Phát minh giúp con người nói chuyện với cây trồng

Trong nỗ lực giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu, một khởi nghiệp của Israel đã tiến hành sứ mệnh này và được vinh danh là phát minh xuất sắc nhất năm 2021.

Cảm biến của SupPlant trong vườn cây ăn quả  ở Kibbutz Nir David, miền Bắc Israel. Ảnh: Getty

Trong khi nhiều nông dân và người làm vườn tin rằng việc “trò chuyện” với cây cối và mùa màng giúp chúng phát triển nhanh hơn, một công ty khởi nghiệp của Israel đang thực hiện sứ mệnh thông dịch những gì cây cối muốn nói với nông dân.

Nếu thực vật có thể nói chuyện, chúng sẽ nói những gì? Cây có kêu khát nước không, và cần bao nhiêu hoặc các nhu cầu khác là gì khi thời tiết quá nóng hoặc quá lạnh?

Để trả lời tất cả những câu hỏi này, hãng công nghệ SupPlant của Israel đã phát triển các cảm biến với sự trợ giúp của trí tuệ nhân tạo, được gắn trên cây trồng và trong đất để theo dõi các dữ liệu và cung cấp ngược lại cho nông dân các đề xuất tưới tiêu. Công nghệ này đã được tạp chí TIME bình chọn là một trong những phát minh xuất sắc nhất của năm 2021.

“Mục tiêu của chúng tôi là thông báo bằng kỹ thuật số tất cả mọi lệnh tưới trên trái đất”, Uri Ben Ner, Giám đốc điều hành của SupPlant cho hay.

“Ngoài việc chúng tôi (dạy) nông dân cách nói chuyện với cây trồng tốt hơn, chúng tôi để cho cây tự tưới, theo đúng nghĩa đen của từ này bởi điều độc đáo là chúng tôi có khả năng hiểu được các phương pháp thực hành tốt nhất cho nông dân thông qua việc trò chuyện với các loại cây trồng về biến đổi khí hậu và tưới tiêu thích ứng với khí hậu. Kết quả cuối cùng là điều quan trọng đối với nông dân dù nhỏ hay lớn là có thể tăng năng suất và tiết kiệm đáng kể được lượng nước tiêu thụ”, Ben Ner nói.

Ben Ner, một nông dân thế hệ thứ tư được truyền cảm hứng từ ông nội của mình, người hiện vẫn đang làm nông ở tuổi 91 tại miền bắc Israel, kể lại rằng ý tưởng về công nghệ của SupPlant được sinh ra từ nhu cầu giúp nông dân đối phó với biến đổi khí hậu và thời tiết thay đổi nhanh chóng của thế giới ngày nay.

“Cứ 10 năm lại có một đợt nắng nóng khắc nghiệt xảy ra là điều mà người nông dân đã quen đối phó trong quá khứ, nhưng giờ đây nó đến ba lần trong một mùa là điều mà chúng ta đang thấy trên khắp thế giới, và nó chính là một thảm họa. Trong khi đó hầu hết các mô hình thủy lợi đều được phát triển vào những năm 1980 và 1990, và đến nay không còn phù hợp. Hiện chúng tôi đang phải đối phó với sự thay đổi của các mùa vì không còn lượng mưa như trước nữa, và ở nhiều nơi trên thế giới hạn hán xảy ra thường xuyên”, Ben Ner cho biết.

Công nghệ của SupPlant là sản phẩm trí tuệ của một giáo sư người Nga hợp tác trong hai năm rưỡi với ba nhà nông học để chuyển hành vi của thực vật thành thuật toán, cho phép hình thành các mô hình sinh trưởng và nông học cụ thể, mà những người nông dân như ông nội của Ben Ner có thể hiểu được.

Theo đó SupPlant thu thập dữ liệu từ các cảm biến được đặt ở năm vị trí gắn trên cây gồm thân, lá, quả và định vị ở hai tầng đất sâu và nông.  Dữ liệu này có thể theo dõi tình trạng căng thẳng và tăng trưởng của cây trồng, và được tải lên trực tuyến 10 phút một lần.

Thuật toán phân tích dữ liệu này sau đó cung cấp cho nông dân các khuyến nghị và thông tin chi tiết về lượng nước cần tưới, có tính đến các điều kiện thời tiết được dự báo và theo thời gian thực, cũng như hàm lượng nước trong đất.

“Hệ thống của chúng tôi nắm bắt được các cây trồng bị căng thẳng và chuyển thông tin này đến nông dân kèm theo khuyến nghị về cách họ nên tưới vào thời điểm nào để giảm thiểu thiệt hại. Kết quả là hệ thống đã làm tăng năng suất từ ​​20% đến 30%, đồng thời tiết kiệm tới 40% lượng nước sử dụng”, theo ông Ben Ner.

