In 2018, cinque squadre anu cultivatu cucumari in una sfida di serra autonoma innovativa. cumpetizione internaziunale. A torsione: solu una di e squadre hè custituita da cultivatori umani sperimentati chì operanu manualmente u so compartimentu di serra. I quattru squadre restanti custituisci di esperti internaziunali in i campi di l'orticultura è l'intelligenza artificiale (AI). Anu travagliatu per sviluppà suluzioni AI per gestisce i so culturi à distanza è in autonomia. L'obiettivu di a cumpetizione, a prima Sfida Autònoma di Serre in u mondu, era di guidà innovazioni in a produzzione alimentaria sustinibili.
Dopu quattru mesi intensi, i vignaghjoli manuali sò vinuti in u sicondu postu. A squadra di u primu postu, guidata da unu di l'autori di questu articulu, hà vintu cù una soluzione di crescita autònuma chì ùn solu hà ottinutu 6% di rendimenti più grande è 17% di prufittu nettu più altu, ma ancu utilizatu menu CO2, riscaldamentu è input d'acqua.
Per sapè di più nantu à a cumpetizione è capisce cumu una soluzione AI pò cumpete cù - è ancu superà - una squadra di cultivatori umani qualificati, fighjemu un sguardu più attentu à l'AI è cumu si tratta di l'automatizazione di a serra.
L'automatizazione di a serra ùn hè nunda di novu
Per decennii, i pruduttori anu utilizatu computer di prucessu, sensori è attuatori per gestisce u clima di serra è l'irrigazione. In un tali scenariu, u travagliu di l'urdinatore di prucessu hè simplicemente, s'appoghjanu nantu à e regule logiche simplici. Se a temperatura di l'aria hè più altu di 75 ° F, apre u ventu, per esempiu. U travagliu tedioso di leghje e temperature è accende è spegne luci è riscaldatori hè delegatu à e macchine.
Di sicuru, l'automatizazione basata in regule ùn pò micca trattà cun circustanze impreviste. A più cruciale, un umanu qualificatu hà bisognu di piglià tutte e decisioni di gestione di i culturi, finu à i punti precisi per i parametri ambientali. Per ottene alti rendimenti in modu affidabile, hè necessariu un livellu sustinibili di cunniscenze è cumpetenze, è ancu allora, hè faciule fà sbagli. Inoltre, cum'è e splutazioni crescenu più grande, u travagliu di monitorà continuamente i culturi diventa ancu più esigenti.
Sfurtunatamente, i vignaghjoli sanu troppu bè chì u travagliu hè a più grande fonte di prublemi in a produzzione. Annu dopu annu, in Coltivatori di serra Top 100 Growers survey, i vignaghjoli segnalanu sfide micca solu cù u costu di u travagliu, ma ancu cù a dispunibilità di u travagliu qualificatu. Ùn hè micca surprisante, i pruduttori cercanu sempre più modi per affruntà queste sfide, cumprese e tecnulugia novi chì ponu fà a gestione di a serra più autonoma.
L'IA hè un passu oltre l'automatizazione basata in regule
Una bona manera di pensà à l'intelligenza artificiale hè chì hè un passu oltre l'automatizazione simplice basata in regule. L'AI muderna hè tutta di l'usu di a matematica per truvà mudelli in dati, cumpresu u tipu chì si trova in i sistemi ambientali è biologichi di serra. Per esempiu:
- Cù abbastanza dati climatichi, i cultivatori ponu aduprà AI per determinà i punti di setpoint ottimali è fà predizioni climatichi.
- Cù abbastanza dati di rendiment di culturi, i pruduttori ponu aduprà AI per generà previsioni di rendiment.
- Cù abbastanza dati di l'imaghjini, i pruduttori ponu aduprà AI per detectà pesti è malatie.
Certi tipi di IA ponu ancu amparà da novi dati, offrendu risultati incrementi megliu cù u tempu.
Pudendu furnisce insights più profondi in l'operazioni di serra di ogni ghjornu, l'IA pò esse aduprata per sustene a decisione esperta è abilità i cultivatori in modu significativu. Dopu tuttu, i megliu risultati venenu da una cumminazione pensativa di intelligenza umana è intelligenza artificiale.
