Сільське господарство в закритих приміщеннях має намір побачити підвищення ефективності завдяки інтеграції ШІ

Сільське господарство в закритих приміщеннях, також відоме як сільське господарство з контрольованим середовищем, — це саме те, що випливає з назви — практика вирощування сільськогосподарських культур у контрольованому середовищі, зазвичай у закритому приміщенні. 

За даними a репортаж від Fact.MR, і очікується, що в наступне десятиліття перевищить 118 мільярдів доларів.

У цьому типі землеробства використовується штучне освітлення та технології для оптимізації умов вирощування та підвищення врожайності.

«Це багато тих самих технологій, які ви бачите в будівлях для людського комфорту, але використовуються для рослин».

– Дженніфер Аманн з Американської ради з енергоефективної економіки

У зв’язку зі збільшенням попиту на свіжі продукти з високою поживною цінністю, зусиллями щодо пом’якшення наслідків зміни клімату та необхідністю отримання вищих врожаїв протягом усього року з використанням обмеженого простору та води, зростає інтерес до вирощування сільськогосподарських культур у закритому просторі. .

Зрештою, кімнатне землеробство пропонує економічний, ресурсоефективний та екологічно стійкий спосіб вирощування їжі.

Крім того, можна досягти точного контролю над факторами навколишнього середовища, такими як вологість, світло, температура та рівні поживних речовин, щоб підвищити продуктивність і вирішити проблеми, пов’язані з традиційним землеробством.

Деякі з популярних методів, що використовуються в закритому сільському господарстві, включають гідропоніки, аеропоніка та aquaponics, які розширили межі того, що можна вирощувати в кімнатних умовах. Крім того, інтеграція світлодіодного освітлення, Інтернету речей і штучного інтелекту допомагають розвивати цей сектор. 

Наприклад, у Техасі та США компанія Eden Green Technology, що займається вертикальними гідропонними теплицями, контролює кожен аспект життя рослини на своєму об'єкті площею 82,500 XNUMX квадратних футів, куди сім миль труб постачають багату на поживні речовини воду, а холодне повітря подається для створення ідеального мікроклімату для салату, який потім продається Walmart. На об'єкті використовуються світлодіодні лампи, які використовують запрограмовані алгоритми для забезпечення потрібної кількості світла, на додаток до природного освітлення, що робить його «досить агностичним до зовнішнього середовища».

Використання технологій у сільському господарстві зростає завдяки їх здатності зменшувати витрати, збільшувати виробництво врожаю та підвищувати ефективність. 

Використання великих даних, IoT, робототехніка, а штучний інтелект особливо корисний для автоматизації сільськогосподарських операцій. У той час як GPS і датчики використовують підхід, керований даними, для оптимізації виробництва сільськогосподарських культур, безпілотні літальні апарати допомагають в інспекції полів і моніторингу росту сільськогосподарських культур і худоби.

Використання штучного інтелекту для зменшення споживання енергії в сільському господарстві в закритих приміщеннях

Землеробство в закритих приміщеннях – це новий спосіб ведення сільського господарства, який покращується завдяки використанню технологій. Однак, хоча рослинні заводи зі штучним освітленням (PFAL) можуть збільшити виробництво їжі на одиницю площі, їм потрібні такі ресурси, як вуглекислий газ та енергія для підтримки оптимальних умов росту рослин. 

Отже, нове дослідження використало нову технологію, штучний інтелект, щоб зменшити споживання енергії в домашніх умовах на 25%.

Впровадження штучного інтелекту на підприємствах може допомогти регулювати освітлення та кліматичні системи, суттєво зменшуючи споживання енергії на заводах і зберігаючи дорогоцінні ресурси, одночасно підвищуючи ефективність.

Ці заводи є великими критими фермами, обладнаними повним контролем клімату та освітлення. За словами Бенджаміна Декарді-Нельсона, наукового співробітника лабораторії Fengqi You з розробки енергетичних систем у Cornell Engineering, якщо ці заводи в усьому світі використовують ШІ, це може допомогти «полегшити фотосинтез культур, транспірацію та дихання в цих будівлях».

Це величезне досягнення, яке потенційно може допомогти задовольнити зростаючий попит на продовольство у світі в міру зростання населення. Населення світу на даний момент становить 8.2 мільярда і, згідно з прогнозами ООН, досягне 9.7 мільярда до 2050 року та 11.2 мільярда до 2100 року. 

