Nông nghiệp 4.0 là giải pháp của tương lai!

Nông nghiệp 4.0 là gì?

Nông nghiệp 4.0 là dùng những công nghệ hiện đại như truyền thông tin qua internet, lưu trữ dữ liệu đám mây, kết nối từ xa bằng nhiều loại thiết bị di động, tự động hóa… để áp dụng vào lĩnh vực nông nghiệp. Việc này sẽ giúp kiểm soát và theo dõi các quy trình trong nông nghiệp như tưới tiêu, bón phân, phun thuốc, chiếu sáng… từ đó mang lại hiệu quả năng suất cao trong nông nghiệp, tiết kiệm sức lao động và thời gian làm việc.

Một số công việc có thể áp dụng Nông nghiệp 4.0

Tưới cây

Tưới cây là phần việc được áp dụng công nghệ 4.0 nhiều nhất trong nông nghiệp. Vì đây là một công việc nặng nhọc, với những mảnh vườn có quy mô lớn, để có thể tưới đúng và đủ cho tất cả các cây trong vườn thì phải mất rất nhiều thời gian và công sức. Một người bình thường muốn tưới hết cho vườn thanh long rộng 3500m2 thì cần tối thiểu 1 ngày, trong khi đó những trang trại lớn thường có diện tích lên đến vài trăm héc-ta, chúng ta có thể ước tính thời gian tưới sẽ lâu như thế nào.

Tưới cây theo chuẩn nông nghiệp 4.0 sẽ được tự động hóa, có khả năng điều khiển và theo dõi từ xa. Hệ thống tưới cây tự động bao gồm các thành phần: bộ hẹn giờ, van điện từ, đường ống dẫn nước và béc tưới cây. Béc tưới cây cung cấp nước trực tiếp cho từng cây, đường ống dẫn nước từ đầu nguồn đến béc tưới cây, van điện từ có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ bộ hẹn giờ để đóng mở nước và bộ hẹn giờ thực hiện chức năng quan trọng nhất là quyết định thời gian tưới cho toàn bộ hệ thống. Để điều khiển và theo dõi công việc tưới cây từ xa, cần sử dụng một bộ hẹn giờ đặc biệt có khả năng kết nối với thiết bị di động thông qua wifi. Bộ hẹn giờ này được vận hành kèm theo một ứng dụng, chúng ta có thể xem và cài đặt lịch tưới cây trực tiếp trên ứng dụng đó. Những bộ hẹn giờ tiên tiến còn có thể liên kết với các cảm biến như cảm biến mưa hoặc cảm biến độ ẩm, giúp cho hệ thống nhận biết được thời điểm thích hợp để tưới cây.

Như vậy chúng ta có thể thấy rằng sau khi thực hiện nông nghiệp 4.0, toàn bộ khu vườn có thể được tưới hoàn toàn tự động, không cần bất kỳ sự can thiệp nào của con người, đồng thời chủ động kiểm soát được thời gian tưới dù đang ở bất cứ nơi đâu.

Bón phân

Bón phân cũng là một trong những phần việc bắt buộc trong nông nghiệp, tuy rằng không yêu cầu phải thực hiện hằng ngày nhưng lại cần mức độ chính xác rất cao về chủng loại và liều lượng phân bón. Hiện nay có hai cách để bón phân khi thực hiện nông nghiệp 4.0:

• Sử dụng bộ châm phân tự động, tận dụng hệ thống tưới tự động để bón phân cho cây. Nguyên lý hoạt động của bộ châm phân là lợi dụng áp lực cao của đường ống tưới để hút phân đã được hòa tan và đẩy vào hệ thống tưới cây, phun đến từng gốc cây. Bộ châm phân được sử dụng chung với một van điện từ, chỉ mở khi đến đúng thời gian bón phân định kỳ, thông thường là 1 tuần 1 lần hoặc nửa tháng 1 lần. Phương pháp này chỉ áp dụng với các loại phân có thể hòa tan trong nước, chúng ta có thể thay đổi liều lượng và chủng loại phân khi hòa tan phân vào bồn chứa riêng (bộ châm phân sẽ hút phân từ bồn này).

• Sử dụng một giàn phun riêng biệt, có bánh xe để chuyển động dọc theo chiều dài khu vườn và phun phân đều xuống cho toàn bộ cây trồng. Phương pháp này thường thấy ở các quốc gia có diện tích nông nghiệp lớn như Mỹ, Úc, Canada…

Phun thuốc

Công việc phun thuốc cũng được thực hiện định kỳ giống như bón phân, nhưng không thể áp dụng phương pháp hòa tan vào nước chung với hệ thống tưới, vì có một số loại thuốc có thể ăn mòn vật liệu làm ống. Thuốc dùng cho cây có hai dạng: thuốc phun dưới gốc và thuốc phun trên lá. Thuốc phun dưới gốc thường là các loại thuốc diệt cỏ, thuốc kích thích ra hoa, thuốc tăng tốc độ sinh trưởng của cây…Thuốc phun trên lá sẽ có nhiệm vụ tiêu diệt rầy nâu, sâu bệnh, giúp cây kháng lại các loại côn trùng và sâu hại.

