Økende landbruksproduktivitet via den intelligente nettverkskanten

Hvis du noen gang har plantet frukt og grønnsaker i hagen din, vet du hvor ustadige planter kan være når været endrer seg gjennom vekstsesongen. I et godt år vil du føle tilfredsstillelsen av å dele grønnsakene dine med venner og familie med stolthet. Hvis det er spesielt varmt, tørt eller regnfullt, vil du høste et ynkelig utbytte som kanskje ikke engang er nok til et enkelt måltid. Dette er ikke bra, men det er alltid neste år.

I økonomier med lavere inntekt har imidlertid suksessen til en familiehage større betydning, ikke minst gjelder det den reelle trusselen om vedvarende sult eller verre. Større kommersielle bønder er også prisgitt stadig mer uforutsigbare værmønstre drevet av klimaendringer, men i økonomisk underutviklede land der landbruket er en av hoveddriverne for BNP, går suksessen eller fiaskoen til disse gårdene lenger enn til økonomiske bekymringer. Nasjonal stabilitet kan være i fare.

I enkelte utviklingsland er opptil 80 % av husholdningene på landsbygda avhengige av jordbruk for å kunne overleve. Befolkningen i disse regionene er også mest utsatt for sult og matusikkerhet forårsaket av klimaendringer. Kvinner og barn er spesielt utsatt. Matusikkerhet er et globalt problem. 822 millioner mennesker er fortsatt underernærte, 149 millioner av dem er barn—hemmet på grunn av underernæring.1

Sammen utgjør klimaendringer og matusikkerhet en eksistensiell utfordring. Det Det internasjonale pengefondet (IMF) skriver, “Det er i verdens interesse å sikre at klimaendringer ikke setter utvikling og stabilitet i fattigere land i fare. Å investere i motstandskraft mot klimavariasjoner kan være rimeligere enn humanitær nødhjelp og gjenoppbygging etter en katastrofe.”

Ulike kostnader ved klimaendringer

Høyere temperaturer, vannmangel, tørke, flom og høyere CO2-konsentrasjoner i atmosfæren kan påvirke hovedavlingene. Matproduksjonen vil trolig falle som følge av dette. En flerårig studie fra International Food Policy Research Center spådde at Guatemala og Costa Rica hver vil miste 17 % av sine regnfôrede maisavlinger innen 2050 på grunn av klimaendringer. Honduras vil miste 12 % av avkastningen, og Colombia, Peru, El Salvador og Nicaragua taper omtrent 8 % hver.3

Landbruk på kanten

Svært lite kan gjøres for å beskytte planter mot økende forekomst av orkaner eller stigende havnivåer forårsaket av klimaendringer. Fremveksten og spredningen av intelligente kant-teknologier gjør det imidlertid mulig for store gårder og mindre hager å administrere og å forberede avlingene sine bedre i møte med langsiktige værendringer. Intelligent kant-løsninger plasserer datakraft i smarte enheter ved brukspunktet på kanten av tradisjonelle datanettverk.

Tradisjonelle nettverk er avhengige av en nav-og-eiker-modell, som sender data fra fjerne steder til sentraliserte datasentre for analyse og beslutningstaking. Behandlingskraft går på bekostning av umiddelbarhet og transportrisiko. Å flytte prosessorkraft nærmere datakilder gir større respons og effektivitet, spesielt i landlige jordbrukssamfunn i utviklingsland.

I dag jobber Analog Devices' ingeniører med småskala, kommersielle bønder på Filippinene for å lage intelligente kant-løsninger i “lukket sløyfe” for å overvåke og reagere, i sanntid, på vannings- og gjødselbehovet til kaffeavlingene deres. Potensielle fordeler inkluderer mer effektiv bruk av bøndenes begrensede ressurser, sterkt forbedrede kaffeavlinger, og på nasjonalt nivå ønsker man å gjenopprette , Filippinene sin posisjon som en av verdens beste kaffeeksportører.

Kaffe på Filippinene

Kaffeproduksjonen på Filippinene har gått ned fra 68 800 tonn i 2016 til 60 600 tonn i 2020, en nedgang på 12 % – 8 200 tonn på bare fire år.4 Drivkreftene bak fallende kaffeproduksjon inkluderer klimadrevne endringer i værmønstre og mangel på landbruksteknologi for å bekjempe usikkerheten i disse endringene.

I 2017 kunngjorde den filippinske regjeringen et 5-årig veikart5 for å revitalisere kaffe sektoren. Planen førte til et partnerskap mellom Analog Devices og Amadeo Cooperative Coffee Farm i Minantok East, Amadeo, Cavite. Sammen har de skapt et null-feil, lukket sløyfesystem som registrerer og analyserer hydrerings- og gjødslingsnivåer i jorda og planteblader. Systemet gjør det mulig å tilføre vann og næringsstoffer til riktig tid og med optimale nivåer for å maksimere avlingen. "Anstrengelser for å snu fallende kaffeproduksjonsnivåer på Filippinene gjorde det til et perfekt sted for ADIs Intelligent Edge-teknologier. Vi er i ekstase over de første resultatene vi ser og det fremtidige potensialet, sier Manny Malaki, seniordirektør for COS og prosjektsponsor, ADI Environmental Team.

Dyrke kaffe med teknologi

Kant-landbruksteknologier som kan registrere og reagere umiddelbart på lokale vær- og mikroklimaendringer, gjør at bøndene kan styre hva som kan kontrolleres og sikre at avlingene deres blir riktig vannet og gjødslet, uavhengig av værmønstre.

