مقدمه:

صنعت کشاورزی برای غلبه بر تقاضای روزافزون مواد غذایی مستلزم است از تحول دیجیتالی و متصل به اینترنت استفاده کند. این صنعت طی 50 سال گذشته کاملاً متحول شده است، با گذر زمان، پیشرفت در ماشین آلات و مقیاس، سرعت بهره‌‌وری تجهیزات مزرعه را گسترش داده و منجر به کشت کارآمدتر بیشتر زمین‌‌ها شده است. همجنین بهبود بذر، آبیاری و کودها در افزایش عملکرد کشاورزی موثر بوده اند. اکنون، کشاورزی در اوایل انقلاب دیگری است که در قلب آن داده‌‌ها و ارتباطات نهفته است. هوش مصنوعی، تجزیه و تحلیل داده‌‌ها، اینترنت اشیاء و سایر فن‌‌آوری‌‌های در حال ظهور می‌‌توانند باعث افزایش بیشتر بازده کشاورزی، بهبود کارایی مصرف آب و سایر ورودی‌‌ها، ایجاد پایداری و انعطاف پذیری در کشت محصولات و دامداری شوند. بدون وجود یک زیرساخت اتصال منسجم، دستیابی به هیچ یک از این‌‌ مزایا امکان پذیر نمی‌‌باشد. طبق تحقیقات مک‌‌کنزی، درصورتیکه اتصال در کشاورزی به طور موفقیت آمیزی انجام شود، این صنعت می‌‌تواند 500 میلیارد دلار ارزش به تولید ناخالص داخلی جهانی تا سال 2030 بیفزاید.

تقاضا برای غذا در حالی افزایش می‌‌یابد که عرضه آن با محدودیت در نهاده‌‌های زمین و کشاورزی مواجه است.

جمعیت جهان در آستانه رسیدن به 7/9 میلیارد نفر تا سال 2050 است که نیاز به افزایش 70 درصدی در کالری موجود برای مصرف را نشان می‌‌دهد؛ بنابراین هزینه ورودی‌‌های مورد نیاز برای تولید این میزان کالری افزایش خواهد یافت. تأمین مواد غذایی برای این تقاضای رو به رشد، با محدودیت‌‌هایی در منابع ورودی مواجه است. تا سال 2030، منابع آب 40 درصد کمتر از میزان آب مورد نیاز برای تأمین نیاز جهانی آب خواهد بود، از طرفی افزایش انرژی مصرفی، کارگر و هزینه‌‌های مواد مغذی حاشیه سود را نیز تحت فشار قرار خواهد داد.

حدود یک چهارم زمین‌‌های قابل کشت طی گذر زمان تخریب شده‌‌اند و برای اینکه دوباره بتوانند محصولات را در همان مقیاس تولید کنند، نیاز به بازسازی و احیاء قابل توجهی دارند. فشارهای زیست محیطی از جمله تغییر اقلیم و تأثیر اقتصادی حوادث فاجعه بار آب و هوایی از یک سو و فشارهای اجتماعی ازجمله فشار برای اقدامات اخلاقی پایدارتر در عملیات مزرعه، مانند الزام به رعایت استانداردهای برتر برای رفاه حیوانات و کاهش استفاده از مواد شیمیایی و آب در حال افزایش است.

صنعت کشاورزی برای مقابله با این فشارها، باید تحول به سوی دیجیتالی شدن را که از طریق اتصالات امکان پذیر است، بپذیرد. با این حال، صنعت کشاورزی در مقایسه با بسیاری از صنایع دیگر در سطح جهان کمتر به سوی دیجیتالی شدن سوق پیدا کرده است. پیشرفت‌‌های گذشته در این صنعت نیز عمدتا”به صورت مکانیکی و به شکل ماشین آلات قدرتمند و کارآمدتر و تغییرات ژنتیکی در شکل بذر و تولید کودهای بیشتر بوده است. اکنون ابزارهای دیجیتالی بسیار پیچیده‌‌تری برای تحقق جهش بعدی بهره‌‌وری مورد نیاز است. برخی از این ابزارها در حال حاضر برای کمک به کشاورزان به منظور استفاده موثر و پایدارتر از منابع وجود دارند، و ابزارهای پیشرفته تر در حال توسعه هستند. دیجیتالی شدن تصمیم گیری را ارتقا داده و به کشاورزان این امکان را می‌‌دهد تا با مدیریت بهتر ریسک و تغییر پذیری، بازده را بهینه نموده و اقتصاد را بهبود بخشند.