Các nghiên cứu cho biết, với dân số toàn cầu ngày càng tăng, nguồn nước ngọt trên mỗi đầu người đang giảm dần trong những năm gần đây, đang đòi hỏi nhu cầu sản xuất nhiều thực phẩm hơn với lượng nước ít hơn. Chính vì vậy nông nghiệp có tưới là trọng tâm của thách thức này, vì nó chiếm hơn 70% lượng nước sử dụng toàn cầu. Do đó, các phương pháp sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên nước hạn chế đã trở nên cần thiết và cấp bách để duy trì an ninh lương thực toàn cầu.

Theo báo cáo của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp quốc, tình trạng thiếu nước hiện đang ảnh hưởng đến khoảng 3,2 tỷ người dân nông thôn, với 1/6 dân số thế giới sống trong các khu vực nông nghiệp bị hạn chế nguồn nước nghiêm trọng. Ngoài ra, hơn 170 triệu ha, hay hơn 60% diện tích đất trồng trọt được tưới tiêu đang phải chịu áp lực về nước rất cao do biến đổi khí hậu, do đó sẽ dẫn đến giảm năng suất cây trồng và gây nguy hiểm cho an ninh lương thực.

Hiện phát minh công nghệ của SupPlant đã được nông dân ở 14 quốc gia sử dụng, với 14.000 cảm biến đã được triển khai trên hơn 33 loại cây trồng khác nhau trên khắp thế giới.

Điều nghịch lý hiện nay là trong khi những thách thức của biến đổi khí hậu và khan hiếm nước tiếp tục ảnh hưởng đến hầu hết mọi nông dân, nhưng đa số các công ty nông nghiệp lại chỉ nhắm mục tiêu trở thành những nhà trồng trọt lớn nhất thế giới (2%). Nhằm khai thác tiềm năng của 98% nông dân sản xuất nhỏ lẻ còn lại đang canh tác trên diện tích đất ít hơn 2 ha, SupPlant đã giới thiệu một hệ thống tưới tiêu mới tại các nước đang phát triển ở châu Phi, Ấn Độ, châu Á và Nam Mỹ.

Ben Ner giải thích: “Chúng tôi đã thu thập hàng tỷ tỷ điểm dữ liệu và nhờ vào cơ sở dữ liệu đó, bằng cách sử dụng thiết bị ít cảm biến với chi phí 1 đô la một tháng cho mỗi nông dân. Chúng tôi hiện có nửa triệu người trồng ngô quy mô nhỏ ở Kenya, sử dụng hệ thống và nhận dịch vụ thông qua điện thoại di động, nhưng cũng thông qua cảnh báo SMS”.

Dự tính đến cuối năm 2022, SupPlant ​​sẽ có hơn 2 triệu nông dân sản xuất nhỏ trên khắp châu Phi và Ấn Độ sử dụng hệ thống của mình. “Ấn Độ có tới 110 triệu hộ sản xuất nhỏ và đây là nơi chúng tôi đang đầu tư lớn. Ngoài ra chúng tôi có một đối tác nền tảng ở Nam Phi, nơi chúng tôi mong đợi 200.000 nông dân sẽ được tích hợp công nghệ này. Nếu một nông dân có thể tăng 5 phần trăm năng suất cây trồng, đồng nghĩa nó có thể tăng tới 30 phần trăm lợi nhuận”, theo ông Ben Ner.

Hiện thị trường chính của SupPlant đối với hệ thống dựa trên cảm biến là Mexico, nơi công nghệ của họ giúp nông dân cải thiện năng suất xoài lên 20%. Công ty khởi nghiệp này cũng hỗ trợ những người trồng bơ ở Nam Phi, trong khi hệ thống cảnh báo chủ động của nó đã giúp một nông dân trồng cây có múi ở Úc vượt qua đợt nắng hạn kéo dài 4 ngày với nhiệt độ khoảng 113°F (45 độ C) mà hầu như không bị thiệt hại gì.

Gần đây nhất, SupPlant đã đạt được thỏa thuận với một đối tác ở Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất đang sử dụng công nghệ của họ để giảm lượng nước sử dụng cho cây cọ dầu và triển khai hệ thống tưới chính xác cho cây chà là.

“UAE sẽ sớm trở thành thị trường lớn thứ năm của chúng tôi và dự kiến năm 2022 tới, chúng tôi sẽ đến Maroc và đàm phán với Ả Rập Xê-út”, ông Ben Ner cho biết.