Nông nghiệp 4.0 ở Việt Nam diễn biến như thế nào

Toàn cảnh hội thảo

Hội thảo “Ứng dụng công nghệ thông tin và tự động hóa cho nông nghiệp công nghệ cao” là một trong hoạt động nằm trong chuỗi các sự kiện “Tuần lễ Kết nối công nghệ và Đổi mới sáng tạo năm 2020” [Techdemo - Techmart - Growtech - Job fair – Startup] diễn ra từ ngày 30/10 đến ngày 2/11 do Bộ Khoa học và Công nghệ, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đồng tổ chức.

Phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao là xu hướng tất yếu

Hội thảo là cơ hội để cập nhật, cung cấp các kết quả nghiên cứu, thành tựu mới trong lĩnh vực công nghệ thông tin và tự động hóa phục vụ cho nông nghiệp. Hội thảo không chỉ có ý nghĩa thiết thực đối với các nhà khoa học mà còn hỗ trợ các doanh nghiệp, hội nông dân, các tổ chức, doanh nghiệp, những giải pháp công nghệ, cách tiếp cận mới trong việc phát triển nông nghiệp công nghệ cao ở Việt Nam.

Theo các chuyên gia, việc áp dụng các giải pháp công nghệ, kỹ thuật mang tính quyết định để nâng cao chất lượng nông sản, phát triển nền nông nghiệp công nghệ cao tại Việt Nam. Bên cạnh việc áp dụng công nghệ nhà kính, nhà màng..., các công nghệ truy xuất nguồn gốc giúp người dùng hiểu rõ chất lượng sản phẩm thực sự cần thiết.

Hiện nay, với sự bùng nổ của KH&CN, quá trình hội nhập quốc tế đòi hỏi chất lượng nông sản càng cao cùng với diện tích đất bị thu hẹp do đô thị hóa, do biến đổi khí hậu trong khi dân số tăng nên nhu cầu lương thực không ngừng tăng lên… là những thách thức rất lớn đối với sản xuất nông nghiệp.

Giải bài toán cho các vấn đề này, việc phát triển nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao được xem là xu hướng tất yếu. Phát triển nông nghiệp công nghệ cao, đổi mới KH&CN được coi là một trong những giải pháp then chốt, trọng tâm.

Ứng dụng KH&CN giải quyết các thách thức trong phát triển nông nghiệp bằng các ưu việt của các công nghệ như: Công nghệ sinh học, công nghệ nhà kính, công nghệ tưới nhỏ giọt, công nghệ cảm biến, tự động hóa, internet vạn vật… giúp sản xuất nông nghiệp tiết kiệm chi phí, tăng năng suất, hạ giá thành và nâng cao chất lượng nông sản, bảo vệ môi trường. Mặt khác, nông nghiệp công nghệ cao giúp nông dân chủ động trong sản xuất, khắc phục được tính mùa vụ, giảm sự lệ thuộc vào thời tiết, khí hậu, đáp ứng nhu cầu thị trường về chất lượng nông sản.

Hướng tới nền nông nghiệp 4.0

Có thể nói, các công nghệ của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 được nhắc đến khá nhiều tại Hội thảo. Đáng chý ý là bài trình bày “Một số hướng tiếp cận AI trong nông nghiệp công nghệ cao” của TS Phạm Thị Thu Hồng, Khoa Công nghệ thông tin, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Theo đó, những cảnh báo về nhu cầu thực phẩm, sự thu hẹp diện tích canh tác được đặt ra mang tính cấp thiết. Cụ thể, vào năm 2050, nền nông nghiệp cần tăng năng suất từ 60- 110% để đáp ứng nhu cầu lương thực trong khi diện tích đất nông nghiệp mở rộng mới chỉ tăng dưới 5%.

