Пересечение ИИ и сельского хозяйства
Гидропоника для выращивания продуктов не нова. Истоки современной гидропоники уходят в прошлое на 100 лет. Его суть заключается в методе выращивания растений без почвы и в растворе, богатом питательными веществами. В некоторых случаях растения растут в инертном веществе, таком как гравий или вермикулит. Они экономят воду за счет рециркуляции.
В последние годы мы стали свидетелями появления крупномасштабных гидропонных операций с изюминкой. Установив гидропонные стеллажи вертикально, удалось на порядок увеличить количество растений, растущих на квадратном метре. Вертикальные гидропонные фермы как решение одновременно решают несколько критических проблем. Сохранение земли и воды, что приводит к увеличению производства овощей.
Этот метод ведения сельского хозяйства также позволяет избежать проблемы плохой почвы, от которой сегодня страдает большая часть сельскохозяйственных угодий США. Плохие методы ведения сельского хозяйства за последние 150 лет, такие как вспашка, монокультуры и чрезмерное удобрение, привели к эрозии и деградации питательных веществ в почвах наших сельскохозяйственных угодий. Изменение климата в последние годы ускорило упадок многих ферм и открыло возможности для революционных технологий, таких как вертикальные гидропонные фермы, которые теперь конкурируют с традиционными фермерами на рынке листовой зелени.
Следите за тем, чтобы эти продукты появлялись на местных рынках и в продуктовых магазинах.
Автоматизация в сельском хозяйстве
Контролируемая среда представляет собой основу гидропоники. Гидропоника обеспечивает сохранение воды за счет рециркуляции и уменьшения испарения. Гидропоника также позволяет точно управлять доставкой питательных веществ к растениям. Свободный поток воды к корням растений позволяет контролировать pH, растворенный CO2, минералы и многие другие ключевые питательные вещества для растений. Это также означает отсутствие стока удобрений и загрязнения грунтовых вод. В контролируемой среде также нет необходимости в пестицидах, гербицидах или фунгицидах.
Вместо непредсказуемого солнечного света светодиодные лампы обеспечивают солнечный свет по запросу, адаптированный к конкретной длине волны и частоте, необходимой для оптимизации роста каждого типа растений. Это также означает, что можно оптимизировать цикл свет/темнота для каждого конкретного типа растений. Это может сократить цикл роста растения.
Вертикальные фермы размещаются в зданиях с климат-контролем. Часто перепрофилируют склады. Небольшая занимаемая площадь точно по сравнению с обычными фермами. Вертикальные фермы могут располагаться в черте города или на его окраине, что обеспечивает местное питание и позволяет избежать проблем с транспортировкой.
Вертикальная ферма может быть полностью электрифицирована. В идеале энергия поступает из возобновляемых источников энергии. Водяные насосы, компьютерное оборудование и датчики контроля качества воды, светодиодные панели, поток воздуха от вентиляторов, контроль температуры и влажности, а также фильтрация и очистка воздуха — все это основано на электроэнергии. Возобновляемая энергия.
Самостоятельный пакет.
Ограждение здания обеспечивает автоматизацию. Полный контроль над циклами роста, адаптированными к конкретным потребностям каждого типа растений. Данные с датчиков, контролирующих каждый аспект окружающей среды, передаются на компьютер. Это не только автоматизирует весь процесс, но и машинное обучение будет способствовать немедленной корректировке и постоянному улучшению условий выращивания с помощью систем обратной связи.
Использование искусственного интеллекта (ИИ) будет лежать в основе операций вертикальной фермы. Важным направлением текущих действующих объектов является развитие автоматизации до такой степени, чтобы она не только оптимизировала здоровье и рост растений, но и оптимизировала рабочую силу, необходимую для работы объекта. Благодаря машинному обучению и полной автоматизации станет возможным максимизировать как питательную ценность, так и урожайность, при этом сократив цикл сбора урожая, что увеличит прибыль с единицы площади.
В Университете Вагенинген и Исследовательском центре в Нидерландах ученые изучают, как повысить количество и качество содержания белка в соевых бобах, выращенных на вертикальной ферме, манипулируя условиями выращивания, такими как температура и световой спектр. Вместо того, чтобы изменять генетику растения, этот процесс оптимизирует естественные способности растения. Важным направлением исследования была разработка метода анализа с использованием спектральной визуализации стручка для определения белковых характеристик стручка гороха in vivo. Тип обратной связи, необходимый для машинного обучения.
