1. Internet of Things (IoT)

Việc giám sát đồng ruộng trong canh tác nông nghiệp đòi hỏi nhiều sức người, sức của, thời gian và công sức. Công nghệ IoT (Internet vạn vật) sẽ cung cấp giải pháp thay thế cho các phương pháp canh tác truyền thống. Một thiết bị IoT có thể chứa 1 hoặc nhiều cảm biến thu thập dữ liệu và cung cấp thông tin chính xác thông qua các ứng dụng di động hoặc các phương tiện thời gian thực. Các cảm biến này thực hiện vô số hoạt động, chẳng hạn cảm biến đất, nhiệt độ và độ ẩm, theo dõi thực vật và vật nuôi... Nó cũng tạo điều kiện cho việc giám sát từ xa các trang trại, mang lại sự thuận tiện hơn cho người nông dân. Chưa hết, các hệ thống tưới tiêu mới sử dụng các cảm biến IoT để tự động hóa việc cung cấp nước cho cây trồng như các cảm biến thoát hơi nước, cảm biến độ ẩm đất tại chỗ, cảm biến mưa…

Các công ty khởi nghiệp đang phát triển các giải pháp cảm biến sáng tạo kết hợp công nghệ IoT với máy bay không người lái, robot và hình ảnh máy tính để tăng tính nhanh nhẹn, độ chính xác của các quy trình trang trại. Chúng gửi cảnh báo đúng lúc và cải thiện thời gian phản hồi cho các khu vực cần chú ý. Ví dụ, Hãng khởi nghiệp của Bulgari, Agrila, tạo ra một trạm cảm biến dựa trên mô-đun IoT để tạo thuận lợi cho việc thu thập các thông số quan trọng như độ ẩm và nhiệt độ của đất, tốc độ và hướng gió, mưa, độ ẩm, chiếu xạ mặt trời... Trạm vận hành bằng năng lượng mặt trời và cung cấp cảnh báo thời gian thực thông qua các ứng dụng web hoặc di động. Giải pháp này còn cung cấp các biểu đồ, báo cáo và phân tích dữ liệu cảm biến chi tiết, cho phép người nông dân thu thập thông tin chi tiết một cách kinh tế và hiệu quả hơn.

Farmer Hive (FH), một khởi nghiệp của Canada giải quyết nhu cầu giám sát từ xa tức thì đối với thiết bị nông nghiệp, cây trồng và vi khí hậu. FH phát triển các cảm biến dựa trên công nghệ IoT cho nhà kính, trang trại gia đình và người trồng cây ăn quả. Sản phẩm của FH cung cấp các dịch vụ đám mây lưu trữ trực tiếp dữ liệu và các chỉ số chi tiết được đo bằng các cảm biến này. Nó có khả năng giám sát từ xa trong hệ sinh thái không dây với sự trợ giúp của các công nghệ kết nối như mạng 4G LTE-M, Wi-Fi hoặc LoRaWAN. Cho phép nông dân hiểu rõ hơn về dữ liệu trang trại của họ và xác định các khu vực có vấn đề trong thời gian thực.

2. Người máy nông nghiệp

Thiếu lao động là một vấn đề nghiêm trọng mà nông dân phải đối mặt, điều này càng tăng khi hoạt động trên cánh đồng rộng. Vì vậy, các công ty khởi nghiệp đang sản xuất robot để hỗ trợ nông dân trong nhiều hoạt động trang trại, bao gồm hái trái cây, thu hoạch, trồng, cấy, phun thuốc, gieo hạt và làm cỏ. Nông dân có thể dựa vào robot để tự động hóa các công việc lặp đi lặp lại trên cánh đồng. Chẳng hạn như máy kéo bán tự động và bán tự động được hỗ trợ GPS để thu hoạch. Máy kéo cũng được trang bị công nghệ tự động lái để điều hướng dễ dàng hơn trên đồng ruộng. Ngoài ra, robot cũng được sử dụng trong các hệ thống tự động trong quản lý chăn nuôi. Như dùng trong cân tự động, máy ấp trứng, máy vắt sữa, máy cho ăn tự động và nhiều hơn nữa. Robot cho phép nông dân tập trung hơn vào việc cải thiện năng suất tổng thể mà không phải lo lắng về quy trình chậm chạp. Chúng cũng ngăn ngừa các lỗi do con người gây ra và cung cấp sự tiện lợi thông qua tự động hóa.