Nếu sử dụng thuốc phun gốc, chúng ta có thể dùng giàn phun di động tương tự với phương pháp bón phân. Phun thuốc trên lá thì không thể áp dụng cách này vì cần sử dụng các giàn phun rất cao, rất tốn kém và không an toàn. Lúc này người ta bắt đầu nghĩ tới việc sử dụng các máy bay không người lái để phun thuốc cho khu vườn của mình.

Thu hoạch

Để có thể đưa việc thu hoạch lên chuẩn nông nghiệp 4.0, người ta chia làm hai bước: thu hoạch và kiểm kê sản lượng thô. Bước thu hoạch được cơ giới hóa, sử dụng xe chuyên dụng có lưỡi hái và ngăn chứa nông sản bên dưới gầm xe. Sau khi xe thu hoạch vận chuyển nông sản về kho, sản lượng sẽ được thống kê và ghi nhận vào dữ liệu trên hệ thống. Sản lượng thu hoạch thô này còn được đưa qua một dây chuyền sàng lọc để phân chia thành nhiều cấp bậc: loại 1, loại 2, loại 3…

Chiếu sáng

Những loại cây được trồng trong nhà kính để không bị ảnh hưởng bởi khí hậu, môi trường bên ngoài thường được bổ sung thêm giờ chiếu sáng để kích thích cây ra quả nhanh hơn. Để thực hiện chiếu sáng tự động cũng khá đơn giản, chỉ cần lấy một ngõ ra từ bộ hẹn giờ tưới tự động để liên kết với hệ thống nguồn chiếu sáng cho nhà kính là có thể điều khiển dàn đèn này theo thời gian bạn mong muốn. Ngoài ra, nếu như muốn tiết kiệm điện năng hơn, chúng ta cũng có thể sử dụng các loại đèn năng lượng mặt trời, ban ngày chúng sẽ hấp thụ ánh sáng để chuyển thành điện năng và đến ban đêm mới bắt đầu hoạt động.

Các thiết bị đặc trưng trong Nông nghiệp 4.0

Thiết bị điều khiển

Thiết bị điều khiển là bộ phận trung tâm truyền tín hiệu đến các thiết bị vận hành trực tiếp, khi nhận được tín hiệu, các thiết bị này sẽ hoạt động và thực hiện nhiệm vụ của nó, tùy vào từng trường hợp, đó có thể là tưới cây, chiếu sáng, châm phân… Nguyên lý hoạt động chính của thiết bị điều khiển chính là hẹn giờ, nó sẽ được cài đặt sẵn một chế độ vận hành theo thời gian thực tế, đến đúng thời điểm sẽ truyền tín hiệu đến các thiết bị đã nói trên. Thiết bị điều khiển cũng có thể được can thiệp bởi các cảm biến để thay đổi lịch trình vận hành cho phù hợp.

Hiện nay hầu hết các thiết bị điều khiển cho nông nghiệp 4.0 đều có thể kết nối với máy chủ riêng để lưu trữ dữ liệu và trích xuất dữ liệu khi chúng ta muốn. Việc kết nối được nâng cấp thêm bằng các phương thức qua mạng không dây (wifi) chứ không còn chỉ riêng trong nội bộ (LAN) như trước đây.

Thiết bị cảm biến

Thiết bị cảm biến có hai loại : cảm biến vận hành và cảm biến an toàn. Thiết bị cảm biến vận hành sẽ cho hệ thống điều khiển trung tâm biết khi nào nên hoạt động, ví dụ như cảm biến độ ẩm, cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng…Khi các yếu tố này đạt đến một ngưỡng nào đó thì hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động chẳng hạn như cảm biến độ ẩm và nhiệt độ trong hệ thống tưới cây tự động, khi độ ẩm trong đất xuống thấp và nhiệt độ tăng cao nghĩa là thời tiết đang rất khô và cây trồng cần phải được tưới ngay. Loại còn lại là cảm biến an toàn, nó sẽ cảnh báo cho hệ thống điều khiển trung tâm khi nào nên dừng lại, điển hình là cảm biến mưa, khi trời mưa lớn, nếu hệ thống tưới vẫn hoạt động sẽ gây ngập úng và chết cây. Lúc này cảm biến mưa truyền về một tín hiệu ra lệnh cho bộ điều khiển tắt chức năng tưới ngay lập tức.

