Cỏ dại là một vấn đề dai dẳng trong nông nghiệp vì chúng cạnh tranh với cây trồng về ánh sáng mặt trời, nước và dinh dưỡng. Thách thức hiện nay không chỉ đơn thuần là “diệt cỏ” (máy kéo và thuốc diệt cỏ có thể làm được điều đó) mà là làm điều đó một cách chọn lọc – loại bỏ cỏ dại mà không làm tổn hại cây trồng.

Công nghệ AI và robot tiên tiến hiện nay cung cấp những công cụ mạnh mẽ cho việc này. Bằng cách sử dụng thị giác máy tính và học máy, các máy móc nông nghiệp hiện đại có thể “nhìn thấy” từng cây riêng lẻ, phân biệt cây trồng với cỏ dại, rồi tự động loại bỏ hoặc tiêu diệt cỏ dại.

Các hệ thống này hứa hẹn tiết kiệm nhân công, giảm sử dụng hóa chất và làm cho nông nghiệp hiệu quả và bền vững hơn.

Cách AI Nhận Diện Cỏ Dại

Kiểm soát cỏ dại dựa trên AI sử dụng thị giác máy tính và học sâu. Các camera gắn trên máy kéo, thiết bị phun thuốc hoặc robot nhỏ chụp ảnh cây trồng, và các mô hình AI (thường là mạng nơ-ron tích chập, CNN) được huấn luyện để phân biệt cây trồng với cỏ dại.

Ví dụ, Carbon Robotics tải lên hàng triệu hình ảnh có nhãn của cỏ dại và cây trồng để huấn luyện CNN tìm cỏ dại, chạy trực tiếp trên thiết bị LaserWeeder của họ (không cần internet). John Deere cũng sử dụng thị giác nhúng và CNN trong máy kéo tự hành và thiết bị phun See & Spray để nhận diện cỏ dại theo thời gian thực. Trong nghiên cứu, các mô hình AI tùy chỉnh như biến thể YOLO và transformers thị giác đạt độ chính xác trên 90% trong việc phát hiện các loài cỏ dại trên đồng ruộng.

Kết quả là các hệ thống thị giác hiện đại có thể phát hiện cỏ dại với độ chính xác đến từng điểm ảnh. Chúng hoạt động theo thời gian thực khi máy di chuyển.

Chẳng hạn, các cần phun See & Spray của John Deere mang nhiều camera và bộ xử lý trên bo mạch quét hàng nghìn mét vuông mỗi giây. Mỗi khung hình nhỏ được phân tích bằng học máy để quyết định “cây trồng hay cỏ dại?”, nếu là cỏ dại, hệ thống lập tức kích hoạt vòi phun tại vị trí đó.

Thực tế, AI biến máy kéo thành một robot thông minh có khả năng nhận diện cả những cây cỏ nhỏ 2–3 lá trên đồng ruộng.

Phương Pháp Loại Bỏ Cỏ Dại Dựa Trên AI

Sau khi nhận diện cỏ dại, các hệ thống khác nhau sẽ loại bỏ chúng theo nhiều cách. Ba phương pháp chính là phun thuốc chính xác, cơ giới hóa, và đốt bằng laser hoặc nhiệt. Tất cả đều sử dụng thị giác AI để tập trung xử lý chỉ trên cỏ dại.

• Phun Thuốc Chính Xác (Phun Điểm): Các hệ thống này gắn camera trên cần phun hoặc nền tảng di động và chỉ phun thuốc diệt cỏ vào những vị trí phát hiện cỏ dại. Ví dụ, hệ thống See & Spray của John Deere sử dụng camera gắn trên cần phun và AI để giảm trung bình khoảng 59% lượng thuốc sử dụng.
  
  Thiết bị phun quét đồng ruộng với tốc độ lên đến 15 mph, và mỗi khi mạng nơ-ron trên thiết bị nhận diện cỏ dại, nó sẽ kích hoạt vòi phun riêng biệt ngay trên cây đó. Trong khi đó, phun thuốc truyền thống sẽ phun tràn lan toàn bộ diện tích.
  
