«Точное земледелие», когда фермеры в режиме реального времени реагируют на изменения в росте урожая с помощью нанотехнологий и искусственного интеллекта (ИИ), может предложить практическое решение проблем, угрожающих глобальной продовольственной безопасности, показывает новое исследование.
Изменение климата, рост населения, конкурирующие потребности в земле для производства биотоплива и ухудшение качества почвы означают, что становится все труднее прокормить население мира.
По оценкам Организации Объединенных Наций (ООН), к 2030 году от голода будут страдать 840 миллионов человек, но исследователи разработали дорожную карту, сочетающую интеллектуальное и нанотехнологическое сельское хозяйство с возможностями искусственного интеллекта и машинного обучения, которые могут помочь сократить это число..
Публикуя свои выводы сегодня в журнале Nature Plants, международная группа исследователей под руководством Бирмингемского университета излагает следующие шаги, необходимые для использования ИИ для безопасного, устойчивого и ответственного использования возможностей наноматериалов:
- Понять долгосрочную судьбу наноматериалов в сельскохозяйственной среде - как наноматериалы могут взаимодействовать с корнями, листьями и почвой;
- Оценить долгосрочное воздействие наноматериалов на сельскохозяйственную экосистему, например, как многократное применение наноматериалов повлияет на почвы;
- Используйте системный подход к сельскому хозяйству с использованием нанотехнологий - используйте существующие данные о качестве почвы, урожайности и эффективности использования питательных веществ (ЭИА), чтобы предсказать, как наноматериалы будут вести себя в окружающей среде; и
- Используйте искусственный интеллект и машинное обучение, чтобы определить ключевые свойства, которые будут контролировать поведение наноматериалов в сельскохозяйственных условиях.
Соавтор исследования Изольда Линч, профессор экологических нанотехнологий Бирмингемского университета, прокомментировала: «По текущим оценкам голодает почти 690 миллионов человек - почти девять процентов населения планеты. Поиск устойчивых сельскохозяйственных решений для этой проблемы Проблема требует от нас применения новых смелых подходов и интеграции знаний из различных областей, таких как материаловедение и информатика.
"Точное земледелие с использованием нанотехнологий и искусственного интеллекта открывает захватывающие возможности для устойчивого производства продуктов питания. Мы можем связать существующие модели круговорота питательных веществ и продуктивности сельскохозяйственных культур с подходами наноинформатики, чтобы помочь как сельскохозяйственным культурам, так и почве работать лучше - безопасно, устойчиво и ответственно."
Основной движущей силой инноваций в агротехнологии является необходимость прокормить растущее население мира за счет сокращения площади сельскохозяйственных угодий, сохраняя при этом здоровье почвы и защищая качество окружающей среды.
Интенсификация сельского хозяйства привела к чрезвычайно низким глобальным показателям ЭИА, что представляет серьезную угрозу для качества окружающей среды, поскольку большое количество питательных веществ теряется с водой и воздухом, что приводит к потеплению планеты, на которое приходится почти 11% глобальных выбросов парниковых газов. от сельского хозяйства.
Особое беспокойство вызывает выброс «веселящего газа» закиси азота в результате чрезмерного удобрения земли азотом, который в 300 раз сильнее вызывает глобальное потепление, чем углекислый газ. Около 70% антропогенных выбросов закиси азота в атмосферу приходится на сельскохозяйственный сектор.
Наноудобрения предлагают потенциал для повышения плодородия сельскохозяйственных культур, повышения ЭИА и сокращения выбросов закиси азота, что, таким образом, может помочь поддержать чистые нулевые выбросы парниковых газов к 2050 году в соответствии с Законом Великобритании об изменении климата.
Исследовательская группа, в которую входят эксперты Греческой военной академии в Вари, Греция, и Novamechanics Ltd, в Никосии, Кипр, отмечает, что нанотехнологии предлагают большой потенциал для улучшения сельского хозяйства по четырем основным направлениям:
- Повышение производительности и урожайности;
- Улучшение здоровья почвы и устойчивости растений;
- Повышение эффективности использования ресурсов, таких как удобрения, и снижение уровня загрязнения; и
- Разработка растений с интеллектуальными датчиками, которые могут предупреждать фермеров об экологических стрессах.
Соавтор доктор Пэн Чжан, научный сотрудник Марии Скодовской-Кюри в Университете Бирмингема, прокомментировал: «Вычислительные подходы, включая ИИ и машинное обучение, будут играть решающую роль в развитии сельского хозяйства с использованием нанотехнологий. Такие подходы уже начинают получать нормативное признание для оценки безопасности наноматериалов, что позволяет разрабатывать безопасные по конструкции наноматериалы для потребительских товаров и медицины.
"Интеграция ИИ и нанотехнологий в точное земледелие сыграет жизненно важную роль в изучении проектных параметров наноматериалов для использования в доставке удобрений и пестицидов, чтобы обеспечить минимальное воздействие на здоровье почвы в сочетании с минимальными остатками наноматериалов, остающихся в частях съедобных тканей. - помощь в обеспечении безопасного и устойчивого сельского хозяйства."