Nông nghiệp, lĩnh vực vốn gắn liền với hình ảnh lao động tay chân và đất đai, đang thay đổi mạnh mẽ với những hệ thống tự động hoá nhờ vào trí tuệ nhân tạo, robot và dữ liệu lớn

Tại những cánh đồng xanh mướt ở vùng Palouse, bang Washington, nước Mỹ, có một cuộc cách mạng âm thầm nhưng mạnh mẽ đang diễn ra. Người dân sẽ không còn thấy cảnh nông dân ngồi sau tay lái máy cày giữa nắng gắt mà giờ đây, máy móc sẽ tự vận hành, tự tính toán. Đôi khi, chủ nông trại chỉ cần thực hiện những cuộc họp qua Zoom hoặc kiểm tra tin nhắn khi hệ thống vận hành vận hành. Với sự hỗ trợ của drone, trí tuệ nhân tạo (AI), và robot thu hoạch, viễn cảnh một nông trại gần như tự hoạt động mà không cần nhiều nhân lực đang dần trở thành hiện thực. Những công nghệ này không chỉ giúp tăng năng suất, mà còn tối ưu hóa tài nguyên và giải quyết vấn đề thiếu hụt lao động trong ngành nông nghiệp.


Andrew Nelson đang thử nghiệm công nghệ do Microsoft cung cấp với drones có khả năng thu thập hình ảnh cách đồng, cỏ dại để phân tích

Các công nghệ chính tạo nên nông trại tự động

Một trong những nền tảng cốt lõi của hệ thống này là máy kéo tự lái. Những cỗ máy có thể gieo trồng, xới đất và thu hoạch mà không cần tài xế, hoặc chỉ cần giám sát từ xa. Các công ty như Monarch Tractor đã cho ra mắt phiên bản chạy điện hoàn toàn, có thể hoạt động liên tục 14 giờ mỗi lần sạc. Trong khi đó, Deere & Co. lại đi theo hướng cải tiến từng phần, giúp người dùng quen dần với tự động hóa. Họ phát triển công nghệ “See & Spray”, sử dụng computer vision và machine learning để phát hiện cỏ dại theo thời gian thực và phun thuốc chính xác, giảm tới 2/3 lượng hóa chất sử dụng. Một số hãng công nghệ khác còn phát triển các loại máy kéo tự động tích hợp hàng chục camera, quét đồng ruộng với tốc độ vượt xa khả năng con người. Những máy móc này còn giúp biến từng cây trồng thành “đối tượng chăm sóc riêng lẻ”, với dữ liệu giúp tối ưu hóa từng giọt nước, hạt giống, phân bón.

Hệ thống phun thông minh “See & Spray” với computer vision and machine learning để tối ưu khu vực phun

Công nghệ tiếp theo là robot hái trái cây, một lĩnh vực khó khăn hơn do trái cây chín không đồng đều và mọc rải rác trên cây. Các startup như Tortuga đã phát triển robot có thể nhẹ nhàng hái từng quả dâu hay chùm nho bằng cánh tay cơ học, giống như một phiên bản Mars Rover giữa vườn cây sum suê trái. Công ty Oishii đã mua lại Tortuga với hy vọng hiện thực hóa tầm nhìn tự động hóa toàn bộ khâu thu hoạch. Ở Israel, công ty Tevel Aerobotics còn đi xa hơn với robot bay có khả năng cắt tỉa, làm thưa và thu hoạch bằng cách dùng AI để xác định độ chín và vị trí của trái cây, sau đó hái chúng bằng robot bay. Tuy nhiên, dù những công nghệ này mang lại nhiều lợi ích về chi phí và năng suất, rào cản lớn nhất vẫn là giá thành và việc mở rộng sản xuất đại trà.

Một yếu tố khác trong bức tranh tự động hoá này là drone và cảm biến từ xa. Chúng liên tục chụp ảnh và thu thập dữ liệu để tạo ra một “bản sao kỹ thuật số” của cánh đồng. Đây về cơ bản là một bản đồ số hiển thị rõ khu vực khô hạn, thừa nước hay bị sâu bệnh. Công nghệ này giúp phát hiện sớm vấn đề và đưa ra giải pháp can thiệp chính xác, từ đó giảm lãng phí và tăng năng suất. Xe máy cày và drones thậm chí có thể phối hợp với nhau, vừa làm việc vừa học hỏi và cập nhật mô hình AI cho từng nông trại, nhờ đó hệ thống trở nên ngày càng thông minh hơn theo thời gian. Điều đặc biệt là mỗi lần thiết bị hoạt động, dữ liệu thu thập lại góp phần cập nhật mô hình AI, mang tính cá nhân hóa cho từng nông trại.