با این حال این صنعت با دو مانع مهم به منظور دیجیتالی شدن روبرو است. اول اینکه بعضی از مناطق فاقد زیرساخت لازم برای اتصال هستند و توسعه آن از اهمیت بالایی برخوردار است. دوم اینکه در مناطقی که از قبل دارای زیرساخت اتصال هستند، به دلیل اینکه تأثیر این فناوری‌‌ها هنوز به اندازه کافی اثبات نشده است، از استقرار ابزارهای دیجیتال در مزارع، به خوبی استقبال نمی‌‌شود.

بحران COVID-19 ، چالش‌‌های کشاورزی را در پنج زمینه بیش از پیش تشدید کرده است: کارآیی، انعطاف پذیری ، دیجیتالی شدن، چابکی و پایداری. با همه‌‌گیری جهانی و اعتماد پایین به تولیدات دستی، فروش کمتر حاشیه سودها را تحت فشار قرار داده و نیاز کشاورزان را به راه حل‌‌هایی برای ممانعت از خسارت بیشتر، تشدید کرده است. قفل شدن زنجیره تأمین جهانی، اهمیت وجود تولیدکنندگان محلی و مزارع کوچکتر را نیز برجسته کرده است. به طور خلاصه، این بحران نیز بر ضرورت دیجیتال سازی و اتوماسیون گسترده تر تأکید کرده است.

اتصال دهنده‌‌های فعلی در کشاورزی

درسال‌‌های اخیر، بسیاری از کشاورزان شروع به اشتراک‌‌گذاری داده‌‌های مربوط به متغیرهای اساسی مانند خاک، محصولات، دام و آب و هوا نموده اند. با وجود این، تعداد کمی از کشاورزان به ابزارهای پیشرفته دیجیتالی دسترسی دارند و این مانعی برای تبدیل چنین داده‌‌هایی به بینش عملی و ارزشمند است. در مناطق کمتر توسعه یافته، که فاقد اتصال پیشرفته بوده یا تجهیزات پیشرفته در آنجا به میزان کم است، تقریباً همه کارهای مزرعه به صورت دستی انجام می‌‌شود.

حتی در ایالات متحده، به عنوان یک کشور پیشگام در زمینه اتصال، در حال حاضر فقط حدود یک چهارم مزارع از هرگونه تجهیزات یا دستگاه متصل برای دسترسی به داده‌‌ها استفاده می‌‌کند و با شبکه‌‌های 2G یا 3G کار می‌‌کند، از آنجاییکه این شبکه‌‌ها به علت پهنای باند کم، فقط تعداد محدودی از دستگاه‌‌ها را پشتیبانی می‌‌کنند و عملکرد انتقال داده در زمان واقعی را ندارند، فناوری مورد استفاده در آنجا دقیقاً پیشرفته نبوده و بازکردن قفل موارد استفاده پیشرفته و پیچیده تر، ضروری است.

فناوری‌‌های اینترنت اشیاء فعلی که در شبکه‌‌های تلفن همراه 3G و 4G در حال اجرا هستند، برای موارد استفاده ساده تر، مانند نظارت پیشرفته بر محصولات و دام‌‌ها، مناسب هستند. در گذشته، هزینه سخت افزار زیاد بود، امروزه هزینه دستگاه‌‌ها و سخت افزارها به سرعت در حال کاهش است و چندین شرکت ارائه دهنده خدمات، هم اکنون راه حل‌‌ها را با قیمت هایی ارائه می دهند که به اعتقاد موسسه مک‌‌کنزی در همان سال اول سرمایه‌‌گذاری بازدهی دارند.
البته این ابزارهای ساده برای گشودن تمام ارزش بالقوه اتصال در کشاورزی کافی نیستند. برای رسیدن به این هدف، صنعت کشاورزی باید به طور کامل از برنامه‌‌های دیجیتالی و تجزیه و تحلیل‌‌ها استفاده نماید، که نیاز به استفاده از فناوری‌‌هایی با تأخیر کم، پهنای باند بالا، انعطاف پذیری بالا و با قابلیت پشتیبانی از تعداد بالای دستگاه‌‌ها مانند شبکه‌‌های اتصال پیشرفته و مرزی LPWAN ، 5G و LEO دارد.

