Từ nông trại đến bàn ăn: AI thúc đẩy đổi mới trong nông nghiệp như thế nào

Với dự báo dân số thế giới sẽ tăng thêm 2 tỷ người vào năm 2050, chúng ta cần tăng khoảng 60% sản lượng lương thực để đáp ứng nhu cầu. Trí tuệ nhân tạo (AI) đang giúp chúng ta giải quyết thách thức này bằng cách thúc đẩy đổi mới trong nông nghiệp. Các đổi mới AI có thể được ứng dụng để giám sát vật nuôi, phân tích sự phát triển của cây trồng, dự đoán thời điểm cần bảo trì thiết bị nông trại và nhiều việc khác. Khi nhắc đến nông nghiệp, chúng ta thường chỉ hình dung đến hoạt động canh tác. Tuy nhiên, nông nghiệp là một lĩnh vực bao quát nhiều chức năng và quy trình khác nhau.

Để hiểu rõ hơn về tác động của AI trong nông nghiệp, hãy cùng xem một ví dụ cụ thể: vòng đời của một loại quả. Quả trải qua những gì trên hành trình từ cánh đồng đến bàn ăn?

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu cách AI hỗ trợ mọi bước trong quy trình, từ gieo trồng, chăm sóc và thu hoạch đến chế biến, vận chuyển và bán trái cây.

Ứng dụng công nghệ mới vào việc trồng cây ăn quả trong nông nghiệp#

Bước đầu tiên trong vòng đời cây ăn quả là chọn hạt giống và gieo trồng. Người nông dân cần quyết định sẽ trồng loại quả nào trong vụ mùa. Các kỹ thuật AI như machine learning có thể phân tích lượng dữ liệu lớn để giúp nông dân chọn hạt giống phù hợp nhất với điều kiện đất đai và khí hậu cụ thể. Bằng cách đánh giá các kiểu thời tiết trong quá khứ, thành phần đất và dữ liệu về hiệu suất cây trồng, AI có thể đề xuất những giống hạt tối ưu có khả năng phát triển tốt nhất. Việc ứng dụng AI để chọn hạt giống là lĩnh vực nghiên cứu đang được quan tâm và có nhiều tiềm năng.

Ví dụ, CGIAR Inspire Challenge năm 2018 đã trao 100.000 USD cho một dự án ứng dụng machine learning để lựa chọn hạt giống thông minh hơn. Dự án do các nhà nghiên cứu từ BioSense Institute và CIMMYT dẫn dắt. Họ sử dụng dữ liệu về nhiều giống ngô mới từ hàng trăm địa điểm đánh giá ở Mexico để phát triển các model dự đoán hiệu suất của hạt giống. Cách tiếp cận dựa trên dữ liệu giúp tăng khả năng thu hoạch thành công và giảm nguy cơ mất mùa. Sau khi chọn được loại hạt giống tốt nhất, thị giác máy tính có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng hạt.

Hình 1. Ảnh vệ tinh cho thấy sản lượng ngô ở Mexico, trong đó các khu vực sáng hơn biểu thị thảm thực vật khỏe mạnh hơn.

Sử dụng thị giác máy tính để đánh giá chất lượng hạt giống#

Thị giác máy tính có thể được dùng để phân tích hình ảnh độ phân giải cao của hạt giống cây ăn quả nhằm phát hiện khiếm khuyết, bệnh tật và đặc điểm di truyền mà mắt người có thể không nhìn thấy. Có thể sử dụng nhiều tác vụ thị giác máy tính để phân tích những hình ảnh này, phân loại, xếp hạng và đánh giá chất lượng hạt giống. Bằng cách tự động hóa các tác vụ này, AI có thể giúp đảm bảo chỉ những hạt giống chất lượng cao nhất được gieo trồng, giúp nông dân đạt năng suất cây trồng tốt hơn.

Ví dụ, máy phân loại GeNee™ của Seed X là thiết bị phân loại hạt giống ứng dụng AI giúp cải thiện quy trình lựa chọn hạt. Máy phân loại hạt thành hai nhóm: hạt giống chất lượng cao có khả năng nảy mầm được đưa vào ngăn chính, còn hạt khó nảy mầm được chuyển vào ngăn phụ. Máy xử lý các tác vụ như đánh giá màu sắc, hình dạng, kích thước, độ thuần di truyền và dự đoán tỷ lệ nảy mầm. Nhờ máy phân loại, tỷ lệ nảy mầm có thể tăng lên hơn 90%, nghĩa là nhiều hạt giống phát triển thành cây khỏe mạnh hơn.