Hãng khởi nghiệp Advanced.Farm của Mỹ đang tận dụng công nghệ robot để phát triển các giải pháp thu hoạch và điều hướng tự động trên các cánh đồng. Họ triển khai các robot được trang bị camera âm thanh nổi để xác định và chọn sản phẩm tươi dựa trên kích thước và độ chín. Ngoài ra, họ còn tạo ra các dụng cụ kẹp an toàn thực phẩm để tách trái cây khỏi cây. Dùng t máy kéo tự động và hệ thống truyền động lai chạy điện, cho phép nông dân tự động hóa các hoạt động quy mô lớn, tốn ít thời gian và công sức hơn.

3. Trí tuệ nhân tạo (AI)

Việc kết hợp trí tuệ nhân tạo trong nông nghiệp cung cấp những hiểu biết cho nông dân về thời gian thực trong nông nghiệp, giúp nông dân chủ động hơn. AI cung cấp thông tin chi tiết dự đoán để dự báo dữ liệu thời tiết, năng suất cây trồng và giá cả, từ đó giúp họ đưa ra quyết định sáng suốt. Ví dụ Chatbot (ứng dụng phần mềm dùng để quản lý một hệ thống thảo luận trực tuyến bằng văn bản hoặc văn bản chuyển thành giọng nói, thay vì cung cấp các thảo luận trực tiếp với người dùng thật) đưa ra các đề xuất và đầu vào các khuyến nghị kịp thời. Các thuật toán AI và ML tự động hóa nhận dạng dị thường và dịch bệnh trên cây trồng và vật nuôi. Điều này cho phép phát hiện kịp thời và phản ứng sửa chữa nếu cần.

Công nghệ sinh học cũng triển khai các thuật toán ML cho các khuyến nghị lựa chọn gen. Chưa hết, AI cung cấp khả năng tiếp cận tài chính dễ dàng cho các chủ nợ bị từ chối tín dụng chính thống . Nhờ AI có thể đưa ra các giải pháp sáng tạo nhằm cải thiện chất lượng nông nghiệp tổng thể. Ví dụ, dự báo chất lượng thu hoạch (HQV) là một đổi mới nông nghiệp vừa được đưa ra ứng dụng gần đây nhằm xác định chất lượng và số lượng của trái cây và rau quả đến kỳ thu hoạch.

Hãng khởi nghiệp Arwa Intelligence của Mỹ tận dụng trí tuệ nhân tạo để đưa ra các đề xuất tùy chỉnh cho việc lập kế hoạch cây trồng thông qua giao diện phần mềm tổng hợp tất cả dữ liệu trang trại để thực hiện phân tích chi tiết về di truyền, độ phì nhiêu của đất, khí hậu, thu hoạch và năng suất. Họ cung cấp các giải pháp thông minh về phân loại đất và khí hậu cụ thể cho các loại cây trồng trên đồng ruộng. Hơn nữa, chúng tạo điều kiện thuận lợi cho việc phân tích thu hoạch bằng cách tạo các thẻ báo cáo cấp trang trại cho phép nông dân xác định các yếu tố hạn chế và phân tích hiệu suất của các yếu tố đầu vào trên đồng ruộng trên cây trồng.

4. Máy bay không người lái (Drone)

Máy bay không người lái, hay phương tiện bay bay không người lái ((Drone hay UAV), có thể giúp nông dân vượt qua những rắc rối trong quản lý lẫn canh tác. Drone thu thập dữ liệu thô để chuyển thành thông tin hữu ích cho việc giám sát trang trại. Nó được trang bị camera tạo điều kiện thuận lợi cho việc chụp ảnh từ trên không và khảo sát các lĩnh vực gần và xa. Dữ liệu tối ưu hóa việc áp dụng phân bón, nước, hạt giống và thuốc trừ sâu.