انواع شبکه‌‌های اتصال دهنده‌‌

LEo
پوشش جهانی با کاهش قابل توجه تأخیر در برابر گزینه‌‌های ماهواره‌‌ایی موجود

5G با پهنای باند بالا ( مانند امواج میلی متری)
اتصال سلولی با امنیت بالا، تأخیر پایین و بالاترین سرعت

5G با پهنای باند کم تا متوسط
اتصال سلولی باسرعت بالا، تأخیر پایین نسبت به زیر ساخت‌‌های 4G موجود

وای فای 6
نسل بعدی وای فا با سرعت، تراکم و ظاهر بهبود یافته به منظور افزایش کارایی

فیبر/DOCSIS 3.X
شبکه‌‌های ثابت با تاخیر کم و سرعت بالا نسبت به سایر اتصالات

LPWAN ( مانند NB-IOT، LoRa، Sigfox)
شبکه های کم مصرف،دوام بالا که تراکم بالایی از ابزارهای اتصال دهنده را پشتیبانی می‌‌کند.

برد کوتاه ( مانند / RFID بلوتوث)
برد کوتاه ، با اتصالات ابزار به ابزار کارامد و قابلیت ذخیره سازی و شناسایی

به طور کل با توجه به چالشی که صنعت کشاورزی با آن مواجه است، زیرساخت‌‌ها باید توسعه یافته و شرایط استفاده از اتصال در کشاورزی فراهم شود و در مناطقی که اتصالات از قبل وجود داشته، اتخاذ راه‌‌حل‌‌ها باید فراهم شود. طبق گزارش‌‌ها پوشش شبکه‌‌ای تقریباً در همه جا در حال افزایش است و انتظار بر این است تا سال 2030 ، تقریباً 80 درصد مناطق روستایی در جهان توسط برخی از انواع زیرساخت‌‌های اتصال پیشرفته، پوشش‌‌دهی شوند. البته استثنای قابل توجه در آفریقا وجود دارد و فقط یک چهارم مساحت آن تحت پوشش قرار خواهد گرفت. بنابراین، ضروری است که ابزارهای دیجیتالی بیشتر و موثرتری برای صنعت کشاورزی تولید شود و مورد استفاده گسترده قرار گیرد. ابزارهای زیر قابلیت‌‌های جدیدی را برای صنعت کشاورزی فراهم می‌‌کند:

• اینترنت عظیم اشیاء[۱]. شبکه‌‌های کم مصرف و سنسورهای ارزان‌‌تر، زمینه را برای افزایش استفاده از اینترنت اشیاء در مواردی مانند آبیاری دقیق محصولات زراعی ، نظارت بر گله های بزرگ دام را فراهم می‌‌کند.
• خدمات ماموریت‌‌های حیاتی[۲]. کاهش قابل توجه تأخیر در انتقال داده‌‌ها و بهبود پایداری اتصال دهنده‌‌ها باعث اطمینان در اجرای برنامه‌‌هایی که به قابلیت اطمینان و پاسخگویی مطلق نیازمندند، مانند کار با ماشین‌‌های خودکار و هواپیماهای بدون سرنشین، می‌‌شود.
• پوشش تقریباً جهانی[۳]. درصورتیکه ماهواره‌‌های LEO به پتانسیل خود برسند، حتی دورافتاده‌‌ترین مناطق روستایی جهان قادر به استفاده گسترده از دیجیتالی‌‌سازی خواهند بود، که باعث افزایش بهره‌‌وری کشاورزی در مقیاس جهانی خواهد شد.