Trong khi đó, nền nông nghiệp phải đối diện với những thách thức như: nâng cao năng suất, biến đổi khí hậu [thay đổi nhiệt độ và lượng mưa, tác động gia tăng của thảm hoạ thiên nhiên: bão, lũ lụt, hạn hán]; sâu bệnh; hệ thống tưới tiêu, giám sát sức khoẻ đất và cây trồng…

Trước thực tế này đòi hỏi phải canh tác thông minh để nâng cao năng suất, giảm thiểu tác động và thích ứng với biển đổi khí hậu. Và Robot tự động là một sản phẩm được thiết kế để xử lý các công việc thiết yếu như thu hoạch cây trồng với khối lượng lớn hơn và tốc độ nhanh hơn so với lao động của con người được áp dụng nhiều nước trên thế giới.

Robot nông nghiệp là robot được sử dụng cho mục đích nông nghiệp có thể cải thiện quy trình nông nghiệp. Việc sử dụng robot nông nghiệp nhằm đáp ứng tự động hoá vào nông nghiệp tạo ra những tiến bộ trong ngành nông nghiệp đồng thời giúp nông dân tiết kiệm tiền và thời gian. Robot nông nghiệp sử dụng trong các hệ thống sinh học như nông nghiệp, lâm nghiệp và thuỷ sản, thay thế các kỹ thuật thông thường làm cho nhiều công việc đơn giản hơn, nhanh hơn và hiệu qủa hơn.Việc sử dụng Robot trong nông nghiệp sẽ giúp tốc độ nhanh, có thể làm việc trong môi trường độc hại, nguy hiểm và có thể làm các công việc lặp đi lặp lại, có thể làm việc với độ chính xác.

Robot nông nghiệp được thiết kế phù hợp với mục đích sử dụng để thay các công việc đòi hỏi nhiều sức lao động của con người như trong chăn nuôi: vắt sữa tự động, cắt lông cừu, dọn rửa chuồng… Robot sử dụng trong trồng trọt như làm đất [cày bừa, gieo hạt, bón phân, làm cỏ, thu hoạch, phun thuốc cắt tỉa, theo dõi sinh trưởng và thu hoạch cây trái…].

Ứng dụng Big Data và AI trong nông nghiệp và thu thập và phát triển các mô hình AI so sánh tác động của hệ thống tưới và kiểm soát phân bón và các loại đất đối với năng suất cây trồng cũng được đề cập tại hội thảo. Áp dụng AI mới có thể giúp người nông dân dễ dàng áp dụng phương pháp truy xuất nguồn gốc điện tử. Bởi nông dân vẫn có thể ghi chép bằng tay quá trình sản xuất, sau đó chỉ cần hệ thống quét và AI nhận diện chữ viết tay, các thông tin truy xuất hoàn toàn có thể đưa lên hệ thống. Nhờ vậy, phương pháp truy xuất mới có thể được triển khai rộng rãi.

Tuy nhiên, để ứng dụng AI trong nông nghiệp một cách rộng rãi thì nhiều ý kiến tại hội thảo cho rằng, cần bổ sung nguồn nhân lực, cơ sở dữ liệu, đặc biệt là cần có hệ thống chính sách thống nhất…

Mô hình ứng dụng tự động hóa trong sản xuất nông nghiệp

Tuy nhiên Thái Lan đang phấn đấu còn Đài Loan tự hào là nơi cung cấp thiết bị cho nông nghiệp 4.0 chỉ sau một vài nước phát triển.

Việt Nam chưa có mô hình hoàn chỉnh về nông nghiệp 4.0, mới có một số mô hình thông minh thông qua hợp tác quốc tế về canh tác lúa, rau. Chính phủ cần kịp thời định hướng cho nghiên cứu, triển khai mô hình nông nghiệp 4.0 đầy đủ.
 

Khái niệm và xuất xứ của nông nghiệp 4.0

Theo khái niệm của Hiệp hội Máy Nông nghiệp Châu Âu [European Agricultural Machinery, 2017]:

] Nông nghiệp 1.0 xuất hiện ở đầu thế kỷ 20, vận hành với hệ thống tiêu tốn sức lao động, năng suất thấp. Nền nông nghiệp đó có khả năng nuôi sống dân số nhưng đòi hỏi số lượng lớn các nông hộ nhỏ và một phần ba dân số tham gia vào quá trình sản xuất nguyên liệu thô.

