Hà Lan: Ứng dụng AI giúp tăng năng suất canh tác trong nhà kính

Kenneth Kenneth, hiện là CEO của Koidra, một nhà cung cấp giải pháp tự động hóa nhà kính thông minh sử dụng AI, cho biết: "Năng suất cao này chứng minh tiềm năng của AI trong nông nghiệp, đặc biệt là trong việc cải thiện hiệu quả sử dụng tài nguyên, năng suất cây trồng và giảm nhu cầu giám sát liên tục của con người".

Năm 2018, một nhóm do Kenneth dẫn đầu đã giành giải nhất tại Thử thách Nhà kính Tự động đầu tiên với năng suất 51,25 kg/m2 trong vòng chưa đầy bốn tháng. Vào thời điểm đó, Kenneth làm việc tại Microsoft Research về nghiên cứu học tăng cường trong thế giới thực, tập trung vào các ứng dụng trong tối ưu hóa năng lượng trung tâm dữ liệu và nông nghiệp trong môi trường được kiểm soát.

Chiến thắng của nhóm tại Thử thách Nhà kính Tự động đầu tiên của WUR là bước tiến đáng kể trong việc khám phá cách công nghệ có thể được tích hợp vào các hoạt động trồng trọt truyền thống. Nó cũng đóng vai trò quan trọng trong việc thành lập Koidra.Tiến sĩ Kenneth Tran (thứ hai từ trái sang) đã dẫn đầu Đội Sonoma, đội đã giành chiến thắng trong Thử thách Nhà kính Tự động Quốc tế đầu tiên bằng cách trồng thành công dưa chuột trong nhà kính tại Hà Lan trong bốn tháng trong khi điều hành từ xa tại Redmond, WA.

Thử thách do Đại học & Nghiên cứu Wageningen ở Hà Lan tổ chức là lần đầu tiên dưa chuột được trồng từ xa bằng trí tuệ nhân tạo. Năm đội quốc tế đại diện cho chín quốc gia được yêu cầu trồng dưa chuột trong không gian rộng 96 mét vuông. Mục tiêu là tối đa hóa lợi nhuận ròng và giảm thiểu việc sử dụng tài nguyên.

Ngăn nhà kính thứ sáu được những người trồng trọt giàu kinh nghiệm người Hà Lan kiểm soát và đóng vai trò tham khảo.

Mỗi nhóm điều khiển từ xa các bộ truyền động (để sưởi ấm, thông gió, sàng lọc, chiếu sáng, phun sương, cung cấp CO2, nước và dinh dưỡng) bằng thuật toán AI. Các thuật toán này khác nhau giữa các nhóm, dẫn đến các chiến lược trồng trọt, khí hậu và tưới tiêu khác nhau, cũng như năng suất và hiệu quả sử dụng tài nguyên khác nhau.

Nhóm Sonoma của Kenneth nổi bật nhờ tập trung vào tích phân ánh sáng hàng ngày cao trong khi tối ưu hóa ánh sáng nhân tạo, nhiệt độ và CO2. Họ đạt được năng suất cao nhất và duy trì việc sử dụng ánh sáng hiệu quả.

Đội Sonoma đạt được năng suất cao nhất trong số 5 đội tham gia Thử thách Nhà kính tự động năm 2018.

Bên cạnh việc có năng suất cao nhất, Đội Sonoma đã đánh bại tất cả các đối thủ cạnh tranh khác về lợi nhuận và tính bền vững. So với chuẩn mực của người trồng trọt tham chiếu, mức tăng lợi nhuận ròng của họ là 17%.

Vai trò ngày càng tăng của AI trong nông nghiệp bền vững
Việc tích hợp AI vào nông nghiệp môi trường được kiểm soát đánh dấu một kỷ nguyên mới trong sản xuất cây trồng. Hành trình của AI từ khám phá lý thuyết đến ứng dụng thực tế vẫn đang trong giai đoạn đầu. Tuy nhiên, dữ liệu thu được từ các nghiên cứu và thử nghiệm tiếp tục cho thấy những dấu hiệu tích cực.

Ý nghĩa của AI vượt xa việc tăng năng suất và hiệu quả. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ quá trình ra quyết định phức tạp có thể thích ứng với các trang trại ở mọi quy mô và trình độ kinh nghiệm.

Những người trồng trọt chuyên nghiệp, được trang bị các công cụ AI, giờ đây có thể đào tạo những người trồng trọt mới hiệu quả hơn và thiết lập các quy trình vận hành tiêu chuẩn, đảm bảo tiêu chuẩn cao hơn về các hoạt động trồng trọt trên toàn diện. Công nghệ này cũng trao quyền cho những người trồng trọt mới, cung cấp cho họ các công cụ và sự tự tin cần thiết để đưa ra quyết định sáng suốt trong quá trình nông nghiệp.

Ngoài ra, AI hỗ trợ người trồng trọt thích nghi và học hỏi các loại cây trồng mới, một quá trình trước đây tốn thời gian và đầy rủi ro. Khả năng thích nghi nhanh chóng này rất quan trọng trong bối cảnh nông nghiệp ngày nay, nơi nhu cầu thị trường và điều kiện khí hậu luôn thay đổi.

Theo góc độ tài chính, lợi ích của AI trong nông nghiệp có thể được định lượng theo hai cách quan trọng: tăng doanh thu trên mỗi mét vuông mỗi năm và tiết kiệm chi phí trên mỗi mét vuông mỗi năm. Cách đầu tiên đạt được thông qua năng suất cao hơn và sản phẩm chất lượng tốt hơn, có giá cao trên thị trường. Cách thứ hai đạt được thông qua việc sử dụng hiệu quả hơn các nguồn tài nguyên, chẳng hạn như nước, chất dinh dưỡng và năng lượng, dẫn đến giảm chi phí đáng kể.

