Những điều cơ bản về nông nghiệp thông minh

Nông nghiệp thông minh là một hình thức nông nghiệp mới, hướng tới việc nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất thông qua việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến như robot, CNTT-TT (ICT), trí tuệ nhân tạo (AI) và Internet vạn vật (IoT).

Mô hình này nhằm giải quyết tình trạng thiếu hụt lao động và tạo ra các sản phẩm nông nghiệp chất lượng cao thông qua các dự án như "Dự án trình diễn nông nghiệp thông minh" do Bộ Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Thủy sản thúc đẩy.

Canh tác thông minh (smart farming) – đôi khi còn được gọi là "nông nghiệp thông minh", "canh tác chính xác", "nông nghiệp điện tử" (E-agriculture) hay "nông nghiệp kỹ thuật số" – là phương thức sản xuất nông nghiệp sử dụng công nghệ thông tin và dữ liệu để tối ưu hóa các hệ thống và hoạt động sản xuất nông nghiệp. Thuật ngữ "nông nghiệp thông minh" bắt đầu được sử dụng tại Nhật Bản vào khoảng năm 2012; từ năm 2019, các "Dự án trình diễn canh tác thông minh" đã được triển khai tại nhiều khu vực, giúp mô hình này được công nhận rộng rãi. Nguồn gốc của phương thức này bắt nguồn từ việc ứng dụng công nghệ GPS trên máy kéo vào những năm 1990 và phát triển từ các nỗ lực khởi đầu với mô hình canh tác chính xác.

Nông nghiệp thông minh được xác định là một trong những giải pháp trung hạn mà chính phủ cần triển khai trong "Kế hoạch cơ bản về Lương thực, Nông nghiệp và Nông thôn" năm 2020, đồng thời là chiến lược quan trọng để khắc phục sự chậm trễ trong việc ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) vào nông nghiệp. Mô hình này bao trùm mọi hoạt động sản xuất nông nghiệp và tận dụng dữ liệu thời gian thực về tình trạng đất đai, cây trồng, thời tiết, nguồn lực cùng nhiều yếu tố khác, qua đó cho phép đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu thay vì cảm tính.

Hiện có rất nhiều công nghệ canh tác thông minh, cùng với đó là các giải pháp đa dạng đang được phát triển nhằm nâng cao hiệu quả và tính hiện đại cho từng quy trình sản xuất nông nghiệp.

"Danh mục Công nghệ Nông nghiệp Thông minh" do Bộ Nông nghiệp, Lâm nghiệp và Thủy sản công bố giúp hệ thống hóa các công nghệ này, đồng thời thúc đẩy việc ứng dụng chúng vào thực tiễn sản xuất nông nghiệp.

Vui lòng tham khảo thông tin dưới đây về các công nghệ và danh mục điển hình:

• Hệ thống giám sát môi trường: Hệ thống đo lường các chỉ số như nhiệt độ, độ ẩm, bức xạ mặt trời, nồng độ CO2, v.v., đồng thời quản lý và phân tích dữ liệu trên nền tảng đám mây.
• Hệ thống cảm biến và quản lý nước cho ruộng lúa: Hệ thống sử dụng cảm biến để đo mực nước và nhiệt độ tại ruộng lúa, đồng thời điều khiển cửa cống từ xa.
• Hệ thống khai thác dữ liệu canh tác: Hệ thống AI phân tích dữ liệu môi trường và nhật ký công việc đã thu thập để đề xuất các phương pháp canh tác tối ưu.

• Máy kéo tự lái: Hệ thống lái tự động sử dụng GPS cho phép máy di chuyển và vận hành theo đường thẳng với độ chính xác tương đương khi được điều khiển bởi người lái giàu kinh nghiệm.
• Robot vận chuyển tự hành có tính năng bám theo: Robot tự động vận chuyển nông sản đã thu hoạch và các loại vật tư, giúp giảm bớt gánh nặng công việc cho người lao động.
• Máy cắt cỏ tự hành: Thiết bị giúp loại bỏ cỏ dại hiệu quả thông qua cơ chế điều khiển từ xa và khả năng tự hành.
• Máy bay không người lái (Drone): Thiết bị bay không người lái được sử dụng để phun thuốc bảo vệ thực vật, theo dõi sự phát triển của cây trồng, khảo sát đồng ruộng, v.v.