2] Nông nghiệp 2.0, đó là cách mạng xanh, bắt đầu vào những năm 1950, khởi đầu là giống lúa mì lùn cải tiến, nhưng phải dựa nhiều vào bón thêm đạm, sử dụng thuốc trừ sâu, phân bón hóa học tổng hợp, cùng với máy móc chuyên dùng, cho phép hạ giá thành và tăng năng suất, đem lại lợi nhuận cho tất các các bên tham gia.

3] Nông nghiệp 3.0, từ chỗ nâng cao hiệu quả đến nâng cao lợi nhuận nhờ chủ động và sáng tạo hạ giá thành, nâng cao chất lượng, đưa ra sản phẩm khác biệt. Bắt đầu khi định vị toàn cầu [GPS] được ứng dụng đầu tiên để định vị và định hướng. Thứ hai là điều khiển tự động và cảm biến [sensor] đối với nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng, dinh dưỡng, từ những năm 1990, máy gặt đập liên hợp được gắn thêm màn hình hiển thị năng suất dựa vào định vị GPS. Thứ ba là tiến bộ công nghệ sử dụng các thiết bị không dây [Telematics].

4] Nông nghiệp 4.0, thuật ngữ được sử dụng đầu tiên tại Đức.

Tương tự với “Công nghiệp 4.0”, “Nông nghiệp 4.0” ở châu Âu được hiểu là các hoạt động trồng trọt và chăn nuôi được kết nối mạng bên trong và bên ngoài đơn vị [có thể hiểu theo nghĩa rộng bao gồm cả lĩnh vực thủy sản, lâm nghiệp]. Nghĩa là thông tin ở dạng số hóa dành cho tất cả các đối tác và các quá trình SX, giao dịch với các đối tác bên ngoài đơn vị như các nhà cung cấp và khách hàng tiêu thụ được truyền dữ liệu, xử lý, phân tích dữ liệu phần lớn tự động qua mạng internet. Sử dụng các thiết bị internet có thể tạo điều kiện quản lý lượng lớn dữ liệu và kết nối nội bộ với các đối tác bên ngoài đơn vị. Một số thuật ngữ khác thường được sử dụng như “Nông nghiệp thông minh” và “Canh tác số hóa”, dựa trên sự ra đời của các thiết bị thông minh trong nông nghiệp. Các thiết bị thông minh bao gồm các cảm biến, các bộ điều tiết tự động, công nghệ có thể tính toán như bộ não và giao tiếp kỹ thuật số. Nông nghiệp 4.0 mở đường cho sự tiến hóa tiếp theo, bao gồm những hoạt động không cần có mặt con người trực tiếp và dựa vào hệ thống thiết bị có thể đưa ra những quyết định một cách tự động.

Theo tổng kết ở Mỹ đến nay các thành phần chủ yếu của nông nghiệp 4.0 thường được hiểu như sau:

1]. Cảm biến kết nối vạn vật [IoT Sensors]: Từ dinh dưỡng đất kết nối với máy chủ và các máy kết nối khác là thành phần chủ yếu của nông nghiệp hiện đại. 

2]. Công nghệ đèn LED đang trở thành tiến bộ không thể thiếu để canh tác trong nhà vì sự đáp ứng sinh trưởng và năng suất tối ưu.

3]. Người máy [Robot] đang thay việc cho nông dân thường làm. Người máy cũng có cả các bộ phân tích nhờ các phần mềm trợ giúp phân tích và đưa ra xu hướng trong các trang trại. 

4]. Tế bào quang điện [Solar cells]. Phần lớn các thiết bị trong trang trại được cấp điện mặt trời và các bộ pin điện mặt trời trở nên quan trọng.

5]. Thiết bị bay không người lái [Drones] và các vệ tinh [satellites] được sử dụng để thu thập dữ liệu của các trang trại.

6]. Canh tác trong nhà/hệ thống trồng cây – nuôi cá tích hợp/Thủy canh [khí canh]: Hiện nhiều giải pháp đã được hoàn thiện.

