Để giúp người trồng đỡ cực nhọc hơn, các nhà nghiên cứu đã phát triển một robot giúp xác định lượng nước tưới tiêu phù hợp với từng loại cây trồng.

Robot trong hệ thống đo độ ẩm giúp theo dõi và chăm sóc cây trồng trong quá trình phát triển. Ảnh: Đại học California – Riverside.

Tưới cây luôn là một trong những khó khăn lớn nhất đối với mỗi người làm vườn. Công việc này thậm chí còn vất vả hơn khi người trồng vừa chăm sóc hàng chục, hàng trăm mẫu vườn vừa phải quản lý nguồn nước một cách khôn ngoan.

Để xác định lượng nước phù hợp với từng giống cây, người trồng phải ngắt từng chiếc lá, cho lá vào buồng áp lực, tạo áp lực không khí và xác định thời điểm nước bắt đầu rỉ ra khỏi thân lá. Quá trình này tốn rất nhiều thời gian và khó có thể kiểm tra thường xuyên khi người trồng phải đến từng cây tại từng mảnh vườn khác nhau, từ đó các kế hoạch tưới tối ưu cũng khó chính xác.

Để giúp người trồng đỡ cực nhọc hơn, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học California – Riverside và Merced đã phát triển một robot có thể tự động lấy mẫu và kiểm tra lá ngay tại chỗ, thu thập dữ liệu mới và nhanh nhất ngay cả trên các cánh đồng lớn, thay vì chỉ cung cấp ảnh chụp nhanh.

Nhóm nghiên cứu nhận được khoản tài trợ hơn 1 triệu USD từ Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ thông qua Sáng kiến Người máy Quốc gia của Quỹ Khoa học Quốc gia. Nhóm nghiên cứu tại Đại học California – Riverside gồm Trợ lý Giáo sư Konstantinos Karydis và Giáo sư Amit K. Roy-Chowdhury từ Khoa Điện và Kỹ thuật Máy tính. Nhóm nghiên cứu tại Đại học California – Merced, được dẫn dắt bởi giáo sư khoa học máy tính Stefano Carpin và giáo sư kỹ thuật môi trường Joshua Viers.

Dữ liệu được cập nhật thường xuyên có thể giúp người trồng lên kế hoạch tốt hơn về lịch trình tưới tiêu để tiết kiệm nước, tối ưu hóa thời gian và nỗ lực của các chuyên gia cây trồng trong quá trình xác định và phân tích tiềm năng nước dẫn, đồng thời giúp giảm một số chi phí trong sản xuất thực phẩm.

Hiện tại, việc xác định lượng nước cần thiêt cho cây được tiến hành theo hai cách chính. Người trồng phải thu thập các mẫu lá và đưa chúng đến một địa điểm khác để kiểm tra trong các buồng áp suất tiên tiến; hoặc lấy mẫu và phân tích các mẫu lá ngay tại hiện trường bằng các buồng áp lực cầm tay.

Theo Trợ lý Giáo sư Konstantinos Karydis, với cách đầu tiên, các mẫu lá có thể bị lẫn lộn, khó xác định được khu vực cụ thể của từng mẫu lá. Ngoài ra, các đặc tính của lá có thể thay đổi theo thời gian, do đó có thể mang lại kết quả sai lệch.

Với cách thứ hai, các dụng cụ cầm tay có thể kém chính xác hơn, nhưng việc kiểm tra có thể được thực hiện nhiều lần với các lá khác nhau của cùng một loại cây. Phương pháp này tốn nhiều thời gian và công sức, và phải được thực hiện bởi nhân viên được đào tạo chuyên nghiệp.

Khác với các phương thức truyền thống, robot mới từ nhóm nghiên cứu tại Đại học California có ưu thế vượt trội hơn nhiều. Robot được trang bị một bộ lấy mẫu lá và buồng áp suất tùy chỉnh, có thể di chuyển dọc theo các hàng cây trồng và thu thập dữ liệu về những gì cần thiết cho mỗi loại cây. Ngoài ra, robot còn được kết hợp cùng máy bay không người lái, có thể khảo sát các cánh đồng và điều khiển hướng đi cho robot.

Giáo sư khoa học máy tính Stefano Carpin cho biết: “Sử dụng quy trình này, người trồng có thể khảo sát cây trồng cả ngày, ngay cả trên những cánh đồng rộng lớn.”

Dự án sẽ kéo dài 4 năm, nhằm hỗ trợ sinh viên sau đại học cũng như mang đến cơ hội nghiên cứu mùa hè cho sinh viên chưa tốt nghiệp. Dự án có 4 giai đoạn: phát triển buồng; phát triển thị giác máy (machine vision) để robot có thể “nhìn thấy” nước chảy ra từ thân lá; điều phối nhiều robot — trên không và trên mặt đất; và đánh giá.

Dự kiến, các nhà nghiên cứu sẽ chế tạo bộ nguyên mẫu buồng áp suất tự động đầu tiên vào mùa xuân năm 2021, tiến hành đánh giá hiệu suất và điều chỉnh thiết kế, tính năng vào mùa xuân và mùa hè năm 2021. Các nhà nghiên cứu dự kiến sẽ hoàn thành sản phẩm hoàn chỉnh và bắt đầu thử nghiệm tại các cánh đồng vào mùa đông năm 2022.

Giáo sư Stefano Carpin cho biết: “Chúng tôi phải đẩy nhanh tiến độ phát triển robot để chuẩn bị kịp cho mùa thu hoạch cao điểm. Nếu không kịp, chúng tôi sẽ phải đợi thêm chín tháng nữa cho mùa tiếp theo. Chúng tôi muốn có thể bắt đầu kiểm tra và thử nghiệm vào mùa hè năm sau và hàng năm. Chúng tôi muốn tận dụng thời gian và thử nghiệm nhiều nhất có thể.”

Khi tất cả các thành phần đã hoàn thành thiết kế, các thiết kế và mã sẽ được chuyển thành mã nguồn mở, và tất cả dữ liệu thu thập được trong quá trình thực hiện dự án sẽ được cung cấp cho giới nghiên cứu khoa học.

Được biết, dự án được lấy cảm hứng từ những câu chuyện thực tế của người nông dân. Các nhà nghiên cứu đã quyết định hợp tác và phát triển robot lấy mẫu lá sau khi biết được những khó khăn và thách thức trong tưới tiêu của những nông dân trồng hạnh nhân, nho, cây có múi và bơ.

Giáo sư Stefano Carpin chia sẻ: “Nền nông nghiệp California gặp thách thức về khả năng mở rộng quy mô. Đây là một sự hợp tác thú vị khi chúng tôi phát triển một hệ thống tưới tiêu phù hợp với từng loại cây trồng khác nhau.”

Theo TechXplore

Tin liên quan: