هوش مصنوعی در کشاورزی و دامپروریی

به طور جهانی، پیش‌بینی می‌شود که استفاده از هوش مصنوعی در کشاورزی با نرخ رشد سالانه مرکب ۲۳ درصد بین سال‌های ۲۰۲۳ تا ۲۰۲۸ به طور قابل‌توجهی افزایش یابد و از ۱.۷ میلیارد دلار به ۴.۷ میلیارد دلار در این بازه زمانی برسد. رشد سریع هوش مصنوعی در کشاورزی ناشی از نیاز به کشاورزی پایدارتر، کمبود نیروی کار، افزایش هزینه‌ها و افزایش تقاضا برای مواد غذایی است.

فناوری‌های هوش مصنوعی در کشاورزی به کشاورزان این امکان را می‌دهند که منابع را بهینه‌سازی کرده و حداکثر بازدهی محصول را به دست آورند. تصاویر ماهواره‌ای، پهپادهای مجهز به حسگرهای با وضوح بالا، و سامانه‌های اطلاعات جغرافیایی به نظارت بر سلامت محصولات، رطوبت خاک و سطح مواد مغذی به‌صورت لحظه فراهم می‌کنند. این فناوری‌ها به کشاورزان اجازه می‌دهند آبیاری، کوددهی و سم‌پاشی را با کارایی بیشتری انجام دهند که در نتیجه باعث کاهش هزینه‌ها و اثرات زیست‌محیطی می‌شود.

هوش مصنوعی در کشاورزی

کشاورزی و زراعت یکی از قدیمی‌ترین و مهم‌ترین فعالیت‌های سودآور در جهان است. این صنعت در همه کشورها نقش مهمی در بخش اقتصادی دارد. در سراسر جهان، کشاورزی یک صنعت پربازده است و ارزش آن در دنیا به حدود 5 تریلیون دلار می‌رسد.

پیش‌بینی می‌شود جمعیت جهان تا سال 2050 به بیش از 9 میلیارد نفر برسد؛ بنابراین برای تأمین تقاضای این جمعیت به 70 درصد افزایش تولید محصولات کشاورزی نیاز است. از آن‌جا که جمعیت جهان در حال افزایش است، به همین دلیل آب و منابع حیاتی زمین برای ادامه زنجیره تأمین تقاضا کافی نیست؛ بنابراین، به روشی هوشمندانه‌تر برای تامین مواد غذایی طبیعی نیاز است و می‌بایست راهکارهایی را برای دستیابی به کشاورزی صنعتی‌تر و هوشمند و نیز کارآیی بیشتر ارائه شوند.

کاربردهای هوش مصنوعی در کشاورزی

در سال‌های اخیر، جمعیت جهان با سرعت زیادی رو به افزایش است و این نیاز بیشتر به تولید محصولات زراعی و دامی را همراه دارد. هوش مصنوعی در صنعت کشاورزی در هر دو بخش زمین‌های زراعی و گلخانه‌ها، برای افزایش بهره‌وری و بازدهی به کار گرفته شده است. با کمک این فناوری، کشاورزان می‌توانند شرایط آب‌وهوایی، دما، سیستم آبیاری و شرایط خاک را مورد بررسی قرار دهند و تصمیمات بهینه‌تری را در خصوص کاشت، داشت و برداشت محصولات خود اتخاذ کنند. برخی از کاربردهای هوش مصنوعی در کشاورزی در ادامه معرفی شده‌اند:

تصمیم‌گیری بر مبنای الگوهای آب و هوایی

پیش‌بینی درست آب‌وهوا در صنعت کشاورزی یک امر بسیار تأثیرگذار است. هواشناسان در سال‌های اخیر به کمک هوش مصنوعی توانسته‌اند اطلاعات بهتر و دقیق­تری ارائه دهند. این پیش‌بینی‌های آب‌وهوایی به یاری کشاورزان شتافته و منجر به تعیین مناسب الگوهای کاشت محصول و روش آبیاری شده که عملکرد کشاورزان را به میزان قابل‌توجهی بهبود بخشیده است.