7]. Công nghệ tài chính phục vụ trang trại [Farm Fintech]: Fintech nghĩa là kinh doanh dịch vụ tài chính dựa trên nền tảng công nghệ. Fintech được sử dụng chung cho tất cả các công ty tài chính sử dụng internet, điện thoại di động, công nghệ điện toán đám mây và các phần mềm mã nguồn mở nhằm mục đích nâng cao hiệu quả của hoạt động ngân hàng và đầu tư. Farm Fintech bao gồm dịch vụ cho vay, thanh toán, bảo hiểm.

Bên cạnh đó, nhiều sự kiện khác đang diễn ra như: Các sản phẩm vật chất được nâng cao giá trị gia tăng nhờ các dịch vụ với những thuật toán dùng để biến đổi dữ liệu thành thông tin gia tăng giá trị, tối ưu hóa sản phẩm, các quá trình nông học, giảm thiểu rủi ro và hạn chế những nguy hiểm do tác động của máy móc cơ giới hư hỏng, thời tiết hoặc dịch bệnh gây ra. Hay nông nghiệp sinh thái [tương tự mô hình VAC ở Việt Nam], với những hệ điều hành kết hợp được nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, từ các bộ cảm biến [có thể cảm nhận nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, dinh dưỡng đất để phát tín hiệu cho người sản xuất], thiết bị, từ nguồn dữ liệu thu thập từ đồng ruộng hay trang trại. Nông dân/chủ trang trại điều hành thông qua bảng điều khiển có thông tin thời gian thực và gần thực, và đưa ra các quyết định dựa trên các giả thiết định lượng để tăng hiệu quả tài chính.
 

Nội hàm của nông nghiệp 4.0

Nông nghiệp 4.0 bao hàm nghĩa rộng của cả trồng trọt, chăn nuôi [có thể hiểu rộng hơn sang cả thủy sản và lâm nghiệp] về nghiên cứu, chuyển giao và sản xuất. Nông nghiệp hiện đại quan tâm đến độ bền vững và các giải pháp an toàn. Canh tác [Farming] là thực hiện những kỹ thuật như làm đất, gieo cấy, tỉa cành, luân canh, chăm sóc, thu hoạch, với mục tiêu đạt năng suất cao hơn, bảo vệ môi trường tốt hơn, dựa vào tiến bộ công nghệ kỹ thuật số. Thuật ngữ Canh tác 4.0 [Farming 4.0] xuất hiện vào những năm 2010. Đó là các canh tác năng động và hiệu quả.

Theo khái niệm của Mạng lưới Chuyên đề Canh tác Thông minh Châu Âu, canh tác thông minh là ứng dụng công nghệ thông tin hiện đại [ICT] vào nông nghiệp [Cách mạng Xanh lần thứ ba]. Cuộc cách mạng này phối hợp ICT như các thiết bị chính xác, kết nối vạn vật [IoT], cảm biến, định vị toàn cầu, quản lý dữ liệu lớn [Big data], thiết bị bay không người lái [Drone], người máy [robot]…, tạo điều kiện cho nông dân tăng thêm giá trị dưới dạng đưa ra được những quyết định khai thác, quản lý hiệu quả hơn, đó là: 1]. Hệ thống thông tin quản lý, đáp ứng nhu cầu thu thập, xử lý và lưu giữ, cung cấp dữ liệu cần thiết để thực hiện những chức năng của trang trại. 2]. Nông nghiệp chính xác, thông qua các hệ thống có thể quản lý độ biến động theo không gian và thời gian để cải thiện hiệu quả kinh tế đầu tư và giảm thiểu tác hại của môi trường.

Nông nghiệp chính xác còn được hiểu là nền nông nghiệp có thể nuôi sống cả dân số thế giới dự báo 10 tỉ người vào năm 2050. Nông nghiệp chính xác, tức ngành nông nghiệp sử dụng cảm biến và các thuật toán thông minh để phân phối nước, phân bón và thuốc trừ sâu, đáp ứng cho cây khi cây thực sự cần, nhằm đảm bảo tính sinh lời, tính bền vững và bảo vệ môi trường. Nông dân có thể quyết định tưới tiêu khi thực sự cần thiết và tránh việc lạm dụng thuốc trừ sâu, họ sẽ có thể tiết kiệm được chi phí và nâng cao sản lượng.