الزراعة هي أول الأعمال التي قام بها الانسان لاكتساب الغذاء، ومازالت تتطور طرق الزراعة مع تطور الانسان، حتى وصلت الآن لطرق الزراعة المائية التي بدأت أيضًا بالتطور لتكون أكثر أتمتةً وتحكمًا لنصل إلى ما يسمى بالزراعة الذكية. وذلك باستخدام انترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي في الزراعة المائية. حيث يتم القياس والتنبؤ بما يحتاج إليه النبات بدقة واعطاءه كل ما يساعده على النمو والانتاج بقدر مناسب لا يزيد ولا ينقص مع تحكم أكثر دقة بالأجواء المحيطة به. إنها ثورة في عالم الزراعة تعرف عليها مع تقنية الزراعة الحديثة عليها في السطور التالية.
Instagram , Facebook , Twitter ,
ما هي الزراعة الذكية؟
تشير الزراعة الذكية إلى استخدام التقنيات المتقدمة. مثل إنترنت الأشياء (IoT) والذكاء الاصطناعي (AI) في الزراعة المائية بل في الممارسات الزراعية ككل. حيث تتضمن دمج أجهزة الاستشعار والمشغلات والأجهزة الأخرى لجمع وتحليل البيانات المتعلقة بالمعايير المختلفة في الزراعة. مثل رطوبة التربة ودرجة الحرارة والرطوبة ومستويات المغذيات.
يتم استخدام البيانات التي تم جمعها من خلال أنظمة الزراعة الذكية لاتخاذ قرارات مستنيرة وتحسين العمليات الزراعية. مما يؤدي إلى زيادة الكفاءة وتقليل استخدام الموارد وتحسين غلة المحاصيل.
تتيح الزراعة الذكية أيضًا المراقبة عن بُعد والتحكم في عمليات الزراعة. مما يسمح للمزارعين بإدارة محاصيلهم من أي مكان وفي أي وقت ومن خلال هواتفهم الذكية.
بشكل عام، تهدف الزراعة الذكية إلى إحداث ثورة في الزراعة الحديثة من خلال الاستفادة من التكنولوجيا لجعل الزراعة أكثر دقة وكفاءة واستدامة.
استخدام انترنت الأشياء (IoT) في الزراعة المائية:
إنترنت الأشياء (Internet of Things) أو اختصارًا (IoT) هو مصطلح يصف شبكة من الأجهزة المادية التي تحتوي على إلكترونيات وأجهزة استشعار وبرامج مدمجة. والتي يمكنها الاتصال بالإنترنت وتبادل البيانات.
تتصل هذه الأجهزة بالإنترنت من خلال شبكات مختلفة، مثل شبكات Wi-Fi وشبكات الهاتف المحمول وشبكات البلوتوث وشبكات الراديو منخفضة الطاقة.
وبمجرد اتصالها بالإنترنت، يمكنها جمع البيانات وإرسالها إلى السحابة أو إلى أجهزة أخرى متصلة بالإنترنت. ويمكن بعد ذلك تحليل هذه البيانات واستخدامها لاتخاذ قرارات أو التحكم في الأجهزة الأخرى.
حيث اُستخدم إنترنت الأشياء في الزراعة المائية في عدد من الأعمال، ونذكر منها:
1. المراقبة التلقائية في الوقت الفعلي:
يمكن لأجهزة إنترنت الأشياء مراقبة المتغيرات المهمة. مثل مستويات الرقم الهيدروجيني وتركيزات العناصر الغذائية ودرجة الحرارة والرطوبة وشدة الإضاءة وكذلك الموصلية الكهربائية للمحلول المغذي وذلك بالوقت الفعلي باستخدام أجهزة الاستشعار والمشغلات. مما يوفر بيانات قيمة للحفاظ على ظروف النمو المثالية.
