کشاورزی دقیق (Precision Farming) در راه جهانی شدن

ثانیه به ثانیه، دنیای ما بزرگتر ... و  گرسنه تر می شود.

در واقع، هر یک ثانیه دو نفر به جمعیت جهان افزوده می شود، و تا سال 2050، تولید مواد غذایی می بایست 70 درصد افزایش یابد تا غذای جمعیت رو به رشد تامین گردد.

متاسفانه، ناکارآمدی تکنیک های برداشت محصول، انبارداری نامناسب، و حمل و نقل ضعیف منجر می شود نیمی از غذای تولیدی هیچ گاه مصرف نشود. تقریباً 30 درصد از غذای تولید شده مقصدی به جز سطل های زباله ندارد، و زنجیرۀ تأمین ناکارا این مسئله را پیچیده تر کرده است.

مطمئناً، رویدادهای آب و هوایی، مانند خشکسالی های بلندمدت، مشکلات بیشتری را برای علم کشاورزی خلق کرده است؛ از دست رفتن محصول، کمبود منابع غذایی، و قیمت های فزایندۀ کالاهای مصرفی شاهدی بر این مدعاست.

به منظور معکوس کردن چنین روندِ نگران کننده ای، و به منظور تولید غذای کافی برای برآورده کردن نیازهای جمعیت رو به رشد جهان، صنعت کشاورزی می بایست پذیرای روش های هوشمندِ زراعت باشد.

خوشبختانه، فناوری این کار در حال حاضر در دسترس بوده و از آن استفاده نیز می شود.

کشاورزی دقیقْ (precision agriculture) نام شیوه ای است که زراعت را بهینه خواهد ساخت. در این شیوه از داده های جمع آوری شده از مزرعه و مناطق پیرامون به منظور پیش بینی شرایط جوی و بهینه سازی عملیاتِ زراعتْ استفاده می گردد. به همان اندازه که تجهیزات و نیروی کار مهم است، داده های زمان-واقعی نیز مهم است. این داده ها با شرایط جوی، خاک، سلامت محصول، و کیفیت هوا مرتبطند. علاوه بر آن، آنالیز پیشگویانه نیز می تواند رویکردی هوشمندانه برای تصمیم گیری های خردمندانه در حوزۀ کشاورزی باشد.

کشاورزی دقیق (precision agriculture) می تواند به کشاورزان --- از برونئی تا برزیل --- کمک کند تا مناسب ترین زمان برای برداشت را تخمین زنند تا صدمه به محصول و نقصان آن کاهش یابد؛ تا تعداد کارگران مورد نیاز برای برداشت را برآورد کنند؛ تا زمان دقیق درخواست و اعزام خودروهای حامل محصول را تعیین نمایند --- مسئله ای مهم در مزارعی که نبود جادۀ آسفالته توزیع را فلج کرده است.

موارد فوق و سایر روشهای هوشمند زراعت --- از جمله تکنیک هایی که در اوایل چرخۀ رشد به کار گرفته می شود --- صدمات جوی به محصول را تا 25 درصد تقلیل می دهند، و به این وسیله هدررفت محصول کاهش یافته و غذای بیشتری راهی میز غذا می شود.

توسعه، و استفاده از، فناوری های مبتنی بر آنالیز و پیش بینی به مزارع عظیم محدود نمی گردد. مزارع کوچک و خانوادگی نیز می توانند از این فناوری ها بهره مند شوند تا تولید را افزایش و هدررفت محصول را کاهش دهند.

نود درصد صدماتی که به محصولات کشاورزی وارد می شود، به گفتۀ وزارت کشاورزی ایالات متحده، ناشی از حوادث جوی است. کشاورزی دقیق (precision agriculture)، از طریق پیش بینی شرایط جوی و مدلسازی جوی، و محلی سازی آن --- حتی در سطح یک مزرعۀ خاص --- توانسته این مشکل را مرتفع کند.

