Nông nghiệp 4.0 - nghiên cứu và ứng dụng
Nông nghiệp 4.0 là nông nghiệp hiện đại, quan tâm đến độ bền vững và các giải pháp an toàn. Canh tác (Farming) là thực hiện những kỹ thuật như làm đất, gieo cấy, tỉa cành, luân canh, chăm sóc, thu hoạch, với mục tiêu đạt năng suất cao hơn, bảo vệ môi trường tốt hơn, dựa vào tiến bộ công nghệ kỹ thuật số. Thuật ngữ Canh tác 4.0 (Farming 4.0) xuất hiện vào những năm 2010
Đó là các canh tác năng động và hiệu quả. Dựa trên sự ra đời của các thiết bị thông minh trong nông nghiệp như: Các cảm biến, các bộ điều tiết tự động, công nghệ có thể tính toán như bộ não và giao tiếp kỹ thuật số giúp cho nông nghiệp 4.0 (còn gọi là nông nghiệp thông minh) mở đường cho sự tiến hóa tiếp theo, bao gồm những hoạt động không cần có mặt con người trực tiếp và dựa vào hệ thống thiết bị có thể đưa ra những quyết định một cách tự động.
Các thành phần chủ yếu của nông nghiệp 4.0 thường có: (1) Cảm biến kết nối vạn vật (IoT Sensors): Từ dinh dưỡng đất kết nối với máy chủ và các máy kết nối khác là thành phần chủ yếu của nông nghiệp hiện đại; 2) Công nghệ đèn LED đang trở thành tiến bộ không thể thiếu để canh tác trong nhà vì sự đáp ứng sinh trưởng và năng suất tối ưu. 3) Người máy (Robot) đang thay việc cho nông dân thường làm. Người máy cũng có cả các bộ phân tích nhờ các phần mềm trợ giúp phân tích và đưa ra xu hướng trong các trang trại. 4) Tế bào quang điện (Solar cells). Phần lớn các thiết bị trong trang trại được cấp điện mặt trời và các bộ pin điện mặt trời trở nên quan trọng. 5) Thiết bị bay không người lái (Drones) và các vệ tinh (satellites) được sử dụng để thu thập dữ liệu của các trang trại. 6) Canh tác trong nhà/hệ thống trồng cây - nuôi cá tích hợp/Thủy canh (khí canh): Hiện nhiều giải pháp đã được hoàn thiện. 7) Công nghệ tài chính phục vụ trang trại (Farm Fintech): Fintech nghĩa là kinh doanh dịch vụ tài chính dựa trên nền tảng công nghệ. Fintech được sử dụng chung cho tất cả các công ty tài chính sử dụng internet, điện thoại di động, công nghệ điện toán đám mây và các phần mềm mã nguồn mở nhằm mục đích nâng cao hiệu quả của hoạt động ngân hàng và đầu tư. Farm Fintech bao gồm dịch vụ cho vay, thanh toán, bảo hiểm.
Bên cạnh đó, nhiều sự kiện khác đang diễn ra như: Các sản phẩm vật chất được nâng cao giá trị gia tăng nhờ các dịch vụ với những thuật toán dùng để biến đổi dữ liệu thành thông tin gia tăng giá trị, tối ưu hóa sản phẩm, các quá trình nông học, giảm thiểu rủi ro và hạn chế những nguy hiểm do tác động của máy móc cơ giới hư hỏng, thời tiết hoặc dịch bệnh gây ra. Hay nông nghiệp sinh thái (tương tự mô hình VAC ở Việt Nam), với những hệ điều hành kết hợp được nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, từ các bộ cảm biến (có thể cảm nhận nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, dinh dưỡng đất để phát tín hiệu cho người sản xuất), thiết bị, từ nguồn dữ liệu thu thập từ đồng ruộng hay trang trại. Nông dân/chủ trang trại điều hành thông qua bảng điều khiển có thông tin thời gian thực và gần thực, và đưa ra các quyết định dựa trên các giả thiết định lượng để tăng hiệu quả tài chính.