• Máy thu hoạch bắp cải cơ giới: Thiết bị giúp tự động hóa quy trình thu hoạch bắp cải và giải quyết tình trạng thiếu hụt nhân lực.
• Hệ thống phân loại sử dụng AI: Hệ thống ứng dụng camera và trí tuệ nhân tạo (AI) để tự động xác định và phân loại nông sản dựa trên chất lượng và kích cỡ.
• Robot tự động phân loại và đóng gói: Công nghệ robot giúp tự động phân loại và đóng gói các loại nông sản đã thu hoạch, chẳng hạn như dâu tây.

• Hệ thống kiểm soát môi trường: Hệ thống điều khiển tự động giúp duy trì nhiệt độ, độ ẩm, nồng độ CO2... bên trong nhà kính ở mức tối ưu.
• Robot thu hoạch tích hợp AI: Robot có khả năng nhận diện trái cây ẩn giữa các tán lá và thân cây, đồng thời thực hiện thu hoạch hiệu quả theo lộ trình tối ưu.
• Hệ thống giám sát từ xa: Hệ thống cho phép theo dõi các điều kiện môi trường và tình trạng cây trồng bên trong cơ sở sản xuất thông qua điện thoại thông minh hoặc máy tính bảng.

Mặc dù mỗi công nghệ này đều mang lại hiệu quả riêng, nhưng việc kết hợp nhiều công nghệ sẽ tạo ra hiệu ứng cộng hưởng. Ví dụ, việc liên kết dữ liệu cảm biến với máy móc nông nghiệp tự hành cho phép điều chỉnh linh hoạt quy trình bón phân dựa trên tình trạng thực tế của đồng ruộng. Ngoài ra, "giám sát từ xa" thông qua nền tảng đám mây còn giúp theo dõi tình trạng trang trại và vận hành thiết bị từ xa, từ đó nâng cao hiệu quả công việc cũng như chất lượng quản lý.

Công nghệ cảm biến – yếu tố cốt lõi của nông nghiệp thông minh – đang tạo điều kiện chuyển đổi từ phương thức canh tác truyền thống dựa vào "trực giác và kinh nghiệm" sang mô hình quản lý nông nghiệp chính xác dựa trên dữ liệu. Thông qua việc lắp đặt các cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm không khí, độ ẩm đất, bức xạ mặt trời và các yếu tố khác, người sản xuất có thể nắm bắt điều kiện môi trường canh tác theo thời gian thực. Dữ liệu thu thập từ các cảm biến này được truyền tải lên hệ thống điện toán đám mây, cho phép nông dân theo dõi thông tin mọi lúc, mọi nơi.

Canh tác chính xác là tập hợp các kỹ thuật quản lý nông nghiệp nhằm giám sát chặt chẽ và kiểm soát chi tiết tình trạng đất đai cũng như cây trồng, đồng thời sử dụng các kết quả thu được để lập kế hoạch cho vụ mùa tiếp theo. Các công nghệ sau đây đã được phát triển nhằm hỗ trợ cho phương thức canh tác chính xác:

• Công cụ quan sát: Các hệ thống có khả năng nắm bắt tình trạng sinh trưởng của cây trồng, chẳng hạn như máy chủ tại ruộng (field server) và công nghệ viễn thám vệ tinh.
• Công cụ điều khiển: Máy móc có khả năng tự động điều chỉnh lượng vật tư (như phân bón) cấp vào tùy theo từng vị trí cụ thể.
• Công cụ thu hoạch: Máy gặt đập liên hợp có khả năng tự động đo lường năng suất lúa và độ ẩm của hạt lúa.
• Công cụ phân tích: Công cụ phân tích thông tin giúp trực quan hóa dữ liệu (như năng suất) trên bản đồ, hỗ trợ công tác lập kế hoạch sản xuất nông nghiệp.

Công cụ quan sát: Các hệ thống có khả năng nắm bắt tình trạng sinh trưởng của cây trồng, chẳng hạn như máy chủ tại ruộng (field server) và công nghệ viễn thám vệ tinh.

Công cụ điều khiển: Máy móc có khả năng tự động điều chỉnh lượng vật tư (như phân bón) cấp vào tùy theo từng vị trí cụ thể.

