Programu ya AI Kutambua Magugu na Kuondoa Kiotomatiki
Magugu bado ni changamoto sugu katika kilimo, yakishindana na mazao kwa mwanga wa jua, maji, na virutubisho. Leo, lengo si tu "kuua magugu" kwa kutumia trekta au kemikali, bali kuondoa magugu kwa kuchagua bila kuharibu mazao. Kwa nguvu ya akili bandia (AI) na roboti, mashine za kisasa zinaweza kutofautisha kati ya mazao na magugu kupitia kuona kwa kompyuta, kisha kuondoa magugu kiotomatiki kwa kutumia kupuliza kwa usahihi, zana za mitambo, laser, au joto. Ubunifu huu unapunguza gharama, kupunguza matumizi ya kemikali, na kusaidia kilimo endelevu.
Magugu ni tatizo sugu katika kilimo kwa sababu yanashindana na mazao kwa mwanga wa jua, maji na virutubisho. Changamoto leo si tu "kuua magugu" (trekta na dawa za kuua magugu zinaweza kufanya hivyo) bali kufanya hivyo kwa kuchagua – kuondoa magugu bila kuharibu mazao.
AI na roboti za kisasa sasa zinatoa zana mpya zenye nguvu kwa hili. Kwa kutumia kuona kwa kompyuta na kujifunza kwa mashine, mashine za kisasa za kilimo zinaweza "kuona" mimea binafsi, kutofautisha mazao na magugu, kisha kuondoa au kuua magugu kiotomatiki.
Jinsi AI Inavyotambua Magugu
Udhibiti wa magugu unaoendeshwa na AI unategemea kuona kwa kompyuta na kujifunza kwa kina. Kamera zilizo kwenye trekta, mashine za kupulizia, au roboti wadogo huchukua picha za mimea, na mifano ya AI (mara nyingi mitandao ya neva ya convolution, CNNs) hujifunza kutofautisha mazao na magugu.
Carbon Robotics
John Deere
Matokeo ni kwamba mifumo ya kuona ya kisasa inaweza kuonyesha magugu kwa usahihi wa kiwango cha pikseli. Hufanya kazi kwa wakati halisi wakati mashine inaposogea.
Mashine za John Deere See & Spray zina kamera nyingi na processors zilizo ndani zinazochambua maelfu ya futi za mraba kwa sekunde. Kila fremu ndogo ya kamera huchambuliwa na kujifunza kwa mashine kuamua "mazao au magugu?", na ikiwa ni magugu, mfumo huanzisha bomba la kupulizia mara moja kwa sehemu hiyo.
— Nyaraka za Kiufundi za John Deere
Kwa maana hiyo, AI hubadilisha trekta kuwa roboti mwerevu sana aliye na uwezo wa kutambua hata magugu madogo yenye majani 2–3 shambani.
Mbinu za Kuondoa Magugu Zinazoendeshwa na AI
Baada ya magugu kutambuliwa, mifumo tofauti huondoa magugu kwa njia tofauti. Njia kuu tatu ni kupulizia kwa usahihi, kuondoa magugu kwa mitambo, na kuua magugu kwa laser au joto. Zote hutumia kuona kwa AI kuzingatia matibabu tu kwa magugu.
Kupulizia kwa Usahihi (Spot Sprayers)
Mifumo hii huweka kamera kwenye bomba la kupulizia au jukwaa la kusogea na kupulizia dawa za kuua magugu tu kwa magugu yaliyotambuliwa. Mfumo wa John Deere See & Spray, kwa mfano, hutumia kamera zilizo kwenye bomba na AI kupunguza matumizi ya dawa za kuua magugu kwa wastani wa 59%.
Uendeshaji wa Kasi ya Juu
Huchambua mashamba kwa kasi hadi 15 mph
- Usindikaji wa mtandao wa neva kwa wakati halisi
- Uanzishaji wa bomba moja kwa moja
Kupunguza Kemikali
Akiba kubwa ya dawa za kuua magugu
- Kupunguzwa mara 20 kwa kiasi cha dawa
- Upungufu wa hadi 95% katika matumizi ya kemikali
Kuondoa Magugu kwa Mitambo
Roboti wengine hutoa zana za kimwili badala ya dawa. Kwa mfano, roboti Element ya Aigen (inayofadhiliwa na makampuni makubwa ya teknolojia) huunganisha kamera na AI na "kibao" cha mitambo kinachokatakata magugu mizizi.