У поєднанні з урбанізацією та зміною клімату існує потреба працювати над поточними системами виробництва продуктів харчування та робити їх ефективнішими, щоб вони могли задовольнити зростаючий попит. Отже, зосередженість на внутрішньому землеробстві, яке спирається на технологію створення контрольованого середовища. Цей робить їх менш вразливими до зміни клімату та інших факторів, що впливають на традиційне землеробство.

Але вирощування в приміщенні також не позбавлене труднощів. На думку You, нинішні системи контролю навколишнього середовища просто «недостатньо розумні». Вони енергоємні та вимагають ретельного управління ресурсами для забезпечення сталого розвитку. 

Однією з відповідей є вентиляція, але хоча вона може знизити споживання енергії, вона впливає на рівень вуглекислого газу та баланс вологи, що ускладнює ріст рослин. Тут ШІ може надати величезну допомогу, керуючи декількома складнощами.

Штучний інтелект уже широко використовується в цьому секторі, починаючи від прогнозування врожайності на основі супутникових даних, аналізу різноманітних даних (польових і супутникових фотографій, погоди та вологості ґрунту) до виявлення проблем із посівами та прогнозування моделей хвороб шляхом аналізу рослин і потім рекомендувати лікування для зменшення використання пестицидів, вказуючи лише на уражені ділянки. Крім того, штучний інтелект допомагає фермерам оптимізувати використання ресурсів і домовитися про ціни на врожай, оцінюючи показники врожайності та рівні якості.

Тим часом останнє дослідження використовувало штучний інтелект для зменшення споживання енергії в сільському господарстві в закритих приміщеннях. За словами Декарді-Нельсона, оптимізація операцій з використанням штучного інтелекту для зменшення споживання енергії може зробити закриті ферми життєздатними навіть у тих регіонах, де можливості енергозбереження обмежені. Він додав:

«Завдяки стратегічному узгодженню технології системи контролю навколишнього середовища з біологією рослин енергія може бути збережена за допомогою вентиляції, мінімізуючи відходи вуглекислого газу та підтримуючи ідеальні умови для вирощування."

Розумна система для сталого виробництва продуктів харчування

Published in Nature 9 вересня дослідження використовувало глибоке навчання з підкріпленням і обчислювальне моделювання для вивчення взаємодії рослини та середовища.

Дослідники з Корнельського університету використовували методи штучного інтелекту для оцінки салату, вирощеного в закритих сільськогосподарських приміщеннях у десяти різних місцях світу з різними кліматичними умовами. Це включало вісім місць у США, включаючи Ітаку (Нью-Йорк), Фарго (Північна Дакота), Фенікс, Мілуокі, Сіетл, Маямі, Чикаго та Лос-Анджелес. Дві інші включали Дубай, Об’єднані Арабські Емірати, та Рейк’явік, Ісландія.

Дослідження показало, що ШІ може значно підвищити економію енергії в PFAL а також підтримувати стале виробництво продуктів харчування. ШІ досяг економії енергії шляхом оптимізації освітлення та систем регулювання клімату, що зменшило споживання енергії.

У місцях із прохолоднішим кліматом, де зараз використовується технологія без штучного інтелекту, запровадження штучного інтелекту зменшує енергію, необхідну для виробництва одного кілограма салату в приміщенні, на 32.42%. Зокрема, споживання енергії знижується з 9.5 кВт-год до 6.42 кВт-год на кілограм свіжої ваги.

У теплішому кліматі, наприклад у Дубаї чи на півдні Сполучених Штатів, ШІ зменшив споживання енергії на 22.28%, знизивши його з 10.5 кВт-год до 7.26 кВт-год на кілограм свіжої ваги.

Згідно з дослідженням, зовнішня температура від 0 до 25 градусів за Цельсієм сприяє зменшенню споживання енергії, пов’язаної з вентиляцією. Однак економія енергії, пов’язана з вентиляцією, негативно впливає на використання інших ресурсів, наприклад використання CO2. Тим часом зовнішня вологість не мала чіткої закономірності чи впливу на використання енергії. 