Ngoài ra, drone còn kết hợp cùng công nghệ GPS để theo dõi gia súc, xác định địa lý và giám sát chăn thả. Chúng bay qua các cánh đồng để chụp những hình ảnh từ những bức ảnh ánh sáng nhìn thấy đơn giản đến hình ảnh đa khung giúp phân tích cây trồng, đất và đồng ruộng. Một nhược điểm là chúng không phù hợp để theo dõi gia cầm, vì loài vật này có xu hướng sợ drone nhưng để giám sát gia súc chăn thả và trồng trọt lại rất hiệu quả về chi phí lẫn khảo sát vùng đất rộng. Hiện, các công ty khởi nghiệp cũng đang nghiên cứu máy bay không người lái có khả năng đo mức độ diệp lục, áp lựct cỏ dại, khoáng chất và thành phần hóa học của đất.

Wakan Tech là một công ty khởi nghiệp của Oman đang nghiên cứu các giải pháp dùng drone để thụ phấn trên không cho cây chà là, theo dõi sức khỏe cây trồng, phun thuốc trừ sâu và phấn hoa có mục tiêu. Drone có thể thụ phấn cho cây trông bằng cách sử dụng phấn hoa khô hoặc lỏng và nhanh hơn nhiều so với các phương pháp thụ phấn thông thường. Các Drone này được trang bị AI và công nghệ thị giác máy tính để phát hiện sâu bệnh và cây chà là bị bệnh nên cho phép xác định mục tiêu và phun thuốc nhanh hơn và chính xác hơn, đặc biệt là các trang trại lớn.

5. Nông nghiệp chính xác

Suy thoái môi trường gây ảnh hưởng trực tiếp đến canh tác bền vững. Quản lý vụ mùa theo trang trại (SSCM), thường được gọi là nông nghiệp chính xác là một phương pháp giúp nông dân biết chính xác đầu vào, chẳng hạn như nước, thuốc trừ sâu hay phân bón, để nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng đối với các vùng đất khác nhau.

Khởi nghiệp Data Farming của Úc cung cấp các giải pháp kỹ thuật số trong lĩnh vực nông nghiệp chính xác với sự trợ giúp của các dịch vụ đám mây trả tiền. Nền tảng đám mây có tên The Digital Agronomist, bao gồm các công cụ như hình ảnh vệ tinh, lập bản đồ đất, khu vực tự động…, trao quyền cho nông dân những hiểu biết hữu ích về đồng ruộng. Giải pháp cung cấp bản đồ đất miễn phí, hình ảnh vệ tinh độ phân giải cao và công nghệ tỷ lệ thay đổi. Việc áp dụng tỷ lệ thay đổi đảm bảo rằng tỷ lệ áp dụng các đầu vào trang trại dựa trên vị trí chính xác, do đó thiết lập quy trình canh tác chính xác.

6. Công nghệ sinh học nông nghiệp

Năng suất cây trồng giảm sút mặc dù hóa chất nông nghiệp được sử dụng tối đa nên ảnh hưởng tới tính bền vững. Để khắc phục, ứng dụng công nghệ sinh học nông nghiệp nâng cao chất lượng cây trồng, vật nuôi được xem là giải pháp tình thế. CRISPR-Cas9 là công nghệ chỉnh sửa gen được nhắc đến nhiều trong thời gian gần đây, nó cho phép độ đặc hiệu của mục tiêu cao với tốc độ và độ chính xác được cải thiện. Tạo ra các cây chuyển gen với các phẩm chất mong muốn như khả năng chịu bệnh, chịu hạn, kháng sâu bệnh và cho năng suất cao.

Tiêu biểu trong lĩnh vực này có AgGene, một công ty khởi nghiệp sinh học nông nghiệp của Canada đã khai thác các kỹ thuật nhân giống cây trồng để phát triển hạt giống và mô với hàm lượng protein tăng nhờ điều khiển các gen để tích lũy protein. AgGene đang triển khai các nền tảng chỉnh sửa gen như CRISPR và MAD7 để đưa các đặc điểm mong muốn vào cây trồng thương mại trong tương lai gần.