L'approcciu basatu in dati di l'IA pò ancu esse cumminatu cù l'approcciu classicu basatu in e regule, chì permette un gradu assai più altu di automatizazione di serra chè mai. In breve, i cultivatori ponu aduprà AI per automatizà parechje attività operative di rote, aiutendu à allevà i prublemi di travagliu cronichi chì sfidanu l'industria.
I dati sò u carburante per l'IA
Quantu l'AI hè di l'algoritmi matematichi, hè ancu di dati. Contrariamente à a credenza populari, alcuni di l'algoritmi più cumuni utilizati in AI sò stati intornu per decennii. Ùn sò mancu terribilmente complicati. Ma per u più longu tempu, a dispunibilità di dati - inseme cù una putenza computazionale assequible necessaria per processà e dati - sò stati fattori limitanti.
Ci hà pigliatu un sviluppu recente in hardware di l'informatica per sbloccare u putenziale di l'IA. A rivoluzione di i telefoni intelligenti, scatinata da Apple in u 2007, hà criatu ecosistemi di fabricazione è catene di furnimentu cumpletamente novi in una scala glubale. Questu hà cambiatu l'ecunumia fundamentale di u hardware di l'informatica, apparentemente da a notte. I cumpunenti di hardware chjave, cum'è microprocessori, radiu è sensori, sò diventati esponenzialmente più prezzu, più chjucu è più putente. I trickles di dati crudi trasformati in inundazioni. A nova abbundanza di dati è a putenza computazionale hà aiutatu à trasfurmà l'AI da una curiosità di ricerca cù poche applicazioni cummerciale in un cambiamentu tecnologicu di mare.
IoT porta una abbundanza di dati
À l'iniziu di l'anni 1980, i studienti graduati di l'Università Carnegie Mellon in Pittsburgh si sò infastiditi di caminari versu un distributore di Coca-Cola solu per truvà viotu. L'anu mudificatu per pudè rapportà u so inventariu in Internet. Fendu cusì, anu inventatu u primu appliance cunnessu à Internet in u mondu.
Oghje, miliardi di dispusitivi, grandi è chjuchi, da l'elettronica di cunsumu à i machini industriali, si sò uniti à quella prima macchina di soda in esse cunnessa à Internet, furmendu ciò chì hè cunnisciutu com'è Internet di e Cose (IoT). Ciò chì hè significativu hè chì, à u cuntrariu di e generazioni precedenti di hardware - cumprese parechje soluzioni d'automatizazione di serra cumuni - i dispositi IoT utilizanu i stessi tipi di furmati di dati è protokolli di cumunicazione chì sò usati in altrò in Internet. Fiendu à i normi glubale di Internet, pò esse più faciule per scambià dati cù i dispositi IoT senza bisognu di hardware extra per ponte da un tipu di sistema à l'altru.
Inseme, AI è IoT sò tecnulugia cumplementarii. L'hardware IoT aiuta i cultivatori à raccoglie più facilmente e dati grezzi da serre. È u software AI aiuta i cultivatori à fà sensu - è agisce nantu - sti dati per migliurà a produzzione di culturi.
Studiu di casu: u successu di Kenneth Tran in a Sfida di a Serra Autònoma
Dr Tran: In 2018, era un investigatore AI in Microsoft Research vicinu à Seattle, travagliendu in un novu tipu di AI cunnisciutu cum'è apprendimentu di rinforzu. Ci aghju iniziatu un novu sforzu per applicà a nostra ricerca à u duminiu di l'agricultura ambientale cuntrullata. Cù u prugettu chjamatu Sonoma, avemu cullaburatu cù i scientisti di e piante à u Centru di Ricerca Harrow in Ontario, Canada, è finisci in cumpetizione in a prima sfida internaziunale di serra autònoma, urganizata da Wageningen University & Research in Olanda.