پتانسیل اتصال دهنده ها برای ایجاد ارزش

در پایان این دهه، افزایش اتصالات در بخش کشاورزی می‌‌تواند بیش از 500 میلیارد دلار ارزش به تولید ناخالص داخلی جهانی بیفزاید که معادل ارتقاء بهره‌‌وری 7 تا 9 درصدی برای این صنعت است. با این حال، حصول این ارزش به سرمایه‌‌گذاری در زمینه اتصال نیاز دارد که امروزه در بخش کشاورزی این سرمایه‌‌گذاری وجود ندارد. صنایع دیگر از فناوری‌‌هایی مانند LPWAN ، رایانش ابری و سنسورهای ارزان تر و بهتر با نیاز سخت افزاری حداقل ، استفاده می‌‌کنند که به میزان قابل توجهی می‌‌تواند میزان سرمایه‌‌گذاری را کاهش دهد. در این بخش پنج مورد از پتانسیل ارزش اتصالات، که در آنجا اتصالات پیشرفته در مراحل اولیه استفاده خود هستند و به احتمال زیاد بازده بالاتر، هزینه کمتر، و انعطاف پذیری و پایداری بیشتری را به همراه دارند، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌‌گیرد.

این 5 مورد عبارتند از: نظارت بر محصول، نظارت بر دام، مدیریت ساختمان و تجهیزات، کشاورزی با هواپیماهای بدون سرنشین و ماشین آلات کشاورزی خودکار.

لازم به ذکر است که این پتانسیل در مناطق مختلف مساوی نیست. به عنوان مثال ، در آمریکای شمالی، که از نظر بهره وری نسبتاً بهینه شده، راه حل‌‌های نظارت همان پتانسیل ایجاد ارزش را که در آسیا یا آفریقا ، جایی که فضای بیشتری برای بهبود بهره وری وجود دارد ، ندارد.

از میان 5 مورد اشاره شده، هواپیماهای بدون سرنشین و ماشین آلات خودمختار بیشترین تأثیر را به بازارهای پیشرفته می‌‌رسانند، زیرا در این موارد احتمالاً فناوری با سهولت بیشتری در دسترس خواهد بود.

ارزش بالقوه در ابتدا به مزارع بزرگی تعلق می‌‌گیرد که دارای قدرت سرمایه‌‌گذاری بیشتر و انگیزه بالاتری برای دیجیتالی شدن هستند. اتصالات، پایش آسان‌‌تر تراکتورهای بزرگ را فراهم نموده و همچنین هزینه‌‌های ثابت تولید راه‌‌حل‌‌های اینترنت اشیا به راحتی در تاسیسات تولیدی بزرگ نسبت به مزارع خانوادگی کوچک جبران می‌‌شود. محصولاتی مانند غلات، حبوبات، میوه ها و سبزیجات بیشترین پتانسیل ارزش را خواهند داشت. در بخش‌‌ غلات، حبوبات، میوه ها و سبزیجات نسبت به بخش گوشت و لبنیات، به دلایلی ازجمله اندازه نسبتا بزرگ مزارع، درگیر نمودن ذینفعان بیشتر و کاربرد بهتر فناوری‌‌های اتصال، و به ویژه با توجه به اینکه شبکه‌‌های اینترنت اشیاء با نظارت استاتیک بر بسیاری از متغیرها سازگارتر هستند، بیشترین استفاده از پتانسیل اتصال دهنده‌‌ها امکان پذیر خواهد بود. همچنین جالب است بدانید که از آنجاییکه آسیا بیشترین حجم محصول را تولید می‌‌کند، می‌‌تواند تقریباً 60 درصد از ارزش کل را به راحتی بدست آورد .

