کسب‌و‌کار پایدار

تکنولوژی‌‌های وایرلس به کمک مدیریت آب می‌‌آیند

مترجم: مریم رضایی منبع: fast company اخبار خشکسالی و کمبود آب که تابستان امسال از نقاط مختلف دنیا به گوش ما رسید، بار دیگر تاکیدی بود بر اینکه آب ضروری‌‌ترین منبع برای حیات انسان و البته کشت محصولاتی است که مصرف می‌کنیم. کشاورزی در سراسر دنیا ۷۰ درصد آب سالم را مصرف می‌کند. موسسه پلی‌‌تکنیک پوردو (Purdue) و لابراتوار تکنولوژی شبکه‌‌سازی زیست محیطی این موسسه، با انجام تحقیقات میان‌‌رشته‌‌ای درباره «اینترنت اشیای کشاورزی» یا‌ Ag-IoT، با چالش‌‌های مربوط به پایداری و محیطی زیست مقابله می‌کند.

اینترنت اشیا شبکه‌‌ای از وسایل است که مجهز به یکسری سنسور هستند و می‌توانند داده‌ها را از طریق اینترنت بگیرند و بفرستند. نمونه‌های رایجی که وجود دارند، ابزارهای پوشیدنی برای ورزش، ترموستات‌‌های خانه‌های هوشمند و اتومبیل‌‌های خودران هستند. در کشاورزی، اینترنت اشیا تکنولوژی‌‌هایی مثل ارتباطات زیرزمینی وایرلس و آنتن‌‌های زیرزمینی قابل نصب در خاک را دربرمی‌گیرد. این سیستم‌‌ها به کشاورزان کمک می‌کنند شرایط زمین خود را به صورت آنی پیگیری کنند و بدانند آب و ورودی‌‌های دیگر مثل کود را دقیقا چه زمان و کجا به کار ببرند. به‌طور خاص، شرایط پایش خاک به کشاورزان برای استفاده بهینه آب، کمک زیادی می‌کند. سنسورها حالا می‌توانند به صورت وایرلس در سیستم‌‌های آبیاری نصب شوند و سطح رطوبت خاک را آنی نشان دهند. مطالعات نشان می‌دهند این استراتژی می‌تواند مصرف آب در کشاورزی را تا ۷۲ درصد کاهش دهد، بدون اینکه به عملیات کشت و کار آسیبی بزند.

 اینترنت اشیای کشاورزی چیست؟

حتی در مناطق خشک مثل خاورمیانه و شمال آفریقا، کشاورزی گسترده با مدیریت بهینه آب امکان‌‌پذیر است. اما رویدادهای آب‌‌وهوایی شدید که به واسطه تغییرات اقلیمی زیاد شده، شرایط را سخت‌‌تر می‌کند. تکرار خشکسالی‌‌ها در غرب آمریکا طی ۲۰ سال گذشته، در کنار بلایای دیگری مثل آتش‌سوزی‌‌های ناگهانی، به از بین رفتن میلیاردها دلار محصول منجر شده است. کارشناسان آب، دهه‌ها است که رطوبت آب را اندازه‌‌گیری کرده‌‌اند تا درباره مدیریت آب و تصمیم‌‌های آبیاری به جمع‌‌بندی‌‌هایی برسند. تکنولوژی‌‌های اتوماتیک‌‌شده تا حد زیادی جایگزین ابزارهای دستی سنجش رطوبت خاک شده‌‌اند، چون اندازه‌‌گیری رطوبت خاک به صورت دستی در زمین‌‌های کشاورزی مناطق دور، بسیار سخت است. در دهه گذشته، تکنولوژی‌‌های کشاورزی وایرلس، دسترسی آنی به داده‌های رطوبت خاک را فراهم کرده‌‌اند که باعث تصمیم‌گیری بهتر برای مدیریت آب می‌شوند.

