Cải cách hành chính
Thống kê truy cập
  • Đang online: 0
  • Hôm nay: 1
  • Trong tuần: 0
  • Trong tháng: 0
  • Tất cả: 0
Đăng nhập
Ứng dụng Robot trong nông nghiệp
Lượt xem: 3232

Xu hướng của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 đã đặt ra thách thức to lớn, đòi hỏi những giải pháp tiên tiến về công nghệ để giúp nâng cao hiệu quả trong sản xuất nông nghiệp. Cụ thể, đó là việc sử dụng các công nghệ tiên tiến, trong đó có Robot phục vụ nông nghiệp và ứng dụng trí thông  minh nhân tạo.

Robot nông nghiệp và tính  khả thi về kinh tế

Trong nhiều năm kể từ khi ra đời vào năm 1961, robot được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng công nghiệp, cụ thể là các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp, các hệ thống sản xuất, nơi môi trường làm việc  được xác lập chính xác cho các hoạt động được lập trình chính xác của Robot trong những điều kiện làm việc hầu như không thay đổi. Trong rất nhiều năm, nông lâm nghiệp là lĩnh vực mà Robot vẫn chưa thực sự đặt được bước chân. Đầu những năm 1960, các dự án trên các hệ thống tự động và máy kéo tự động đã khởi đầu, tạo triển vọng ứng dụng các thiết bị không người lái phục vụ cho nông lâm nghiệp. Dựa trên phương thức tiếp cận hành vi, các phương tiện vận chuyển trên cánh đồng được tích hợp với hệ thống cảm biến, công nghệ truyền thông, hệ thống định vị toàn cầu GPS và hệ thống thông tin địa lý GIS đã tạo ra một hệ thống máy tự trị, thích nghi,  có khả năng thực hiện canh tác và thu hoạch cho các loại cây trồng có giá trị cao cũng như có khả năng quản lý toàn bộ khu vực canh tác. Ý tưởng tạo ra các hệ thống tự động có thích thước nhỏ và hoạt động hiệu quả hơn các máy đầu kéo nông nghiệp cồng kềnh được hình thành và phát triển, đó chính là các Robot nông nghiệp.  Một số Robot làm nhiệm vụ thu hoạch cây ăn trái tự động được thiết kế điển hình  như Robot hái cam (Hannan và Burks, 2004), Robot hái dâu tây (Kondo et al., 2005) và Robot thu hoạch cà chua (Chi & Linh, 2004) được phát triển trong các phòng thí nghí nghiệm. Hệ thống tự động cho tưới tiêu dựa trên điều kiện khí hậu  cho cây trồng có giá trị cao được phát triển ( Miranda et al, 2005). Hệ thống Demeter được trang bị camera và GPS để điều hướng để thu hoạch trên các cánh đồng (Pilarski et al., 2002). Các Robot kiểm soát và diệt trừ cỏ dại được thiết kế  (Have et al., 2005).

Ưu điểm của những Robot này sẽ có thể thực hiện công việc được giao trong các điều kiện làm việc trong suốt thời gian của năm, không cần giám sát và thích nghi với điều kiện môi trường. Các thiết bị Robot  nhỏ bé sẽ ít tác động lên môi trường, giảm được việc sử dụng quá mức hóa chất và phân bón, sử dụng năng lượng  phù hợp với yêu cầu, kiểm soát tốt hơn và không gây ra sự nén chặt đất do trọng lượng nhẹ hơn. Một số nghiên cứu về hiệu quả kinh tế của các Robot nông nghiệp trong việc đảm bảo  sản xuất bền vững đã được công bố.  Goense (2003) đã thử  nghiệm việc so sánh giữa một hệ máy nông nghiệp thông thường với một hệ  tự  động làm việc trên thửa ruộng có chiều rộng làm từ 50 đến 120 cm đã chỉ ra rằng máy tự động  có thể làm việc 23 giờ một ngày, xét về mặt kinh tế lại khả thi hơn do mức giảm nhẹ về giá của các hệ thống định vị, chi phí cho  lao động trực tiếp giảm.  Have (2004) đã phân tích ảnh hưởng của tự động hóa đến kích thước và giá thành máy móc cho làm đất và trồng cây. Nghiên cứu của Have đã cho thấy các tỷ lệ giữa một  máy kéo tự động và máy kéo có người lái về giá cả, yêu cầu lao động và giờ làm việc hàng ngày sẽ là 1.2, 0.2 và 2 lần tương ứng. Các phân tích trên  chi phí trực tiếp máy móc  cho thấy việc chuyển sang máy điều khiển tự động sẽ giảm kích thước máy kéo xuống một nửa; giảm chi phí đầu tư máy kéo xuống khoảng 60% và giảm tổng chi phísửa chữa và bảo dưỡng máy kéo  hàng năm đến khoảng 65%. Pedersen (2006 & 2007) khi  so sánh giữa 3 các ứng dụng khác nhau của hệ thống robot với các hệ thống thông thường trong sản xuất cây trồng và quản lý cánh đồng cũng đưa ra những kết luận khả quan về tính kinh tế của những Robot nông nghiệp.