Điển hình như sản xuất ngô ở Mỹ hiện nay gồm có: Nhiều hoạt động điều khiển bằng phần mềm trên máy cày; điều khiển hệ thống cảm biến để gieo hạt, tưới tiêu, không phải lao động trực tiếp ngoài ruộng; hạt giống được xử lý trong phòng thí nghiệm để chống chịu sâu bệnh và hạn hán; các cảm biến và phần mềm máy tính giúp quyết định lượng phân bón hợp lý nhất, chỉ ở mức vừa đủ giúp cây tăng trưởng tốt, không để lại dư lượng trong đất hay ngấm theo mạch nước ngầm; một máy tính giúp phân tích các mẫu đất và đưa ra những lời khuyên về lượng phân bón cần dùng; Sản xuất ngô chính xác có nghĩa là chính xác về sản phẩm, số lượng, địa điểm và thời điểm; thiết bị kết nối vệ tinh cùng hệ thống cảm biến cung cấp thông tin được cập nhật từng phút tới chủ nông hộ thông qua hệ thống GPS. Những thông số này giúp nông dân cài đặt chương trình tự lái cho máy cày, giúp cày bừa và gieo hạt chuẩn xác. Kết thúc mùa vụ, mọi thông số được lưu trữ lại làm cơ sở cho mùa vụ tới. Ứng dụng máy cày tự lái, chủ hộ không cần phải quan tâm đến kỹ thuật bẻ vô-lăng, cày sao cho thẳng. Nông dân sử dụng một hệ thống GPS giúp điều khiển công việc tra hạt, chính xác đến từng cm, một máy theo dõi có thể tính được số diện tích canh tác, chỗ nào đã làm đất, gieo hạt xong, chỗ nào chưa, một thiết bị kiểm soát tỷ lệ phân bón.
Tại Trung Quốc, theo hướng nông nghiệp 4.0, nhiều ngành công nghiệp đang được đẩy mạnh như các ngành công nghiệp chế tạo máy kéo công suất cao, máy gặt đập thông minh; ứng dụng thiết bị bay không người lái (Drone); công nghiệp phục vụ chăn nuôi thông minh 4.0; trồng cây trong nhà…
Tại Đài Loan có các công nghệ chế tạo và nhiều sản phẩm cơ điện trên đầu người hơn bất cứ nơi nào khác trên thế giới, đó là: 1) Các bộ cảm biến kết nối vạn vật (IoT); 2) Đài Loan có nền công nghiệp đèn LED đứng thứ 2 trên thế giới. Vì nông nghiệp trong nhà thúc đẩy công nghệ đèn LED, nó đòi hỏi sự chính xác cao của đèn LED để tạo điều kiện sinh trưởng và năng suất tối ưu nhất. 3) Robot. Đài Loan là một trong những nơi đi đầu về công nghệ robot, đang đặt mục tiêu trở thành một trong những nơi khả năng nhất về công nghệ robot vào 20 năm tới. 4) Tế bào năng lượng mặt trời; 5) Thiết bị bay không người lái; 6) Canh tác trong nhà, thủy sản kết hợp thủy canh.
Giống như nhiều nước đang phát triển khác, Việt Nam chưa có mô hình Nông nghiệp 4.0 hoàn chỉnh, đầy đủ theo khái niệm về Nông nghiệp 4.0 và hiện chỉ mới áp dụng một số thành phần của Nông nghiệp 4.0 Một số hoạt động đơn lẻ về nông nghiệp chính xác ở Việt Nam, được minh họa dưới đây xuất phát từ nhu cầu hợp tác quốc tế, hoặc một vài hoạt động đơn lẻ về nông nghiệp thông minh xuất phát từ nhu cầu giảm sức loa động trong sản xuất. Ví dụ như: - Mô hình nông nghiệp công nghệ cao của Vineco (Vingroup) - Sản xuất rau xà lách ít kali theo mô hình Akisai Cloud tại trung tâm hợp tác nông nghiệp thông minh FPT Fujitsu Hà Nội - Mô hình sử dụng phân bón thông minh tại thôn Nà Nghè, xã Nam Mẫu, Ba Bể - Máy phun thuốc sâu điều khiển từ xa tại Châu Phú, An Giang.
Trong các thành phần của nông nghiệp 4.0 đang thực hiện, thì hạ tầng cơ sở để có thể ứng dụng kết nối vạn vật (IoT) ở nước ta chưa đồng bộ. Với địa hình và loại cây, con đang sản xuất đa dạng phức tạp, quy mô nông hộ nhỏ lẻ và trình độ dân trí rất chênh lệch giữa các vùng miền. Vì vậy, chúng ta khó có thể đặt mục tiêu giống như Thái Lan trên quy mô tất cả các loại cây con trên cả nước.
Tùy theo điều kiện từng vùng sản xuất trên cả nước, một số mô hình sau có thể được xây dựng và áp dụng: 1) Sản xuất lúa, ngô 4.0 ứng phó với biến đổi khí hậu ở những nơi có đủ điều kiện 2) Nâng cấp sản xuất rau theo mô hình 4.0 ở Lâm Đồng 3) Xây dựng mô hình nuôi trồng nấm ăn, nấm dược liệu theo mô hình 4.0 4) Mô hình chăn nuôi bò sữa, gà, lợn theo mô hình 4.0.
Hoàng Trang (PTXHCN.Ứng dụng hệ thống canh tác thông minh trong nông nghiệp 4.0, CESTI, 2017)