Magugu ni tatizo sugu katika kilimo kwa sababu yanashindana na mazao kwa mwanga wa jua, maji, na virutubisho. Changamoto ya leo si tu “kuua magugu” (trekta na dawa za kuua magugu zinaweza kufanya hivyo) bali ni 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, na kisha kuondoa au kuua magugu moja kwa moja.

Mifumo hii inaahidi kuokoa kazi, kupunguza matumizi ya kemikali, na kufanya kilimo kuwa bora na endelevu.

Jinsi AI Inavyotambua Magugu

Udhibiti wa magugu unaotegemea AI hutegemea kuona kwa kompyuta na kujifunza kwa kina. Kamera zilizo kwenye trekta, mashine za kupuliza, au roboti wadogo huchukua picha za mimea, na mifano ya AI (mara nyingi mitandao ya neva ya convolution, CNNs) hujifunza kutofautisha mazao na magugu.

Kwa mfano, Carbon Robotics hupakia mamilioni ya picha zilizoandikwa za magugu na mazao kufundisha CNN ya kutambua magugu, ambayo inafanya kazi kwenye vifaa vya LaserWeeder bila kuhitaji intaneti. John Deere pia hutumia kuona iliyojengwa ndani na CNN kwenye trekta zake zisizo na dereva na mashine za See & Spray kutambua magugu kwa wakati halisi. Katika utafiti, mifano maalum ya AI kama aina za YOLO na transformers za kuona imefikia usahihi wa zaidi ya 90% katika kugundua aina za magugu shambani.

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.

Kwa mfano, mashine za See & Spray za John Deere zina kamera nyingi na processors zilizo ndani zinazochambua mikoa elfu kwa sekunde. Kila fremu ndogo ya kamera huchambuliwa na kujifunza kwa mashine kuamua “zao au gugu?”, na ikiwa ni gugu, mfumo huanzisha bomba la kupulizia mara moja kwa eneo hilo.

Kwa maana hiyo, AI hubadilisha trekta kuwa roboti mwerevu sana aliye na uwezo wa kutambua hata magugu madogo yenye majani 2–3 shambani.

Njia za Kuondoa Magugu Zinazotegemea AI

Mara magugu yanapotambuliwa, mifumo tofauti huondoa magugu kwa njia tofauti. Njia kuu tatu ni kupuliza kwa usahihi, kutumia zana za mitambo, na kutumia laser au joto. Zote hutumia kuona kwa AI kuzingatia matibabu tu kwa magugu.

• Kupuliza kwa Usahihi (Mashine za Kupuliza Sehemu): Mifumo hii huweka kamera kwenye bomba la kupulizia au jukwaa la kusogea na kupuliza dawa za kuua magugu tu kwa magugu yaliyotambuliwa. Mfano wa John Deere wa See & Spray hutumia kamera zilizo kwenye bomba na AI kupunguza matumizi ya dawa za kuua magugu kwa wastani wa 59%.
  
  Mashine hupitia shamba kwa kasi hadi maili 15 kwa saa, na kila mara mtandao wa neva unaotumia AI unapotambua gugu, huanzisha bomba la kupulizia eneo hilo. Kinyume chake, kupuliza kawaida hufunika shamba lote.
  
  Utafiti unaonyesha kuwa roboti za kupuliza sehemu zinaweza kupunguza kiasi cha dawa kwa mara 20 na kupunguza matumizi ya kemikali hadi 95%. Kampuni ya Ecorobotix (ya Uswisi) pia inajivunia mashine yake ya kupuliza shambani yenye usahihi wa hali ya juu inayotumia programu ya AI kutofautisha magugu na mazao na kupuliza mimea isiyotakikana tu.
  
  Kwenye matumizi halisi, mashine hizi za AI zimeokoa mamilioni ya galoni za kemikali – John Deere inaripoti kuwa See & Spray ilihifadhi takriban galoni milioni 8 za dawa za kuua magugu kwenye ekari zaidi ya milioni moja mwaka 2024.

• Vifaa vya Mitambo vya Kuondoa Magugu: Roboti wengine hutoa zana za kimwili badala ya dawa. Kwa mfano, roboti Element ya Aigen (iliyofadhiliwa na makampuni makubwa ya teknolojia) huunganisha kamera na AI na “kibao” cha mitambo kinachokatakata magugu mizizi.
  
  Roboti inapopita kati ya mistari ya mazao, algorithmi zake huongoza kisu mkali kukata magugu yaliyotambuliwa. Kwa kuwa ni njia ya kugusa, haidhuru mazao. Element hutumia nishati ya jua/upepo na imeundwa kwa ajili ya kuondoa magugu bila kemikali.
  