- Inatumia nguvu ya jua/upepo
- Kuondoa magugu bila kemikali
- Mbinu ya kugusa isiyoharibu mazao
- Inafaa kwa kilimo cha kikaboni
Vivyo hivyo, makampuni kama FarmWise na Verdant Robotics wameunda mashine za kulima zinazoongozwa na AI. Roboti ya Verdant "Sharpshooter", kwa mfano, hutumia kuona kwa kompyuta kupulizia dozi ndogo ya dawa kwa kila gugu, ikipunguza matumizi kwa takriban 96%. Mbinu za mitambo ni matumaini makubwa kwa mazao ya kikaboni au maalum ambapo matumizi ya dawa ni tatizo.
Kuua Magugu kwa Laser na Joto
Njia mpya sana hutumia laser zenye nguvu au miale ya joto kuua magugu. Carbon Robotics (USA) imeunda LaserWeeder G2, mashine inayovutwa na trekta yenye laser nyingi za 240-watt na kamera.
Mfumo wake wa kuona (unaotumia mitandao ya neva) huchambua mimea kisha hutoa laser kuwaka kwa usahihi tishu za msingi za gugu. Njia hii haina kemikali na ni sahihi sana: Carbon Robotics inadai usahihi wa chini ya milimita na inaweza kuchakata mamilioni ya picha kwa saa.
Mbinu hizi tofauti za kuondoa magugu pia zinaweza kuunganishwa. Kwa mfano, Chuo Kikuu cha Guelph kimeunda skana ya AI iliyowekwa kwenye trekta inayochora ramani ya msongamano wa magugu katika mashamba ya maharagwe ya lima.
Wakulima wanaweza kisha kupulizia dawa tu sehemu zilizo ramani. Baadaye tunaweza kuona mifumo iliyojumuishwa: roboti inaweza kutumia kuona kwa AI kuamua je kupulizia, kukata, au kuchoma gugu fulani kulingana na aina ya zao na hali.
Mifano Halisi ya Matukio
Teknolojia ya kuondoa magugu kwa AI tayari inatumika katika mashamba duniani kote. Hapa kuna mifano michache:
John Deere See & Spray
Mfumo huu unaongoza sekta umekubalika sana katika kilimo kikubwa cha nafaka. Katika majaribio mwaka 2024, mashine za See & Spray zilitibu zaidi ya ekari milioni 1 na kuokoa takriban galoni milioni 8 za dawa za kuua magugu.
Nilipunguza gharama za dawa za kuua magugu kwa theluthi mbili kwa kutumia mfumo huu.
— Mkulima wa Kansas
Kiteknolojia, See & Spray hutumia kamera zilizo kwenye bomba na mitandao ya neva ndani ya mashine kuamua "gugu au si gugu." Ikiwa gugu linatambuliwa, mashine huanzisha bomba moja kwa moja, ikiruhusu matumizi ya usahihi wa sehemu.
Carbon Robotics LaserWeeder
Mwenyekiti Paul Mikesell (mhandisi wa zamani wa Uber) alitumia miaka kuendeleza laser weeder inayoendeshwa na AI. LaserWeeder G2 yake hutumia CNN iliyofundishwa kugundua magugu kisha kuwapiga kwa miale ya laser ya haraka.
- Inafanya kazi kabisa kwenye mashine bila intaneti
- Inaweza kuua magugu "madogo kama ncha ya kalamu"
- Inafanya kazi mchana na usiku kwa kiwango kikubwa
- Usahihi wa chini ya milimita
Kivitendo, vitengo vya LaserWeeder (vinavyoendeshwa na trekta) vinaweza kufanya kazi mchana na usiku na kukata mashamba kwa kiwango kikubwa. Vina kamera nyingi na GPUs kwa kila moduli, na hufanya kazi kwa usahihi wa chini ya milimita. Usahihi huu unamaanisha hakuna mazao yanayoharibika na hakuna haja ya kulima tena udongo.
Ecorobotix ARA Sprayer
Switzerland Ecorobotix hutengeneza sprayer yenye nguvu ya jua na usahihi mkubwa inayoitwa ARA. Mfumo wake wa kuona "Plant-by-Plant™" hutumia kujifunza kwa kina kugundua magugu kwa kasi kubwa.
