Kā IoT pārveido precīzo lauksaimniecību un risina pašreizējās problēmas?

Pasaules iedzīvotāju skaits strauji pieaug, un tiek lēsts, ka līdz 2050. gadam tas sasniegs 9,7 miljardus. Lai pabarotu visus, pārtikas ražošana ir jāpalielina par 60%, taču tradicionālās lauksaimniecības metodes, kas balstītas uz augsni, lielu ūdens patēriņu un roku darbu, nespēj sekot līdzi.

Klimata pārmaiņas, augsnes degradācija un ūdens trūkums situāciju pasliktina. Piemēram, tikai augsnes erozija lauksaimniekiem ik gadu izmaksā 1 TP4 40 miljardus tonnu produktivitātes zuduma dēļ, savukārt tradicionālā apūdeņošana novecojušu metožu dēļ izšķērdē 601 TP3 t saldūdens.

Indijā neparedzamie musoni pēdējās desmitgades laikā ir samazinājuši rīsu ražu par 151 TP3 T. Šīs problēmas prasa steidzamus risinājumus, un viedā lauksaimniecība, ko nodrošina lietu internets (IoT) un aeroponika, piedāvā glābšanas riņķi.

IoT jauda mūsdienu lauksaimniecībā

Viedās lauksaimniecības pamatā ir lietu internets (IoT) — savstarpēji savienotu ierīču tīkls, kas reāllaikā apkopo un koplieto datus. Bezvadu sensoru tīkli (WSN) ir šīs sistēmas centrālais elements.

Šie tīkli izmanto laukos novietotus sensorus, lai uzraudzītu augsnes mitrumu, temperatūru, gaisa mitrumu un barības vielu līmeni. Piemēram, DHT22 sensors seko līdzi mitrumam, savukārt TDS sensori mēra barības vielu koncentrāciju ūdenī.

Šie dati tiek nosūtīti uz mākoņplatformām, piemēram, ThingSpeak vai AWS IoT, izmantojot mazjaudas protokolus, piemēram, LoRa vai ZigBee. Pēc analīzes sistēma var aktivizēt darbības, piemēram, ieslēgt apūdeņošanas sūkņus vai pielāgot mēslojuma līmeni.

Koimbatorē, Indijā, 2022. gadā īstenots projekts demonstrēja lietu interneta (IoT) potenciālu. Sensori tomātu laukos noteica sausas augsnes zonas, nodrošinot mērķtiecīgu apūdeņošanu, kas samazināja ūdens izšķērdēšanu par 351 TP3T.

Līdzīgi droni, kas aprīkoti ar multispektrālām kamerām, skenē plašus laukus, lai identificētu tādas problēmas kā kaitēkļu invāzijas vai barības vielu trūkumu.

2019. gada pētījumā tika izmantoti droni, lai kukurūzas kultūrās noteiktu ziemeļu lapu plankumus ar precizitāti 98%, tādējādi ietaupot lauksaimniekiem $120 zaudējumus uz akru. Mašīnmācīšanās vēl vairāk uzlabo šīs sistēmas.

Pētnieki apmācīja mākslīgā intelekta modeļus, izmantojot tūkstošiem lapu attēlu, lai diagnosticētu tādas slimības kā miltrasu ar 99,53% precizitāti, ļaujot lauksaimniekiem rīkoties, pirms kultūraugi tiek iznīcināti.

Aeroponics: pārtikas audzēšana bez augsnes

Kamēr lietu internets (IoT) optimizē tradicionālo lauksaimniecību, aeroponika pilnībā maina lauksaimniecības interpretāciju. Šī metode audzē augus gaisā, pakļaujot to saknes miglas piepildītās kamerās, kas izsmidzina ūdeni un barības vielas.

Atšķirībā no lauksaimniecības, kas balstīta uz augsnes izmantošanu, aeroponika izmanto mazāk ūdens un neizmanto pesticīdus. Saknes efektīvāk absorbē skābekli, paātrinot augšanu.

Piemēram, saskaņā ar 2018. gada pētījumu, aeroponiski audzēti salāti attīsta 65% ātrāk nekā augsnē.

Aeroponica ir īpaši vērtīga pilsētās vai reģionos ar nabadzīgu augsni. Vertikālās fermas augus sakrauj torņos, saražojot 10 reizes vairāk pārtikas uz kvadrātmetru nekā tradicionālie lauki.

Mehiko 2022. gadā uz jumta ierīkota aeroponikas ferma, izmantojot tikai 10 litrus ūdens uz kilogramu, deva 3,8 kg salātu uz kvadrātmetru — trīs reizes vairāk nekā augsnes apsaimniekošanā —.

Singapūras uzņēmums “Sky Greens” turpina šo pieeju, katru dienu audzējot 1 tonnu dārzeņu 30 pēdu augstos torņos, izmantojot par 951 tonnu zemes mazāk nekā tradicionālajās saimniecībās.

IoT paceļ aeroponiku jaunā līmenī. Sensori uzrauga sakņu kameru mitrumu, pH līmeni un barības vielu līmeni, automātiski pielāgojot miglošanas ciklus.

2017. gada projektā pētnieki automatizēja aeroponikas sistēmu, izmantojot Raspberry Pi, tādējādi samazinot darbaspēka izmaksas par 50%. Lauksaimnieki kontrolē šīs sistēmas, izmantojot mobilās lietotnes, piemēram, AgroDecisor, kas sūta brīdinājumus par tādām problēmām kā barības vielu nelīdzsvarotība.