  Viwanda kama FarmWise na Verdant Robotics pia vimeunda mashine za kulima zilizoongozwa na AI. Roboti ya Verdant “Sharpshooter”, kwa mfano, hutumia kuona kwa kompyuta kupuliza dozi ndogo ya dawa kwa kila gugu, ikipunguza matumizi ya kemikali kwa takriban 96%. Njia za mitambo ni za matumaini hasa kwa mazao ya kikaboni au maalum ambapo matumizi ya dawa ni tatizo.

• Kuondoa Magugu kwa Laser na Joto: Njia mpya kabisa hutumia laser zenye nguvu au miale ya joto kuua magugu. Carbon Robotics (USA) imeunda LaserWeeder G2, mashine inayovutwa na trekta yenye laser 240-watt na kamera nyingi.
  
  Mfumo wake wa kuona (unaotumia mitandao ya neva) huchunguza mimea kisha hutoa miale ya laser kuungua 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.
  
  (Mfumo mwingine wa Uingereza uitwao Map & Zap hutumia laser zilizoongozwa na AI kwa ufanisi wa zaidi ya 90%.) Chaguo jingine la joto ni kuchoma; mashine zingine hutumia joto lililoelekezwa kuangamiza magugu.
  Kwenye mifumo yote ya laser/joto, kuona kwa AI ni muhimu sana – bila hiyo miale yenye nguvu ingeangamiza kila kitu.

Njia hizi tofauti za kuondoa magugu pia zinaweza kuunganishwa. Kwa mfano, Chuo Kikuu cha Guelph kimeunda skana ya AI inayowekwa kwenye trekta inayofanya 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 kama kupuliza, kukata, au kuchoma gugu fulani kulingana na aina ya zao na hali.

Masomo Halisi ya Matukio

Teknolojia ya kisasa ya kuondoa magugu kwa AI tayari inatumika katika mashamba duniani kote. Hapa kuna mifano michache:

• John Deere See & Spray: Mfumo huu unaongoza sekta umeenea 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.
  
  Kampuni inaripoti upunguzaji wa wastani wa 59% wa dawa katika mashamba ya mahindi, soya, na pamba. Wakulima wanamshukuru See & Spray kwa kuokoa kubwa: mkulima mmoja Kansas alisema alipunguza gharama za dawa kwa theluthi mbili kwa kutumia mfumo huu.
  
  Kifundi, 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 ndogo.

• Carbon Robotics LaserWeeder: Mwanzilishi Paul Mikesell (mhandisi wa zamani wa Uber) alitumia miaka kuendeleza laser weeder inayotegemea AI. LaserWeeder G2 hutumia CNN iliyofundishwa kutambua magugu kisha kuwapiga kwa miale ya laser kwa haraka.
  
  Mfumo huu hufanya kazi kabisa ndani ya mashine bila kuhitaji mtandao. Carbon Robotics inasisitiza ufanisi: laser zake zinaweza kuondoa magugu “madogo kama ncha ya kalamu” kabla hayajashindana na mazao.
  
  Kwenye matumizi halisi, mashine za LaserWeeder (zinazovutwa na trekta) zinaweza kufanya kazi mchana na usiku na kupita mashambani kwa wingi. Zina 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: Kampuni ya Uswisi Ecorobotix hutengeneza mashine ya kupuliza yenye usahihi wa hali ya juu inayotumia nishati ya jua iitwayo ARA. Mfumo wake wa kuona “Plant-by-Plant™” hutumia kujifunza kwa kina kugundua magugu kwa kasi kubwa.
  
  Ecorobotix inadai kupunguza matumizi ya kemikali hadi 95% kwa sababu inalenga magugu tu. Majaribio yanaonyesha AI inaweza kutambua aina za magugu kwa usahihi wa chini ya sentimita wakati mashine inaposogea, ikifanya maamuzi kwa takriban millisekunde 250 kwa kila mmea.
  
  Kampuni inauza mashine hii kwa mboga za thamani kubwa na mazao maalum ambapo kuokoa kemikali na kazi ni muhimu.

• Verdant Robotics – Sharpshooter: Kampuni changa ya Verdant Robotics imeunda Sharpshooter, roboti inayotumia kuona kwa kompyuta kutambua magugu kisha kupuliza dozi ndogo kwa kila gugu.
  
  Katika majaribio, Verdant iliripoti kuwa Sharpshooter inaweza kupunguza matumizi ya dawa kwa 96% na kupunguza gharama za kuondoa magugu kwa zaidi ya 50% ikilinganishwa na njia za kawaida.
  
