فناوری هوش مصنوعی بر مبنای یک سری اصول شکل گرفته است که انسان هوشمند می‌‌تواند آن‌‌ها را تعریف کند، به ماشین ارائه دهد، آن ماشین را با آموزش، هوشمند کند و برای فرایندهای مورد نیاز خود آماده نماید. تمام این فرایندها به طریقی انجام می‌‌شود که در نهایت یک ماشین به راحتی بتواند از یک انسان تقلید کند و همان وظایفی را انجام دهد که انسان انجام می‌‌دهد؛ از ساده‌‌ترین تسک‌‌ها گرفته تا کارهای حتی پیچیده‌‌تر که انسان‌‌ها آن‌‌ها را با درصد خطای بیشتری انجام می‌‌دهند. اهداف هوش مصنوعی شامل یادگیری، استدلال و ادراک است.

ما در آغاز دوران طلایی هوش مصنوعی هستیم. پیشرفت‌‌های اخیر منجر به ابداعی شده است که تا پیش از این تنها در دنیای فیلم‌‌های علمی تخیلی وجود داشته است. ما اکنون تنها قدم‌‌های اول را برداشته‌‌ایم و هنوز جا برای پیشرفت‌‌های بیشتر وجود دارد.

جف بزوس، مدیر عامل آمازون

کشاورزی و هوش مصنوعی

برخی از نمونه‌‌های به‌کارگیری این فناوری، در سیستم‌‌های گوناگونی اکنون در دسترس ماست: در سامانه‌های تشخیص شیء که بر اساس بینایی ماشین در اتومبیل‌‌های خودران تعبیه شده است؛ در موتورهای پیشنهاد خودکار که بر اساس نیازها یا علایق شما یا سابقه خرید شما، محصولی را پیشنهاد می‌‌کنند، یا در سرویس‌‌های هوشمند گفتار و تشخیص زبان برای دستیارهای مجازی نظیر سیری در اپل، الکسا و غیره، این فناوری‌های هوشمند وجود دارد.

تا امروز، هوش مصنوعی در تمام حوزه‌‌ها و صنایع تأثیر بسزایی داشته است و هر صنعتی برای جایگزین کردن اتوماسیون‌‌های خودکار در فرایندهای خاص خود، به دنبال استفاده از ماشین‌آلات هوشمند یا سرویس‌‌های هوش مصنوعی است.

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 ۵ تریلیون دلار می‌‌رسد.

پیش‌‌بینی می‌‌شود جمعیت جهان تا سال ۲۰۵۰ به بیش از ۹ میلیارد نفر برسد. بنابراین برای تأمین تقاضای این جمعیت به ۷۰٪ 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، ما به یک روش هوشمندانه‌‌تر برای تامین مواد غذایی طبیعی نیاز داریم و می‌‌بایست راهکارهایی را برای دستیابی به کشاورزی صنعتی‌‌تر و هوشمند و نیز کارآیی بیشتر به کار بندیم.

در این مقاله، چالش‌‌های پیش روی کشاورزان را که با استفاده از روش‌‌های سنتی کشاورزی با آن روبه‌رو می‌‌شوند بررسی می‌‌کنیم و درباره این‌‌که چگونه هوش مصنوعی انقلابی در کشاورزی ایجاد می‌‌کند، صحبت خواهیم کرد. در خلال بحث در می‌‌یابیم که چطور هوش مصنوعی با استفاده از روش‌‌های کارآمدتر، جایگزین روش‌‌های سنتی خواهد شد و به جهان برای تبدیل شدن به یک مکان بهتر کمک خواهد کرد.

چرخه حیات در کشاورزی

ما می‌‌توانیم چرخه‌ حیات صنعت کشاورزی را به بخش‌‌های مختلف تقسیم کنیم:

• آماده‌‌سازی خاک: تهیه خاک اولین مرحله کشاورزی است که مزرعه‌داران با تکنیک‌‌های خاص خود، خاک را برای کاشت بذر آماده می‌‌کنند. این فرایند شامل شکستن توده‌‌های بزرگ خاک و از بین بردن بقایایی مانند چوب، سنگ و ریشه است. همچنین، افزودن کودها و مواد آلی بسته به نوع محصول در این مرحله انجام می‌‌شود تا شرایط ایده‌آلی برای رشد محصولات جدید ایجاد شود.
• کاشت بذر: این مرحله نیاز به توجه به فاصله میان دو بذر کاشته شده و عمق کاشت بذر دارد. در این مرحله شرایط آب‌‌وهوایی مانند دما، رطوبت و بارندگی نقش مهمی دارند.
• افزودن کودها: برای حفظ حاصلخیزی خاک، کودریزی یک عامل مهم است. بنابراین کشاورز می‌‌تواند به پرورش محصولات مغذی و سالم ادامه دهد. کشاورزان به استفاده از کودها روی می‌‌آورند، زیرا این مواد حاوی مواد مغذی گیاهی مانند نیتروژن، فسفر و پتاسیم‌اند. کودها به سادگی مواد مغذی کاشته شده در مزارع کشاورزی را برای تکمیل عناصر مورد نیاز محصول که به طور طبیعی در خاک کاشته می‌‌شوند، فراهم می‌‌آورند. این مرحله است که کیفیت محصول نهایی را تعیین می‌‌کند.
• آبیاری: این مرحله به مرطوب نگه داشتن خاک و حفظ رطوبت زمین کمک می‌‌کند. آبیاری زمین به روش غرق‌آبی یا روش‌‌های دیگری که به آبیاری بیش از حد زمین می‌‌انجامد، می‌‌تواند رشد محصولات را مختل کند و اگر به درستی انجام نشود، منجر به آسیب جدی به محصولات می‌‌شود.