Hình 2. Máy phân loại GeNee™ của Seed X.

Ứng dụng AI để trồng và thu hoạch trái cây#

AI cũng có thể được sử dụng để cải thiện việc phân tích đất và theo dõi cây trồng. Drone gắn camera tiên tiến bay qua các cánh đồng cây ăn quả, chụp hình chi tiết về đất và sức khỏe cây trồng. Những hình ảnh này được xử lý để tạo bản đồ thể hiện sự thay đổi về độ ẩm đất, hàm lượng dinh dưỡng và sức khỏe cây trồng. Dựa trên thông tin thu được từ phân tích hình ảnh, có thể thực hiện các công việc như phát hiện cỏ dại, theo dõi sinh trưởng, ước tính năng suất, điều chỉnh tưới tiêu, bón phân chính xác và triển khai biện pháp kiểm soát sâu bệnh có mục tiêu. Giám sát theo thời gian thực bằng AI có thể giúp cải thiện năng suất cây ăn quả và thúc đẩy phương thức canh tác bền vững.

Thu hoạch đồng ruộng chỉ sớm hoặc muộn hơn thời điểm tối ưu một ngày có thể làm giảm thu nhập tiềm năng của nông dân từ 3,7% đến 20,4%. AI có thể giúp xác định thời điểm tốt nhất để hái trái cây. Phương pháp thu hoạch truyền thống phụ thuộc nhiều vào lao động thủ công, có thể kém hiệu quả và tốn nhiều thời gian hơn. Các phương pháp thu hoạch có AI hỗ trợ sử dụng cảm biến tiên tiến và thuật toán học máy để phân tích dữ liệu về màu sắc, kích thước trái cây và điều kiện môi trường nhằm dự đoán độ chín. Nhờ vậy, trái cây được thu hoạch khi đạt chất lượng tốt nhất, mang lại năng suất cao hơn và ít lãng phí hơn.

Hình 3. Sử dụng thị giác máy tính để phân đoạn dâu tây chín.

Xử lý sau thu hoạch: Phân tích thể tích phân đoạn và đóng gói trái cây#

Sau khi thu hoạch, bước quan trọng tiếp theo là phân loại và xếp hạng trái cây để những nông sản tốt nhất đến được tay người tiêu dùng. AI có thể được sử dụng để phân tích thể tích phân đoạn trái cây. Bằng cách áp dụng các model thị giác máy tính như Ultralytics YOLOv8, có thể đánh giá kích thước, hình dạng và chất lượng của quả.

Hình 4. Sử dụng model thị giác máy tính Ultralytics YOLOv8 để phân đoạn trái cây.

Quy trình này bao gồm chụp ảnh độ phân giải cao của trái cây trên băng chuyền, phân đoạn từng quả bằng model YOLOv8, rồi phân tích thể tích để đo kích thước, hình dạng và phát hiện khuyết tật. Dựa trên kết quả phân tích, trái cây được tự động phân loại và xếp hạng thành các nhóm khác nhau để đóng gói, chế biến hoặc phân phối phù hợp. Việc phân loại và xếp hạng bằng AI giúp nâng cao hiệu suất, độ chính xác và tính nhất quán, giảm lãng phí và tối đa hóa giá trị thu hoạch.

Sau khi được phân loại và xếp hạng, trái cây có thể được đóng gói chính xác bằng máy đóng gói tự động. Các hệ thống OCR (Nhận dạng ký tự quang học) ứng dụng AI có thể kiểm tra độ chính xác của bao bì bằng cách xác minh nhãn, mã vạch và các thông tin quan trọng khác để bảo đảm tuân thủ tiêu chuẩn và quy định. Việc kiểm tra bao bì theo cách này giúp tránh những tình huống như bán nông sản quá hạn. AI có thể phát hiện nhãn không chính xác hoặc ngày hết hạn và đánh dấu các trường hợp này để sửa trước khi sản phẩm đến tay người tiêu dùng.

Đổi mới AI trong hoạt động bán lẻ và phân phối trái cây#

Giờ hãy hình dung bạn đã đóng gói những trái cây chất lượng tốt nhất và sẵn sàng giao hàng. AI có thể cải thiện công tác logistics và vận chuyển trái cây bằng cách tối ưu hóa lộ trình. Giữ trái cây tươi trong quá trình vận chuyển và tìm tuyến giao hàng hiệu quả nhất là những thách thức lớn. Thuật toán AI có thể phân tích tình hình giao thông, điều kiện thời tiết và lịch giao hàng để xác định lộ trình tốt nhất, đồng thời giảm thời gian và chi phí di chuyển.