پیش‌بینی، کنترل و هشدار تغییرات شرایط محیطی گلخانه‌ها

شرایط گلخانه‌ها ازلحاظ رطوبت، دما و نور با توجه به محصول کشت شده باید تحت کنترل باشد. تغییر در این شرایط می‌تواند در کیفیت محصول تأثیر بسزایی داشته باشد. هوش مصنوعی در این زمینه می‌تواند محیط گلخانه را کنترل، تغییرات را ثبت و در صورت نیاز به مسئول گلخانه به کمک پیامک اطلاع‌رسانی کند.

نظارت بر سلامت محصول

علائم ظاهر شده بر روی محصولات کشاورزی می­تواند نشان‌دهنده نوع بیماری و یا کمبود ماده غذایی در آن‌ها باشد. امروزه نرم‌افزارهایی به کمک فناوری بینایی ماشین توسعه داده شده که تنها با عکس­برداری از محصول، به کشاورزان در خصوص سلامت محصولشان اطلاع‌رسانی می­کند. این کاربرد هوش مصنوعی در کشاورزی و دامپروری به مزرعه‌داران کمک می‌کند تا از شیوع بیماری و آفت در بین محصولاتشان جلوگیری کنند.

آنالیز و پایش خاک

ارزیابی دقیق سلامت خاک، یکی از کلیدهای موفقیت در کشاورزی محسوب می­شود. هوش مصنوعی می­تواند با کمک حسگرها، دوربین‌ها و پهپادها، بر سلامت خاک نظارت کرده و عواملی از قبیل نقص‌های احتمالی و کمبود مواد مغذی را شناسایی کند و در صورت وجود هرگونه کمبود ماده مغذی و یا تشخیص آفات در خاک، راه‌حل رفع مشکل را در اختیار کشاورزان قرار دهد.

کاشت هوشمند محصول

هوش مصنوعی می‌تواند به فرایند کاشت محصول در مزارع و گلخانه‌ها نیز کمک کند. این فناوری به وسیله دو حوزه رباتیک و اینترنت اشیا به کاشت محصول می­پردازد. این امر به دلیل بی‌نیازی از حضور کارگران دوره‏ای و فصلی برای کاشت محصول، سبب کاهش هزینه‌های مزرعه و گلخانه‌داران خواهد شد.

آبیاری هوشمند

تشخیص زمان آبیاری زمین­های زراعی و یا گلخانه‌ها، یکی از چالش­های کشاورزی محسوب می‌شود. در یک زمین زراعی و یا گلخانه، نوع محصول، گرمای محیط و زاویه تابش نور خورشید، بر روی نیاز محصولات به آبیاری تأثیر می­گذارد. سیستم‌های هوش مصنوعی از سنسورها کمک می­گیرند تا با تجزیه‌وتحلیل میزان رطوبت خاک و شرایط آب‌و­هوایی، فرایند آبیاری را به صورت خودکار انجام دهند.

تشخیص آفات

یکی از نگرانی‌های کشاورزان، آفت زدن محصولات آن­هاست. برای شناسایی یک محصول بیمار و انجام اقدامات لازم برای از بین بردن آفات آن، تخصص و تجربه مناسب لازم است. تشخیص بیماری­ها و اقدامات کنترلی می‌تواند به طور مؤثر توسط سیستم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی انجام شود. استارتاپ‌های حوزه هوش مصنوعی در صنعت کشاورزی، نرم‌افزاری را توسعه داده‌اند که با گرفتن یک عکس ساده توسط گوشی همراه، می‌تواند نوع آفت و روش مقابله با آن را ارائه دهد.

سم­پاشی آفات و حذف علف‌های هرز

آفات و علف‌های هرز، مهم­ترین عامل در از بین رفتن محصولات کشاورزی است. متخصصان هوش مصنوعی برای مبارزه با آفات و علف‌های هرز، سیستم‌هایی را توسعه داده‌اند که می­توان به کمک آن­ها تنها بر روی مناطق آفت‌زده سم­پاشی کرد و یا علف‌های هرز را از بین برد. این سیستم‌ها در جهت کاهش آلودگی‌های خاک و آب­های زیرزمینی بسیار مؤثر هستند.