  Nghiên cứu cho thấy robot phun điểm có thể giảm lượng thuốc diệt cỏ đến 20 lần và giảm sử dụng hóa chất lên đến 95%. Công ty Ecorobotix (Thụy Sĩ) cũng quảng bá thiết bị phun thuốc siêu chính xác dùng phần mềm AI để phân biệt cỏ dại và cây trồng, chỉ phun vào cây không mong muốn.
  
  Thực tế, các thiết bị phun AI này đã tiết kiệm hàng triệu gallon hóa chất – John Deere báo cáo hệ thống See & Spray đã tiết kiệm khoảng 8 triệu gallon thuốc diệt cỏ trên hơn một triệu mẫu Anh trong năm 2024.

• Dụng Cụ Cơ Giới: Một số robot tự hành sử dụng công cụ vật lý thay vì phun thuốc. Ví dụ, robot Element của Aigen (được tài trợ bởi các công ty công nghệ lớn) kết hợp camera và AI với một “cái cuốc” cơ học để cắt cỏ dại từ gốc.
  
  Khi robot di chuyển giữa các hàng cây, thuật toán điều khiển lưỡi dao sắc bén để chặt cỏ dại được phát hiện. Vì đây là phương pháp tiếp xúc trực tiếp, cây trồng không bị ảnh hưởng. Element chạy bằng năng lượng mặt trời/gió và được thiết kế để làm cỏ liên tục mà không dùng hóa chất.
  
  Tương tự, các startup như FarmWise và Verdant Robotics đã phát triển các máy cày được hướng dẫn bằng AI. Robot “Sharpshooter” của Verdant, ví dụ, sử dụng thị giác máy tính để phun một lượng nhỏ thuốc diệt cỏ chỉ lên từng cây cỏ, giảm lượng thuốc sử dụng khoảng 96%. Phương pháp cơ giới đặc biệt phù hợp với cây trồng hữu cơ hoặc cây đặc sản, nơi việc dùng thuốc hóa học là không mong muốn.

• Đốt Bằng Laser và Nhiệt: Một phương pháp rất mới sử dụng laser công suất cao hoặc tia nhiệt để tiêu diệt cỏ dại. Carbon Robotics (Mỹ) đã phát triển LaserWeeder G2, một máy kéo kéo với nhiều laser 240 watt và camera.
  
  Hệ thống thị giác (dựa trên mạng nơ-ron) quét cây trồng rồi bắn laser đốt chính xác mô cỏ dại. Phương pháp này không dùng hóa chất và rất chính xác: Carbon Robotics tuyên bố độ chính xác dưới milimét và có thể xử lý hàng triệu hình ảnh mỗi giờ.
  
  (Một hệ thống tương tự ở Anh gọi là Map & Zap cũng dùng laser hướng dẫn bằng AI với hiệu quả trên 90%). Một lựa chọn nhiệt khác là đốt bằng lửa; một số máy sử dụng nhiệt tập trung để làm héo cỏ dại.
  Trong tất cả các hệ thống laser/nhiệt này, thị giác AI là yếu tố then chốt – nếu không có nó, tia năng lượng cao sẽ làm hỏng mọi thứ.

Các phương pháp làm cỏ khác nhau này cũng có thể được kết hợp. Ví dụ, Đại học Guelph đã phát triển một máy quét AI gắn trên máy kéo để lập bản đồ mật độ cỏ dại trong các cánh đồng đậu lima.

Nông dân sau đó có thể chỉ phun thuốc trên các vùng được đánh dấu. Trong tương lai, chúng ta có thể thấy các hệ thống tích hợp: một robot có thể dùng thị giác AI để quyết định có nên phun, cắt hay đốt một cây cỏ dại tùy theo loại cây trồng và điều kiện thực tế.

Các Nghiên Cứu Thực Tế

Công nghệ làm cỏ bằng AI hiện đã được ứng dụng trên các trang trại toàn cầu. Dưới đây là một số ví dụ:

• John Deere See & Spray: Hệ thống dẫn đầu ngành này đã được áp dụng rộng rãi trong nông nghiệp quy mô lớn. Trong các thử nghiệm năm 2024, thiết bị phun See & Spray đã xử lý hơn 1 triệu mẫu Anh và tiết kiệm khoảng 8 triệu gallon thuốc diệt cỏ.
  