In questa sfida, ogni squadra hà cultivatu cucumari in un compartimentu di serra di 315 piedi quadrati per una durata di circa quattru mesi. Questi compartimenti eranu dotati di computer di prucessu standard, sensori climatichi è attuatori. Utilizendu interfacce digitali IoT (API REST), i nostri prugrammi AI puderanu leghje continuamente dati da i sensori, determinà i punti di setpoint ottimali, è rinvià i setpoints à l'urdinatori di prucessu - in tuttu l'Internet (vede a figura sottu). Più dettagli nantu à a sfida è i so risultati ponu esse truvati in un articulu di Hemming et al. (2019).
Malgradu a nostra mancanza di sperienza in a crescita di cucumari è u nostru prototipu assai iniziale, a nostra suluzione di crescita autonoma hà sappiutu vince a cumpetizione. Avemu ancu superatu a squadra di u sicondu postu, a squadra di riferimentu cumposta di viticultori esperti Olandesi, cù un rendimentu 6% più altu. Ddu marghjenu in u rendiment era equivalente à un aumentu di 17% in u prufittu operativu.
A squadra di riferimentu hà fattu pocu? Affattu. Hanu fattu assai bè, sicondu parechji sperti. U so rendiment era quasi 50 kg / m2 in u span di quattru mesi, chì hè l'equivalente di quasi 150 kg / m2 per annu. Questu hè cunsideratu un altu rendimentu per una serra in ogni locu di u pianeta.
In u risultatu di a Sfida di a Serra Autònoma, aghju fundatu Koidra in 2020 per custruisce direttamente nantu à i nostri apprendimenti è spinghje ancu u statu di l'arti in AI è IoT per l'agricultura è altre applicazioni di cuntrollu industriale.
Fate e Domande Giuste nantu à AI è IoT
Oghje, più cultivatori di serra sò disposti è pronti à aduttà AI è IoT. A sfida principale hè di dà sensu à i prudutti nantu à u mercatu è di pudè passà per tutte e parolle di marketing. Un saccu di cumpagnie dicenu cun ansietà chì anu un algoritmu AI o un dispositivu IoT chì travaglia per serre.
Eccu alcune considerazioni chjave da tene à mente quandu evaluà u software AI è u hardware IoT:
- danza: I vignaghjoli duveranu esse capaci di vede benefici concreti, in u mondu reale. Ask: L'IA hè stata pruvata in a produzzione cummerciale per migliurà u rendiment è l'efficienza di e risorse? In quali cundizioni ? Chì ci hè a storia di a cumpagnia in u sviluppu di software AI è IoT?
- Disegnu AI: E soluzioni AI più efficaci combinanu u megliu di l'intelligenza umana cù u megliu di l'intelligenza artificiale per piglià decisioni. Dumandate: Cumu u mudellu AI sfrutta u corpu di cunniscenza esistenti? Cumu assicura chì u rendiment hà da migliurà cù u tempu cù più dati?
- Disegnu di u software: I vignaghjoli duveranu mantene u cuntrollu di l'operazioni di serra. Ask: Chì principii di cuncepimentu di u software sò usati per assicurà a sicurità di i culturi? Possu cambià facilmente trà i modi manuale, di raccomandazione è di pilotu automaticu in ogni mumentu?
- Pruprietà di dati: I pruduttori duveranu pussede e so dati è evità u "bloccamentu di u venditore". Ask: Puderaghju facilmente impurtà dati da altri sistemi? Puderaghju una copia di salvezza è esportà i mo propri dati? Ci sò API chì permettenu l'accessu à i dati in diretta è integrazioni persunalizati? Puderaghju usà software è hardware di diversi venditori, avà è in u futuru?
L'IA è l'IoT ponu empowering i cultivatori
In un mondu induve e risorse critiche - acqua è energia, è tempu, soldi, è travagliu qualificatu - sò diventate più scarse, hè sensu di scopre e tecnulugia novi per alleviate stu pesu. Cumu avemu amparatu da a Sfida di a Serra Autònoma, i cultivatori ponu veramente ottene un rendimentu più grande è una efficienza di usu di risorse più altu cù l'usu di software AI è hardware IoT. In più, sti tecnulugia cuntinueghjanu à esse sviluppate è avanzate à un ritmu rapidu.
In ultimamente, l'IA è l'IoT ponu veramente capaci di i cultivatori di serra - per piglià decisioni megliu, per fà più cù menu - per cultivà l'alimentu di u mondu in modu più sustenibile.