  Hii ni mfano mwingine wa teknolojia ya kupuliza sehemu inayowezeshwa na AI, ambapo mfumo wa kuona hufanya kazi ya kikundi kizima cha wapulizia.

• Roboti wa Kuchunguza Magugu wa Chuo Kikuu cha Guelph: Watafiti chini ya uongozi wa Dk. Medhat Moussa walitengeneza mfumo wa majaribio kwa mashamba ya maharagwe ya lima ya kikaboni. Kamera ya AI iliyowekwa kwenye trekta huchunguza shamba na kutengeneza ramani ya msongamano wa magugu ya magugu kama pigweed (kwa mfano).
  
  Algorithmi huunganisha picha nyingi, kutofautisha maharagwe ya lima na magugu, hivyo mkulima anajua sehemu gani hasa za shamba zinahitaji matibabu.
  
  Njia hii huongeza uchunguzi wa mikono: huokoa muda, kupunguza sehemu zilizokosa, na kuongoza matumizi sahihi ya dawa. Picha hapa chini inaonyesha mashine yao ya kuchunguza yenye uhuru shambani.

• Ubunifu Mwingine: Aigen (USA) inatengeneza roboti yenye magurudumu yenye uhuru kamili, Element, inayotembea mashambani, hutumia nishati ya jua, na kuondoa magugu kwa kutumia visu vinavyoongozwa na kamera.
  
  FarmWise (USA) imeunda roboti Vulcan na Titan zinazotumia njia za kujifunza kwa mashine kutambua na kuondoa magugu kati ya mistari ya mboga.
  
  Penn State Extension na wengine wanaripoti juu ya “vibadilishaji vya kilimo vya akili” vinavyovutwa na trekta (Robovator ya VisionWeeding, Robocrop ya Garford) vinavyotumia kuona kwa mashine kuongoza zana za kilimo kwa usahihi.
  
  Hata ndege zisizo na rubani zilizo na kamera za multispectral na algorithmi za AI zinaweza kugundua sehemu za magugu kutoka angani, kusaidia kupanga matibabu.
  
  Kwa kifupi, iwe shamba kubwa au kidogo cha mazao maalum, roboti za kuondoa magugu zinazoendeshwa na AI zinaibuka kwa njia nyingi.

Manufaa: Ufanisi, Faida na Uendelevu

Udhibiti wa magugu kwa AI unaleta faida wazi:

• Kuokoa Kemikali kwa Kiasi Kikubwa: Kwa kupuliza magugu tu, mifumo hii hupunguza kiasi cha dawa kwa kiasi kikubwa. Kwa mfano, John Deere inaripoti mamilioni ya galoni zilizo hifadhiwa – sawa na mabwawa 12 ya Olimpiki kwenye ekari milioni 1 tu.
  
  Utafiti unaonyesha wastani wa kuokoa kati ya 60–76% katika matumizi ya dawa shambani. Kupungua kwa kemikali kunawanufaisha wakulima na mazingira.

• Mazao Bora na Afya ya Mazao: Kuondoa magugu mapema na kwa ukamilifu husaidia mazao kustawi. Mifumo ya AI inaweza kuondoa magugu madogo ambayo binadamu wanaweza kuyakosa, kabla hayajachukua rasilimali.
  
  Wakulima wanaotumia roboti za AI mara nyingi huripoti mazao yenye afya bora, ya usawa, na yenye ubora wa juu. Kwa kuwa AI huondoa magugu mahali pa ukuaji, pia hupunguza shinikizo la mbegu za magugu shambani baadaye.

• Kuokoa Kazi na Muda: Kuondoa magugu kwa mikono au kuendesha trekta kwa uangalifu ni kazi ngumu. Roboti za AI hufanya kazi hii moja kwa moja, zikitoa muda kwa watu.
  
  Kwa mfano, roboti za usahihi hupunguza haja ya wafanyakazi wa kuondoa magugu kwa mikono hadi 37% katika mashamba magumu ya mistari. Mkulima mmoja alisema kutumia See & Spray kumemruhusu hata mtumiaji mchanga kufanikisha kazi kama dereva mtaalamu wa mashine za kuvuna, shukrani kwa msaada wa AI.

• Faida za Mazingira na Usalama: Kupungua kwa dawa za kuua magugu kunapunguza mmomonyoko wa kemikali kwenye maji na udongo. Mbinu za kuchagua pia zinapunguza idadi ya mara za kupita shambani (kupunguza matumizi ya mafuta) na kuepuka kulima tena udongo mara nyingi (kuzuia mmomonyoko wa udongo).
  