  Công ty báo cáo giảm trung bình khoảng 59% lượng thuốc trên các cánh đồng ngô, đậu tương và bông. Nông dân đánh giá See & Spray giúp tiết kiệm đáng kể: một người trồng ở Kansas cho biết ông đã giảm chi phí thuốc diệt cỏ đến hai phần ba khi dùng hệ thống này.
  
  Về mặt kỹ thuật, See & Spray sử dụng camera gắn trên cần phun và mạng nơ-ron trên thiết bị để quyết định “cỏ dại hay không.” Nếu phát hiện cỏ dại, máy sẽ kích hoạt vòi phun riêng biệt, cho phép phun chính xác từng điểm.

• Carbon Robotics LaserWeeder: Người sáng lập Paul Mikesell (cựu kỹ sư Uber) đã dành nhiều năm phát triển máy làm cỏ bằng laser chạy AI. LaserWeeder G2 của ông sử dụng CNN được huấn luyện để tìm cỏ dại rồi bắn laser nhanh vào chúng.
  
  Hệ thống hoạt động hoàn toàn trên máy, không cần kết nối đám mây. Carbon Robotics nhấn mạnh hiệu quả: laser của họ có thể loại bỏ cỏ dại “nhỏ như đầu bút” trước khi chúng cạnh tranh với cây trồng.
  
  Thực tế, các thiết bị LaserWeeder (kéo bằng máy kéo) có thể hoạt động ngày đêm và làm việc trên diện rộng. Mỗi module có nhiều camera và GPU, vận hành với độ chính xác dưới milimét.
  
  Độ chính xác này đảm bảo gần như không làm tổn hại cây trồng và không cần cày xới đất thêm.

• Ecorobotix ARA Sprayer: Ecorobotix của Thụy Sĩ sản xuất thiết bị phun thuốc siêu chính xác chạy bằng năng lượng mặt trời gọi là ARA. Hệ thống thị giác “Plant-by-Plant™” sử dụng học sâu để phát hiện cỏ dại với tốc độ cao.
  
  Ecorobotix tuyên bố giảm đến 95% lượng hóa chất vì chỉ nhắm vào cỏ dại. Thử nghiệm cho thấy AI có thể nhận diện loài cỏ dại với độ chính xác dưới centimet khi máy di chuyển, đưa ra quyết định trong khoảng 250 mili giây mỗi cây.
  
  Công ty hướng đến các loại rau củ giá trị cao và cây đặc sản, nơi tiết kiệm hóa chất và nhân công rất quan trọng.

• Verdant Robotics – Sharpshooter: Startup Verdant Robotics phát triển robot Sharpshooter dùng thị giác máy tính để phát hiện cỏ dại rồi phun một lượng nhỏ thuốc lên từng cây.
  
  Trong thử nghiệm, Verdant báo cáo Sharpshooter có thể giảm lượng thuốc diệt cỏ đến 96% và cắt giảm chi phí làm cỏ hơn 50% so với phương pháp truyền thống.
  
  Đây là một ví dụ khác về công nghệ phun điểm được hỗ trợ bởi AI, nơi hệ thống thị giác thay thế cả một đội ngũ phun thuốc.

• Robot Thăm Đồng Đại Học Guelph: Nhóm nghiên cứu do Tiến sĩ Medhat Moussa dẫn đầu phát triển hệ thống mẫu cho các trang trại đậu lima hữu cơ. Một bộ camera AI gắn trên máy kéo quét đồng ruộng và tạo ra bản đồ mật độ cỏ dại ví dụ như cỏ pigweed.
  
  Thuật toán ghép nhiều hình ảnh lại, phân biệt đậu lima với cỏ dại, giúp nông dân biết chính xác vùng nào cần xử lý.
  
  Phương pháp này hỗ trợ việc thăm đồng thủ công: tiết kiệm thời gian, giảm bỏ sót và hướng dẫn phun thuốc chính xác. Hình ảnh dưới đây cho thấy máy thăm đồng tự hành của họ trên đồng ruộng.