در IBM، از طریق استفاده از Deep Thunder، نوعی سرویس مدلسازی جوی ابداع شده است --- نوعی فناوری تحلیلگر برای پیش بینی جوی در سطح محلی، به شکل مناسب سازی شده، با رزولوشن بالا، و سرعت مناسب. حسگرهای تعبیه شده در مزرعه دما و رطوبتِ خاک و هوای پیرامون را اندازه گیری می کنند؛ دستگاه مذکور این داده ها را گردآوری می نماید. تصاویر چند-طیفی که از سامانه های دوربین دار پیشرفته گرفته شده اند با این اطلاعات ترکیب می شوند؛ این تصاویر را ماهواره ها و یا هواپیماها برای دستگاه ارسال می کنند.

در مرحلۀ بعد، سیستم مذکور داده های میدانی را با داده های جمع آوری شدۀ سراسری ترکیب می کند. یک ابر-کامپیوتر این داده ها را پردازش کرده و در نهایت یک مدل ریاضی و چهاربعدی تولید می کند.

Deep Thunder قادر است وضعیت جوی یک نقطۀ خاص را تا سه روز آینده پیش بینی کند؛ محاسبات این سیستم به حدی دقیق است که می تواند بازۀ مکانی یک مایلی و بازۀ زمانی 10 دقیقه ای را پوشش دهد.

در واقع، کشاورزی که به طور کامل از وقایع جوی پیش رو آگاه است می تواند کوددهیِ منطقه ای از مزرعه را که بارش بیشتری دریافت می کند، به تعویق اندازد؛ و یا، می تواند تنها بخشی از مزرعه را آبیاری کند که قرار است بارش کمتری دریافت کند. با توجه به اینکه 70 درصد منابع آب نصیب بخش کشاورزی می شود، قطره قطرۀ آب مصرفی باارزش محسوب می شود.

همچنین، درک بهتر و پیش بینی دقیق ترِ شرایط جوی و تأثیر آن بر شبکۀ حمل و نقلْ می تواند برای کشاورزان سودمند باشد. به کمک این روش، آن ها قادر خواهند بود دربارۀ سریع ترین مسیر و بهترین شیوۀ جابجایی محصول تصمیم گیری کنند. چنین امکانی در کشورهایی مانند برزیل از اهمیتی حیاتی برخوردار است که در آن ها جاده های غیرآسفالته و باران های سنگین موجب می شود کامیون ها در گل و لای گیر کنند.

تجمیع آنالیزهای پیشگویی کننده و تکنیک های مدل سازی با سایر روش های پیشرفتۀ زراعتْ در برهه ای از زمان که منابع در حال تحلیلندْ بسیار سودمند خواهد بود.

برای نمونه، بسیاری از کشاورزان به منظور افزایش عملکرد محصول، از آبیاری flow-through، آبیاری قطره ای، و آبیاری بارانی استفاده می کنند و یا از آب های زیرزمینی به شکل کارا بهره می برند. «بهره مند کردن جحم بالایی از محصول با حداقل آب مصرفی» نه تنها بهره وری مزرعه را ارتقا می دهد، بلکه بازدۀ سرمایه را نیز افزایش می دهد تا بتوان بر راهکارهای هایتِکِ بیشتری سرمایه گذاری کرد.

هنوز هم در بسیاری از کشورها --- خصوصاً کشورهای در حال توسعه --- کشاورزان به منظور تصمیم گیری در مورد کاشت، آبیاری، و برداشتْ از حدس و گمان استفاده می کنند.

از طریق ترکیب ابرکامپیوترها و تحلیل های Deep Thunder با سایر نوآوری های فنی، حتی کشاورزانِ فاقد امکانات نیز می توانند تولید و سود را ارتقا دهند. و تمامی مصرف کنندگان نیز از آن ها ممنون خواهند شد.

منبع:

این مقاله در تاریخ 14.6.2013 تحت عنوان

"Precision Farming Gains Global Foothold" در LiveScience.com منتشر شده است.

ذخیره اطلاعات بر پیکره ی باکتری ها

باکتری E.coli، یکی از خطرناک ترین عوامل بیماری زا در بسیاری از مسمومیت های غذایی، قادر است از داده های ما محافظت کند. بنابراین، به گفته عده ای از دانشجویان چینی مقیم هنگ کنگ، در آینده قادر خواهیم بود «منبع عظیمی از اطلاعات را در یک ظرف حاوی باکتری درون یخچال خانه» نگهداری کنیم.

