آدم‌واره‌های کشاورز
هوشمندسازی چگونه آینده کشاورزی را متحول می‌کند؟
کاربرد ابزارهای هوشمند در صنعت کشاورزی چنان در حال افزایش است که می‌توان آن را نوعی دگردیسی یا تحول رقمی تلقی کرد. در این راستا مقاله‌ای با عنوان «کشاورزی هوشمند» به قلم فرید ثابت، عضو هیات علمی مرکز آموزش عالی امام خمینی (ره)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران و مسلم محمدپور، عضو هیات علمی مرکز آموزش عالی امام خمینی (ره)، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران نوشته شده است که در آن تلاش می‌شود کارکردها و کاربردهای مفاهیم، ابزارها و روش‌های مطرح در حوزه کشاورزی هوشمند به شکلی ساده و آسان‌فهم توصیف شود، به نحوی که مخاطبان با مرز بین کشاورزی نوین و هوشمند نیز آشنا شوند. در ادامه بخش‌هایی از این مقاله را می‌خوانید.
کشاورزی هوشمند که به انقلاب سبز سوم شهرت یافت، مفهومی نوپاست و به مجموعه روش‌های مدیریت کشاورزی اشاره دارد که برای افزایش کم و کیف محصولات و خدمات کشاورزی، افزایش کارایی و کاهش مصرف منابع، از فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطی نوین استفاده می‌کند. در هوشمندسازی کشاورزی، برای مدیریت آسان‌تر و کارآمدتر نهاده‌ها، از داده و توانمندی‌ها و امکانات فناورانه استفاده می‌شود. مثال، اینترنت اشیا می‌تواند بر ارتقای کیفیت و کاهش ضایعات محصولات کشاورزی تاثیر زیادی داشته باشد. برای ردیابی دقیق رطوبت خاک در بخش‌های مختلف مزرعه، می‌توان از حسگرهای رطوبت استفاده کرد. کشاورزان با استفاده از این ابزارها می‌توانند برای اختصاص آب به بخش‌های مختلف مزرعه، هوشمندانه تصمیم‌گیری کنند. درنتیجه، میزان مصرف آب در بلندمدت کاهش می‌یابد. افزایش کارایی و کاهش ضایعات، موضوع مهمی است که کشاورزی نوین به آن توجه ویژه دارد. در حال حاضر، متخصصان با استفاده از پردازش داده‌ها و اینترنت می‌توانند به حل بسیاری از مشکلات کشاورزی کمک کنند. علاوه براین، نفوذ بسیار گسترده دستگاه‌های محاسباتی قابل حملی مثل تلفن‌های هوشمند و استفاده از اینترنت همراه، برای استفاده از فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطی نوین در کشاورزی فرصت‌های زیادی را فراهم آورده است. اینترنت اشیا برای برخی از محدودیت‌ها راه‌حل‌های امیدوارکننده‌ای ارائه داده است. تحولات اخیر امکان اتصال مزارع به اینترنت را برای کشاورزان فراهم کرده است. تولید حسگرهای ارزان و کم‌مصرف در چند سال گذشته، انقلاب جدیدی در کشاورزی ایجاد کرده است. رقمی‌سازی عملیات کشاورزی به حسگرهای زیادی نیاز داشت. حسگرهای قبلی با باتری کار نمی‌کردند یا باتری‌های آنها باید تعمیر، نگهداری یا تعویض می‌شدند. این مشکل، کشاورزی مبتنی بر داده برای صرفه‌جویی در کار و زمان را با مشکل روبه‌رو می‌کرد. برای رفع این مشکل، متخصصان حسگرهایی خودنیرو تولید کرده‌اند که بدون باتری کار می‌کنند. حسگرهای بدون باتری می‌توانند از انرژی محیط (امواج فرکانس رادیویی، انرژی پیزوالکتریک و...) برای تامین انرژی موردنیاز خود استفاده کنند. در گذشته، نصب تعداد زیادی حسگر در یک طرح کشاورزی هزینه‌های سنگینی داشت و انجام کشاورزی مبتنی بر اینترنت اشیا برای همه قابل اجرا نبود. در حال حاضر، رطوبت‌سنج بدون باتری و نیروگاه نانو مانند zero.ONiO و داده‌های سلولی، کشاورزی هوشمند را رواج بیشتری داده است. کشاورزی مبتنی بر داده، صنعتی است با رشد سریع که رشد صعودی خود را ادامه می‌دهد. انتظار می‌رود تا سال ۲۰۲۵ رشد بازار جهانی کشاورزی هوشمند به رقم عظیم ۱۷/ ۹ میلیارد دلار برسد.