رصد میزان رشد محصول

اگر محصولات در زمان نامناسب برداشت شوند، کیفیت مطلوبی به همراه نخواهند داشت؛ لذا تشخیص میزان رشد محصولات در یک زمین زراعی و یا گلخانه بسیار مهم است. استارتاپ‌های هوش مصنوعی در زمینۀ کاربردهای هوش مصنوعی در کشاورزی و دامپروری با استفاده از فناوری‌هایی از قبیل بینایی ماشین و رباتیک، ربات‌هایی را توسعه داده­اند که می‌توانند بخش‌های مختلف در یک زمین زراعی و یا گلخانه را اسکن کرده و میزان رشد محصولات را تعیین کنند. سپس این ربات‌ها بر اساس داده‌های به دست آمده، بخش­های مختلف یک زمین زراعی و یا گلخانه را جهت برداشت محصولات و با توجه به تعداد محصولات رسیده، اولویت‌بندی می‌کنند.

ربات‌های برداشت محصول

برداشت محصول، یک فعالیت سخت و زمان­بر است. در زمین­های زراعی و گلخانه‌ها، بیشترین تعداد کارگران در بخش برداشت محصول فعالیت می‌کنند. در سال­های اخیر، استارتاپ‌های زیادی با کمک‌گرفتن از هوش مصنوعی، ربات‌هایی را توسعه داده‌اند که می‌توانند در زمان کم و بدون آسیب به محصولات، آن­ها را برداشت کنند که این امر سبب کاهش هزینه‌ها نیز می‌گردد.

چت‌بات‌ها و دستیاران هوشمند کشاورزی

کشاورزی نیازمند اخذ تصمیمات بسیار زیاد است که تمامی آن­ها در کیفیت محصول به عمل‌آمده تأثیر بسیار زیادی خواهد گذاشت. دامنه داده‌های تأثیرگذار در تصمیمات، بسیار گسترده است و ذهن انسان قادر به تحلیل همه آنها در کنار یکدیگر نیست. از این رو هوش مصنوعی می‌تواند به‌عنوان یک دستیار هوشمند کشاورزی در کنار کشاورزان حضور داشته و با آمارگیری و تحلیل اطلاعات در زمان موردنیاز، به بهبود تصمیم‌گیری کشاورزان کمک کند و یا در قالب چت‌بات به پرسش‌های آنان پاسخ دهد.

کاربردهای هوش مصنوعی در دامپروری

دامپروری در تأمین نیاز غذایی انسان‌ها نقش بسیار پررنگی دارد. هوش مصنوعی با بهره‌گیری از فناوری‌های بینایی ماشین، داده‌کاوی، رباتیک و اینترنت اشیا به مزرعه‌داران کمک می­کند تا ظرفیت تولید و بهره‌وری مزرعه خود را بالا ببرند. هوش مصنوعی در موارد زیادی از قبیل تشخیص بیماری، مدیریت مزرعه و تولید محصولات دامی می­تواند به مزرعه‌داران کمک کند. برخی از مهم‌ترین کاربردهای هوش مصنوعی در دامپروری در ادامه معرفی شده‌اند:

سیستم‌های نظارت کلی و تشخیص رفتارهای مشکوک

کنترل، آمارگیری و ثبت اطلاعات و تغییرات یک مزرعه بزرگ، کاری سخت، هزینه‌بر و نیازمند نیروی انسانی زیادی است که عملکرد آن در مقابل خطاهای انسانی، آسیب‌پذیر است. سیستم‌های هوش مصنوعی می‌توانند تمام بخش‌های یک مزرعه بزرگ را زیر نظر داشته باشند، رفتارها و علائم مشکوک در حیوانات را شناسایی کرده و همچنین تغییرات محیطی در پناهگاه حیوانات را ثبت و هشدار دهند.

سیستم‌های تشخیص حیوانات

شناسایی یک حیوان خاص در میان یک یا چند گله در مواقع بسیاری یک امر ضروری است. این کار برای حفظ سلامت حیوانات، در مواقع بیماری و یا زایمان، از اهمیت بالایی برخوردار است. امروزه سیستم‌های تشخیص چهره مبتنی بر هوش مصنوعی می‌تواند این نیاز را از دامداران رفع نماید. بر اساس تحقیقات انجام شده در این زمینه، این سیستم‌ها در مزرعه حیوانات، دقتی تا 70 درصد دارند که برای دامداری‌های بزرگ رقم قابل قبولی است.

