبانی عادی است. با این حال هزینه ها باید معقول بماند.