Hãng khởi nghiệp XytoVet của Úc lại nghiên cứu kỹ thuật chăn nuôi cừu, gia súc và nuôi trồng thủy sản bằng công nghệ DNA. Công nghẹ này xác định nguồn gốc phù hợp cho cừu và gia súc, giúp người nông dân xác định được giống tốt. XytoVet còn nghiên cứu cải thiện nuôi trồng thủy sản bằng cách chọn lọc các gen có tốc độ tăng trưởng cao hơn và khả năng kháng bệnh. XytoVet cung cấp một loạt các phân tích di truyền để hỗ trợ nông dân trong việc ra quyết định chăn nuôi.

7. Big Data & Phân tích

Khối lượng lớn về dữ liệu trang trại được tạo ra mỗi ngày, điều này sẽ không phát huy nếu không được phân tích. Dữ liệu lớn (Big Data) và các kỹ thuật phân tích chuyển đổi dữ liệu này thành thông tin chi tiết hữu ích. Thống kê diện tích cây trồng, sản lượng cây trồng, dự báo mùa vụ, sử dụng đất, thủy lợi, giá cả nông sản, dự báo thời tiết, dịch bệnh cây trồng, tạo nền tảng cho vụ nuôi tiếp theo. Các công cụ phân tích sử dụng dữ liệu về các hiện tượng thời tiết, thiết bị nông nghiệp, chu kỳ nước, chất lượng và số lượng cây trồng để trích xuất thông tin liên quan đến hoạt động của trang trại. Một số công ty khởi nghiệp đang phát triển các giải pháp trong lĩnh vực phân tích trang trại cho phép nông dân tận dụng dữ liệu đồng ruộng của họ. Ví dụ, dữ liệu phân tích nâng cao hiểu biết về mức độ dinh dưỡng của đất, độ chua và độ kiềm của đất, nhu cầu phân bón và một số thông số khác, cho phép người nông dân đưa ra lựa chọn phù hợp cho đồng ruộng của họ.

Fyllo là một công ty khởi nghiệp của Ấn Độ sử dụng các dịch vụ đám mây để phân tích dữ liệu trang trại. Các thiết bị của Fyllo được lắp đặt trên toàn trang trại để nhận biết và báo cáo dữ liệu. Fyllo còn xây dựng các mô hình với dữ liệu trang trại theo thời gian thực để trao quyền cho nông dân hiểu rõ về nhu cầu cây trồng, yêu cầu tưới tiêu, sâu bệnh và dịch bệnh cũng như lịch trình bón phân cho cây trồng dựa trên phân tích dữ liệu đất.

8. Nông nghiệp môi trường được kiểm soát

Các hiện tượng thời tiết biến động và khắc nghiệt liên tục cản trở nông nghiệp. Việc trồng cây ở các thành phố đông dân, sa mạc, hoặc các điều kiện không thuận lợi khác đặt ra những thách thức mới. Điều này có thể khắc phục đươc bằng nông nghiệp môi trường có kiểm soát (Controlled environment agriculture hay CEA). Trong CEA, thực vật phải chịu một tỷ lệ kiểm soát của ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và chất dinh dưỡng.

Có nhiều môi trường trồng trọt khác nhau, như canh tác trong nhà, canh tác thẳng đứng, nhà kính... Ngày càng có nhiều triển khai các kỹ thuật như thủy canh và khí canh liên quan đến việc trồng cây không cần đất trong môi trường dinh dưỡng lỏng hoặc hơi nước. Một kỹ thuật khác như vậy có tên là aquaponics, nơi cây và cá được nuôi trồng đồng thời và mang tính tương hỗ. Cá cung cấp chất dinh dưỡng cho cây, đồng thời cây lọc nước cho cá. Các phương pháp CEA làm giảm sâu bệnh, tăng năng suất và thiết lập các phương thức canh tác bền vững.