Det solcelledrevne Analog Devices-systemet bruker Filippinenes rikelige solskinn til å samle inn og analysere informasjon om jordstatus og helse i kaffeplantene, og overfører trådløst data og instruksjoner til vann- og gjødslingssystemer i sanntid. Ved å utnytte kunstig intelligens (KI)-motoren i mikrokontrolleren ADI MAX78000 AI, lærer systemet over tid og forbedrer evnen til å balansere vann, mikronæringsstoffer og pH som svar på den minste miljøpåvirkning. Tre dager med intens, fuktig varme etterfulgt av to dager med kraftig regn er ikke uvanlig på Filippinene, og ADI-løsningen er i stand til å registrere alle variabler med ønskede intervaller, og sikrer at avlingsbehov forblir optimalt dekket for plantehelse og vekst.

Fremtidssikring mot klimaendringer er mulig i dag

Teamene fra Analog Devices og Amadeo Cooperative Coffee Farm startet med bare ett lite anlegg i kjelleren til en ADI-ingeniør. En full mockup av systemet ble testet i en enkelt blomsterpotte under et vekstlys og ga lovende resultater. Under vekslende tørke- og kraftige regnforhold ble data samlet inn i sanntid mens vann- og gjødseljusteringer ble gjort. "Vi kunne med en gang se at kant-løsningen kunne være banebrytende for kooperativet. Etter at ingeniørteamet vårt analyserte resultatene, kunne vi med glede dele informasjonen med kooperativet og gå videre med flere forsøk, sier Romulo Maggay, overingeniør og prosjektleder, Analog Devices.

Neste steg var å kjøre testene på nytt på gården med én plante og deretter utvide til ti planter. Amadeo Cooperative Coffee Farm fikk en oppsiktsvekkende innsikt i den syv måneder lange prøveperioden med disse ti plantene. Disse resultatene er nøyaktig hva kaffebøndene våre trenger akkurat nå, sier Randy Mendoza, eier av gården, Amadeo Farmers Association. 

Fase to i testing av intelligent kant-systemet er nå i gang ved tre større gårder i tre forskjellige områder av landet, hvert med sitt unike mikroklima. Alle bruker større systemer og analyserer motstandskraften mot skiftende tropiske værmønstre. Mer generelt utvikler kooperativet nå langsiktige planer for å gjenvinne ubrukt land og utvide produksjonen.

Luzviminda Amparo, Amadeo Department of Agricultural Head, uttalte: "Maksimering av avlingene våre med ny teknologi er et veldig godt eksempel på hvordan man svarer på klimaendringer med intelligens og framsyn. Jeg ser frem til å utvide samarbeidet om ulike avlinger som er viktige for vår økonomi og våre lokale matkilder.”

Fra en enkel plante har ADI-ingeniører og bønder ved Amadeo Cooperative vist potensialet til kant-teknologi. "Å kunne høste flere bønner pålitelig gir oss håp om at vi igjen kan bli en topp kaffeprodusent," sa Rolando Angcao, styreleder, Amadeo Coffee Farmers.

Samarbeid på myndighetsnivå er også mulig i Filippinene og andre nasjoner, noe som kan gi den ekstra økonomiske støtten bøndene trenger for å få tilgang til disse produktivitets- og effektivitetsforbedrende kant-systemene. I tillegg, ettersom disse systemene reduserer avlingsrisikoen, vil private banker sannsynligvis være mer komfortable med å tilby bøndene lån til bedre priser for å dekke frø- og gjødselkostnader ved starten av hver vekstsesong. Den potensielle fordelen for Filippinernes lønnsomhet er helt tydelig.

En effektiv vei fremover

Etter hvert som klimaendringene skrider frem, er det avgjørende at vi utvikler teknologi som demper effekten. Intelligent kant-teknologi åpner døren og holder løftet om å bidra til å maksimere avlingen i møte med stadig mer uforutsigbare værmønstre.

Ved å iverksette Intelligente kant-løsninger i lukket sløyfe, er det nå mer levedyktig å utvide fra kaffe til ris og bønner – selve grunnlaget for mange underutviklede land. Å tilby tilgang til denne nye teknologien kan forbedre avlingene betydelig, redusere kostnadene og ha en positiv innvirkning på matusikkerhet i den tredje verden og over hele verden. Mens det overveldende flertallet av verdens sultne mennesker lever i utviklingsland, eksisterer sult også i mer avanserte land, inkludert USA, hvor 30 millioner barn lider av underernæring.

Den intelligente kanten bidrar til å bekjempe klimaendringer og sult

Praksis i landbruket vil fortsette å utvikle seg etter hvert som verden blir mer befolket og urbanisert. Det er en mulighet til å skalere ADIs KI-drevne kant-system for å dekke behovene til alt fra massive kommersielle gårder til individuelle drivhus og hager. Utover kaffe kan praktisk talt alle matproduserende planter dra nytte av selvlærende fertiliseringssystemer.

Teknologiske fremskritt har lenge spilt en rolle i å gjøre gårder mer effektive – fra maskiner som planter og høster, til massive vannings- og vanningssystemer. I dag som den Intelligent kant-teknologien revolusjonerer hvordan vi tilpasser og kontrollerer hjemmene våre, kan det samme gjøres for gårder og deres daglige drift. Med smarte, lukkede gjødslingssystemer kan bønder dempe noen av virkningene av klimaendringer, bruke mindre tid på å passe på og bekymre seg for avlingene og mer tid på å planlegge for en velstående fremtid der de kan spille en større rolle i å møte etterspørselen etter mat globalt.

– Det er oppmuntrende å tenke på en fremtid der intelligente, lærende teknologiske systemer kan utformes for å hjelpe til med å håndtere noe av påvirkningen fra klimaendringer og utvide mattilgangen rundt om i verden. 

Manny Malaki, Senior Director of COS and Project Sponsor, ADI Environmental Team.