ثورة تكنولوجية في إنتاج الزراعة والغذاء.. إطلاق العنان لزراعة أكثر ذكاءً واستدامة مدعومة بتدفق البيانات الميدانية

سعى الباحثون منذ فترة طويلة إلى تعزيز الممارسات الغذائية والزراعية من خلال التقنيات المتقدمة مثل أجهزة الاستشعار ونقل البيانات لاسلكيًا.

أدت التحديات المستمرة حول مراقبة جودة المحاصيل والغذاء بكفاءة إلى تباطؤ التقدم، الآن، قد تؤدي تقنيات التصنيع النانوية الناشئة والاتصال بإنترنت الأشياء (IoT) إلى إطلاق العنان قريبًا لزراعة أكثر ذكاءً واستدامة مدعومة بتدفق البيانات الميدانية.

لقد أدى التقدم في تكنولوجيا الاستشعار إلى تقديم مجموعة متنوعة من الأدوات للأغذية والزراعة.

وتشمل هذه الأجهزة أجهزة استشعار للكشف عن مسببات أمراض معينة في الأغذية، ومستويات الرطوبة في التربة، وحتى المركبات العضوية المتطايرة التي تطلقها النباتات تحت الضغط.

تساعد هذه المستشعرات في الكشف المبكر عن التلف أو المرض، مما يتيح التدخل في الوقت المناسب، ويتيح دمج هذه المستشعرات مع منصات إنترنت الأشياء إمكانية المراقبة وتحليل البيانات في الوقت الفعلي، مما يعزز كفاءة الممارسات الزراعية.

تأخيرات خطيرة من وقت جمع العينات

ومع ذلك، لا تزال الأجهزة المحمولة وغيرها من الأجهزة المحمولة محدودة، حيث لا تزال الاختبارات المعملية المملة تهيمن على سلاسل الإنتاج الزراعي والغذائي اليوم، ويؤدي هذا إلى تأخيرات خطيرة من وقت جمع العينات حتى يتم اتخاذ القرارات الرئيسية، مما يؤدي إلى هدر الطعام وانخفاض الإنتاجية وتأثيرات بيئية.

لقد فتحت الابتكارات القوية خارج القطاع إمكانيات جديدة، يتم الآن تكييف التقدم في التصنيع الذي تقوم عليه أجهزة الاستشعار الحيوية القابلة للارتداء في مجال الرعاية الصحية مع التطبيقات البيطرية والزراعية.

ومن خلال اقترانها بالشبكات اللاسلكية وتحليل البيانات السحابية الذي تم تمكينه من خلال خطوات واسعة في منصات إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي (AI)، من المحتمل أن تسمح الأدوات الصغيرة المثبتة بمراقبة مستمرة للمحاصيل من المصدر.

يقدم منشور حديث في الأنظمة الذكية المتقدمة ( “أجهزة استشعار الأغذية والنباتات التي تدعم إنترنت الأشياء لتمكين الاستدامة” ) مراجعة شاملة لمجالين رئيسيين: أولاً، نشر أجهزة استشعار فعالة من حيث التكلفة وعالية الأداء لتحسين سلامة الأغذية، الجودة، ونمو النبات، وإدارة الأمراض؛ وثانيًا، تطبيق أجهزة الاستشعار التي تدعم إنترنت الأشياء والتي تعمل على تمكين المزارعين وأصحاب المصلحة وصناعة الأغذية الزراعية من خلال الاختبارات السريعة والتحليلات التنبؤية المستمدة من البيانات التي تولدها أجهزة الاستشعار، باستخدام الذكاء الاصطناعي.

أتمتة الأدوات المستخدمة عائقًا رئيسيًا

في حين أن أدوات صناعة الأغذية أصبحت أرخص وأسرع وأكثر قدرة على الحركة، إلا أن المستخدمين النهائيين لا يزالون يواجهون عجزًا خطيرًا في الأتمتة عند محاولة دمج بيانات أجهزة الاستشعار، غالبًا ما يتم اكتشاف مشاكل المحاصيل عندما يفوت الأوان لاستخدام تقنيات تحرير الجينات وإدارة الميكروبيوم الجديدة التي يمكن أن تحيد المشكلات في المراحل المبكرة.