• Các Đổi Mới Khác: Aigen (Mỹ) đang phát triển robot bánh xe tự hành hoàn toàn, Element, tuần tra đồng ruộng, dùng năng lượng mặt trời và nhổ cỏ bằng lưỡi dao điều khiển bằng camera.
  
  FarmWise (Mỹ) tạo ra robot Vulcan và Titan dùng các quy trình học máy độc quyền để nhận diện và loại bỏ cỏ dại trong hàng trên các trang trại rau củ.
  
  Đại học Penn State và các tổ chức khác báo cáo về các “máy cày thông minh” kéo bằng máy kéo (Robovator của VisionWeeding, Robocrop của Garford) sử dụng thị giác máy tính để điều khiển dụng cụ cày chính xác.
  
  Ngay cả drone bay với camera đa phổ và thuật toán AI cũng có thể phát hiện các vùng cỏ dại từ trên cao, hỗ trợ lập kế hoạch xử lý.
  
  Tóm lại, dù là trang trại lớn hay mảnh đất nhỏ đặc sản, các thiết bị làm cỏ dùng AI đang xuất hiện dưới nhiều hình thức.

Lợi Ích: Hiệu Quả, Tăng Lợi Nhuận và Bền Vững

Kiểm soát cỏ dại bằng AI mang lại nhiều lợi ích rõ ràng:

• Tiết Kiệm Hóa Chất Đáng Kể: Bằng cách chỉ phun thuốc lên cỏ dại, các hệ thống này giảm đáng kể lượng thuốc diệt cỏ. Ví dụ, John Deere báo cáo tiết kiệm hàng triệu gallon – tương đương khoảng 12 hồ bơi Olympic trên chỉ 1 triệu mẫu Anh.
  
  Nghiên cứu cho thấy tiết kiệm trung bình 60–76% lượng thuốc trên các cánh đồng thử nghiệm. Việc giảm hóa chất có lợi cho túi tiền nông dân và môi trường.

• Năng Suất Cao Hơn và Cây Trồng Khỏe Mạnh: Loại bỏ cỏ dại sớm và triệt để giúp cây trồng phát triển tốt hơn. Hệ thống AI có thể loại bỏ những cây cỏ nhỏ mà con người có thể bỏ sót, trước khi chúng lấy đi tài nguyên.
  
  Nông dân sử dụng robot làm cỏ AI thường báo cáo cây trồng khỏe mạnh, đồng đều và năng suất cao hơn. Vì AI loại bỏ cỏ ngay tại “điểm phát triển,” nó cũng giảm áp lực hạt cỏ dại trong tương lai trên đồng ruộng.

• Tiết Kiệm Nhân Công và Thời Gian: Làm cỏ truyền thống đòi hỏi nhiều công sức (bằng tay hoặc lái máy kéo cẩn thận). Robot AI thực hiện công việc này tự động, giải phóng thời gian cho con người.
  
  Ví dụ, robot chính xác giảm nhu cầu nhân công làm cỏ thủ công đến 37% trong điều kiện trồng hàng khó khăn. Một nông dân cho biết dùng See & Spray giúp người mới vận hành đạt hiệu quả tương đương tài xế máy gặt kinh nghiệm nhờ hỗ trợ AI.

• Lợi Ích Môi Trường và An Toàn: Giảm thuốc diệt cỏ đồng nghĩa với giảm ô nhiễm nước và đất. Kỹ thuật nhắm mục tiêu cũng giảm số lần đi qua đồng ruộng (tiết kiệm nhiên liệu) và nhiều trường hợp không cần cày xới (ngăn ngừa xói mòn đất).
  
  McKinsey nhận định đây là “thắng lợi ba mặt” cho tự động hóa: năng suất cao hơn, an toàn nông trại tốt hơn (ít người tiếp xúc hóa chất), và tiến gần hơn đến mục tiêu bền vững.

• Hiệu Quả Chi Phí: Tất cả những điều trên đều chuyển thành tiết kiệm chi phí. Ngoài giảm thuốc, nông dân còn tiết kiệm thời gian thiết bị và nhân công thuê.
  