تفاوت خودکارسازی و هوشمندسازی کشاورزی
ماشینی کردن، خودکارسازی و هوشمندسازی واژه‌هایی است که اغلب در همه حوزه‌های خدمات و صنعت ازجمله کشاورزی استفاده می‌شود. پرسش مهم این است که بین این واژه‌ها، و بالطبع کشاورزی ماشینی، خودکار و هوشمند چه تفاوت‌هایی وجود دارد؟
ماشین اغلب به ابزارهای مصنوع بشر اطلاق می‌شود که فعالیت‌های او را تسهیل می‌کنند. شاید بیل ساده‌ترین ماشین در کشاورزی باشد. بذرپاش‌های دستی از انواع ابزارهای ساده‌ای هستند که اغلب خود انسان نیروی محرکه آن است. ماشین‌های پیچیده‌تری مثل تراکتور نیز همین کار ساده را انجام می‌دهند اما خود بخش زیادی از نیروی محرکه را تامین می‌کنند. از این ابزارها برای انجام فعالیت‌های ساده‌ای مثل شخم‌زنی، بذرپاشی، تسطیح، آب‌پاشی، برداشت و... استفاده می‌شود که اقبال بیشتر به انسان و توان فیزیکی او متکی بود. در هر حال، به همه این ابزارها ماشین می‌گویند. به عبارت دیگر، ماشین‌های خودکار نتیجه توسعه همان ماشین‌های ساده و اغلب ترکیبی از چند ماشین ساده با کارکردهای مختلف و خودکار است. ماشین‌های هوشمند را باید همان ماشین‌های ساده یا خودکاری تلقی کرد که برخی از توانایی‌های مغز انسان را نیز شبیه‌سازی می‌کنند. مثال، همزمان با برداشت می‌توانند تعداد، وزن، رنگ، اندازه و برخی دیگر از ویژگی‌های محصول را محاسبه و اعلام کنند. ساده‌ترین ابزارهای هوشمند کشاورزی، حسگرهای رطوبت و خاک هستند. ماشین‌های هوشمند پیشرفته‌تر می‌توانند از راه دور سطح زیر کشت، میزان برداشت و حتی آفات و بیماری‌ها را شناسایی و اعلام کنند. علاوه بر اقدامات اشاره‌شده، پهپادها می‌توانند در سم‌پاشی، حمل‌ونقل و بسیاری از فعالیت‌های دیگر کشاورزی نیز به کشاورزان کمک کنند و نیز داده‌های جزئی و کلی مرتبط با فعالیت‌ها را ثبت و انتقال داده، پردازش کنند و حتی تصمیم بگیرند. این ویژگی، یعنی تولید و پردازش خودکار داده‌هاست که آنها را هوشمند می‌کند. به عبارت دیگر، در همه این موارد، سطوح خودکارسازی و یکپارچه‌سازی یا ترکیب اقدامات و کارکردها در فرآیندهای مختلف کشاورزی است که این ابزارها را از یکدیگر متمایز می‌کند. ماشین‌های هوشمند در حال ارتقای خودکارسازی تا سطوحی از هوش یا کارکرد مغز انسان‌ها هستند. به این ترتیب، میزان مداخله فیزیکی و حتی ذهنی انسان در کارکرد ماشین‌ها و فرآیندهای گوناگون تولید کشاورزی را کاهش می‌دهند. این تحولات نشان می‌دهد که تعیین مرز خودکارسازی و هوشمندسازی در ماشین‌های نوین تا حدی دشوار است. اغلب ماشین‌های هوشمند، خودکار و بیشتر ماشین‌های خودکار نوین، هوشمند نیز هستند. تفاوت بیشتر در سطوح ماشینی‌سازی، خودکارسازی، هوشمندسازی و کم‌و‌کیف آنهاست. در ارزیابی خودکارسازی یا هوشمندسازی باید به این نکته‌ها توجه کرد. بر اساس تعریف‌ها و توصیف‌ها از ماشین، خودکارسازی و هوشمندسازی در سطرهای قبل، می‌توان بهتر به تفاوت بین کشاورزی هوشمند و خودکار پی برد. کشاورزی هوشمند بر شیوه‌های نوین کشت، نگهداری و برداشت محصولات کشاورزی با استفاده از فناوری‌ها و فرآیندهای خودکار هوشمند اشاره دارد. در واقع، خودکارسازی در تصمیم‌گیری مبنای کشاورزی هوشمند است. کشاورزی هوشمند با هدف استفاده بیشتر و بهتر از منابع در فرآیندهای گوناگون کشاورزی، از لایه‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری تشکیل شده است. بنابراین، انواع فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطی نوین را باید سنگ‌بنای کشاورزی هوشمند تلقی کرد. با انواع حسگرهای هوشمند خاک می‌توان متغیرهایی مانند رطوبت، درجه حرارت خاک، کیفیت خاک، میزان کود و سایر املاح موردنیاز را اندازه گرفت. با انواع حسگرهای هوا نیز می‌توان دما را اندازه گرفت و شرایط آب‌وهوایی را پیش‌بینی کرد. حسگرهای آب میزان رطوبت، اسیدی بودن، شوری، املاح و دیگر ویژگی‌های آب را اندازه‌گیری می‌کنند. در همه موارد فوق می‌توان داده‌ها را در هم ترکیب یا مرتبط کرد و با پردازش آنها و به طور خودکار، دستگاه‌های دیگری را برای آب‌پاشی، کودپاشی، سم‌پاشی و... فعال کرد. مزایای کشاورزی هوشمند جایگزین کردن ابزارها و روش‌های قدیمی اغلب با مشکلاتی همراه است. یکی از بزرگ‌ترین موانع و مشکلات به مقاومت روانی و ذهنی بهره‌برداران نسبت به خود تغییر مربوط است. هر تغییری مشکلات خاص خود را دارد. اما یکی از بزرگ‌ترین موانع، آگاهی و شناخت ناکافی بهره‌برداران از ابزارهای هوشمندسازی و چند و چون استفاده از آنها در فرآیندهای گوناگون است. به عبارت دیگر، آنها باید ابزارهای درست و کارآمد را بشناسند، هزینه‌ها را مدیریت کنند، درباره کاربردها و نحوه استفاده از ابزارها آگاهی داشته باشند و تحلیل هزینه سودمندی و سایر اطلاعاتی که هم در تصمیم‌گیری آنها در استفاده از ابزارهای هوشمندساز موثر است و هم شیوه استفاده از ابزارها در فرآیندهای مختلف کار کشاورزی را بلد باشند. با این حال، فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطی مرتبط با ابزارهای هوشمند در کشاورزی، به سمتی در حرکت هستند که نه‌تنها هزینه‌های اولیه را کاهش دهند بلکه به نسبت گذشته به آگاهی‌های فنی کمتری نیاز داشته باشند. هوشمندسازی راه‌حلی است برای استفاده همگانی افراد غیرمتخصص از ابزارهای پیچیده. به عبارت دیگر، ابزارهای هوشمند در مرحله استفاده به تخصص کمتری نیاز دارند. کاهش محدودیت‌های فنی و مالی در فناوری‌های هوشمند، استفاده از آنها در فرآیندهای گوناگون کشاورزی را افزایش داده است. همین روند باعث شده است تا ابزارهای هوشمند در کاهش مصرف منابع و ارتقای کارایی به نسبت سایر فناوری‌ها نقشی بی‌بدیل داشته باشند. بر همین اساس، کشاورزی هوشمند می‌تواند در جلوگیری از اتلاف انواع منابع و امنیت غذایی نقش مهمی داشته باشد. دقت یکی دیگر از مزایای هوشمندسازی است. درواقع، سامانه هوشمند با کاهش خطاهای انسانی راندمان تولید و استفاده از سایر منابع را افزایش می‌دهند. فناوری‌های هوشمند با انجام خودکار فعالیت‌ها می‌توانند در زمان و کار موردنیاز صرفه‌جویی کنند. مدیریت درست و دقیق زمان از مهم‌ترین دلایل هوشمندسازی است. مدیریت درست زمان، بسیاری از خسارت‌ها را کاهش و کارایی را افزایش می‌دهد. بسیاری از ابزارهای هوشمند، اغلب از راه دور هم قابل نظارت هستند. قابلیت نظارت از راه دور سبب می‌شود تا زمان و مکان برای انجام بسیاری از فعالیت‌ها منتفی شود. به‌طور مثال برای افزایش یا کاهش هوشمند دمای گلخانه، می‌توان بدون نیاز به حضور فیزیکی پنجره‌ها را باز کرد یا بست یا به‌طور خودکار دستگاه تهویه را روشن کرد. درمجموع هوشمندسازی، انجام فعالیت‌ها با استفاده از ماشین‌های خودکار، با دقت و سرعت مناسب و با حداقل هزینه است. به عبارت دیگر، ابزارهای هوشمند با جمع‌آوری داده‌های دقیق و روزآمد برای نظارت وضعیت گیاه و محیط، می‌توانند با کمترین هزینه ممکن تصمیم‌گیری کنند یا برای تصمیم‌گیری و مداخله عوامل انسانی داده‌های لازم را فراهم آورند. برای ارتقای کم‌و‌کیف تولید محصول و بهینه‌سازی ابزارها نیز می‌توان از همین داده‌ها استفاده کرد. برخی دیگر از مزایای ابزارهای هوشمند در کشاورزی به شرح زیر است:
۱- افزایش تولید. کاشت و برداشت دقیق و به‌موقع، آبیاری به میزان نیاز و استفاده صحیح از آفت‌کش‌ها نرخ تولید را افزایش می‌دهد.
۲- صرفه‌جویی در مصرف آب. پیش‌بینی وضعیت آب‌وهوا و استفاده از حسگرهای رطوبت خاک اجازه نمی‌دهند آب بیش از نیاز مصرف شود.
۳- جمع‌آوری داده‌های واقعی و اطلاعات مفید. کشاورزان می‌توانند حتی از راه دور به اطلاعاتی مانند سطح تولید، شدت نور، میزان رطوبت خاک و... دسترسی داشته باشند.
۴- کاهش هزینه‌های عملیات. خودکارسازی، فرآیندهای کاشت، داشت و برداشت محصول، منابع مصرفی، خطای انسانی و درنتیجه هزینه‌های کلی را کاهش می‌دهد.
۵- بهبود کیفیت محصول. تحلیل دقیق وضعیت محصول و بررسی ارتباط آن با مراحل کاشت و داشت، به کشاورزان کمک می‌کند تا با تنظیم درست فرآیندها، کیفیت محصولات را افزایش دهند.
۶- ارزیابی دقیق زمینهای کشاورزی. کشاورزی هوشمند با ارزیابی دقیق نرخ تولید در طول زمان، امکان پیش‌بینی دقیق‌تر برای کشت‌های بعد را فراهم می‌کند.
۷- نظارت از راه دور. کشاورزان با استفاده از اینترنت می‌توانند بر زمینهای مختلف خود در هرکجای دنیا نظارت کرده و آنها را مدیریت کنند. این موضوع در وقت و انرژی کشاورز صرفه‌جویی می‌کند.
۸- حفاظت از محیط زیست. بهره‌وری بالای زمینهای کشاورزی، از تخریب جنگل‌ها برای ایجاد زمینهای زراعی بیشتر جلوگیری می‌کند.
۹- ابزارهای کشاورزی هوشمند. ابزارهای کشاورزی هوشمند را می‌توان به دو دسته سخت‌افزاری و نرم‌افزاری تقسیم کرد. بخش زیادی از سخت‌افزارهای مورد استفاده در کشاورزی هوشمند همان ماشین‌های سنتی یا خودکار سابق هستند. باید بر ترکیب انواع سخت‌افزارهای سنتی با یکدیگر یا با ابزارهای جدید و نیز فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطی تاکید کرد. برای مثال، پهپادها الگویی از پرنده‌ها در صنعت هوانوردی با دیگر ابزارها در محدوده‌های موردنظر است. برای جمع‌آوری و ارسال داده، این پهپادها به انواع دوربین‌های عکاسی، فیلمبرداری و صدها ابزار حسگر دیگر مجهز هستند که هر یک در حوزه‌های دیگر کاربردهای مستقل دیگری دارند. آنچه موجب شد آنها هوشمند عمل کنند همین توسعه سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای اطلاعاتی و ارتباطی برای ذخیره، نگهداری، پردازش و انتقال اطلاعات و نظارت بر عملکرد ابزارهاست. بسیاری از این سخت‌افزارها با استفاده از انواع فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطی دیگری از جمله سامانه‌های اطلاعات جغرافیایی، ماهواره‌ها و... به هم متصل شده‌اند. درواقع، یکپارچه‌سازی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری از روندهای رو به رشدی است که ابزارهای هوشمندساز آنها را تسریع کرده است. به طور کلی، در حوزه کشاورزی و هر صنعت دیگری، ابزارهای هوشمندساز را باید در گروه فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطی قرار داد.