Thiết bị vận hành trực tiếp

Thiết bị vận hành trực tiếp của mỗi hệ thống là hoàn toàn khác nhau, trong hệ thống tưới tự động thì thiết bị vận hành trực tiếp là van điện từ, đối với hệ thống chiếu sáng thì đó là relay đèn, trong hệ thống bón phân thì bộ châm phân tự động sẽ làm nhiệm vụ trực tiếp còn đối với hệ thống phun thuốc mặt đất hay các dây chuyền chế biến nông sản thì thường sử dụng công tắc hành trình. Thiết bị vận hành trực tiếp chỉ nhận lệnh từ thiết bị điều khiển, công dụng của chúng cụ thể như sau:

• Van điện từ khi nhận được tín hiệu sẽ mở ra để nước cung cấp đến cho các béc tưới cây hoạt động.

• Relay có chức năng như một công tắc, khi đến giờ sẽ bật sáng tất cả các đèn được dùng trong nhà kính.

• Bộ châm phân khi được bật mở sẽ lợi dụng áp lực dòng nước thì bơm tưới cây, vận dụng nguyên lý venturi để hút lượng phân đã được hòa tan và đẩy vào hệ thống tưới.

• Công tắc hành trình được vận hành rất đơn giản, chúng được gắn trên các thiết bị chuyển động như băng chuyền, giàn phun, khi các thiết bị này đi hết hành trình của nó thì công tắc sẽ đảo chiều và làm chúng di chuyển theo chiều ngược lại.

Ứng dụng của Nông nghiệp 4.0

• Công nghệ Weather Sense trong tưới tự động có chức năng thu thập dữ liệu thời tiết chính xác từ khu vực bạn đang ở để đưa ra những đề xuất và lịch trình tưới hợp lý nhất cho cây trồng của bạn, ngoài ra chúng ta còn có thể nhập thêm dữ liệu về yếu tố địa hình như độ dốc và hướng chiếu sáng để phần mềm cung cấp giải pháp tưới chính xác hơn.

• Sử dụng tất cả các loại cảm biến có khả năng phát tín hiệu không dây để kết nối với bộ điều khiển trung tâm, tạo thành mạng lưới IOT (một hệ thống bao gồm tất cả các thiết bị có thể kết nối internet) cho trang trại. Ứng dụng này nhằm chống lại biến đổi khí hậu, có thể thích nghi với mọi thời tiết.

• Dùng đèn LED có cảm biến ánh sáng để lắp đặt trong nhà kính, hệ thống chiếu sáng bổ sung có thể tự vận hành trong trường hợp mất liên kết với bộ hẹn giờ.

• Sử dụng Robot để chăm sóc cho cây trồng, vật nuôi trong trang trại của mình, giảm thiểu sức lao động chân tay và có thể yên tâm hơn về vấn đề an toàn, an ninh.

• Vận dụng thiết bị bay không người lái và vệ tinh để thu thập dữ liệu thường xuyên của trang trại, giải pháp này rất hiệu quả trong khâu quản lý, giúp ngăn chặn kịp thời các nguy cơ đe dọa đến sản lượng nông nghiệp.

Ưu điểm

• Áp dụng hình thức công nghệ cao vào nông nghiệp cho phép bạn tạo ra được những nông sản đạt giá trị hiệu suất cao, chất lượng tốt, an toàn và tươi sạch. Người tiêu dùng có thể tiếp cận đến những nguồn sản phẩm sạch, chất lượng đảm bảo cùng với giá thành phải chăng.

• Ngoài ra, nền nông nghiệp công nghệ cao còn được tích hợp nhiều tính năng ứng dụng như cơ giới hoá cáo khâu trong quá trình sản xuất đến khi thu hoạch, sơ chế và bảo quản nông sản. Tích hợp công nghệ thông tin trong quy trình quản lý sản xuất nông lâm thuỷ sản như theo dõi quá trình sinh trưởng, giám sát, điều tiết, dự báo giúp nâng cao chất lượng tối đa.

• Ứng dụng công nghệ sinh học trong quy trình chọn giống, tạo giống cây trồng, vật nuôi phù hợp với điều kiện thời tiết thuận lợi, năng suất cao, chống chịu tốt, giảm thiểu thiệt hại.

• Bên cạnh những lợi ích kể trên, việc ứng dụng công nghệ cao trong nông nghiệp còn mang lại những thành khoản doanh thu và giá trị kinh tế tăng trưởng, nguồn thu nhập cao và ổn định.

Những câu hỏi thường gặp