  John Deere và các đối tác nhận thấy dù máy phun chính xác có giá cao hơn ban đầu, lợi tức đầu tư có thể đạt trong 1–3 năm nhờ tiết kiệm đầu vào. Nhiều người trồng trong thử nghiệm đã giảm chi phí kiểm soát cỏ dại trên mỗi mẫu Anh đến một nửa hoặc hơn khi sử dụng đầy đủ hệ thống AI.

Thách Thức và Việc Áp Dụng

Mặc dù đầy hứa hẹn, công nghệ làm cỏ bằng AI vẫn còn mới và chưa phổ biến rộng rãi. Tính đến đầu năm 2024, chỉ khoảng 27% trang trại ở Mỹ sử dụng công nghệ nông nghiệp chính xác cho các nhiệm vụ như kiểm soát cỏ dại.

Các rào cản gồm chi phí thiết bị cao, cần kiến thức chuyên môn, và lo ngại về quyền sở hữu dữ liệu cũng như độ tin cậy. Một số nông dân cũng e ngại công nghệ phức tạp hoặc có đồng ruộng với cỏ dại rất giống cây trồng, khó phân biệt bằng thị giác máy tính.

Ví dụ, một nông dân ở North Dakota thừa nhận ông từng nghi ngờ See & Spray, nhưng sau khi sử dụng đã trở thành người tin tưởng vì thấy nó dễ dùng và hiệu quả.

Tuy nhiên, các chuyên gia trong ngành dự đoán sự phát triển nhanh chóng. Giá đầu vào tăng (phân bón, thuốc, nhân công) và áp lực môi trường đang thúc đẩy nhiều nông dân chuyển sang phương pháp chính xác.

Các nhà sản xuất thiết bị nông nghiệp lớn như Deere đang triển khai “bộ kit tự động” và quảng bá khả năng AI, trong khi các startup mới thu hút nhà đầu tư lớn trong ngành nông nghiệp.

Phần mềm cũng ngày càng dễ dùng hơn – một số nông dân còn thử nghiệm các công cụ AI tạo sinh (như ChatGPT) để hỗ trợ lập kế hoạch và phân tích dữ liệu đồng ruộng.

Theo thời gian, khi chi phí giảm và giao diện cải thiện, các công cụ kiểm soát cỏ dại bằng AI sẽ lan rộng từ các trang trại lớn đến cả các hộ nông nhỏ và vừa.

Triển Vọng Tương Lai

Quản lý cỏ dại bằng AI vẫn đang phát triển, nhưng xu hướng rất rõ ràng: các máy móc thông minh sẽ ngày càng đảm nhận các công việc làm cỏ thường xuyên.

Các hệ thống tương lai có thể kết hợp nhiều cảm biến (camera RGB, hình ảnh đa phổ, thậm chí cảm biến mùi cây) và quyết định linh hoạt có nên phun, cắt hay đốt từng cây cỏ dại.

Chúng có thể tích hợp với GPS và công cụ lập bản đồ nông trại, để ghi lại và học hỏi từ các quyết định cho lần sau.

Như một chuyên gia từng nói, nông dân muốn “một công cụ làm được tất cả” – AI đang tiến gần đến tầm nhìn đó bằng cách trao cho máy móc khả năng giải quyết các vấn đề ngay tại đồng ruộng.

Điều quan trọng là các giải pháp AI này phù hợp với nhu cầu toàn cầu về nông nghiệp bền vững. Người tiêu dùng và cơ quan quản lý ngày càng yêu cầu giảm dư lượng hóa chất và canh tác thân thiện môi trường.

>>> Có thể bạn chưa biết: Cách dự đoán sâu bệnh và dịch hại cây trồng bằng trí tuệ nhân tạo (AI)

Bằng cách giảm sử dụng thuốc diệt cỏ từ 80–95% trong một số trường hợp, robot làm cỏ AI trực tiếp hỗ trợ các mục tiêu đó. Chúng cũng giúp trang trại thích nghi với tình trạng thiếu hụt lao động và áp lực khí hậu.

Tóm lại, phát hiện và loại bỏ cỏ dại bằng AI đang nổi lên như một công nghệ thay đổi cuộc chơi trong nông nghiệp – hứa hẹn làm cho canh tác sạch hơn, an toàn hơn và hiệu quả hơn cho tương lai.