شناسایی، پیش‌بینی و پیشگیری از بیماری‌ها

استارتاپ‌های هوش مصنوعی فعال در بخش دامپروری، گجت‌های پوشیدنی مختلفی برای حیوانات دامی تولید کرده‌اند. این گجت‌ها به صورت دائم علائم تنفسی، ضربان قلب، میزان تحرک، مصرف غذا و چرخه خواب دام‌ها را اندازه‌گیری و ثبت می‌کنند. بر اساس تجزیه‌وتحلیل داده‌های به دست آمده توسط این سیستم‌ها، می‌توان بیماری حیوانات را به‌موقع شناسایی و یا از آن­ها پیشگیری کرد.

تخمین وزن دام‌ها

هوش مصنوعی توانایی تخمین سریع وزن دام‌ها بدون نیاز به ترازو و یا ابزارهای مرتبط را دارد. بدین منظور، در محل­های خاصی از یک مزرعه، دوربین‌هایی تعبیه می‌شوند. ابتدا نوفه (noise) عکس‌ها به کمک ابزارهای هوش مصنوعی رفع شده، سپس با بهره‌گیری از فناوری بینایی ماشین، عکس‌ها پردازش می‌شوند. سیستم‌های هوش مصنوعی بر اساس این پردازش‌ها می‌توانند وزن دام‌ها را تخمین بزنند و نتیجه آن را به دامداران ارائه دهند. برخی از کاربردهای هوش مصنوعی در کشاورزی و دامپروری مانند این کاربرد در برنامه‌ریزی‌های بلندمدت مزرعه‌داران بسیار مؤثر است.

تشخیص زمان و میزان بهینه خرید خوراک دامی

تغذیه دام­ها یکی از پرهزینه‌ترین بخش­های دامپروری است. سیستم­های هوش مصنوعی بر اساس الگوهای مصرف خوراک دام، تعداد دام‌ها و متوسط سن آن­ها، میزان خرید و زمان بهینه برای ثبت سفارش را محاسبه می‌کنند. همچنین در کانتینرها سنسورهایی نصب می­شود که به کمک فناوری اینترنت اشیا می‌توانند میزان نسبتاً دقیق خوراک دامی باقی‌مانده را در لحظه اعلام کنند.

پیش‌بینی میزان عملکرد محصولی

برای دامپرورانی که محصولاتی مانند شیر و تخم­مرغ تولید می‏کنند، پیش‌بینی میزان محصول به دست آمده جهت برنامه‌ریزی‌های تغذیه‌ای، انبارداری و فروش از اهمیت شایان توجهی برخوردار است. هوش مصنوعی با کمک داده‌هایی چون سلامت و تعداد حیوانات، سیستم تغذیه­ای، فصل و شرایط محیطی می­تواند میزان محصول به دست آمده در آینده را پیش­بینی کند.

سیستم‌های غذادهی خودکار

در مزارع با حیوانات دامی مختلف، سیستم­های تغذیه‌ای متفاوتی وجود دارد. نوع تغذیه، زمان و میزان غذادهی، برای هر دام با دیگری متفاوت است که در هر روز لازم است این فرایند چندین بار تکرار، کنترل و ثبت شود. هوش مصنوعی با کمک‌گرفتن از فناوری‌های بینایی ماشین، اینترنت اشیا و رباتیک می­تواند سیستم‌هایی را طراحی کند که به‌صورت خودکار فرایند غذادهی را انجام می‌دهند.

