IoT дәл ауыл шаруашылығын қалай өзгертіп, қазіргі қиындықтарды қалай шешіп жатыр?

Әлем халқы тез өсіп келеді, бағалаулар бойынша, 2050 жылға қарай ол 9,7 миллиардқа жетеді. Барлығын тамақтандыру үшін азық-түлік өндірісі 60%-ге артуы керек, бірақ топыраққа, көп суды пайдалануға және қол еңбегіне тәуелді дәстүрлі егіншілік әдістері оған ілесе алмай жатыр.

Климаттың өзгеруі, топырақтың деградациясы және су тапшылығы жағдайды одан сайын ушықтырып отыр. Мысалы, топырақ эрозиясы фермерлерге жыл сайын $40 миллиард өнімділіктің жоғалуына әкеледі, ал дәстүрлі суару ескірген тәжірибелерге байланысты 60% тұщы суды босқа жұмсайды.

Үндістанда соңғы онжылдықта болжауға келмейтін муссондар күріш өнімділігін 15%-ға төмендетті. Бұл қиындықтар шұғыл шешімдерді талап етеді, ал Заттар интернеті (IoT) және аэропоника арқылы жұмыс істейтін ақылды егіншілік құтқарушы күш болып табылады.

Қазіргі ауыл шаруашылығындағы IoT күші

Ақылды егіншіліктің негізінде нақты уақыт режимінде деректерді жинайтын және бөлісетін өзара байланысты құрылғылар желісі - IoT жатыр. Сымсыз сенсорлық желілер (ССН) бұл жүйенің негізгі бөлігі болып табылады.

Бұл желілер топырақтың ылғалдылығын, температурасын, ылғалдылығын және қоректік заттардың деңгейін бақылау үшін егістіктерге орналастырылған сенсорларды пайдаланады. Мысалы, DHT22 сенсоры ылғалдылықты бақылайды, ал TDS сенсорлары судағы қоректік заттардың концентрациясын өлшейді.

Бұл деректер LoRa немесе ZigBee сияқты төмен қуатты хаттамаларды пайдаланып ThingSpeak немесе AWS IoT сияқты бұлттық платформаларға жіберіледі. Талданғаннан кейін жүйе суару сорғыларын қосу немесе тыңайтқыш деңгейін реттеу сияқты әрекеттерді іске қоса алады.

Үндістанның Коимбатор қаласында 2022 жылы жүргізілген жоба IoT әлеуетін көрсетті. Сенсорлар қызанақ алқаптарындағы құрғақ топырақ аймақтарын анықтап, су шығынын 35%-ге азайтатын мақсатты суаруды қамтамасыз етті.

Сол сияқты, көп спектрлі камералармен жабдықталған дрондар зиянкестердің шабуылы немесе қоректік заттардың жетіспеушілігі сияқты мәселелерді анықтау үшін кең егістік алқаптарды сканерлейді.

2019 жылы жүргізілген зерттеу жүгері дақылдарындағы солтүстік жапырақ фитофторасын 98% дәлдігімен анықтау үшін дрондарды пайдаланды, бұл фермерлерді бір акрға $120 шығыннан құтқарды. Машиналық оқыту бұл жүйелерді одан әрі жақсартады.

Зерттеушілер ұнтақты зең сияқты ауруларды 99.53% дәлдігімен диагностикалау үшін мыңдаған жапырақ суреттерінде жасанды интеллект модельдерін оқытты, бұл фермерлерге дақылдар жойылып кетпес бұрын әрекет етуге мүмкіндік берді.

Аэропоника: топырақсыз азық-түлік өсіру

Заттар интернеті дәстүрлі егіншілікті оңтайландырса, аэропоника ауыл шаруашылығын толығымен қайта елестетеді. Бұл әдіс өсімдіктерді ауада өсіреді, олардың тамырларын су мен қоректік заттарды шашатын тұман толтырылған камераларға іліп қояды.

Топыраққа негізделген егіншіліктен айырмашылығы, аэропоника 95% аз суды пайдаланады және пестицидтерді қолданбайды. Тамырлар оттегін тиімдірек сіңіреді, бұл өсуді жеделдетеді.

Мысалы, 2018 жылғы зерттеуге сәйкес, аэропоникалық жолмен өсірілген салат топыраққа қарағанда 65% жылдамырақ дамиды.

Аэропоника әсіресе топырақы нашар қалаларда немесе аймақтарда өте құнды. Тік фермалар өсімдіктерді мұнараларға үйіп, дәстүрлі егістіктерге қарағанда шаршы метрге 10 есе көп азық өндіреді.

Мехико қаласында 2022 жылы шатырдағы аэропоникалық ферма бір шаршы метрге 3,8 кг салат жапырағын берді, бұл топырақ өңдеу өнімділігінен үш есе көп, ал бір килограмға небәрі 10 литр су пайдаланылды.

Сингапурдың Sky Greens компаниясы бұл мәселені одан әрі дамытып, 30 футтық мұнараларда күн сайын 1 тонна көкөніс өсіреді, бұл дәстүрлі фермаларға қарағанда 95% аз жерді пайдаланады.

IoT аэропониканы келесі деңгейге көтереді. Сенсорлар тамыр камераларын ылғалдылық, рН және қоректік заттар деңгейін бақылайды, бүрку циклдарын автоматты түрде реттейді.

2017 жылғы жобада зерттеушілер Raspberry Pi көмегімен аэропоникалық жүйені автоматтандырды, бұл еңбек шығындарын 50%-ге қысқартты. Фермерлер бұл жүйелерді AgroDecisor сияқты мобильді қосымшалар арқылы басқарады, ол қоректік заттардың теңгерімсіздігі сияқты мәселелер туралы ескертулер жібереді.