Các thách thức và cơ hội

Một mối quan tâm khác là thiếu lao động trẻ và lành nghề trong nông nghiệp. Khi mùa thu hoạch đến, không dễ dàng để huy động một lực lượng đủ cho công việc đồng áng kéo dài trong điều kiện ngoài trời khắc nghiệt và tiềm ẩn nhiều tai nạn. Tại nhiều vùng nông thôn, lực lượng lao động làm việc ngoài cánh đồng đã giảm đến mức báo động. Robot nông nghiệp có thể trợ giúp đắc lực cho việc tự động hóa các công đoạn có tính lặp lại, được hoạch định trước và  đòi hỏi tác nghiệp của các máy công nghiệp nặng nề và chuyển động chậm. Đồng thời các Robot nông nghiệp  chắc chắn sẽ mở ra những cơ hội mới cho các các công việc phụ trợ như chế tao, bảo trì các Robot, các máy bay không người lái, phát triển phần mềm điều khiển và giám sát…Việc sử dụng các Robot nông nghiệp sẽ tạo ra những cơ hội to lớn: các chủng loại nông sản tốt hơn và đa dạng hơn, độ sẵn sàng lớn hơn, giá cả sẽ rẻ hơn. Thế giới của nông nghiệp với sự phát triển của các Robot nông nghiệp sẽ còn tiếp tục lớn mạnh. Robot nông nghiệp đã góp phần tối ưu hóa năng suất lao động trong khi giảm tối thiểu các chi phí về năng lượng, nước và thời gian. Và đó là điều mà mọi công nghệ tương lai đang hướng tới.

Mặc dầu những ảnh hưởng to lớn đã được chỉ ra, nhưng chi phí của việc đầu tư cho robot công nghiệp tương đối cao  cũng như sự nhận thức chưa đầy đủ cũng sẽ hạn chế nông dân sử dụng trên cánh đồng của họ. 

Các ứng dụng của Robot nông nghiệp

Phương thức canh tác cũ phụ thuộc chủ yếu vào sức lao động của con người và máy móc thông dụng sẽ dần dần bị phá vỡ nhờ sự áp dụng của Trí thông minh nhân tạo cùng với sự phát triển không ngừng của công nghệ Robot. Các Robot nông nghiệp sẽ đảm nhiệm các tác nghiệp chậm, lặp lại và đơn giản cho người nông dân, cho phép họ tập trung hơn vào việc cải thiện năng suất sản xuất tổng thể. Có nhiều loại robot  khác nhau được sử dụng trong nông nghiệp và các giải pháp mới đang được phát triển không ngừng.  Cho đến nay, tám loại robot nông nghiệp sau đây đã trở nên phổ biến trong các ứng dụng sau:

     - Nông nghiệp chính xác: những robot lĩnh vực này được sử dụng trong các trang trại nhỏ hoặc vườn cây ăn quả. Thông thường, chúng được sử dụng để theo dõi tự động dinh dưỡng của đất, hoạt động quang hợp, chỉ số diện tích lá  và các yếu tố sinh học khác.