Công cụ thu hoạch: Máy gặt đập liên hợp có khả năng tự động đo lường năng suất lúa và độ ẩm của hạt lúa.

Công cụ phân tích: Công cụ phân tích thông tin giúp trực quan hóa dữ liệu (như năng suất) trên bản đồ, hỗ trợ công tác lập kế hoạch sản xuất nông nghiệp.

Những lợi ích cụ thể của việc triển khai nông nghiệp thông minh trong các dự án trình diễn sẽ khác nhau tùy thuộc vào quy mô quản lý và đặc điểm vùng miền, nhưng trong nhiều trường hợp, các lợi ích như giảm số giờ lao động và tăng năng suất đã được ghi nhận. Dưới đây là một số ví dụ điển hình về các ứng dụng thực tế và lợi ích của chúng:

• Giảm số giờ lao động: Trong một cuộc khảo sát về dự án thí điểm nông nghiệp thông minh, số giờ lao động trong canh tác lúa đã giảm trung bình 9%. Đáng chú ý, mức giảm từ 10% trở lên đã được ghi nhận tại khoảng 30% các khu vực thí điểm.
• Hoạt động phối hợp của máy kéo robot: Sự phối hợp giữa các loại xe có người lái và không người lái giúp giảm thời gian làm việc khoảng 30%, qua đó cho phép mở rộng diện tích canh tác thêm 25%.
• Ứng dụng máy kéo có hệ thống lái tự động và máy cấy lúa có chức năng giữ đường thẳng: Một trang trại đã giảm thành công 27% thời gian làm việc nhờ áp dụng các thiết bị này.
• Hiệu quả tăng năng suất: Việc bón phân biến đổi (điều chỉnh lượng phân bón theo khu vực) dựa trên dữ liệu cảm biến, kết hợp với cải thiện cơ cấu giống và quy trình bón phân, đã giúp tăng năng suất lúa trung bình 9%. Đặc biệt, tại những khu vực có quy trình bón phân được cải tiến, năng suất đã tăng 13%.
• Mở rộng quy mô kinh doanh và cải thiện lợi nhuận: Có những trường hợp việc ứng dụng công nghệ thông minh, kết hợp với cải tiến phương thức canh tác và dồn điền đổi thửa, đã giúp các trang trại mở rộng quy mô và tăng thu nhập mà không cần tăng đáng kể lực lượng lao động.
• Giảm chi phí thông qua chia sẻ máy móc: Tại các vùng miền núi, nỗ lực chia sẻ máy móc nông nghiệp thông minh giữa nhiều nông dân đã chứng minh hiệu quả trong việc tăng tỷ lệ vận hành máy và giảm chi phí đầu tư ban đầu.
• Cải thiện lợi nhuận thông qua khai thác dữ liệu: Đã ghi nhận các trường hợp năng suất lúa và thu nhập tăng nhờ sử dụng dữ liệu năng suất theo từng thửa ruộng, cũng như tăng thu nhập nhờ chia sẻ dữ liệu trong bộ phận sản xuất cây trồng.
• Nâng cao năng suất tại vùng miền núi: Có những trường hợp năng suất được cải thiện thành công ngay cả ở những vùng có điều kiện khó khăn nhờ việc dồn điền đổi thửa và áp dụng các biện pháp thoát nước.
• Cải thiện lợi nhuận dài hạn: Một nghiên cứu theo dõi dự án thí điểm nông nghiệp thông minh xác nhận rằng lợi nhuận nhìn chung vẫn được cải thiện ngay cả sau khi dự án kết thúc, dựa trên việc xem xét xu hướng thu nhập và chi phí.
• Hiệu quả của việc áp dụng giải pháp cho các vấn đề kinh doanh: Đặc biệt, trong các trường hợp xác định rõ ràng những vấn đề (nút thắt) trong kinh doanh và sử dụng công nghệ thông minh để giải quyết chúng, mức tăng lợi nhuận đã vượt qua chi phí triển khai.

Như các ví dụ trên cho thấy, công nghệ nông nghiệp thông minh không chỉ giúp tiết kiệm nhân lực mà còn góp phần nâng cao hiệu quả lợi nhuận trong quản lý nông nghiệp thông qua việc cải tiến quy trình canh tác dựa trên dữ liệu và tối ưu hóa các quyết định quản lý. Tuy nhiên, để đạt được hiệu quả tối đa khi triển khai, điều quan trọng là phải xác định rõ các vấn đề trong quản lý và lựa chọn công nghệ phù hợp để giải quyết chúng.