این تکنولوژی‌‌ها همچنین می‌توانند کاربردهای زیادی در امنیت عمومی، پایش زیرساخت‌‌های شهری و امنیت غذایی داشته باشند. اینترنت اشیای کشاورزی، شبکه‌‌ای از رادیوها، آنتن‌‌ها و سنسورها است که اطلاعات آنی درباره محصولات و خاک زمین جمع‌آوری می‌کند. این سنسورها و آنتن‌‌ها برای تسهیل جمع‌آوری داده به صورت وایرلس به تجهیزات زمین کشاورزی متصل هستند.Ag-IoT  یک چارچوب کامل است که می‌تواند شرایط را در زمین کشاورزی بررسی کند، اقدامات واکنشی متناسب را پیشنهاد دهد و دستورهایی به ماشین‌‌آلات خودکار کشاورزی بفرستد. ابزارهای به هم متصل مثل سنسورهای سنجش دما و رطوبت خاک، کنترل سیستم‌‌های آبیاری را امکان‌‌پذیر می‌کنند و آب را به صورت جداگانه حفظ می‌کنند. این سیستم می‌تواند آبیاری را برنامه‌‌ریزی کند، شرایط محیط زیست را پایش کند و ماشین‌‌آلات کشاورزی مثل بذرپاش‌‌ها یا کودپاش‌‌ها را تحت کنترل داشته باشد. کاربردهای دیگر آن هم عبارت است از اندازه‌‌گیری سطوح مواد مغذی خاک و شناسایی آفات.

 چالش‌‌های استفاده از شبکه‌های زیرزمینی

جمع‌آوری داده به صورت وایرلس، این پتانسیل را دارد که به کشاورزان کمک کند استفاده بهینه‌‌تری از آب داشته باشند، اما نصب و به‌‌کارگیری این ابزارها چالش‌‌هایی ایجاد می‌کند. به عنوان مثال، در لابراتوار پوردو ما متوجه شدیم وقتی آنتن‌‌هایی که داده‌های سنسورها را منتقل می‌کنند در خاک نصب می‌شوند، ویژگی‌‌های عملیاتی آنها با توجه به سطح رطوبت خاک به میزان قابل توجهی تغییر می‌کند. همچنین کشاورزان از تجهیزات سنگین در زمین‌‌های کشاورزی استفاده می‌کنند و بنابراین آنتن‌‌ها باید آنقدر عمیق نصب شوند که آسیب نبینند. وقتی خاک مرطوب می‌شود، بر کیفیت ارتباطات بین شبکه سنسورها و سیستم کنترل اثر می‌‌گذارد. آب موجود در خاک، انرژی سیگنال‌‌ها را جذب می‌کند و در نتیجه سیگنال نهایی که از طریق سیستم فرستاده می‌شود، ضعیف می‌شود. خاک به‌‌شدت متراکم نیز ارسال سیگنال را با اختلال مواجه می‌کند. بنابراین در روند ساخت این تکنولوژی‌‌ها باید این نکات لحاظ شوند؛ از جمله آنتن‌‌های جهت‌‌دار که انرژی سیگنال را در یک جهت مطلوب متمرکز می‌کنند.

 آینده Ag-Iot

به‌طور کلی، امنیت سایبری با رشد Ag-Iot اهمیت زیادی پیدا می‌کند. شبکه‌ها در زمین‌‌های کشاورزی به سیستم‌‌های امنیتی پیشرفته نیاز دارند تا از اطلاعاتی که ارسال می‌کنند محافظت کنند. همچنین باید به فکر راه‌حل‌‌هایی بود که به محققان کمک کنند اطلاعات را از زمین‌‌های کشاورزی مختلف جمع‌آوری و ترکیب کنند. جمع‌آوری داده به این شیوه، به تصمیم‌گیری‌‌های دقیق‌‌تر درباره مسائلی مثل مصرف آب منجر خواهد شد. همچنین این شبکه‌ها باید با شرایط محلی متغیر مثل دما، میزان بارش و شدت وزش باد سازگار شوند. تغییرات فصلی و چرخه‌های رشد محصول، می‌توانند شرایط عملیاتی را برای تجهیزات Ag-IoT به‌طور موقت تغییر دهند. دانشمندان با استفاده از رایانش ابری و یادگیری ماشینی می‌توانند به Ag-IoT کمک کنند به تحولات زیست محیطی اطراف خود واکنش نشان دهد.

در نهایت، عدم دسترسی به اینترنت پرسرعت هنوز در بسیاری از جوامع روستایی یک معضل است. مثلا خیلی از محققان سنسورهای وایرلس را در زیر زمین نصب کرده‌‌اند تا با Ag-IoT سیستم‌‌های آبیاری را کنترل کنند، اما کشاورزانی که به اینترنت پرسرعت دسترسی ندارند، نمی‌توانند از این نوع تکنولوژی استفاده کنند. محققان همچنین در حال توسعه پلتفرم‌‌های موبایل Ag-IoT هستند که از پهپاد استفاده می‌کنند. سیستم‌‌های این‌چنینی می‌توانند اتصال مداوم در زمین کشاورزی ایجاد کنند و تکنولوژی‌‌های دیجیتال را برای تعداد بیشتری از کشاورزان در مکان‌‌های بیشتر دسترس‌‌پذیر کنند.