Дослідження показало, що висока вентиляція в темний період, тобто вісім годин нічної симуляції, і низька вентиляція в світлі періоди, тобто шістнадцять годин денного/сонячного світла, забезпечили енергоефективне рішення для оптимального рівня CO2 в приміщенні для фотосинтезу, кисень для дихання та росту рослин, а також збалансовані інші вимоги до вентиляції.

«Це концепція дуже схожа на розумні будинки."

– Ви, співдиректор Наукового інституту ШІ Корнельського університету та співдиректор Корнельського інституту цифрового сільського господарства

Так само, як ми хочемо, щоб нам було комфортно вдома, скорочуючи споживання енергії, зернові культури також хочуть, зазначив він, зазначивши, що штучний інтелект дуже добре в цьому допомагає. Використовуючи AI для оптимізації штучного освітлення та інших енергетичних систем, ми можемо заощадити на витратах.

«Ця робота зосереджена на розумній системі, щоб зробити виробництво їжі оптимальним, стійким і знизити вуглецевий слід."

- Ти

Збалансоване використання енергії та сталість є ключовим фактором прибутковості

Зменшення споживання енергії є одним із найважливіших аспектів успішного фермерства в закритому грунті. Через використання більшої кількості енергії, ніж у традиційних теплицях, це є головними витратами для внутрішнього землеробства, причому на блискавку припадає більша частина споживання енергії. 

Високі витрати можуть поставити під загрозу рентабельність цього підприємства, що надзвичайно ускладнить стабільність і життєздатність вертикального землеробства. Не кажучи вже про те, що зростання витрат, як правило, перекладається на споживачів, тому зменшення споживання енергії та, у свою чергу, витрат може допомогти полегшити фінансовий тягар. 

На цьому тлі багато постійних досліджень і розробок у світі внутрішнього землеробства спрямовані на зменшення цих витрат і пошук стійких методів, щоб можна було ефективно вирішувати проблеми виробництва продуктів харчування.

Минулого місяця дослідники з Університету Бен-Гуріона в Негеві створили систему замкнутого циклу, щоб вирощувати більше риби та овочів, використовуючи менше енергії. У рамках дослідження аквапонічних систем ця нова система сформувала майже безвідходну установку шляхом обробки твердих відходів риби за допомогою анаеробного зброджування та відновлення енергії та поживних речовин у систему.

Під керівництвом професора Аміта Гросса, директора Інституту дослідження води Цукерберга, система продемонструвала в 1.6 рази більшу продуктивність рослин, у 2.1 рази менше споживання води та на 16% менше споживання енергії на кілограм корму, ніж звичайні системи. 

Відповідно до дослідження, наявність однієї тонни риби, яка є високоякісним джерелом білка з набагато меншим вуглецевим слідом, може фактично дозволити системі працювати без будь-якої зовнішньої енергії. Крім того, завдяки незначному утворенню відходів і значному поглинанню вуглецю, ця система має потенціал стати стійкою автономною одиницею.

«Щоб нагодувати понад 8 мільярдів людей на планеті, одночасно зменшуючи викиди парникових газів, знадобляться інноваційні технології. Очевидно, краще ті, які поєднують дві функції в одній."

– проф. Гросс

Окреме дослідження, проведене в липні цього року, зменшило рахунок теплиць за електроенергію майже на чверть завдяки зміні графіка штучного освітлення.

У цьому місячному експерименті дослідників Сколтеху різні сорти салату та цикорію були випробувані у двох однакових теплицях. Всі умови, крім режиму освітлення, однакові. Хоча обидва отримували 16 годин світла щодня, лише один мав темні години, розпорошені протягом дня, залежно від того, коли електроенергія була найдорожчою, і це «вимірно не вплинуло на ріст рослин».

Компанії, які займаються просуванням внутрішнього землеробства

А тепер давайте розглянемо кілька компаній, які розширюють межі сільськогосподарських технологій за допомогою інноваційних рішень для вирощування в приміщенні.

# 1. Village Farms International (VFF)

Цей залучений до внутрішнього землеробства, вирощування продукції та конопель у контрольованих умовах. Компанія вирощує, продає та розповсюджує високоякісні фрукти та овочі, вирощені в теплицях, у Північній Америці через дочірню компанію Village Farms Fresh, що повністю належить їй.

