Tự động hóa trong nông nghiệp: Chuyển mình từ những bước đi cụ thể

Từ những năm 2009 - 2010, Bộ NN-PTNT đã phát động chương trình xây dựng mô hình cánh đồng mẫu lớn với mục tiêu góp phần hạ giá thành sản xuất lúa nhờ giảm đáng kể chi phí giống và chi phí nhân công giảm đáng kể. Tuy người nông dân đã bắt đầu sử dụng cơ thiết bị cơ giới hóa (máy cày, máy cấy, máy gặt đập liên hợp) vào hoạt động canh tác, nhưng quá trình chăm sóc đồng lúa (làm cỏ, bón phân, diệt sâu bọ…) vẫn còn thực hiện theo phương thức thủ công.

Xây dựng giải pháp canh tác thông minh

So với phương pháp canh tác nông nghiệp truyền thống, dự án Farmbox Factory của công ty Agrhub có thế mạnh hơn khi không sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, tiết kiệm nước từ 70 – 90%, phù hợp với đa dạng không gian, canh tác quanh năm và vận hành tự động. Đây là hệ thống canh tác nông nghiệp đa tầng hoàn toàn tự động sử dụng đèn LED và hệ thống kiểm soát thông minh dựa trên nền tảng Farmbox để có thể canh tác nông nghiệp tại bất kỳ đâu.

Giám sát và quản lý nông trại từ xa

Farmbox Factory sử dụng hệ thống đèn LED chuyên dụng, cùng với hệ thống kiểm soát môi trường thông minh giúp tạo ra một môi trường canh tác nông nghiệp hoàn toàn tự động, phù hợp với đa dạng các loại cây trồng từ ôn đới cho đến nhiệt đới. Tùy theo loại cây trồng cần canh tác sẽ có các loại đèn LED khác nhau như trồng rau mầm, rau ăn lá hay ăn quả. Hệ thống kiểm soát môi trường thông minh bao gồm các thiết bị như cảm biến EC, pH, ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ, CO2 và các thiết bị điều khiển dinh dưỡng, điều khiển ánh sáng, điều khiển máy lạnh. Không chỉ vậy, giải pháp này kết hợp với những công nghệ mới nhất vào canh tác nông nghiệp như điện toán đám mây, kỹ thuật canh tác nông nghiệp, Internet of Things (cảm biến, thiết bị điều khiển thông minh) giúp tạo ra một hệ thống đơn giản và dễ vận hành đối với người trồng.

Với ứng dụng Farmbox, người nông dân dễ dàng áp dụng công nghệ vào việc hỗ trợ giám sát và quản lý nông trại từ xa, luôn được cập nhật các thông số môi trường của nông trại như ánh sáng, nhiệt độ, ẩm độ, độ ẩm đất, dinh dưỡng đất mọi lúc mọi nơi bằng thiết bị di động. Dữ liệu của Farmbox được lưu trữ trên nền tảng đám mây, dễ dàng truy xuất khi cần thiết mà không lo về bất kỳ chi phí phát sinh nào.

Sau một tháng trồng thử nghiệm cây xà lách với mô hình Farmbox Factory, công ty Agrhub - agrhub.com đã thu hoạch được vụ đầu tiên với kết quả đáng kể là cây xà lách sinh trưởng và phát triển đồng đều trong cùng một loại đèn LED. Mặt khác, cân nặng mỗi cây cao hơn trồng theo phương pháp thông thường từ 1,5 đến 2 lần.

Về lâu dài, dự án Farmbox Factory cho phép tăng doanh thu lên gấp 4 lần so với thủy canh truyền thống và gấp 10 lần so với canh tác trong nhà kính. Bằng cách này, người trồng sẽ rút ngắn thời gian thu hồi vốn đầu tư và đồng thời tăng được lợi nhuận hằng năm lên gấp nhiều lần. Song song đó, hệ thống sẽ giúp giảm bớt công lao động dành cho việc canh tác nông nghiệp so với các phương pháp truyền thống. Trong tương lai, công ty Agrhub sẽ tìm kiếm nhà đầu tư để tiến hành nâng cấp dự án lên phiên bản 2, với diện tích lớn hơn, đa dạng dịch vụ hơn.

Tự động hóa xe phun thuốc trừ sâu

Thực tế cho thấy việc phun thuốc thủ công không chỉ khiến hiệu quả đạt được còn thấp do thuốc phun không đều và không điều khiển chính xác lượng thuốc phun, gây lãng phí lớn, mà còn có một vấn đề nghiêm trọng: độc tố trong thuốc trừ sâu có thể gây hại trực tiếp cho người phun thuốc.

Trên thế giới, ở các nước tiên tiến, việc phun thuốc trừ sâu, diệt cỏ đều dùng phương tiện cơ giới như máy bay, xe đặc chủng. Ở quy mô lớn, đồng ruộng có tính chất khô, quy hoạch thửa lớn, có đường đi thuận tiện, nên việc phun thuốc tự động ít gặp trở ngại. Trường hợp ruộng nước tương tự Việt Nam thì người ta dùng máy bay hạng nhẹ, xe phun hoặc robot nhằm không gây độc hại cho con người. Tuy nhiên, giá thành ứng dụng thực tế khá đắt.