• جلوگیری از رویش علف‌‌های هرز: علف‌‌های هرز گیاهان ناخواسته‌‌ای‌‌اند که در نزدیکی محصولات یا در مرز میان کشتزارها و مزارع رشد می‌‌کنند. این گیاهان عموما مواد مغذی خاک را جذب می‌‌کنند و رویش ناخواسته آن‌‌ها کیفیت خاک را پایین می‌‌آورد، چرا که مواد مغذی خاک برای به عمل آمدن محصول اصلی مورد نیازند. جلوگیری از رویش علف‌‌های هرز مهم است، زیرا علف‌‌های هرز باعث کاهش عملکرد، افزایش هزینه تولید، تداخل در برداشت محصول و کاهش کیفیت محصول می‌‌شوند.
• برداشت: این مرحله، فرایند جمع‌‌آوری محصولات رسیده از مزارع و کشتزارها را در بر می‌‌گیرد. برای این فعالیت به کارگران زیادی احتیاج است و این فعالیت، کاری پرزحمت است. این مرحله همچنین شامل کارهایی مانند تمیزکردن، مرتب‌سازی، بسته‌‌بندی و خنک‌سازی پس از برداشت محصول است.
• ذخیره‌سازی و انبار: این مرحله، در حقیقت پروسه پس از برداشت محصول است که طی آن محصولات به گونه‌‌ای نگهداری می‌‌شوند که امنیت غذایی آن‌ها را در زمان‌هایی غیر از دوره‌‌های کشاورزی تضمین کند. همچنین شامل بسته‌بندی و حمل‌ونقل محصولات زراعی است.

استفاده از روش‌‌های سنتی کشاورزی و چالش‌‌های پیش روی کشاورزان

چالش‌‌های کلی موجود در حوزه کشاورزی را می‌‌توان این‌طور لیست کرد:

• در کشاورزی عوامل آب‌وهوایی مانند بارندگی، دما و رطوبت نقش مهمی در چرخه عمر کشاورزی دارند. افزایش روند جنگل‌زدایی و به تبع آن، آلودگی‌‌های شیمیایی منجر به تغییرات آب‌وهوایی می‌‌شود، بنابراین تصمیم‌گیری برای آماده‌‌سازی خاک، کاشت بذر و برداشت محصول برای کشاورزان دشوار است.
• هر محصول به تغذیه خاصی در خاک نیاز دارد. ۳ عنصر اصلی ازت (N)، فسفر (P) و پتاسیم (K) مورد نیاز خاک کشاورزی است. کمبود مواد مغذی می‌‌تواند منجر به کیفیت پایین محصولات شود.
• همان‌طور که در چارت مربوط به چرخه حیات کشاورزی می‌‌بینیم، جلوگیری از رویش علف‌‌های هرز که به اصطلاح تنک‌ کردن نامیده می‌‌شود، نقش مهمی در فرایند زراعت دارد. رویش علف‌‌های هرز اگر کنترل نشود، می‌‌تواند منجر به افزایش هزینه تولید شود و همچنین مواد مغذی را از خاک جذب می‌‌کند که می‌‌تواند باعث کمبود عناصر تغذیه‌‌ای موجود در خاک شود.

کاربردهای فناوری هوش مصنوعی در کشاورزی

صنعت کشاورزی برای کمک به تولید محصولات سالم، کنترل آفات، نظارت بر خاک و بهبود شرایط رشد از یک طرف و از طرف دیگر به منظور سازماندهی داده‌‌ها برای کشاورزان، کمک به حجم کار و بهبود طیف وسیعی از وظایف مربوط به کشاورزی در کل زنجیره تامین مواد غذایی، به فناوری‌‌های هوش مصنوعی روی آورده است.

استفاده از هوش مصنوعی برای پیش‌‌بینی آب‌‌وهوا: با تغییر در شرایط آب‌‌وهوایی و افزایش آلودگی، تعیین زمان مناسب برای کاشت بذر برای کشاورزان دشوار شده است، با کمک هوش مصنوعی کشاورزان می‌‌توانند با پیش‌‌بینی هوشمند هوا همراه شوند و شرایط آب‌‌وهوایی را تجزیه و تحلیل کنند که به آن‌‌ها کمک می‌‌کند بر اساس نوع محصول مورد نظر خود، بتوانند برنامه‌ریزی کنند چه زمان بذرها باید کاشته شود.