مورد 1: نظارت بر محصول

اتصال به روش‌‌های مختلفی در بهبود پایش و نظارت بر محصولات نقش دارد. یکپارچه‌‌سازی داده‌‌های آب و هوایی، آبیاری، مواد مغذی و سایر سیستم‌‌ها می‌‌تواند با شناسایی دقیق و پیش بینی کمبودها، باعث بهبود استفاده از منابع و افزایش عملکرد شود. به عنوان مثال، سنسورهای مستقر شده برای نظارت بر شرایط خاک می‌‌توانند از طریق LPWAN ارتباط برقرار کنند و آبپاش‌‌ها را برای تنظیم دقیق استفاده از آب و مواد مغذی هدایت کنند. حسگرها همچنین می‌‌توانند تصاویر را از گوشه‌‌های دور مزارع برای کمک به کشاورزان در تصمیم گیری آگاهانه و به موقع و دریافت هشدارهای اولیه درباره مشکلاتی مانند بیماری یا آفات ارائه دهند. نظارت هوشمند همچنین می‌‌تواند به کشاورزان در بهینه‌‌سازی نحوه برداشت کمک کند. نظارت بر ویژگی‌‌های کیفی محصولات مثلاً میزان قند و رنگ میوه می‌‌تواند به کشاورزان کمک کند تا درآمد محصولات خود را به حداکثر برسانند.

اکثر شبکه‌‌های اینترنت اشیاء امروزه، نمی‌‌توانند از انتقال تصاویر بین دستگاه‌‌ها پشتیبانی کنند، چه رسد به آنالیز تصاویر مستقل و همچنین نمی‌‌توانند از تعداد بالای دستگاه‌‌ها و تراکم کافی برای نظارت دقیق بر زمین‌‌های بزرگ پشتیبانی کنند. اینترنت اشیا باند باریک (NB-IoT) و 5G ، نوید حل مشکل پهنای باند و تراکم اتصال را می دهند. استفاده از اتصالات بیشتر و نرمتر، بین خاک ، تجهیزات مزرعه و مدیران مزرعه می‌‌تواند 130 تا 175 میلیارد دلار ارزش تا سال 2030 فراهم کند.

مورد 2: نظارت بر دام

در مدیریت دام در مقیاس بزرگ، که بیشتر حیوانات در محله‌‌های نزدیک و با یک رژیم غذایی پرورش می‌‌یابند جلوگیری از شیوع بیماری بین حیوانات بسیار حیاتی است. تراشه‌‌ها و حسگرهای بدن که دما ، نبض و فشار خون و سایر شاخص‌‌ها را اندازه گیری می‌‌کنند، می‌‌توانند بیماری‌‌ها را زود تشخیص داده، از شیوع در بین گله جلوگیری و کیفیت غذا را بهبود بخشند. کشاورزان در حال حاضر از فناوری برچسب‌‌گذاری گوش از سوی ارائه‌‌دهندگانی مانند Smartbow (بخشی از Zoetis) برای نظارت بر گرما، سلامتی و موقعیت مکانی گاوها یا فناوری شرکت‌‌هایی مانند Allflex برای پیگیری الکترونیکی جامع در صورت شیوع بیماری استفاده می‌‌کنند. به همین ترتیب، سنسورهای محیطی می‌‌توانند باعث تنظیم خودکار تهویه یا گرمایش در انبارها شوند و شرایط زندگی دام را بهبود بخشند. نظارت بهتر بر سلامت دام و شرایط رشد می‌‌تواند از 70 تا 90 میلیارد دلار ارزش تا سال 2030 داشته باشد.

مورد 3: مدیریت ساختمان و تجهیزات

تراشه‌‌ها و حسگرها برای نظارت و اندازه‌‌گیری سطح سیلوها و انبارها می‌‌توانند باعث سفارش خودکار شوند و هزینه موجودی را برای کشاورزان کاهش دهند، بسیاری از کشاورزان از سیستم‌‌های خریداری شده از شرکت‌‌هایی مانند Blue Level Technologies استفاده نموده‌‌اند. ابزارهای مشابه همچنین می‌‌توانند با نظارت و بهینه‌‌سازی خودکار، شرایط ذخیره‌‌سازی و ماندگاری ورودی‌‌ها را بهبود بخشیده و تلفات پس از برداشت را کاهش دهند. پایش شرایط ساختمان‌‌ها و تجهیزات، همچنین توانایی کاهش مصرف انرژی را دارد. دید کامپیوتری و سنسورهای متصل به تجهیزات و متصل به سیستم‌‌های پیش بینی، می‌‌توانند هزینه‌‌های تعمیر را کاهش داده و عمر ماشین آلات و تجهیزات را افزایش دهد. چنین راه حل‌‌هایی می تواند از 40 تا 60 میلیارد دلار هزینه را تا سال 2030 کاهش دهند.