Những lợi nhuận tài chính này không chỉ là giả thuyết. Chúng đang được chứng minh tích cực trong các ứng dụng thực tế, như được thấy trong các thử nghiệm và hợp tác giữa các công ty AI như Koidra và các hoạt động trồng trọt quy mô lớn.

Áp dụng kiểm soát tự động trong dưa chuột như một phần của   dự án AGROS

Phát triển liên tục nhà kính trồng dưa chuột do AI điều khiển
Hiện tại, WUR tiếp tục khám phá các hệ thống nhà kính tự động thông qua dự án AGROS của mình. Trọng tâm chính là tạo ra một nhà kính trồng dưa chuột tự động, nơi việc canh tác được điều khiển từ xa bằng AI. Dự án này tích hợp các thuật toán thông minh và cảm biến tiên tiến để theo dõi các đặc điểm chính của cây trồng, hỗ trợ các quyết định canh tác có lợi nhuận.

Một thử nghiệm xác nhận đã kết thúc vào tháng 8 năm nay. Thí nghiệm bao gồm việc trồng dưa chuột Hi Power trong ba ngăn nhà kính bằng các phương pháp khác nhau. Một ngăn được người trồng kiểm soát bằng các phương pháp truyền thống, trong khi hai ngăn còn lại sử dụng thuật toán AI — Digital Twin và thuật toán Reinforcement Learning (RL).

• Khoang trồng trọt, hoạt động dựa trên kiến ​​thức hiện tại của người trồng trọt và các phương pháp thực hành tốt nhất, đạt được lợi nhuận ròng cao nhất. Điều này chứng minh hiệu quả của chuyên môn truyền thống trong các chiến lược canh tác và tưới tiêu.
• Ngăn Digital Twin, mô phỏng phản ứng của cây trồng và khí hậu, sử dụng dữ liệu thời gian thực để cân bằng chi phí và lợi ích. Mặc dù sản xuất ít dưa chuột hơn, nhưng nó lại hiệu quả trong việc sử dụng điện, dẫn đến chi phí thấp nhất cho mỗi kWh điện.
• Trong ngăn RL, thuật toán kiểm soát khí hậu một cách tự động, điều chỉnh các yếu tố như ánh sáng, nồng độ CO2 và nhiệt độ. Mặc dù không được đào tạo để tưới tiêu và cắt tỉa trái cây, nhưng nó thích nghi tốt với sự thay đổi nhiệt độ và cho năng suất trái cây tốt.

“Thử nghiệm này đã xác nhận rằng các hệ thống điều khiển tự động, chẳng hạn như Digital Twin và thuật toán RL, có thể quản lý hiệu quả môi trường nhà kính”, Anja Dieleman, trưởng nhóm dự án AGROS và nhà nghiên cứu tại đơn vị kinh doanh Greenhouse Horticulture của WUR cho biết. “Các bước tiếp theo bao gồm tích hợp dữ liệu liên tục, tự động từ các cảm biến khí hậu và cây trồng để tăng cường các hệ thống này”.

GLG đã đạt được mức tăng năng suất 19,6%  đối với dưa chuột bằng cách sử dụng các giải pháp trồng trọt tự động của Koidra

Về phía người trồng trọt thương mại, năm ngoái, Koidra đã hợp tác với Great Lakes Greenhouses Inc. (GLG), một trong những đơn vị điều hành nhà kính lớn nhất Bắc Mỹ, để xem năng suất có thể tăng bao nhiêu với nhà kính trồng dưa chuột tự động.

Koidra áp dụng các giải pháp sáng tạo của mình, bao gồm các hệ thống DataPilot và KoPilot, để tối ưu hóa các điều kiện phát triển tại GLG. DataPilot đóng vai trò quan trọng trong quá trình này bằng cách tích hợp và quản lý các tập dữ liệu lớn, rất cần thiết cho việc ra quyết định sáng suốt. Các tập dữ liệu này, được lưu trữ trên đám mây và trực quan hóa trên bảng điều khiển, cung cấp tổng quan toàn diện về các điều kiện môi trường.

Trong khi đó, KoPilot, rút ​​ra những hiểu biết sâu sắc từ dữ liệu này, đưa ra quyết định theo thời gian thực và gửi các điểm đặt trở lại máy tính khí hậu. Điều này cho phép điều chỉnh động. Sự phối hợp giữa DataPilot và KoPilot cho phép hệ thống thích ứng liền mạch với các điều kiện thay đổi và tối ưu hóa hoạt động một cách động, đảm bảo môi trường phát triển tối ưu mọi lúc.

Cuộc thử nghiệm kéo dài ba tháng và mang lại mức tăng năng suất 19,6% khi so sánh với vùng được kiểm soát do những người trồng trọt chuyên nghiệp vận hành thủ công. Đồng thời, GLG đã giảm chi phí điện đơn vị khoảng 17% trong vùng do AI kiểm soát.

Sự cải thiện năng suất đạt được thông qua việc kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và mức CO2 24/7. Không sử dụng thêm ánh sáng.

“Với tối ưu hóa, chúng tôi luôn tập trung vào năng suất trước tiên”, Mark Reimer, giám đốc nghiên cứu và phát triển kinh doanh của GLG cho biết. “Nhưng khi chúng tôi có thể tăng thêm một phần trăm năng suất mà không làm tăng dấu chân nhà kính, thì đó chính là nơi chúng tôi được hưởng lợi từ công nghệ này”.

Nguồn: Hortidaily.com