Problēmas, kas palēnina progresu

Neskatoties uz savu potenciālu, lietu interneta (IoT) un aeroponikas tehnoloģijas saskaras ar ievērojamiem šķēršļiem. Augstās izmaksas ir galvenais šķērslis. IoT pamata iestatīšana izmaksā 1500–5000 USD, savukārt progresīviem droniem un sensoriem sākotnēji nepieciešami 10 000–50 000 USD, kas ir krietni vairāk nekā mazajiem lauksaimniekiem jaunattīstības valstīs. Tikmēr uzturēšana ik gadu palielina izmaksas par 15 000–201 TP3T, vēl vairāk noslogojot budžetus.

Savienojamības trūkumi vēl vairāk saasina problēmu. Apmēram 40% lauku apvidos nav uzticama interneta, kas apgrūtina datu pārraidi reāllaikā.

Etiopijā 2021. gadā īstenots lietu interneta (IoT) pilotprojekts neizdevās, kad lauka vidū pazuda 3G signāli, izjaucot apūdeņošanas grafikus. Arī drošības riski ir lieli. Tādiem lietu interneta protokoliem kā MQTT un CoAP bieži vien trūkst šifrēšanas, padarot sistēmas neaizsargātas pret hakeriem.

2021. gadā 62% lauksaimniecības lietu interneta sistēmu ziņoja par kiberuzbrukumiem, tostarp datu noplūdēm, kas varēja manipulēt ar sensoru rādījumiem vai atspējot iekārtas.

Tehniskā sarežģītība rada vēl vienu grūtības pakāpi. Lauksaimniekiem ir nepieciešama apmācība, lai interpretētu datus un novērstu sistēmu darbības traucējumus.

2017. gadā Kolumbijā īstenots aeroponikas projekts sabruka, jo nepareizi pH iestatījumi bojāja kultūraugus, izniekojot 1 TP4 T12 000 stādu.

Pat barošanas avots ir problēma — saules sensori nedarbojas musonu laikā, un droni darbojas tikai 20–30 minūtes ar vienu uzlādi.

Lauksaimniecības nākotne: inovācijas pie apvāršņa

Neskatoties uz šiem izaicinājumiem, nākotne izskatās daudzsološa. 5G tīkli revolucionizēs savienojamību, ļaujot droniem reāllaikā uzraudzīt plašas saimniecības.

Brazīlijā 2023. gadā izmēģinājumā tika izmantoti ar 5G savienoti droni, lai skenētu vairāk nekā 1000 akru sojas pupiņu laukus, atklājot slimības 10 minūtēs, nevis vairākās dienās. Edge AI, kas apstrādā datus tieši ierīcēs, samazina atkarību no mākoņpakalpojumiem.

Piemēram, MangoYOLO sistēma, izmantojot iebūvētās kameras, skaita mango ar 91% precizitāti, novēršot datu augšupielādes kavēšanos.

Blokķēdes tehnoloģija ir vēl viena revolucionāra tehnoloģija. Izsekojot produkciju no saimniecības līdz patērētājam, tā nodrošina pārredzamību un samazina krāpšanu.

Lietotne eFarm izmanto kolektīvi ģenerētus datus, lai pārbaudītu bioloģiskās sertifikācijas, samazinot krāpšanas gadījumus par 30%. Walmart blokķēdes sistēma 2022. gadā samazināja mango piegādes ķēdes kļūdas par 90%.

Ar mākslīgo intelektu darbināmas siltumnīcas arī kļūst arvien populārākas. Šīs sistēmas izmanto tādus modeļus kā VGG19, lai uzraudzītu augu veselību ar precizitāti 91,52%.

Japānā tādi roboti kā AGROBOT novāc zemenes visu diennakti, trīskāršojot produktivitāti. Arī pilsētu teritorijas sāk izmantot aeroponiku — Berlīnes uzņēmums Infarm audzē garšaugus pārtikas veikalos, samazinot transporta radītās emisijas par 95%.

Valdības un uzņēmumi uzņemas iniciatīvu. Indijas 2023. gada lauksaimniecības tehnoloģiju iniciatīva subsidē lietu interneta (IoT) rīkus 500 000 mazo lauksaimnieku, savukārt Microsoft FarmBeats nodrošina lētus dronus Kenijas lauksaimniekiem.

Panākumu plāns

IoT un aeroponika nav tikai rīki — tās ir būtiskas ilgtspējīgai nākotnei. Līdz 2030. gadam šīs tehnoloģijas varētu:

• Ietaupiet 1,5 triljonus litru ūdens gadā.
• Samazināt siltumnīcefekta gāzu emisijas par 1,5 gigatonnām gadā.
• Pabarot vēl 2 miljardus cilvēku, nepaplašinot lauksaimniecības zemes.

Lai to panāktu, valdībām ir jāsubsidē pieejami rīki, jāpaplašina piekļuve internetam laukos un jāievieš kiberdrošības standarti. Lauksaimniekiem ir nepieciešama apmācība, lai efektīvi izmantotu šīs tehnoloģijas.

Kā norāda FAO: “Pārtikas nākotne ir atkarīga no šodienas inovācijām.” Izmantojot lietu internetu (IoT) un aeroponiku, mēs varam radīt pasauli, kurā neviens necieš badu un kurā lauksaimniecība rūpējas par mūsu planētu, nevis tai kaitē.

AtsauceDhanasekar, S. (2025). Visaptverošs pārskats par aktuālajiem jautājumiem un lietu interneta sasniegumiem precīzajā lauksaimniecībā. Computer Science Review, 55, 100694.