Hay cánh tay robot có khả năng thu hoạch những trái dâu chín

Bên cạnh đó, việc phân tích đất một cách thông minh cũng là một bước tiến quan trọng. Thay vì gửi mẫu đất về phòng thí nghiệm, giờ đây các cảm biến có thể quét và phân tích đất ngay tại chỗ, giúp phát hiện tình trạng nén đất hoặc mất vi sinh vật, vốn là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất. Công ty SoilOptix tại Canada cho biết phân tích vi sinh trong đất có thể giúp xác định chính xác vùng cần tưới, liều lượng và thời điểm thích hợp, tránh lãng phí toàn bộ cánh đồng. Ngoài ra, điều này giúp các quyết định về làm đất, bón phân trở nên chủ động và chuẩn xác hơn nhờ đánh giá đa chiều cả mặt sinh học lẫn vật lý của đất.

Cuối cùng, nghe lạ nhưng những hàng rào số đang mở ra cách quản lý đàn gia súc thông minh hơn. Thay vì dựng rào bằng gỗ hay thép, nông dân có thể thiết lập ranh giới ảo bằng GPS. Khi một con vật tiến đến gần ranh giới này, vòng cổ thông minh sẽ phát ra âm thanh cảnh báo, sau đó là một cú điện nhẹ nếu nó vẫn tiếp tục. Điều này giúp tiết kiệm chi phí và dễ dàng điều phối đàn gia súc từ xa. Công nghệ này hiện đã được thử nghiệm rộng rãi tại Mỹ, châu Âu, Úc nhờ ưu điểm giảm thiểu chi phí lắp đặt và linh hoạt trong điều tiết bãi chăn thả.

Thách thức, cơ hội và tương lai tự động hoá nông nghiệp

Dù những công nghệ này đang thay đổi rất nhanh, vẫn có rát nhiều những rào cản nhất định. Đầu tiên là chi phí đầu tư ban đầu vẫn rất cao, đặc biệt với những trang trại nhỏ. Khảo sát của McKinsey thực hiện vào năm 2022 cho thấy chỉ khoảng 15% nông trại lớn và 4% nông trại nhỏ ở Mỹ thực sự đầu tư mạnh vào tự động hóa. Ngoài ra, chỉ khoảng ⅔ các nông trại Mỹ đã sử dụng hệ thống quản lý số hóa, nhưng phần lớn mới chỉ ở mức phần mềm chứ chưa phải tự động hóa toàn diện.


Hệ thống của SoilOptix, tích hợp máy quang phổ bức xạ gamma trên xe, có khả năng lập bản đồ, lấy mẫu đất để thu thập dữ liệu và phân tích

Một trở ngại khác là kết nối mạng. Robot và drone cần liên lạc với nhau liên tục, và việc truyền dữ liệu lên cloud đòi hỏi internet băng thông rộng, vốn là thứ mà nhiều vùng nông thôn vẫn chưa có. Một số nông dân đang thử giải pháp “edge computing” để xử lý dữ liệu tại chỗ, nhưng về lâu dài, hệ thống vẫn cần được kết nối liên tục với nền tảng đám mây. Bài toán này sẽ càng trở nên khó khăn hơn ở các quốc gia đang phát triển, nơi khoảng cách số còn rất lớn.

Bên cạnh đó, theo các chuyên gia thì nông trại tương lai sẽ không hoàn toàn thiếu vắng nông dân, nhưng công việc của họ sẽ chuyển từ lao động tay chân sang giám sát và ra quyết định. Mỗi lần drone bay qua hay máy cày vận hành, nó đều ghi lại dữ liệu giúp hệ thống AI học hỏi, điều chỉnh và trở nên thông minh hơn. Qua thời gian, mạng lưới thiết bị này sẽ tự động điều phối việc trồng trọt, tưới tiêu và thu hoạch theo cách tối ưu nhất cho từng mảnh đất cụ thể. Điều này cho thấy rằng những công cụ này sẽ không hoàn toàn thay thế nông dân mà chủ yếu giúp tăng mạnh năng suất của người làm nông.


Nguồn: WSJ