  Konsaltingi ya McKinsey inataja “ushindi mara tatu” kwa aina hii ya automatisering: uzalishaji mkubwa, usalama bora shambani (watu wachache kushughulikia kemikali), na maendeleo kuelekea malengo ya uendelevu.

• Ufanisi wa Gharama: Haya yote yanatafsirika kuwa kuokoa gharama. Mbali na kupunguza dawa, wakulima huokoa muda wa vifaa na gharama za wafanyakazi.
  
  John Deere na washirika wamegundua kuwa ingawa mashine za kupuliza kwa usahihi zinagharimu zaidi awali, faida ya uwekezaji inaweza kuonekana ndani ya miaka 1–3 kutokana na kuokoa pembejeo. Wakulima wengi katika majaribio walipunguza gharama za udhibiti wa magugu kwa ekari nusu au zaidi baada ya kutumia mfumo wa AI kikamilifu.

Changamoto na Utekelezaji

Licha ya ahadi, udhibiti wa magugu kwa AI bado ni mpya na haujafikia kila mahali. Hadi mwanzo wa 2024, takriban 27% tu ya mashamba ya Marekani yanatumia teknolojia za kilimo cha usahihi kama udhibiti wa magugu.

Vizuizi ni pamoja na gharama kubwa ya vifaa, hitaji la ujuzi maalum, na wasiwasi kuhusu umiliki wa data na uaminifu. Wakulima wengine pia wana wasiwasi kuhusu ugumu wa teknolojia au kuwa na magugu yanayofanana sana na mazao kwa urahisi wa kutofautisha kwa kuona.

Kwa mfano, mkulima mmoja North Dakota alikiri kuwa alikuwa na shaka kuhusu See & Spray, lakini baada ya kuitumia aliamini kwa sababu ilionyesha urahisi na ufanisi.

Hata hivyo, wataalamu wa sekta wanatarajia ukuaji wa haraka. Kuongezeka kwa bei za pembejeo (mbolea, dawa, kazi) na shinikizo la mazingira kunasukuma wakulima wengi kuelekea mbinu za usahihi.

Watengenezaji wakubwa wa vifaa vya kilimo kama Deere wanazindua “vifaa vya uhuru” na kuhimiza uwezo wa AI, wakati kampuni changa zinavutia wawekezaji wakubwa wa kilimo.

Programu pia inazidi kuwa rahisi – wakulima wengine wanajaribu zana za AI za kizazi kipya (kama ChatGPT) kusaidia kupanga shughuli za shamba na uchambuzi wa data.

Kwa muda, kadri gharama zinavyopungua na interfaces kuboreshwa, zana za udhibiti wa magugu kwa AI zinapaswa kusambaa kutoka mashamba makubwa hadi ya wastani na wadogo pia.

Mtazamo wa Baadaye

Usimamizi wa magugu unaotegemea AI bado unaendelea kubadilika, lakini mwelekeo ni wazi: mashine mwerevu zaidi zitashughulikia kazi za kawaida za kuondoa magugu.

Mifumo ya baadaye inaweza kuunganisha aina mbalimbali za sensa (kamera za RGB, picha za multispectral, hata sensa za harufu za mimea) na kuamua kwa nguvu kama kupuliza, kukata, au kuchoma kila gugu.

Zitakuwa zikiunganishwa na GPS za shamba na zana za ramani, ili maamuzi yaandikwe na kujifunzwa kwa matumizi ya baadaye.

Kama mtaalamu mmoja alivyoeleza, wakulima wanataka “zana inayofanya kila kitu” – AI inaelekea kwenye maono hayo kwa kuwapa mashine uwezo wa kutatua matatizo ya papo hapo shambani.

Muhimu zaidi, suluhisho hizi za AI zinaendana na mahitaji ya dunia kwa kilimo endelevu. Watumiaji na wasimamizi wa sheria wanazidi kuhitaji mabaki ya kemikali kuwa chini na kilimo rafiki kwa mazingira.

>>> Huenda hukujua: Jinsi ya kutabiri wadudu na magonjwa ya mimea kwa kutumia AI

Kwa kupunguza matumizi ya dawa za kuua magugu kwa 80–95% katika baadhi ya matukio, roboti za AI zinaunga mkono malengo hayo moja kwa moja. Pia husaidia mashamba kukabiliana na uhaba wa wafanyakazi na msongo wa hali ya hewa.

Kwa kifupi, utambuzi na kuondoa magugu unaodhibitiwa na AI unazidi kuwa teknolojia ya mabadiliko makubwa katika kilimo – inayohakikisha kilimo safi, salama, na chanya kwa siku za usoni.