وقد أشار بائعو التكنولوجيا الزراعية القديمة إلى أن الأدوات المستقلة لا تزال تمثل أولويتهم، مما يترك القطاع يعتمد على الباحثين والشركات الناشئة لتحديث الاتصال.

تروج شركات تصنيع أجهزة الاستشعار الكبرى للزراعة “الذكية” على نطاق واسع، يُظهر التحليل الدقيق أن عروضهم لا تزال تتطلب جمعًا كبيرًا للبيانات العملية، مع التعامل مع شبكات إنترنت الأشياء باعتبارها طموحًا أكثر من كونها استراتيجية قابلة للتنفيذ.

المزارعون يترددون في شراء أجهزة أحدث

لقد أبقت اختناقات الابتكار المزارعين متشككين، يتردد المزارعون في شراء أجهزة أحدث إذا كان ذلك يعني المزيد من العمل في مزامنة البيانات، خاصة مع الميزانيات المحدودة.

قام الباحثون في الجامعات والشركات المتطورة بتكثيف تجارب المراقبة المتكاملة تمامًا بمساعدة المتبنين الأوائل المتلهفين.

ولكن في ظل الافتقار إلى التشغيل الآلي الذي يمكن الاعتماد عليه ليحل محل المهام اليدوية على المستوى التجاري، فإن معظم المشاريع لا تتوسع أبدًا إلى ما هو أبعد من التجارب.

في حين أن إمكانات إنترنت الأشياء في الزراعة هائلة، فإن القيود التكنولوجية تفرض تحديات كبيرة.

ولا تزال هناك مشكلات مثل الحمل الزائد للبيانات، حيث يتلقى المزارعون معلومات أكثر مما يمكنهم استخدامه بفعالية، ولا تزال المخاوف بشأن دقة البيانات وموثوقيتها سائدة، بالإضافة إلى ذلك، فإن الحاجة إلى أنظمة قوية لإدارة البيانات يمكنها التعامل مع كميات كبيرة من البيانات بسلاسة أمر بالغ الأهمية للتطبيق العملي لهذه التقنيات في هذا المجال.

والأهم من ذلك، أن التنفيذ الناجح لتقنيات إنترنت الأشياء وأجهزة الاستشعار في الزراعة يعتمد على تكاملها مع الممارسات الحالية.

ويشمل ذلك ضمان التوافق مع المعدات والعمليات الحالية وتوفير التدريب للمزارعين والعمال الزراعيين.

ويجب أن تكون التكنولوجيا سهلة الاستخدام وقابلة للتكيف مع البيئات الزراعية المختلفة، مما يسمح بالانتقال السلس والحد الأدنى من تعطيل الممارسات المعمول بها.

الأجهزة القابلة للارتداء من شركة Medical Labs

والآن يبدو أن الخبرة الخارجية من متخصصي تكنولوجيا الرعاية الصحية التي تركز على الاستشعار الحيوي السهل والآلي مستعدة للوفاء بالوعد.

يمكن لشرائط الاستشعار المرنة والمتينة والمصنوعة بتقنية النانو أن تلتصق مباشرة بالمنتجات والماشية والبنية التحتية الرئيسية.

يمكّن الاتصال اللاسلكي المتكامل هذه الشاشات القابلة للتقشير والعصا من نقل معلومات العلامات الحيوية مباشرة إلى السحابة دون الحاجة إلى قيام العمال بخلط البيانات.

تعمل خوارزميات الذكاء الاصطناعي على تدفق البيانات الميدانية أثناء تدفقها، واستخلاص الأفكار وتنبيه المديرين عبر التطبيقات فقط عند تجاوز حدود التدخل الحاسمة.

يؤدي هذا إلى تجنب “إرهاق البيانات”، وهي شكوى شائعة من المزارعين نظرًا لعدد كبير من قراءات أجهزة الاستشعار ولكن القليل من التوجيه المفيد بشأن ما يجب فعله بعد ذلك. يمنع التحليل بدون استخدام اليدين إضاعة الوقت في محاولة تفسير التقارير الساحقة.