سیستم نظارت بر سلامت خاک و محصول: نوع خاک و تغذیه خاک تاثیر مهمی در نوع محصول و کیفیت آن دارد. به دلیل افزایش آلودگی‌‌های محیطی، افزایش روند جنگل‌زدایی و به تبع آن، باران‌‌های فصلی و فرسایش زمین، زمین‌‌های خوب زراعتی در حال تخریب گسترده‌‌اند و تعیین و افزایش کیفیت خاک فرایندی سخت شده است.

یک استارتاپ فناور- محور مستقر در آلمان با عنوان PEAT یک برنامه مبتنی بر هوش مصنوعی به نام Plantix ایجاد کرده است که می‌‌تواند کمبود مواد مغذی موجود در خاک از جمله 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. ما همچنین می‌‌توانیم تکنیک‌‌های بازسازی خاک را با نکات و راه‌‌حل‌‌های دیگر از طریق فیلم‌‌های کوتاهی که در این برنامه بارگذاری می‌‌شود، مشاهده کنیم.

به همین ترتیب، Trace Genomics یکی دیگر از شرکت‌‌های مبتنی بر یادگیری ماشین است که به کشاورزان کمک می‌‌کند تا آنالیز خاک را برای کشاورزان انجام دهند. 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.

تجزیه‌‌وتحلیل سلامت محصولات توسط پهپادها: تکنولوژی 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 تجزیه و تحلیل می‌‌کنند.

این شرکت از الگوریتم‌‌هایی برای تجزیه و تحلیل 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.

کشاورزی دقیق و تحلیل‌‌های پیش‌‌بینی‌‌کننده: برنامه‌‌های کاربردی فناوری هوش مصنوعی در کشاورزی با ارائه راهنمایی مناسب به کشاورزان در زمینه مدیریت آب، تناوب در کاشت محصول، برداشت به موقع، نوع محصول برای کاشت، مدل کاشت مطلوب، آفت‌زدایی، برنامه‌‌ها و ابزارهایی را توسعه داده‌‌اند که به کشاورزان کمک می‌‌کند تا زراعت نادرست را کنار گذاشته و عملکردی کنترل‌شده و هوشمند داشته باشند.

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 تجزیه و تحلیل 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 اشیاء 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.

کشاورزی روباتیک: شرکت‌‌های هوش مصنوعی در حال تولید روبات‌‌هایی‌اند که به راحتی می‌‌توانند چندین وظیفه را در زمین‌‌های کشاورزی انجام دهند. این نوع روبات‌‌ها برای کنترل علف‌‌های هرز و برداشت محصولات با سرعت بیشتر و با حجم بالاتری نسبت به انسان آموزش دیده‌اند.

این نوع روبات‌‌ها برای بررسی کیفیت محصولات و تشخیص علف‌‌های هرز همزمان با چیدن و بسته‌بندی محصولات آموزش دیده‌اند. این روبات‌‌ها همچنین قادر به مبارزه با چالش‌‌های نیروی کار کشاورزی‌اند.

سیستم مجهز به هوش مصنوعی برای شناسایی آفات: آفات یکی از بدترین دشمنان کشاورزان است؛ چرا که به محصولات آسیب می‌‌رساند. سیستم‌‌های هوش مصنوعی از تصاویر ماهواره‌‌ای استفاده می‌‌کنند و آن‌‌ها را با استفاده از الگوریتم‌‌های هوش مصنوعی با داده‌‌های پیشین که طی زمان ثبت کرده‌اند، مقایسه می‌‌کنند. اگر حشره‌‌ای روی زمین فرود آمده باشد، داده‌‌های ثبت شده روی این سیستم‌‌ها می‌‌تواند نوع حشره فرود آمده را شناسایی کند (مانند هجوم ملخ، شته و غیره) و هشدارهای لازم را از طریق ارسال اعلان‌‌های آنی به تلفن‌‌های هوشمند کشاورزان بدهد تا آن‌ها بتوانند هر چه سریع‌‌تر اقدامات احتیاطی مورد نیاز را انجام دهند و استفاده از مواد آفت‌کش را در برنامه خود داشته باشند. کنترل آفات مورد نیاز در نتیجه هوش مصنوعی به کشاورزان در مبارزه با انتشار آفت نیز کمک می‌‌کند.

نتیجه‌گیری

فناوری هوش مصنوعی در کشاورزی نه تنها به کشاورزان کمک می‌‌کند تا عملیات زراعی خود را به صورت خودکار انجام دهند، بلکه در جهت استفاده بیشتر از محصول و کیفیت بهتر نیز به آن‌‌ها کمک می‌‌کند؛ در نتیجه آن‌‌ها می‌‌توانند با استفاده از منابع کمتر، به سمت کشت دقیق‌تر و کاراتر پیش روند.

انواع کاربردهای هوش مصنوعی در صنایع مختلف را در هوشیو بخوانید