ذخیره سازی زیستی علمی جوان است که قدمت آن از یک دهه فراتر نمی رود. دقیق ترین تعریفی که از این علم می توان ارائه کرد «هنر رمزنویسی اطلاعاتی روی سلول های زنده»  است. از آنجا که شمار باکتری ها ثابت نبوده و مرتبا تولید مثل می کنند، در صورتی که داده ها را روی DNA آن ها ذخیره کنیم، می توانیم هزاران سال از اطلاعات خود حفاظت کنیم. پیش از این دانشمندان ژاپنی در سال 2007 از حک نمودن معادله معروف اینشتین (یعنی E=MC2) روی DNA نوعی باکتری موجود در خاک خبر داده بودند.

اما محققان چینی پا را این فراتر گذاشته و ذخیره داده های پیچیده را، از طریق ایجاد روش های نوین، روی DNA باکتری مذکور ممکن ساختند. آن ها اطلاعات را به اجزای کوچک تقسیم کرده و این داده ها را بین سلول های باکتریایی متفاوت پخش نمودند. این روش به دانشمندان کمک می کند بر مشکل کمبود ظرفیت فائق آیند. آن ها همچنین روشی را ابداع کرده اند که با آن می توان، محل دقیق اطلاعات مورد نظر، روی DNA را ردیابی نمود.

این روش، علاوه بر متن، راه را برای ذخیره تصویر، موسقی و حتی ویدئو روی سلول ها هموار می سازد. به گفته محققان چینی یک گرم از باکتری قادر است معادل با یک هارد دیسک 4502000 گیگا بایتی، اطلاعات در خود جای دهد. آن ها حصار امنیتی سه لایه ای را نیز برای محافظت از اطلاعات ابداع نموده اند که می تواند برای دیپلمات های آمریکایی که اطلاعات شان توسط Wikileaks در فضای مجازی پخش شد خبر خوشایندی باشد. باکتری ها را نمی توان هک کرد؛ این در حالی است که داده های روی کامپیوترها را در اثر نقص های الکتریکی و یا دزدی های سایبری ممکن است از دست بدهیم. اما باکتری ها با توجه به ایمن بودن مقابل حملات سایبری، قادرند از اطلاعات ما، با قدرت، محافظت کنند. به علاوه یک نوع مکانیسم که درون این سیستم به کار رفته، مسئول این است که مانع از نابودی اطلاعات، در اثر جهش های احتمالی ژنتیکی باکتری ها گردد.

دانشمندان چینی واژه ای را نیز در این رابطه ابداع کرده اند – biocryptography. آن ها DNA را از سلول باکتری استخراج کرده و پس از ایجاد تغییرات به کمک آنزیم ها روی آن، DNA را مجددا به سلول بازگرداندند.  

دانشمندان مذکور خطرناک بودن این روش را رد کرده و می گویند: علی رغم بدنامی E.coli، این شیوه ریسکی را متوجه ما نخواهد کرد، چرا که از نوع اصلاح شده این باکتری استفاده کرده که قادر نیست خارج از فضای سنتزی زنده بماند.

شاید بتوان یکی از تجهیزات کامپیوترهای آینده را پتری دیش هایی دانست که حاوی باکتری های حامل اطلاعات هستند. با اینحال، هر چند این روش «یک دستاورد عظیم» محسوب می گردد، اما دنیا، به دلیل اینکه روش فوق مراحل اولیه را طی می کند، باید سال ها منتظر بماند تا چنین کامپیوتری را تجربه کند.  

منبع:

AFP

پ. ن. پتری دیش نام یک ظرف پلاستیکی است که در آزمایشگاه های میکروب شناسی برای مطالعه روی باکتری ها از آن استفاده می کنند. اگه سوالی بود در خدمت هستم.

پ.ن. E.ocli که ما به اون می گیم اشرشیا کلی/کلای یک باکتری بیماریزاست که عامل بسیاری از مسمومیت های غذایی خصوصا در فصل تابستان می باشد. coli همان colon است که فکر می کنم روده بزرگ باشد. E حرف ابتدایی Escherchia بوده که از Escher مشتق شده است. T. Escher نام یک دانشمند آلمانی در قرن نوزدهم است.