برخی از تجربه‌های موفق استفاده از AI در کشاورزی و دامداری

یک استارتاپ فناور محور مستقر در آلمان با عنوان «PEAT» یک برنامه مبتنی بر هوش مصنوعی به نام «Plantix» ایجاد کرده که می‌تواند کمبود مواد مغذی موجود در خاک و همچنین وجود آفات و بیماری‌های گیاهی را شناسایی کند. با استفاده از این تکنولوژی، کشاورزان همچنین می‌توانند درباره استفاده از کودی که به بهبود کیفیت برداشت کمک می‌کند، ایده بگیرند. این برنامه از فناوری مبتنی بر تشخیص تصویر استفاده می‌کند. کشاورز می‌تواند با استفاده از تلفن‌های هوشمند، تصاویر گیاهان را ثبت کند. همچنین می‌توان تکنیک‌های بازسازی خاک را با نکات و راه‌حل‌های دیگر از طریق فیلم‌های کوتاهی که در این برنامه بارگذاری می‌شود، مشاهده کرد.

به همین ترتیب، «Trace Genomics» یکی دیگر از شرکت‌هایی است که ابزاری مبتنی بر یادگیری ماشین ارائه می‌دهد که آنالیز خاک را برای کشاورزان انجام می‌دهد. این نوع برنامه‌ها به کشاورزان کمک می‌کند تا شرایط بهداشتی خاک و محصولات را کنترل کرده و محصولات سالم و با بهره‌وری بالاتر تولید کنند.

فناوری «SkySqurrel» راه‌حل‌های تصویربرداری «Ariel» مبتنی بر دِرون‌ها و پهپادها را برای نظارت بر سلامت محصولات به ارمغان آورده است. در این تکنیک، پهپادها و دِرون‌ها داده‌ها را از زمین‌ها گرفته و سپس اطلاعات را از طریق درایو USB از پرنده هوشمند به کامپیوتر منتقل کرده و متخصصان آن‌ها را تجزیه‌وتحلیل می‌کنند.

این شرکت از الگوریتم‌هایی برای تجزیه‌وتحلیل تصاویر ثبت‌شده پهپادها استفاده می‌کند و گزارش دقیقی درباره میزان سلامت فعلی مزرعه ارائه می‌کند. این به کشاورز کمک می‌کند آفات و باکتری‌های موجود در زمین زراعی را شناسایی کند و برای کمک به روند رشد محصول، به موقع از کنترل آفات و سایر روش‌ها و اقدامات لازم بهره گیرد.

انواع فناوری هوش مصنوعی در کشاورزی در حالی که از الگوریتم‌های یادگیری ماشین برای تحلیل تصاویر ماهواره‌ها و پهپادها استفاده می‌کنند، شرایط آب‌وهوایی را نیز برای روزهای آتی پیش‌بینی می‌کنند. این فناوری‌ها پایداری محصول را تجزیه‌وتحلیل می‌کنند و با ثبت داده‌هایی مانند دما، بارش، سرعت باد و زاویه و مقدار تابش خورشید، از مزارع در برابر چالش‌هایی همچون وجود بیماری‌ها یا آفات و تغذیه نامناسب گیاه حفاظت می‌کنند.

در حال حاضر کشاورزان بدون اتصال به شبکه اینترنت می‌توانند از مزایای هوش مصنوعی روی زمین‌های زراعی استفاده کنند. این کار به سادگی با تلفن‌های همراه و ارسال پیام کوتاه (SMS) و استفاده از برنامه‌های مربوط به کاشت امکان‌پذیر است. در همین حال، کشاورزان با دسترسی به Wi-Fi می‌توانند با استفاده از اپلیکیشن‌های هوش مصنوعی برنامه‌ای مداوم و متناسب با هوش مصنوعی را برای زمین‌های زراعی خود بچینند. امروزه با پیشرفت‌های بشر در زمینه اینترنت اشیا و راه‌حل‌های مبتنی بر هوش مصنوعی، کشاورزان می‌توانند نیازهای جهانی برای افزایش مواد غذایی را جوابگو باشند، روندی پایدار و بهینه در تولید محصول داشته باشند و کیفیت را بدون تخریب منابع طبیعی ارزشمند ارتقا بخشند.

در آینده، هوش مصنوعی با استفاده از داده‌ها برای بهینه‌سازی عملکرد انسان در پرورش رده‌های مختلف گیاهان، به کشاورزان کمک می‌کند تا صنعت کشاورزی به فناوری‌های هوش مصنوعی مجهزتر شوند.

برخی از نمونه محصولات کاربردهای هوش مصنوعی در کشاورزی و دام‌پروری