Trong "Kế hoạch Cơ bản về Lương thực, Nông nghiệp và Nông thôn", Chính phủ Nhật Bản đã xác định nông nghiệp thông minh là giải pháp quan trọng để biến nông nghiệp thành một ngành công nghiệp tăng trưởng. Kế hoạch cơ bản này, được Nội các thông qua vào tháng 3 năm 2020, đặt mục tiêu nâng tỷ lệ tự cung tự cấp lương thực (tính theo lượng calo) lên 45% vào năm 2030 và chỉ rõ việc đẩy mạnh nông nghiệp thông minh là phương thức để đạt được mục tiêu này. Hơn nữa, vào tháng 10 năm 2020, "Gói biện pháp tổng thể thúc đẩy nông nghiệp thông minh" đã được xây dựng, vạch ra năm trụ cột để thúc đẩy toàn diện từ khâu nghiên cứu phát triển đến trình diễn và triển khai thực tế (bao gồm: trình diễn, phân tích và phổ biến; phát triển các dịch vụ hỗ trợ nông nghiệp mới; thiết lập môi trường thực tiễn; cung cấp cơ hội học tập; và mở rộng ra nước ngoài).

Các động thái sửa đổi "Luật Cơ bản về Lương thực, Nông nghiệp và Nông thôn" đang được đẩy nhanh trong năm 2023, với quyết định xây dựng lộ trình trình dự thảo sửa đổi lên kỳ họp thường kỳ của Quốc hội năm 2024, bao gồm cả các quy định pháp lý nhằm thúc đẩy nông nghiệp thông minh. Chính phủ đã vận hành nền tảng chia sẻ dữ liệu nông nghiệp mang tên "WAGRI" từ tháng 4 năm 2019; nền tảng này thúc đẩy việc tạo ra các dịch vụ mới bằng cách cho phép khoảng 50 đơn vị—bao gồm nông dân, nhà sản xuất và các nhà cung cấp dịch vụ ICT—chia sẻ và sử dụng dữ liệu. Ngoài ra, trong khuôn khổ "Sáng kiến ​​Chuyển đổi số (DX) Nông nghiệp", quá trình chuyển đổi sang mô hình quản lý nông nghiệp dựa trên dữ liệu (FaaS: Nông nghiệp như một dịch vụ) sử dụng công nghệ kỹ thuật số đang được thúc đẩy, đồng thời các chính sách cũng đang được triển khai nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp và an ninh lương thực.

Những thách thức chính cản trở việc phổ biến nông nghiệp thông minh bao gồm chi phí triển khai và bảo trì cao cùng các rào cản kỹ thuật lớn. Việc đưa vào sử dụng máy kéo tự lái và hệ thống kiểm soát môi trường đòi hỏi khoản đầu tư ban đầu lên tới hàng chục hoặc hàng trăm triệu yên; nguy cơ không thu hồi được vốn đầu tư là một trở ngại lớn, đặc biệt đối với các nông hộ quy mô nhỏ và nông dân lớn tuổi. Ngoài ra, do đòi hỏi kiến ​​thức kỹ thuật như phân tích dữ liệu và vận hành các thiết bị IoT, nhiều nông dân – nhất là người cao tuổi – gặp khó khăn trong việc tiếp thu các công nghệ mới.

Các giải pháp cho những vấn đề này bao gồm:

1. tận dụng các cơ chế trợ cấp của chính quyền trung ương và địa phương (như các dự án trình diễn và phát triển công nghệ nông nghiệp thông minh, trợ cấp ứng dụng công nghệ thông tin, v.v.),
2. chia sẻ chi phí thông qua việc các trang trại cùng nhau mua sắm thiết bị hoặc sử dụng các dịch vụ cho thuê và chia sẻ, và
3. thúc đẩy trao đổi thông tin cũng như tham gia đào tạo bằng cách xây dựng mạng lưới liên kết giữa các nông dân. Ngoài ra, các cải cách mang tính hệ thống—chẳng hạn như phát triển các hệ thống quy mô toàn ngành và hoàn thiện cơ chế hỗ trợ cho nông dân mới—cũng là những vấn đề quan trọng.