مورد 4: کشاورزی با هواپیمای بدون سرنشین

کشاورزی حدود دو دهه است که از هواپیماهای بدون سرنشین (پهبادها) استفاده می‌‌کند، کشاورزان در سراسر جهان برای سمپاشی محصولات به پیشگامانی مانند هلیکوپتر کنترل از راه دور RMAX یاماها، اعتماد می‌‌کنند. اکنون نسل بعدی هواپیماهای بدون سرنشین با توانایی بررسی سریع و کارآمد محصولات و گله‌‌ها در مناطق وسیع و به عنوان یک سیستم رله برای انتقال داده‌‌های زمان واقعی به سایر تجهیزات و تاسیسات متصل، در حال تحت تأثیر قرار دادن این بخش هستند. همچنین هواپیماهای بدون سرنشین با قابلیت بینایی رایانه‌‌ای می‌‌توانند در تجزیه و تحلیل شرایط مزرعه و مداخلات دقیق در میزان استفاده از کودها ، مواد مغذی و سموم دفع آفات ، خدمات رسانی کنند. همچنین کشاورزان می‌‌توانند به کمک آنها بذر را در مکان‌‌های دوردست بکارند و منجر به کاهش هزینه‌‌های تجهیزات و نیروی کار شود. با کاهش هزینه‌‌ها و بهبود عملکرد، استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین می‌‌تواند از 85 تا 115 میلیارد دلار ارزش تا سال 2030 داشته باشد.

مورد 5: ماشین آلات کشاورزی خودمختار

ادغام کنترل‌‌های دقیق GPS با دید کامپیوتری و حسگرها می‌‌تواند استقرار ماشین آلات کشاورزی هوشمند و خودمختار را پیش ببرد. کشاورزان می‌‌توانند تجهیزات مختلف را به طور همزمان و بدون دخالت انسان در مزرعه خود به کار گیرند و وقت و منابع دیگر را آزاد کنند. ماشین‌‌های خودمختار کارآمدتر و دقیق تر از ماشین های نیازمند نیروی انسانی هستند و می‌‌توانند باعث صرفه جویی در مصرف سوخت و بازدهی بالاتر شود. افزایش خودمختاری ماشین آلات از طریق اتصال می‌‌تواند 50 تا 60 میلیارد دلار ارزش اضافی تا سال 2030 ایجاد کند.

منابع ارزش اضافی

از آنجاییکه استفاده از فناوری‌‌های اتصال دهنده، منجر به صرفه جویی در زمان می‌‌گردد، یکی دیگر از مزایای غیر مستقیم اتخاذ این فناوری‌‌ها، ایجاد فرصتی برای مدیریت سایر زمین‌‌ها و یا کار خارج از صنعت کشاورزی برای کشاورزان است. موسسه مک‌‌کنزی ارزش استفاده از اتصال دهنده‌‌های پیشرفته را در مزارع از نظر بازدهی کار، تقریباً 120 میلیارد دلار بیان می‌‌کند. بنابراین، ارزش کل نتایج مستقیم و غیر مستقیم اتصال‌‌ دهنده‌‌ها به بیش از 620 میلیارد دلار تا سال 2030 خواهد رسید،البته که میزان حصول این ارزش، عمدتا” به میزان پوشش‌‌دهی اتصال پیشرفته بستگی دارد ، با توجه به میزان پوشش دهی پایین در آفریقا و مناطق فقیرنشین آسیا و آمریکای لاتین انتظار می‌‌رود این ارزش برای مناطق ذکر شده نسبتاً کم و حدود 25 درصد باشد. همچنین باید بیان نمود، دستیابی به پتانسیل استقرار اتصال دهنده‌‌های پیشرفته در مناطقی که مزارع کشاورزی آن‌‌ها نسبت به آمریکای شمالی و اروپا، خیلی پراکنده است، دشوارتر خواهد بود.