Kupunguza Kemikali
Upungufu wa hadi 95% katika matumizi ya kemikali
Muda wa Kujibu
~250 millisekunde kwa uamuzi wa kila mmea
Majaribio yanaonyesha AI inaweza kutambua aina za magugu kwa usahihi wa chini ya sentimita wakati mashine inaposogea, ikifanya maamuzi kwa ~250 millisekunde kwa mmea. Kampuni inauza kwa mboga za thamani kubwa na mazao maalum ambapo kuokoa kemikali na kazi ni muhimu.
Verdant Robotics – Sharpshooter
Kampuni changa inayoitwa Verdant Robotics imeunda Sharpshooter, roboti inayotumia kuona kwa kompyuta kuonyesha magugu kisha kupulizia dozi ndogo ya dawa kwa kila gugu.
Kupulizia Kawaida
- Matumizi makubwa ya dawa za kuua magugu
- Gharama kubwa
- Madhara kwa mazingira
Usahihi unaoongozwa na AI
- Upungufu wa 96% wa dawa za kuua magugu
- Akiba ya gharama zaidi ya 50%
- Madhara kidogo kwa mazingira
Hii ni mfano mwingine wa teknolojia ya kupulizia sehemu inayowezeshwa na AI, ambapo mfumo wa kuona hufanya kazi ya kikundi kizima cha wapulizia.
Utafiti wa Chuo Kikuu cha Guelph
Watafiti chini ya uongozi wa Dr. Medhat Moussa walitengeneza mfumo wa majaribio kwa mashamba ya maharagwe ya lima ya kikaboni. Kamera ya AI iliyowekwa kwenye trekta huchambua shamba na kutengeneza ramani ya msongamano wa magugu ya pigweed (kwa mfano).
Kupiga Picha
Kamera ya AI huchambua shamba
Uchambuzi wa AI
Algorithmi hutofautisha maharagwe ya lima na magugu
Ramani ya Msongamano
Hutengeneza ramani sahihi ya msongamano wa magugu
Njia hii huongeza ukaguzi wa mikono: huokoa muda, hupunguza maeneo yaliyopitwa, na huelekeza matumizi sahihi ya dawa za kuua magugu.
Ubunifu Mwingine
- Aigen (USA): Inatengeneza roboti yenye magurudumu yenye uhuru kamili, Element, inayozunguka mashamba, inatumia nguvu ya jua, na kuondoa magugu kwa kutumia visu vinavyoongozwa na kamera.
- FarmWise (USA): Imetengeneza roboti Vulcan na Titan zinazotumia njia za kujifunza kwa mashine kutambua na kuondoa magugu kati ya safu za mboga.
- Vikulima Werevu: Penn State Extension inaripoti kuhusu "vikulima werevu" vinavyoendeshwa na trekta (Robovator ya VisionWeeding, Robocrop ya Garford) vinavyotumia kuona kwa mashine kuongoza zana za kulima kwa usahihi.
- Droni za Angani: Hata droni zilizo na kamera za multispectral na algorithmi za AI zinaweza kugundua maeneo ya magugu kutoka juu, kusaidia kupanga matibabu.
Kwa kifupi, iwe shamba kubwa au shamba dogo la mazao maalum, roboti za kuondoa magugu zinazoendeshwa na AI zinaibuka kwa aina nyingi.
Faida: Ufanisi, Faida na Uendelevu
Udhibiti wa magugu kwa AI unaleta faida wazi:
Akiba Makubwa ya Kemikali
Kwa kupulizia magugu tu, mifumo hii hupunguza kiasi cha dawa za kuua magugu kwa kiasi kikubwa.
- John Deere inaripoti mamilioni ya galoni yaliyohifadhiwa
- Kama mabwawa 12 ya Olimpiki kwa ekari milioni 1 tu
- Akiba ya wastani wa 60–76% katika matumizi ya dawa za kuua magugu
Mazao Bora na Afya ya Mazao
Kuondoa magugu mapema na kwa ukamilifu husaidia mazao kustawi.
- Kuondoa magugu madogo ambayo binadamu wanaweza kupuuzia
- Mazao yenye afya na usawa zaidi
- Kupunguza shinikizo la mbegu za magugu siku zijazo
Akiba ya Kazi na Muda
Roboti za AI hufanya kazi ya kuondoa magugu kiotomatiki, hutoa muda wa watu.
- Upungufu wa hadi 37% wa wahudumu wa kuondoa magugu kwa mikono
- Waendeshaji wapya wanaweza kufanya kazi kama wataalamu
- Kuondoa magugu kwa usahihi kiotomatiki
Faida za Mazingira na Usalama
Dawa kidogo za kuua magugu zinamaanisha maji na udongo vina salama zaidi.