2. الإدارة عن بعد:
يمكن للمزارعين مراقبة أنظمة الزراعة المائية الخاصة بهم والتحكم فيها عن بعد باستخدام الأجهزة التي تدعم إنترنت الأشياء. ويشمل ذلك ضبط الإضاءة ودرجة الحرارة وأنظمة توصيل العناصر الغذائية عن بعد.ي
3. جمع البيانات وتحليلها:
تجمع أجهزة إنترنت الأشياء كميات هائلة من البيانات التي يمكن تحليلها لتحسين دورات المحاصيل المستقبلية. ويتضمن ذلك تحديد الأنماط والعلاقات المتبادلة بين المتغيرات المختلفة ونتائج نمو النبات.
4. أنظمة التنبيه:
يمكن لأجهزة إنترنت الأشياء إرسال تنبيهات وإشعارات للمزارعين عندما تقع المعلمات خارج النطاق الأمثل، مما يسمح بإجراء تصحيحات سريعة لمنع حدوث أضرار محتملة للنباتات.
استخدام الذكاء الاصطناعي في الزراعة المائية:
يشير الذكاء الاصطناعي (AI) إلى محاكاة الذكاء البشري في الآلات المبرمجة للتفكير والتعلم مثل البشر. يتضمن تطوير الخوارزميات والنماذج التي تمكن الآلات من أداء المهام التي تتطلب عادةً الذكاء البشري. مثل حل المشكلات واتخاذ القرار والتعرف على الأنماط.
في سياق الزراعة المائية، يمكن استخدام الذكاء الاصطناعي لأتمتة وتحسين الجوانب المختلفة لعملية الزراعة المائية. إذ تقوم خوارزميات الذكاء الاصطناعي بتحليل البيانات التي تم جمعها من أجهزة الاستشعار والأجهزة الأخرى في أنظمة الزراعة المائية لاتخاذ قرارات مستنيرة وتعديلات في الوقت الفعلي.
يمكن تطبيق الذكاء الاصطناعي في الزراعة المائية لمهام مثل خلط المغذيات وجدولة الري والتحكم في المناخ وإدارة الآفات. من خلال تحليل البيانات حول عوامل مثل مستويات الحموضة وتركيزات المغذيات ودرجة الحرارة والرطوبة، ومن ثم إجراء تعديلات دقيقة لتحسين نمو النبات واستخدام الموارد.
وقد وجد أن استخدام الذكاء الاصطناعي في الزراعة المائية من شأنه زيادة الكفاءة وتحسين غلة المحاصيل وتقليل استخدام الموارد. فهو يسمح بالتحكم بشكل أكثر دقة واستهدافًا في الظروف البيئية، وتوصيل المغذيات، وإدارة الآفات، مما يؤدي إلى نباتات أكثر صحة وإنتاجية أعلى.
بشكل عام، يلعب الذكاء الاصطناعي دورًا مهمًا في تعزيز التشغيل الآلي والمراقبة والتحكم في أنظمة الزراعة المائية، مما يجعلها أكثر ذكاءً وكفاءة. وذلك من خلال:
1. التحليلات التنبؤية:
يمكن للذكاء الاصطناعي التنبؤ بأنماط نمو النباتات ونقص المغذيات وتفشي الأمراض من خلال تحليل البيانات التي يتم جمعها بمرور الوقت. ويساعد ذلك في اتخاذ قرارات بشأن تعديلات العناصر الغذائية وتدابير الوقاية من الأمراض.
2. أنظمة التحكم الآلي:
يستخدم الذكاء الاصطناعي في التحكم تلقائيًا في العوامل البيئية مثل الضوء ودرجة الحرارة والرطوبة وذلك بالتعاون مع انترنت الأشياء من خلال التحكم المباشر في أجهزة التحكم في درجة الحرارة وأنظمة الإضاءة وأجهزة الترطيب أو مزيلات الرطوبة وغيرها داخل البيت المحمي وذلك بناءً على تحليلات التي قام بها. مما يضمن ظروف النمو المثالية للنباتات.