Hãng khởi nghiệp Baltic Freya của Lít-va xác định các vấn đề tồn tại trong lĩnh vực thủy canh và khí canh để tạo ra một kỹ thuật phun sương mới và cải tiến. Cây trồng bằng phương pháp thủy canh có khả năng mắc các bệnh về rễ, trong khi khí canh thường sử dụng nhiều vòi phun. Các kỹ thuật phun sương hiện tại có thể làm dung dịch dinh dưỡng quá nóng hoặc làm nứt các đĩa piezoceramics. Vì vậy, công ty khởi nghiệp đã đưa ra Fogponics 2.0, đảm bảo tạo ra sương mù tối ưu để không làm dung dịch quá nóng hoặc làm nứt đĩa. Nó giúp duy trì và cải thiện khả năng duy trì và hoạt động của môi trường nơi thực vật phát triển.

9. Nông nghiệp tái sinh

Các phương thức canh tác thông thường dẫn đến xói mòn và đóng vảy đất trong thời gian dài. Thông thường, việc cày bừa, xới đất không cho phép nhiều thời gian để đất hồi sinh trước mùa vụ tiếp theo. Để khắc phục, một công nghệ mới được ra đời, nông nghệ tái sinh (Regenerative Agriculture). Nông nghiệp tái sinh gây xáo trộn đất đai ở mức tối thiểu, tập trung vào việc cải thiện đa dạng sinh học đất và phục hồi lớp đất mặt. Nó liên quan đến các thực hành khác nhau như canh tác không cày bừa, giảm làm đất, luân canh cây trồng... Ví dụ, cây che phủ được trồng để che phủ đất giữa các vụ canh tác nhằm phục hồi độ phì nhiêu của đất. Chưa hết, canh tác tái sinh tạo điều kiện cho các cánh đồng hoạt động như một bể chứa carbon thông qua quá trình cô lập. Điều này dẫn đến lượng khí thải carbon phóng không ít hơn và tác động tiêu cực gây biến đổi khí hậu cũng ít hơn.

Freesoil là một công ty khởi nghiệp của Hà Lan phát triển chiết xuất phân trộn từ thực vật chất lượng cao cho đất. Sau khi chiết xuất phân trộn được bón vào đất, nó sẽ được cây trồng lựa chọn một cách tự nhiên và điều này đảm bảo khả năng áp dụng cho nhiều loại cây trồng. Họ cũng bổ sung vi sinh vật vào đất một cách thường xuyên. Kỹ thuật này giúp tăng cường sự cộng sinh giữa thực vật và vi sinh vật và cuối cùng dẫn đến đất giàu chất dinh dưỡng. Do đó, giải pháp của họ cho phép thực vật phát triển trong đất khỏe mạnh hơn, làm cho chúng có khả năng chống chọi với bệnh tật tốt hơn.

10. Các công nghệ kết nối

Thiếu kết nối thông qua mạng được thiết lập hoặc băng thông rộng đang là một vấn đề nóng ở các vùng nông thôn toàn cầu. Không thể thực hiện nông nghiệp thông minh nếu không có các công nghệ kết nối như 5g, LPWAN, băng thông rộng nông thôn hoặc kết nối hỗ trợ vệ tinh. 5g tạo điều kiện cho các thiết bị IoT, robot và cảm biến khác nhau giao tiếp dữ liệu với tốc độ cực nhanh. Điều này cho phép nông dân theo dõi dữ liệu chính xác hơn trong thời gian thực và thực hiện các hành động cần thiết.

Internet tốc độ cao sử dụng cáp quang cho phép trao đổi dữ liệu hiện trường trong thời gian thực, điều này rất quan trọng khi nói đến việc cải thiện độ chính xác. Các công nghệ kết nối (Connectivity Technologies) hỗ trợ các công nghệ khác như IoT, những công nghệ này cuối cùng hoạt động phối hợp để hình thành các trang trại được kết nối.

Khởi nghiệp Ellenex của Úc được xem là doanh nghiệp tiên phong cung cấp một loạt các sản phẩm cảm biến nông nghiệp được cung cấp bởi các công nghệ kết nối như LoRaWAN, vệ tinh công suất thấp, Sigfox và WiFi công suất thấp, trong số những sản phẩm khác. Các công nghệ mạng này hỗ trợ các thiết bị chạy bằng pin được sử dụng để đo áp suất, lưu lượng, mức độ, chất lượng nước và nhiệt độ. Điều này giúp người nông dân dễ dàng truy cập dữ liệu chính xác theo dõi kịp thời trang trại.