בין היתר, חוקרים באשכול המצוינות PhenoRob באוניברסיטת בון חוקרים את השימוש ברחפנים בחקלאות. קרדיט: וולקר לנרט / אוניברסיטת בון
בינה מלאכותית ורובוטיקה משנים את החקלאות, והופכות אותה ליותר קיימא ויעילה באמצעות התערבויות ממוקדות בניהול היבול.
חוקרים מאוניברסיטת בון עושים מהפכה בחקלאות על ידי מינוף בינה מלאכותית וטכנולוגיות חדשות להגברת היעילות והקיימות. במאמר שפורסם לאחרונה ב- כתב העת האירופי לאגרונומיההחוקרים תיארו שאלות מחקר מרכזיות שיש לטפל בהן כדי לקדם את הדיגיטציה החכמה של החקלאות.
האתגר החקלאי המודרני
חקלאות מודרנית עם ביצועים גבוהים אפשרה לכדור הארץ להאכיל מעל שמונה מיליארד אנשים. עם זאת, הצלחה זו כרוכה בעלויות סביבתיות משמעותיות. שיטות הגידול הנוכחיות מסכנות את המגוון הביולוגי, דשנים סינתטיים תורמים לפליטת גזי חממה וכימיקלים חקלאיים מזהמים את גופי המים ואת הסביבה הרחבה יותר.
ניתן להפחית רבות מהבעיות הללו באמצעות שיטות חקלאיות מדויקות יותר. לדוגמה, יישום קוטלי עשבים רק כאשר עשבים שוטים הם בעייתיים ולא על פני שדות שלמים יכול להפחית את השימוש בכימיקלים. באופן דומה, טיפול רק ביבולים חולים ויישום דשנים היכן שצריך באמת יכול לייעל את השימוש במשאבים. עם זאת, אסטרטגיות כאלה מורכבות ומאתגרות ליישום בקנה מידה גדול באמצעות שיטות מסורתיות.
מידע מחיישנים מוטסים או קרקעיים שונים משולבים כדי לעזור לחקלאות להפוך ליעילה וידידותית לסביבה הרבה יותר בעתיד. קרדיט: אנסגר דרייר / אוניברסיטת בון
אימוץ טכנולוגיות חכמות
"תשובה אחת יכולה להיות שימוש בטכנולוגיות דיגיטליות חכמות", מסביר הוגו סטורם, חבר באשכול המצוינות של PhenoRob. אוניברסיטת בון שיתפה פעולה עם Forschungszentrum Jülich, מכון פראונהופר לאלגוריתמים ומחשוב מדעי בסנט אוגוסטין, מרכז לייבניץ לחקר נוף חקלאי במינכברג, והמכון לחקר סלק סוכר בגטינגן בפרויקט רחב היקף שנועד ליצור חקלאות יעילה יותר וידידותית יותר לסביבה תוך שימוש בטכנולוגיות חדשות ובינה מלאכותית (AI).
הצוות כולל מומחים מדיסציפלינות שונות, לרבות אקולוגיה, מדעי הצמח, מדעי הקרקע, מדעי המחשב, רובוטיקה, גיאודזיה וכלכלה חקלאית. במאמרם הם מתארים את הצעדים שהם רואים בראש סדר העדיפויות בטווח הקצר. "זיהינו כמה שאלות מחקר מרכזיות", אומר סטורם. אחת מהן מתייחסת לניטור אדמות חקלאיות כדי לזהות כל מחסור בחומרים מזינים, גידול עשבים או נגיעות מזיקים בזמן אמת. תמונות לוויין מספקות סקירה גסה, בעוד שמל"טים או רובוטים מאפשרים ניטור מפורט יותר. האחרון יכול לכסות שדה שלם באופן שיטתי ואף לתעד את מצבם של צמחים בודדים בתהליך. "קושי אחד טמון בקישור בין כל פיסות המידע הללו", אומרת עמיתה של סטורם, סבין זיידל, שתיאמה את הפרסום יחד איתו: "למשל, מתי תספיק רזולוציה נמוכה? מתי הדברים צריכים להיות מפורטים יותר? איך רחפנים צריכים לטוס כדי להשיג יעילות מרבית בבחינת כל הגידולים, במיוחד אלה שנמצאים בסיכון?"
רובוטים יכולים גם לעזור לשפר את היעילות והקיימות הסביבתית של החקלאות. קרדיט: וולקר לנרט / אוניברסיטת בון
אינטגרציה וניתוח נתונים
הנתונים שהתקבלו מספקים תמונה של המצב הנוכחי. עם זאת, החקלאים מעוניינים בעיקר להשוות בין האסטרטגיות הפוטנציאליות השונות והשפעותיהן. שאלות כמו כמות העשבים הנסבלת, כמויות הדשן הדרושות וההשלכות של הפחתת השימוש בחומרי הדברה דורשות תשובות מדויקות. "כדי לענות על שאלות כאלה, אתה צריך ליצור עותקים דיגיטליים של הקרקע החקלאית שלך, כביכול", מסביר זיידל. "יש כמה דרכים לעשות את זה. משהו שחוקרים עדיין צריכים לגלות הוא איך לשלב בין הגישות השונות כדי לקבל מודלים מדויקים יותר". כמו כן, יש לפתח שיטות מתאימות לגיבוש המלצות לפעולה על בסיס מודלים אלו. טכניקות שהושאלו מ למידת מכונה ול-AI יש תפקיד מרכזי בשני התחומים הללו.
מעורבות ואימוץ חקלאים
כדי שההתקדמות הדיגיטלית הללו ישולבו באופן מלא בייצור יבולים, החקלאים חייבים להבין ולקבל את היתרונות. "בהמשך, נצטרך להתמקד יותר בשאלה מה התנאים הבסיסיים הדרושים כדי להבטיח קבלה זו", אומר פרופסור היינר קולמן, גיאודיסט ואחד משני הדוברים של אשכול המצוינות לצד ראש קבוצת הרובוטיקה שלו פרופסור סיריל סטכניס. "אתה יכול להציע תמריצים כספיים או לקבוע מגבלות חוקיות על השימוש בדשן, למשל." יעילותם של כלים כאלה, לבדם או בשילוב, ניתנת לאמוד גם בימינו באמצעות מודלים ממוחשבים.
במאמרם, החוקרים מ-PhenoRob משתמשים גם בדוגמאות כדי להדגים למה הטכנולוגיות הנוכחיות כבר מסוגלות לעשות. לדוגמה, ניתן ליצור "תאומים דיגיטליים" של אזורים בעיבוד ולהזין זרם קבוע של סוגים שונים של נתונים בעזרת חיישנים, למשל כדי לזהות צמיחת שורשים או שחרור תרכובות חנקן גזיות מהאדמה.
"בטווח הבינוני, זה יאפשר להתאים את רמות הדשן החנקן המיושם לצורכי הגידולים בזמן אמת בהתאם למידת העשירים בחומרי הזנה של נקודה מסוימת", מוסיף סטכניס. במקומות מסוימים, המהפכה הדיגיטלית בחקלאות כבר קרובה יותר ממה שאפשר לחשוב.
אשכול המצוינות PhenoRob הוא ביתם של חוקרים מאוניברסיטת בון, Forschungszentrum Jülich, מכון Fraunhofer לניתוח אינטליגנטי ומערכות מידע (IAIS) בסנט אוגוסטין, מרכז לייבניץ לחקר נוף חקלאי במינכברג והמכון לחקר סלק סוכר. בגטינגן. הפרויקט ממומן על ידי קרן המחקר הגרמנית (DFG).