Sau khi trái cây đến cửa hàng, AI tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong quản lý hàng tồn kho và dự báo nhu cầu. Hệ thống AI có thể phân tích dữ liệu bán hàng, sở thích khách hàng và xu hướng theo mùa để dự đoán nhu cầu chính xác hơn. Cửa hàng bán lẻ có thể duy trì mức tồn kho tối ưu dựa trên thông tin chi tiết từ AI và giảm nguy cơ tồn kho quá nhiều hoặc hết hàng.

Hình 5. Nhân viên bổ sung trái cây tại cửa hàng bán lẻ. Nguồn ảnh: Envato Elements.

Thị giác máy tính có thể được sử dụng trong cửa hàng để theo dõi hàng hóa trên kệ theo thời gian thực. Sử dụng phát hiện đối tượng, camera ứng dụng AI có thể nhận diện khi hàng hóa sắp hết hoặc được đặt sai vị trí, đồng thời cảnh báo nhân viên bổ sung hàng hoặc sắp xếp lại kệ. Bằng cách đảm bảo luôn có đủ lượng nông sản tươi phù hợp vào đúng thời điểm, AI giúp cải thiện mức độ hài lòng của khách hàng và giảm lãng phí thực phẩm.

Tác động tổng thể của AI đối với ngành trái cây#

AI có tiềm năng đóng vai trò quan trọng trong việc giúp người tiêu dùng mua được trái cây chất lượng cao hơn. Một ví dụ điển hình về ứng dụng AI thành công trong ngành trái cây là Nature Fresh Farms. Nature Fresh Farms đã chuyển đổi hoạt động của mình từ khâu gieo trồng đến cửa hàng bằng công nghệ AI. Các cảm biến ứng dụng AI và phân tích dữ liệu giúp theo dõi, quản lý mọi thứ, từ mức nhiệt độ và độ ẩm trong nhà kính đến khâu logistics vận chuyển nông sản. Nature Fresh Farms đã tối ưu hóa điều kiện trồng trọt, kiểm soát việc tưới tiêu và giảm chi phí. Hệ thống AI cũng có thể đưa nông sản lên kệ siêu thị trong vòng 24 đến 48 giờ sau khi đóng gói, giúp rút ngắn đáng kể thời gian vận chuyển và duy trì độ tươi ngon.

Bên cạnh nhiều lợi ích, việc ứng dụng AI trong ngành trái cây cũng có một số hạn chế tiềm ẩn:

• Chi phí triển khai: Chi phí đầu tư ban đầu cho công nghệ AI có thể cao, gây trở ngại cho một số nông dân và nhà sản xuất.
• Phụ thuộc vào công nghệ: Việc phụ thuộc nhiều vào AI và công nghệ có thể tạo ra sự lệ thuộc khó quản lý, đặc biệt khi phát sinh sự cố kỹ thuật hoặc hỏng hóc.
• Bảo trì và duy trì hoạt động: Hệ thống AI cần được bảo trì và cập nhật thường xuyên để hoạt động hiệu quả, làm tăng chi phí liên tục và độ phức tạp trong vận hành.
• Độ phức tạp khi sử dụng: Một số nông dân có thể thấy công nghệ AI khó hiểu và khó sử dụng, khiến việc đào tạo và hỗ trợ trở nên cần thiết.

Gieo trồng tương lai#

Từ khâu chọn hạt giống đến khi trái cây chín, AI đang thay đổi nông nghiệp trong suốt vòng đời nông sản, từ nông trại đến bàn ăn của bạn. AI giúp nông dân theo dõi sức khỏe đất, dự đoán thời điểm thu hoạch tốt nhất và phân loại nông sản chính xác. Bằng cách tối ưu hóa tài nguyên, giảm lãng phí và cải thiện năng suất cây trồng, AI giúp hoạt động canh tác hiệu quả và bền vững hơn. Dù còn những thách thức như chi phí, nhu cầu chuyên môn kỹ thuật và sự phụ thuộc vào chất lượng dữ liệu, lợi ích của AI khiến việc vượt qua các thách thức này trở nên xứng đáng trong nhiều trường hợp. Đó là lý do ngày càng nhiều nông dân ứng dụng AI.

Hãy kết nối với cộng đồng của chúng tôi để tiếp tục tìm hiểu về AI! Xem repository GitHub để khám phá cách chúng tôi sử dụng AI nhằm tạo ra các giải pháp đổi mới trong những ngành như sản xuất và y tế.