Đối với loại hình ruộng lúa sình lầy, nhiều nước như ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long, người dân đã có nhiều sáng kiến chế tạo xe phun thuốc trừ sâu để tự giải quyết vấn đề phun thuốc trừ sâu cho ruộng lúa. Đa số các mẫu xe đều sử dụng hệ thống động cơ chạy bằng xăng - dầu (hoặc ắc quy) và có bộ phận bơm áp lực để phun thuốc. Chẳng hạn như mẫu xe 4 bánh của ông Hồ Văn Nam (Kiên Giang) có động cơ 6HP, càng phun 15m, thùng chứa dung dịch 100lít, công suất phun đạt 12 ha/ngày. Hay mẫu xe 3 bánh cao 1,5m có người lái của ông Lâm Văn Mười (An Giang) sử dụng động cơ Diesel D6 6HP (loại máy hay dùng chạy ghe, tàu ở miền Tây) vừa làm xe di chuyển, vừa bơm nước trộn thuốc, vận hành máy phun 44 họng, công suất phun đạt 15 ha/ngày. Riêng mẫu xe của ông Lê Văn Chưởng (Trà Vinh) có kết cấu máy TC2 giống như máy trục, có thêm một hộp số tự vận hành, dùng động cơ xăng 5,5HP, sử dụng một bơm cao áp có áp lực phun mạnh, đạt công suất phun đến 0,7ha/giờ.

Tuy hầu hết xe phun thuốc kể trên đều rất đơn giản, dễ sử dụng, giá thành thấp, đem lại hiệu quả cao trong sản xuất, nhưng quy trình chế tạo thường không có mẫu thiết kế chuẩn, mà làm theo nguyên tắc sai - sửa – sai… cho đến khi vận hành được thiết bị. Đó là chưa kể đến việc vật liệu và năng lượng chưa được tối ưu, nên khả năng sản xuất mở rộng đại trà không cao. Mặt khác, một số xe dù có bộ điều khiển từ xa (nhập ngoại), nhưng chỉ cho phép điều khiển tầm ngắn không quá 200m, độ ổn định không cao và chỉ đơn thuần là điều khiển cho xe chạy.

Từ thực tiễn như trên, để thúc đẩy cơ khí - tự động hóa phục vụ cho lĩnh vực nông nghiệp, Sở KHCN TP.HCM đã hỗ trợ nhóm chuyên gia ở Phân Viện Nghiên cứu Điện tử - Tin học - Tự động hóa TP.HCM ứng dụng công nghệ tự động hóa vào thiết kế, chế tạo xe phun thuốc trừ sâu điều khiển từ xa cho ruộng lúa, với sự phối hợp của cơ sở sản xuất máy phun thuốc trừ sâu Quốc Tuấn (An Giang) cùng Trung tâm Giống cây trồng (Sở NN-PTNN tỉnh Sóc Trăng).

TS. Trần Viết Thắng – Chủ nhiệm dự án cho biết nhóm chuyên gia đặt mục tiêu thiết kế, chế tạo xe phun thuốc trừ sâu có khả năng tự hành với điều khiển từ xa (200-300m), có đặc tính kỹ thuật phù hợp với các kích cỡ ruộng lúa phổ biến ở đồng bằng sông Cửu Long, dễ vận hành, phù hợp nhiều kích cỡ và địa hình ruộng lúa ở đồng bằng sông Cửu Long, tiêu tốn ít năng lượng, giá thành rẻ (khoảng 40-50 triệu đồng/máy tùy công suất và kích thước xe). Trong thiết kế, các bộ phận cơ điện, tự động hóa và hệ thống điều khiển từ xa được tính toán để phục vụ nhu cầu triển khai sản xuất hàng loạt để cung cấp cho thị trường.

Tính đến giai đoạn giữa kỳ (tháng 9/2018), dự án đã hoàn chỉnh phần cơ khí, tích hợp cơ điện, mạch điều khiển xe, tiến hành thử nghiệm giải thuật đi thẳng. Ở giai đoạn tiếp theo, nhóm chuyên gia sẽ đồng loạt thử nghiệm sự ổn định của bộ điều khiển, độ ổn định của thiết kế cơ khí trên đồng ruộng và đo hiệu quả của lượng thuốc phun.

Ở mặt thiết kế cơ khí, xe có đến 2 hộp số, tay quay nâng/hạ xe, sử dụng cần phun xếp chồng 3 đoạn nối tiếp cho công suất phun cao hơn, nhưng quan trọng hơn cả là hầu hết bộ phận được chuẩn hóa dạng module nên vận hành linh hoạt, dễ dàng tháo lắp và thay thế - sửa chữa nhanh. Bộ điều khiển xe có công dụng tăng/giảm ga động cơ xăng, bật/tắt máy bơm, báo cáo theo thời gian thực các yếu tố (nhiệt độ, lượng pin còn lại, độ lớn tín hiệu thu/phát), đồng thời thiết lập xe tự di chuyển trên đường thẳng nhờ hệ thống cảm biến định hướng tích hợp trên bộ điều khiển.

Ở giải thuật điều khiển tự hành, nhóm chuyên gia xây dựng giải thuật điều khiển PID, tiến hành thử nghiệm giải thuật trên các địa hình khác nhau (hướng di chuyển của xe, góc quay theo phương ngang, độ gồ ghề và độ nghiêng của mặt đường...) để tìm kiếm các thông số điều khiển tối ưu, sau đó thử nghiệm trên đồng ruộng để hiệu chỉnh thông số bộ điều khiển, qua đó giúp người nông dân giảm bớt thao tác trong quá trình vận hành.

Không chỉ vậy, thông qua kỹ thuật điều khiển từ xa với tầm xa đủ để không ảnh hưởng ngộ độc thuốc với người điều khiển, xe phun thuốc trừ sâu điều khiển từ xa cho ruộng lúa hứa hẹn giúp giải quyết nhiều vấn đề phức tạp khác trên đồng ruộng khi được chính thức xuất xưởng.

PC WORLD VN, T11/2018

Hoàng Kim