Будучи на ринку з 1987 року, Village Farms зараз може похвалитися 240 акрам скляних теплиць у США та Канаді. У недавньому інтерв'юПрезидент і генеральний директор Майк ДеДжигліо розповів про свою технологічну спрямованість на розробку програмного забезпечення для керування внутрішнім середовищем теплиці. Основна частина коштів компанії також витрачається на створення тепличного клімату, який працює незалежно від зовнішнього середовища. 

Інша увага приділяється використанню енергетичних технологій і доповненню вуглекислого газу. «Якщо ми зможемо зменшити витрати на енергію, ми станемо набагато більш стійкими," – сказав ДеДжільо. Таким чином, Village Farms інвестувала FuelCell Energy, Quadrogen Power Systems і Національну дослідницьку раду Канади для створення пілотного проекту технології паливних елементів для своєї теплиці в Британській Колумбії. 

З ринковою капіталізацією 110.61 мільйона акції VFF наразі торгуються за 0.99 долара США, що на 30.09% більше з початку року. Він має EPS (TTM) -0.45 і P/E (TTM) -2.18. За 2 квартал 2024 року компанія повідомляє зростання консолідованих продажів на 19% порівняно з аналогічним періодом минулого року до 92.1 млн доларів США, причому сегмент свіжих продуктів збільшився на 7%, а сегмент канабісів у Канаді – на 45%, тоді як сегмент конопель у США зафіксував падіння.

Чистий збиток склав 23.5 мільйона доларів США, тоді як скоригований показник EBITDA повідомив про збиток у 3.6 мільйона доларів США, а грошовий потік збільшився до 5.7 мільйона доларів США протягом кварталу. Цього року компанія також подала пропозицію в розмірі 200 мільйонів доларів США, кошти з яких будуть використані на оборотний капітал і загальні корпоративні цілі.

# 2. Hydrofarm Holdings Group (HYFM) 

Hydrofarm є постачальником обладнання для сільського господарства з контрольованим навколишнім середовищем (CEA) і витратних матеріалів для гідропонного та внутрішнього землеробства. Це включає поживні речовини, освітлення, плани оптимізації або масштабування вашої комерційної діяльності тощо.

З ринковою капіталізацією 31.26 мільйона акції HYFM наразі торгуються за 0.68 долара, що на 25.89% менше з початку року. Він має EPS (TTM) -1.55 і P/E (TTM) -0.44. За 2 квартал 2024 року компанія повідомляє зменшення чистого доходу на 13.1% до 54.8 млн дол. При цьому його чистий збиток зріс до 23.5 дол. США, тоді як валовий прибуток склав 10.9 млн дол. США, а скоригована EBITDA — 1.7 млн ​​дол.

«У другому кварталі ми вчетверте за останні п’ять кварталів показали позитивний показник скоригованої EBITDA, що свідчить про ефективність нашого плану реструктуризації та пов’язаних з ним зусиль щодо економії коштів."

– Білл Толер, голова та генеральний директор

Наразі Hydrofarm працює над досягненням економії коштів за рахунок покращення використання та продуктивності своїх об’єктів, у той час як компанія залишається впевненою у своїх можливостях для зростання. Станом на кінець кварталу Hydrofarm мала 30.3 мільйона доларів готівкою та зберегла 20 мільйонів доларів позикових можливостей. 

Висновок

Сьогодні ми живемо у світі, який стикається з проблемою швидкого зростання населення, урбанізації, зміни клімату, деградації землі та широкого використання пестицидів і добрив, у той час як попит споживачів на насичену поживними речовинами їжу з мінімальним впливом на навколишнє середовище зростає. 

Ось чому кімнатне вирощування набуває великої популярності. Він не тільки добре підходить для міського середовища, але також використовує менше води, має менше професійних ризиків і зменшує вплив на навколишнє середовище. Завдяки численним перевагам вирощування в закритому грунті пропонує багатообіцяюче вирішення проблем сучасного сільського господарства. 

Використовуючи технологію для створення контрольованого середовища, фермерство в закритих приміщеннях допомагає задовольнити зростаючий попит на свіжу, вирощену в місцевому масштабі та поживну їжу, одночасно вирішуючи проблеми сталого розвитку.

Натисніть тут, щоб переглянути список 10 найкращих компаній, що займаються сільським господарством у закритому грунті.