     - Giám sát ô nhiễm: một số robot  được trang bị để theo dõi ô nhiễm do nông nghiệp tạo ra ở mặt đất. Những robot này đo lượng khí thải carbon dioxide và nitơ oxit để nông dân có thể giảm thời gian làm việc trên đồng.

     - Chăn nuôi gia súc: các robot này được sử dụng để chăn gia súc trên các trang trại lớn, đảm bảo có đủ diện tích để chăn thả, đảm bảo gia súc  thể khỏe mạnh.

     - Kiểm soát cỏ dại: các robot này được sử dụng để phát hiện và tiếp cận cỏ dại trong trang  trại, phun các loại thuốc diệt cỏ với lượng thích hợp để loại bỏ cỏ dại. Cách tiếp cận này làm giảm thiểu tiếp xúc của người nông dân với thuốc diệt cỏ và giúp ngăn chặn sự phát triển của cỏ dại kháng thuốc diệt cỏ.

     - Tự động hóa vườn ươm: robot  có thể được sử dụng trong các vườn ươm cây trồng, chủ yếu để di chuyển trong các nhà kính lớn. Những robot này tạo ra hiệu quả lớn cho các vườn ươm cây trồng và giúp giải quyết tình trạng thiếu lao động ngày càng tăng.

     - Thu hoạch cây trồng: để thu hoạch cây trồng, robot  chuyên dụng có thể làm việc suốt ngày đêm để thu hoạch nhanh hơn, trong một số trường hợp hoàn thành cùng một lượng công việc tương đương với 30 công nhân.

     - Trồng và gieo hạt: một ứng dụng mới nổi, robot hiện trường với hệ thống tầm nhìn 3D giờ đây có thể trồng chính xác và gieo hạt để tăng trưởng tối ưu, chủ yếu cho trồng rau diếp và vườn nho.

     - Nhận dạng và thu hoạch trái cây: đây là một trong những ứng dụng phổ biến nhất của Robot nông nghiệp do tính chính xác và tốc độ cao mà robot có thể đạt được để tăng sản lượng trái cây đủ tiêu chuẩn để thu hoạch. 

     Robot nông nghiệp rất đa dạng về hình thức và chức năng. Khi người nông dân đối mặt với một số thách thức ngày càng tăng, robot nông nghiệp đang giúp họ nâng cao hiệu quả và mang lại năng suất cây trồng lớn hơn. Một số mẫu hình Robot nông nghiệp điển hình được giới thiệu sau đây.

Hình 1. Robot Ecorobotix làm nhiệm vụ phun tưới

Hình 1 mô tả một máy bay không người lái có tên Ecorobotix chạy bằng năng lượng mặt trời, được làm bằng vật liệu nhẹ, được gắn hệ thống định vị GPS, hoạt động hoàn toàn tự động. Hệ thống Camera được trang bị giúp cho Ecorobotix thực hiện nhiệm vụ phun thuốc sâu và tưới nước. Nhờ độ chính xác cao, robot này sử dụng 90%  ít thuốc diệt cỏ, do vậy tiết kiệm chi phí  30% so với phương pháp phun thuốc truyền thống. Một đội hình gồm nhiều  Ecorobotix có thể dễ dàng thay thế lao động nông trại của nhiều nông dân, giúp họ tránh được công việc mang tính độc hại cao.

Hình 2. Hệ thống Naio Technologies với nhiệm vụ làm cỏ trên các cánh đồng lớn. Source: Naio Technologies

Hệ thống Naio Technologies trên Hình 2 có một tập hợp các robot, không chỉ hoạt động như những người nông dân thành thục nhất mà còn áp dụng các kỹ thuật bảo tồn và bảo vệ môi trường. Các Robot này có khả năng phát hiện cỏ dại, nhổ cỏ và hỗ trợ công việc thu hoạch.

Bùi Lê Cường Quốc


ipv6 ready Chung nhan Tin Nhiem Mang