الإنجازات البيومترية التي تتيح مراقبة المرضى علىمدار الساعة خارج المستشفيات جاهزة تقريبًا للحقولالزراعية.

يتوقع باحثو السوق أن تتضاعف استثمارات إنترنت الأشياء الزراعية ثلاث مرات على مستوى العالم في غضون خمس سنوات.
تسلط الرسائل الواردة من مؤتمرات الصناعة الأخيرة الضوء أيضًا على الترابط باعتباره الأولوية القصوى لمطوري تكنولوجيا الاستشعار الذين يتطلعون الآن إلى الأعمال الزراعية والأغذية باعتبارها قطاعًا رئيسيًا في المستقبل.

ارتفع تمويل رأس المال الاستثماري للشركات الناشئة التي تعمل على تسويق المراقبة المستمرة للمحاصيل بنسبة 40٪ على أساس سنوي حتى النصف الأول من عام 2022.

التحرك نحو الأغذية والزراعة عالية الدقة

قبل العبور إلى عالم الأغذية والزراعة، واجهت أجهزة الاستشعار الطبية القابلة للارتداء والقابلة للزرع عوائق مماثلة لتلك التي تواجهها تكنولوجيا الزراعة اليوم.

لن يعتمد الأطباء أجهزة مراقبة تؤدي إلى تعقيد عبء عملهم من خلال إنتاج بيانات غير قابلة للاستخدام.

ثبت أن تبسيط العملية للحد من الإشراف اللازم للتتبع المستمر أمر ضروري لدفع التبني.

إقناع المزارعين المترددين

كما تغلب الطب أيضًا على انزعاج المريض الأولي وشكوكه فيما يتعلق بالسلامة والفعالية مع مرور الوقت مع تحسن الاتساق والدقة.

وتأمل الزراعة الآن أن تتبع خارطة طريق الرعاية الصحية نحو الاستشعار المستمر، تهدف المزارع التجريبية إلى إقناع المزارعين المترددين من خلال دليل واقعي بأن مراقبة المحاصيل والتربة على مدار الساعة يمكن أن تعمل بكميات تجارية دون تعطيل العمليات.

ينوي المطورون الذين يعتزمون توسيع نطاق أدوات المراقبة الجديدة بشكل مسؤول إعطاء الأولوية لبناء الثقة مع استمرار تحسن موثوقية الجهاز.

الآثار الاقتصادية والاجتماعية المترتبة على اعتماد تقنيات الاستشعار المتقدمة وإنترنت الأشياء في الزراعة عميقة. فمن ناحية، تَعِد هذه التكنولوجيات بزيادة الكفاءة، وتقليل النفايات، وتحسين إنتاجية المحاصيل، مما يؤدي إلى فوائد اقتصادية محتملة.

التأثير على أسواق العمل

ومن ناحية أخرى، هناك حاجة إلى النظر في التأثير على أسواق العمل وإمكانية الوصول إلى هذه التكنولوجيات بالنسبة لصغار المزارعين. سيكون تحقيق التوازن بين التقدم التكنولوجي والعدالة الاجتماعية والاقتصادية أمرًا أساسيًا في التطور المستدام للزراعة.

ومع سقوط حواجز الخبرة التاريخية، يبدو أن الأغذية والزراعة على وشك التحول من خلال التكنولوجيا التطبيقية.
وتَعِد البيانات الميدانية الدقيقة المستمرة بتمكين الدقة الحقيقية فيما يتعلق بالزراعة والتوزيع، بدلا من الاعتماد على التخمينات المدروسة من عينات يدوية محدودة.

لا يزال الباحثون في الأيام الأولى، يحذرون من أن المزيد من أعمال التكامل في المستقبل قبل الإعلان عن أن أجهزة الاستشعار والاتصال يمكن أن تفي بالوعود النبيلة لإحداث ثورة كاملة في إنتاج الزراعة والغذاء.