利用传感器、智能设备和人工智能可以改变农业

弗吉尼亚理工大学动物科学和生物系统工程助理教授、生物传感工程师阿扎哈尔·阿里（Azahar Ali）正在为第四次农业革命的到来做准备。

预计这是一个将利用第四次工业革命中出现的连接技术的变革潜力的时代。对阿里来说，有三种技术在推进气候智能型精准农业方面具有突出的潜力：可穿戴农业传感器、支持物联网或“智能”的设备以及人工智能（AI）。

在Advanced Intelligent Systems发表的一篇评论文章中，Ali及其同事动物科学学院的Matin Ataei Kachouei和佛罗里达理工大学的Ajeet Kaushik写道，合并这些尖端技术可能会在农业部门如何监测全球食品安全和质量以及植物健康和生产力方面产生范式转变。

文章称，对于阿里来说，优先考虑快速、准确、早期监测对于可持续、安全地养活快速增长的全球人口至关重要，预计到2050年，全球人口将达到近100亿，需要增加50%的粮食来维持世界粮食供应链。

根据农业与生命科学学院发布的《2023 年全球农业生产力报告》，全球农业生产力增长大幅萎缩，目前可持续扩大生产的努力不足。

阿里说，研究人员需要合作，挖掘新技术的全部潜力，帮助生产商跟上未来的需求。农艺师需要与工程学、人类和兽医学以及材料科学方面的专家合作。

“这种合作存在巨大差距，”阿里说。“我开发传感器，但我需要与机器学习专家合作。我们需要开展更多合作，以解决粮食危机。

在他们的文章中，Ali、Kachouei 和 Kaushik 阐述了研究人员在应用传感器、智能设备和人工智能监测食品和植物方面取得的最新进展。他们还描述了结合这些技术的潜力和挑战。

他们写道，食品传感器技术取得了显着发展，重点是测量毒素、湿度、pH值、新鲜度、温度、污染物和病原体。密切关注这些因素是食品安全、食品质量和高包装标准的关键。

研究人员描述了当与其他技术配对时如何增强这些传感能力：通过传感器和智能设备的配对，食品、牲畜和植物传感系统可以实时、现场和大规模地精确收集数据。然后，下一代网络可以快速传输这些系统生成的大量数据。

研究人员写道，人工智能可以通过自动数据处理来简化数据分析。阿里说，人工智能可以处理智能传感器产生的大量数据。智能设备和人工智能的结合还为预测分析提供了潜力，使生产者能够主动预测疾病爆发和天气模式等挑战。

在整篇文章中，Ali和他的同事们强调了研究人员目前正在探索多种技术整合的例子，包括开发用于检测牛奶、橙汁和苹果汁中疾病生物标志物的电化学传感器，以及使用基于微针的集成植物传感器以及基于智能手机的3D打印设备来检测西红柿中的病毒。

阿里和他的同事们看到了这些解决方案的前景，但他们也指出了利用第四次农业革命技术的现有挑战：使用智能传感器收集数据存在安全问题;传感器、网络基础设施和数据管理的成本可能高得令人望而却步;在许多农场所在的农村或偏远地区使用智能设备时，可能会出现互联网连接问题。

为了应对这些挑战，阿里指出，不仅要与科学家合作，还要与政策制定者和农民合作。“为了解决我们的共同问题，我们需要共同努力，”他说。

作者通過： Suzie Irby