Более здоровые более питательные овощи с минимальными затратами ресурсов.
Вертикальные фермы обеспечивают устойчивость сельского хозяйства
Переменные среды мало влияют на вертикальные фермы. Вертикальные фермы устраняют зависимость от погоды из уравнения земледелия. Таким образом, крайности, вызванные изменением климата, оказывают незначительное влияние или не оказывают никакого влияния. Постепенное повышение температуры Земли привело к более жарким и продолжительным засухам, а также к увеличению частоты и интенсивности осадков, что привело к наводнениям. Эти факторы напрягают традиционные методы ведения сельского хозяйства.
Недавнее исследование, проведенное Мичиганским государственным университетом с использованием тепловизора 305 ферм, выращивающих в основном кукурузу и сою, было направлено на то, чтобы понять основные причины повсеместного снижения урожайности определенных культур на Среднем Западе США. В ходе исследования были выявлены специфические условия местности, которые усиливают серьезные стрессы, проявляющиеся чрезмерными осадками и сильной засухой. В последние годы потери урожая составляют от 23 до 33%. Существенная потеря, если учесть, что этот регион поставляет треть мировой кукурузы и сои. В то время как кукуруза не идеально подходит для выращивания на вертикальной ферме, соя подходит.
Вертикальные фермы разрушат непропорционально специфические культуры, выращиваемые с использованием традиционных методов ведения сельского хозяйства. Начнем с листовых зеленых овощей. В настоящее время в США поля салата составляют 375 000 акров, расположенных в основном в Аризоне, а также в прибрежной и центральной долине Калифорнии. Поэтому он подвержен воздействию экстремальных засушливых условий. Нехватка воды на большей части территории Аризоны уже повлияла на выращивание там листовой зелени. Нехватка воды в этих регионах уже привела к закрытию многих мелких ферм. Особенно сильно пострадал округ Пинал в Аризоне. Регион имеет долгую историю выращивания водоемких культур, таких как люцерна, хлопок и кукуруза. Источником воды была река Колорадо через сеть оросительных каналов, Проект Центральной Аризоны. Недавние ограничения уровня 2, объявленные в августе, сократили долю Аризоны на 21%, начиная с января 2023 года.
Для рынка США производство салата зимой смещается далеко на юг в Имперскую долину в Калифорнии и долину Юма в Аризоне, причем подавляющее большинство из них поставляет Аризона. В период с ноября по март 85% салата в США поступает с 55 000 акров земли в Аризоне. Хотя в это время года жара не является проблемой, Имперская долина и долина Юма зависят от оросительной воды, поставляемой реками Колорадо и Хила.
Зимний салат находится под прицелом изменения климата.
Производство салата, выращиваемого на вертикальных фермах, не является сезонным и не подвержено влиянию сильной засухи или наводнения. Контролируемая среда внутри вертикальной фермы также сводит к минимуму многие риски для качества и здоровья, связанные с изменением климата. Экстремальные погодные явления в настоящее время расследуются как причина многих случаев загрязнения салата-латука.
Содержание питательных веществ в наших овощах уже давно снижается из-за плохого качества нашей почвы и повышения уровня СО2 в воздухе. Повышенный уровень CO2 приводит к тому, что листья растений становятся заметно толще.
Работа в полевых условиях может стать настолько опасной, что она больше невозможна. При традиционном сельском хозяйстве сбор многих овощных и листовых зеленых культур сегодня требует полевого труда, собирающего овощи вручную. По мере повышения температуры и учащения периодов сильной жары здоровье и безопасность полевых рабочих подвергаются все большему риску в течение летнего вегетационного периода. Возникновение условий, вызывающих температуру по влажному термометру, и связанный с этим риск станут более частыми.
Ниша вертикального земледелия растет. Существует множество крупных предприятий, на которых одно предприятие способно ежегодно производить миллионы фунтов салата. Но у этой техники есть поклонники на низовом уровне, и она зарекомендовала себя как жизнеспособный вариант для мелких производителей, особенно в городских условиях.
В 2015 году Университет штата Аризона опубликовал модель, сравнивающую относительную осуществимость выращивания салата с помощью традиционных сельскохозяйственных методов и методов гидропоники. Их исследование пришло к выводу, что гидропоника остается многообещающей технологией. К сожалению, исследование также основывало энергопотребление типичной гидропонной установки на существующей мощности, обеспечиваемой местными коммунальными службами. Объекты, строящиеся сегодня по всему миру, основаны на 100% возобновляемой энергии.
Появилось новое лицо фермерства
Коммерческие вертикальные фермы все еще новы, но появилось несколько многообещающих компаний, работающих в Соединенных Штатах, Европе и на Ближнем Востоке, которые создают новое сельскохозяйственное пространство, которое является устойчивым и устойчивым, обеспечивая при этом листовые зеленые овощи.
Несколько примеров включают Vertical Field, компанию, базирующуюся в Израиле, Nordic Harvest в Дании, Aerofarms в США и ekonoke в Испании. Вертикальное поле предоставляет фермерство как услугу в виде вертикальных систем выращивания, больших и малых. Теперь местный рынок может установить одну из своих систем на парковке и продавать свежую листовую зелень круглый год.
Nordic Harvest управляет крупными вертикальными фермами, которые производят листовую зелень, включая капусту бэби, айсберг бэби, рукколу бэби и зелень ромэн, и поставляет ее нескольким крупным продуктовым сетям. Они могут вырастить зелень от семян до сбора урожая за 14 дней. 100% системы питается от энергии ветра, упаковка изготовлена из 100% переработанного пластика.
Aerofarms — еще одна компания, находящаяся в авангарде перехода к сельскому хозяйству, с несколькими предприятиями в США и исследовательским центром в Абу-Даби. Они производят более 500 сортов листовой зелени. Они имеют глобальный охват, и их продукты доступны во многих бакалейных лавках, включая Walmart и Whole Foods Markets по всей стране. Используя метод выращивания в аэропонике, они выращивают листовую зелень, используя даже меньше воды, чем при гидропонике. Их система выращивания полностью автоматизирована. Он сочетает в себе машинное зрение и сетевые датчики, интегрированные с машинным обучением, для оптимизации условий роста в контролируемой среде.
Еще одна интересная история начинается с испанской вертикальной фермы, которая поставляла салат и ассортимент микрозелени в город Мадрид. Основатели эконоке знали, что вертикальное земледелие может предложить устойчивую и устойчивую продукцию. Разработав технологию для автоматизации вертикальной фермы, они задались вопросом: "Какие культуры подвергаются наибольшему риску из-за изменения климата?" Ответом был хмель.
Изменение климата привело к еще большим экстремальным погодным явлениям. Выращивание хмеля становится все труднее во многих частях мира. Урожайность и качество снизились, что создало возможности для вертикального земледелия. ekonoke увидели возможность и переключили свое внимание на выращивание хмеля. ekonoke — еще один пример того, как сельское хозяйство с помощью захвата изображений в сочетании с машинным обучением автоматизирует процесс выращивания. В результате повышается качество и урожайность.
В то время как крупные предприятия используют ИИ в сочетании с автоматизированными системами, рост небольшой ниши, несомненно, привлечет творческих предпринимателей, использующих более мелкие системы, сочетающие сенсорную технологию IoT и программное обеспечение для машинного обучения, в качестве пакета для этой категории производителей. Аэрок — небольшая канадская компания, ориентированная на эту нишу. Поскольку автоматизация снижает накладные расходы на рабочую силу и уборочное оборудование, а также сокращает время выращивания, вертикальные фермы станут чрезвычайно конкурентоспособными. Благодаря улучшенному содержанию питательных веществ и постоянным круглогодичным поставкам, они в конечном итоге заменят многие типы традиционных ферм, которые будут продолжать бороться по мере усиления воздействия изменения климата.
В настоящее время многие культуры плохо подходят для методов вертикального земледелия. Сельскохозяйственный сектор, который, несомненно, будет представлять наибольшую проблему, — это выращивание крупных полевых культур, таких как пшеница, кукуруза, сорго и кукуруза. Однако это может измениться по мере ухудшения климатических условий и создать в будущем более серьезные проблемы для традиционных методов ведения сельского хозяйства.
Цифровое сельское хозяйство только начинается.