Прогресті баяулататын қиындықтар

Әлеуетіне қарамастан, IoT және аэропоника айтарлықтай кедергілерге тап болады. Жоғары шығындар негізгі кедергі болып табылады. Қарапайым IoT қондырғысы 1500-5000 тұрады, ал озық дрондар мен сенсорлар алдын ала 10 000-50 000 талап етеді - бұл дамушы елдердегі шағын фермерлердің қолы жетпейтін нәрсе. Сонымен қатар, техникалық қызмет көрсету жыл сайын тағы 15-20% қосады, бұл бюджетке одан әрі ауыртпалық түсіреді.

Байланыстағы олқылықтар мәселені одан сайын ушықтырады. Шамамен 40% ауылдық жерлерде сенімді интернет жоқ, бұл нақты уақыт режимінде деректерді беруді қиындатады.

Эфиопияда 2021 жылы IoT пилоттық жобасы 3G сигналдары орта өрісте төмендеп, суару кестесін бұзған кезде сәтсіздікке ұшырады. Қауіпсіздік тәуекелдері де үлкен. MQTT және CoAP сияқты IoT хаттамаларында көбінесе шифрлау болмайды, бұл жүйелерді хакерлерге осал етеді.

2021 жылы 62% ауылшаруашылық IoT жүйелері кибершабуылдар, соның ішінде сенсор көрсеткіштерін өзгертуге немесе жабдықты өшіруге мүмкіндік беретін деректердің бұзылуы туралы хабарлады.

Техникалық күрделілік тағы бір қиындық деңгейін қосады. Фермерлерге деректерді түсіндіру және жүйелердегі ақаулықтарды жою үшін оқыту қажет.

Колумбиядағы 2017 жылы жүргізілген аэропоникалық жоба дұрыс емес рН параметрлері дақылдарға зиян келтіріп, $12,000 көшетті ысырап еткендіктен сәтсіздікке ұшырады.

Тіпті қуат көзі де мәселе болып табылады — күн сенсорлары муссон кезінде істен шығады, ал дрондар бір зарядта 20-30 минут қана жұмыс істейді.

Ауыл шаруашылығының болашағы: көкжиектегі инновациялар

Осы қиындықтарға қарамастан, болашақ үміт күттіреді. 5G желілері байланыс саласында төңкеріс жасап, дрондарға үлкен фермаларды нақты уақыт режимінде бақылауға мүмкіндік береді.

Бразилияда 2023 жылы жүргізілген сынақ 5G-ге қосылған дрондарды пайдаланып, 1000-нан астам акр соя алқаптарын сканерлеп, ауруларды бірнеше күннің орнына 10 минут ішінде анықтады. Құрылғылардағы деректерді тікелей өңдейтін Edge AI бұлтқа тәуелділікті азайтады.

Мысалы, MangoYOLO жүйесі борттық камераларды пайдаланып, манголарды 91% дәлдігімен санайды, бұл деректерді жүктеудегі кідірістерді болдырмайды.

Блокчейн технологиясы тағы бір ойын ережесін өзгертеді. Фермадан тұтынушыға дейінгі өнімді бақылау арқылы ол ашықтықты қамтамасыз етеді және алаяқтықты азайтады.

eFarm қолданбасы органикалық сертификаттарды тексеру үшін краудсорсингтік деректерді пайдаланады, бұл алаяқтықты 30%-ге азайтты. Walmart блокчейн жүйесі 2022 жылы манго жеткізу тізбегіндегі қателіктерді 90%-ге азайтты.

Жасанды интеллектпен жұмыс істейтін жылыжайлар да дамып келеді. Бұл жүйелер өсімдіктердің денсаулығын 91.52% дәлдігімен бақылау үшін VGG19 сияқты модельдерді пайдаланады.

Жапонияда AGROBOT сияқты роботтар тәулік бойы құлпынай жинайды, бұл өнімділікті үш есеге арттырады. Қалалық жерлерде де аэропоника кеңінен қолданылады — Берлиннің Infarm компаниясы азық-түлік дүкендерінде шөптер өсіреді, бұл көлік шығарындыларын 95%-ге азайтады.

Үкіметтер мен компаниялар алға жылжуда. Үндістанның 2023 жылғы Агротехнологиялық бастамасы 500 000 шағын фермерге арналған IoT құралдарын субсидиялайды, ал Microsoft компаниясының FarmBeats компаниясы кениялық фермерлерге арзан дрондар ұсынады.

Табысқа жету жоспары

Заттар интернеті және аэропоника тек құралдар ғана емес, олар тұрақты болашақ үшін өте маңызды. 2030 жылға қарай бұл технологиялар:

• Жылына 1,5 триллион литр су үнемдеңіз.
• Парниктік газдар шығарындыларын жылына 1,5 гигатоннаға азайту.
• Ауыл шаруашылығы жерлерін кеңейтпей, тағы 2 миллиард адамды тамақтандыру.

Бұған қол жеткізу үшін үкіметтер қолжетімді құралдарды субсидиялауы, ауылдық жерлерде интернетке қолжетімділікті кеңейтуі және киберқауіпсіздік стандарттарын сақтауы керек. Фермерлер бұл технологияларды тиімді пайдалану үшін оқытудан өтуі керек.

ФАО мәлімдегендей, “азық-түліктің болашағы бүгінгі инновацияларға байланысты”. Заттар интернеті мен аэропониканы қабылдау арқылы біз ешкім аш қалмайтын және ауыл шаруашылығы планетамызға зиян келтірмей, оны асырайтын әлемді қалыптастыра аламыз.

Дереккөз: Дханасекар, С. (2025). Дәл ауыл шаруашылығындағы Заттар интернетінің өзекті мәселелері мен жетістіктері бойынша кешенді шолу. Computer Science Review, 55, 100694.