در ادامه، به برخی از ابزارهای استفاده‌شده در کشاورزی هوشمند و کاربردهای عمومی آنها اشاره می‌شود.
حسگرها چگونه کار می‌کنند؟
حسگرها نقش بسیار مهمی در جمع‌آوری داده‌ها از زمین کشاورزی دارند. از این داده‌ها برای تجزیه و تحلیل و تصمیم‌گیری استفاده می‌شود. حسگرهای محاسبه برداشت محصول یا موجودی انبار، حسگرهای محاسبه میزان آب و مواد مغذی موجود در خاک و دماسنج ریشه گیاه یا خاک از انواع حسگرها هستند.
پهپادها چگونه کار می‌کنند؟
پهپادها همان پرنده‌های بدون سرنشین هستند. پهپادها عمدتاً می‌توانند در ارتفاع کم، بر روی مزارع کشاورزی یا جنگل‌ها پرواز کنند. از پهپادها برای اهداف مختلف کشاورزی استفاده می‌شود. درواقع، بخش کشاورزی یکی از بزرگ‌ترین بخش‌هایی است که از هواپیماهای بدون سرنشین یا پهپاد استفاده می‌کند. تهیه تصویر واضح و قابل تفکیک از زمین کشاورزی، تصویربرداری از وضعیت محصولات در مزرعه و جنگل، پایش مزرعه و جنگل، ارزیابی وضعیت محصولات از نظر میزان داشت و برداشت، نظارت بر رشد و نمو محصولات، کاشت بذر، نظارت بر آبیاری، بررسی سلامت محصولات، نظارت بر آلودگی‌ها و دیگر مسائل فنی، بررسی شاخص‌های سلامت گیاه، پیش‌بینی عملکرد محصول، اندازه‌گیری ارتفاع گیاه، نقشه‌برداری از آب، اندازه‌گیری ذخایر، نقشه‌برداری از زه‌کشی، سم‌پاشی، کودپاشی، حمل‌ونقل محصول و نظارت بر مناطق پرخطر ازجمله مهم‌ترین حوزه‌های کاربرد پهپادها هستند.
آدم‌واره‌ها چگونه کار می‌کنند؟
در حوزه‌های مختلف کشاورزی، از کاشت و داشت گرفته تا برداشت، از آدم‌واره‌ها استفاده می‌شود. از آدم‌واره‌ها در فرآیند تولید صنعتی انواع محصولات کشاورزی در کارخانه، به ویژه در موارد پرخطر نیز استفاده می‌شود. آدم‌واره‌های گفت‌وگو یا چت‌بات‌ها، دستیاران مجازی محاوره‌ای هستند که به طور مستقیم و خودکار با کاربر نهایی در ارتباط هستند. هوش مصنوعی با کمک فناوری یادگیری ماشینی و پردازش زبان طبیعی، آدم‌واره‌های گفت‌وگو را تقویت کرده است. گرچه آدم‌واره‌های گفت‌وگو در ابتدای راه توسعه خود قرار دارند، اما صنعت کشاورزی می‌تواند از این فناوری برای پاسخ به پرسش‌ها، ارائه مشاوره و راهکار به افراد درگیر در این حوزه استفاده کند. اینترنت اشیا حسگرهای خاک و هوا که در مزارع نصب شده و به دستگاه‌های موبایل متصل هستند، هوشمندانه و بر اساس اطلاعات موجود می‌توانند در زمینه‌هایی مانند آبیاری برای رسیدن به سطح مشخصی از رطوبت و استفاده موثر از کودها و سموم شیمیایی تصمیمات لازم را اتخاذ کنند. این اقدام، خسارات ناشی از خطاهای انسانی را کاهش خواهد داد.