- Kupita mara chache shambani (kupunguza matumizi ya mafuta)
- Hakuna kulima tena kwa kesi nyingi (kuzuia mmomonyoko wa udongo)
- Usalama bora shambani (watu wachache kushughulikia kemikali)
Uchambuzi wa Ufanisi wa Gharama
| Kigezo cha Gharama | Mbinu ya Kawaida | Kuondoa Magugu kwa AI | Akiba |
|---|---|---|---|
| Gharama za Dawa za Kuua Magugu | Matumizi makubwa | Matumizi ya kuchagua tu | Upungufu wa 60-95% |
| Gharama za Kazi | Wafanyakazi wa kuondoa magugu kwa mikono | Uendeshaji wa kiotomatiki | Upungufu wa 37% |
| Muda wa Vifaa | Kupita mara nyingi shambani | Kupita mara moja kwa usahihi | Akiba ya muda zaidi ya 50% |
| Muda wa Kurudisha Gharama (ROI) | Haipo | Gharama kubwa mwanzoni | Malipo ndani ya miaka 1-3 |
Haya yote yanatafsiriwa kuwa akiba ya gharama. Mbali na kupunguza dawa, wakulima huokoa muda wa vifaa na wafanyakazi waliopo. John Deere na washirika wamegundua kwamba ingawa sprayers za usahihi ni ghali mwanzoni, ROI inaweza kupatikana ndani ya miaka 1–3 kutokana na akiba ya pembejeo. Wakulima wengi katika majaribio walipunguza gharama za udhibiti wa magugu kwa nusu au zaidi baada ya kutumia mfumo wa AI kikamilifu.
Changamoto na Utekelezaji
Licha ya ahadi, kuondoa magugu kwa AI bado ni mpya na haijatapakaa sana. Hadi mwanzo wa 2024 takriban ~27% ya mashamba ya Marekani yanatumia teknolojia yoyote ya kilimo cha usahihi kwa kazi kama udhibiti wa magugu.
Vizingiti vya Sasa
- Gharama kubwa ya vifaa
- Hitaji la maarifa maalum
- Waswasi kuhusu umiliki wa data na uaminifu
- Changamoto za ugumu wa teknolojia
- Mashamba yenye magugu yanayofanana sana na mazao
Nilikuwa na shaka kuhusu See & Spray, lakini baada ya kuitumia niliamini kwa sababu ilionekana rahisi na yenye ufanisi.
— Mkulima wa North Dakota
Vichocheo vya Ukuaji
Hata hivyo, wataalamu wa sekta wanatarajia ukuaji wa haraka. Kuongezeka kwa bei za pembejeo (mbolea, dawa za kuua magugu, kazi) na shinikizo la mazingira vinaongeza wakulima wengi kuelekea mbinu za usahihi.
Watengenezaji Vifaa
Ubunifu wa Kampuni Mpya
Ujumuishaji wa AI
Mtazamo wa Baadaye
Udhibiti wa magugu unaoendeshwa na AI bado unaendelea kubadilika, lakini mwelekeo ni wazi: mashine mwerevu zaidi zitashughulikia kazi za kawaida za kuondoa magugu.
Hisia za Njia Nyingi
Kuunganisha kamera za RGB, picha za multispectral, hata sensa za harufu za mimea
Uamuzi wa Mabadiliko
Kuamua je kupulizia, kukata, au kuchoma kila gugu kwa mabadiliko ya hali
Mifumo Iliyojumuishwa
Ujumuishaji na GPS za shamba na zana za ramani kwa kujifunza endelevu
Wakulima wanataka "zana inayofanya kila kitu" – AI inaelekea kwenye maono hayo kwa kuwapa mashine uwezo wa kutatua matatizo ya papo kwa papo shambani.
— Mtaalamu wa Teknolojia ya Kilimo
Athari za Uendelevu Duniani
Kwa muhimu, suluhisho hizi za AI zinaendana na mahitaji ya dunia kwa kilimo endelevu. Watumiaji na wasimamizi wanazidi kuhitaji mabaki ya kemikali kuwa chini na kilimo rafiki kwa mazingira.
Kupunguza Kemikali
Upungufu wa 80–95% wa dawa za kuua magugu katika baadhi ya kesi
Suluhisho za Kazi
Husaidia mashamba kukabiliana na uhaba wa wafanyakazi
Urekebishaji wa Hali ya Hewa
Inasaidia mashamba kukabiliana na msongo wa hali ya hewa