3. مراقبة المحاصيل واكتشاف الأمراض:
ومن استخدامات المهمة للذكاء الاصطناعي هو مراقبة صحة المحاصيل واكتشاف الأمراض، في أنظمة الزراعة المائية. من خلال تحليل البيانات من أجهزة الاستشعار والكاميرات، إذ يمكن لخوارزميات الذكاء الاصطناعي تحديد العلامات المبكرة لإجهاد النبات أو المرض، مما يسمح بالتدخل في الوقت المناسب والوقاية من خسائر المحاصيل. هذا يساعد المزارعين على الحفاظ على محاصيل صحية ومنتجة.
4. تحسين الإنتاجية:
يستطيع الذكاء الاصطناعي تحليل العوامل المختلفة التي تؤثر على نمو النبات لتقديم توصيات لتحسين الإنتاجية. يتضمن ذلك ضبط مستويات العناصر الغذائية والتعرض للضوء وأوقات الحصاد. فعلى سبيل المثال، يمكن لخوارزميات الذكاء الاصطناعي تحليل الظروف البيئية والبيانات التاريخية ومتطلبات المحاصيل لاقتراح جداول الزراعة المثلى وتركيبات المغذيات وأوقات الحصاد.
5. أتمتة خلط المغذيات:
ومن التطبيقات المهمة للذكاء الاصطناعي في الزراعة المائية، هي أتمتة عملية خلط المغذيات. يتضمن ذلك استخدام آلة خلط المغذيات التي يتم التحكم فيها بواسطة متحكم مبرمج، والذي يستخدم المنطق الغامض لتحديد نسب المغذيات المثلى للنباتات. تعمل هذه الأتمتة على توفير العمالة وتحسين الكفاءة في خلط العناصر الغذائية.
6. جدولة الري:
ومن أكثر التطبيقات انتشارًا للذكاء الاصطناعي هو جدولة الري في الزراعة المائية من خلال استخدام خوارزميات التعلم الآلي لتحليل بيانات المستشعر و ضبط جدول الري في الوقت الفعلي، مما يضمن حصول النباتات على الكمية المناسبة من المياه لنمو صحي ومثالي.
الجمع بين استخدام الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء في الزراعة المائية:
يتم الجمع بين الذكاء الاصطناعي وانترنت الأشياء فيما ما يسمى في أنظمة الإدارة المتكاملة والزراعة الدقيقة، والتي تتكون من: بيئة الأجهزة، ونموذج الشبكة العصبية التلافيفية للتعلم العميق (DLCNN)، وتطبيق الهاتف المحمول المستند إلى Android.
– في بيئة الأجهزة، حيث يتم استخدام المعالج Raspberry Pi لقدرته على التحكم ومراقبة المعلمات المختلفة في نظام الزراعة المائية. حيث يُجَهز بأجهزة استشعار في الوقت الفعلي مثل أجهزة استشعار التي تقيس مستويات المغذيات في محلول الزراعة المائية. والتي تقيس شدة الاضاءة ومستوى التعكر ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة ومستوى الماء ووحدة الكاميرا التي تلتقط صور للنباتات للمراقبة البصرية. توفر هذه المستشعرات بيانات مهمة لمراقبة بيئة الزراعة المائية والتحكم فيها.
– يستخدم نموذج DLCNN للتنبؤ بمستوى المغذيات واكتشاف الأمراض النباتية وتصنيفها.
– يمكن للمزارعين مراقبة بيانات أجهزة الاستشعار وحالة مرض أوراق النبات باستخدام تطبيق الهاتف المحمول الذي يعمل بنظام Android والمتصل عبر بيئة إنترنت الأشياء. مما يسمح للمزارعين بتتبع حالة حقل الزراعة المائية باستمرار باستخدام تطبيق الهاتف المحمول.
من خلال الجمع بين الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء، يمكن لأنظمة الإدارة المتكاملة مراقبة الظروف البيئية وتعديلها بشكل مستقل، مما يضمن حصول النباتات على الظروف المثالية للنمو دون تدخل بشري مستمر. ولمزيد من المعلومات المفيدة في الزراعة تصفح مدونة تقنيات الزراعة الحديثة.
بعض المصادر:
https://www.hindawi.com/journals/jnm/2022/4435591/
https://www.doi.org/10.1590/1807-1929/agriambi.v27n9p690-697