Der Biosensor-Ingenieur Azahar Ali, Assistenzprofessor für Tierwissenschaften und biologische Systemtechnik an der Virginia Tech, bereitet sich auf die Ankunft einer vierten landwirtschaftlichen Revolution vor.
Es ist eine Ära, in der voraussichtlich das transformative Potenzial der Verbindungstechnologien genutzt wird, die in der Vierten Industriellen Revolution entstanden sind. Für Ali zeichnen sich drei Technologien durch ihr Potenzial aus, eine klimaintelligente Präzisionslandwirtschaft voranzutreiben: tragbare Landwirtschaftssensoren, für das Internet der Dinge fähige – oder „intelligente“ – Geräte und künstliche Intelligenz (KI).
In einem Rezensionsartikel herausgegeben von Fortschrittliche intelligente SystemeAli und seine Kollegen Matin Ataei Kachouei von der School of Animal Sciences und Ajeet Kaushik von der Florida Polytechnic University schrieben, dass die Zusammenführung dieser Spitzentechnologien einen Paradigmenwechsel in der Art und Weise bewirken könnte, wie der Agrarsektor weltweit Lebensmittelsicherheit und -qualität sowie Pflanzengesundheit und -produktivität überwacht.
Für Ali wird die Priorisierung einer schnellen, genauen und frühzeitigen Überwachung von entscheidender Bedeutung für die nachhaltige und sichere Ernährung der schnell wachsenden Weltbevölkerung sein, die bis 2050 voraussichtlich fast 10 Milliarden betragen wird und 50 Prozent mehr Lebensmittel benötigen wird, um die weltweite Lebensmittelversorgungskette aufrechtzuerhalten. Nach dem Artikel.
Laut dem vom College of Agriculture and Life Sciences veröffentlichten Global Agricultural Productivity (GAP)-Bericht 2023 ist das Wachstum der globalen landwirtschaftlichen Produktivität deutlich zurückgegangen und die aktuellen Bemühungen zur nachhaltigen Ausweitung der Produktion sind unzureichend.
Ali sagte, Forscher müssten zusammenarbeiten, um das volle Potenzial neuer Technologien auszuschöpfen, die den Produzenten helfen könnten, mit der künftigen Nachfrage Schritt zu halten. Agronomen müssen mit Experten aus den Bereichen Ingenieurwesen, Human- und Veterinärmedizin sowie Materialwissenschaften zusammenarbeiten.
„Es gibt eine große Lücke bei dieser Art der Zusammenarbeit“, sagte Ali. „Ich entwickle Sensoren, aber ich muss mit Experten für maschinelles Lernen zusammenarbeiten. Wir müssen stärker zusammenarbeiten, um die Lebensmittelkrise zu lösen.“
In ihrem Artikel legen Ali, Kachouei und Kaushik die jüngsten Fortschritte dar, die Forscher beim Einsatz von Sensoren, intelligenten Geräten und KI bei der Überwachung von Lebensmitteln und Pflanzen erzielt haben. Sie beschreiben auch die Potenziale und Herausforderungen der Kombination der Technologien.
Die Lebensmittelsensortechnologie habe eine bemerkenswerte Entwicklung erlebt, schrieben sie, mit einem Schwerpunkt auf der Messung von Toxinen, Feuchtigkeit, pH-Wert, Frische, Temperatur, Verunreinigungen und Krankheitserregern. Die Überwachung dieser Faktoren ist für Lebensmittelsicherheit, Lebensmittelqualität und hohe Verpackungsstandards von entscheidender Bedeutung.
Die Forscher beschrieben, wie diese Sensorfunktionen durch die Kombination mit anderen Technologien verbessert werden könnten: Durch die Kombination von Sensoren und intelligenten Geräten könnten Lebensmittel-, Vieh- und Pflanzensensorsysteme präzise Daten in Echtzeit, vor Ort und im Großen und Ganzen sammeln Skala. Netzwerke der nächsten Generation könnten dann die von diesen Systemen generierten großen Datenmengen schnell übertragen.
KI könnte die Datenanalyse durch automatische Datenverarbeitung rationalisieren, schrieben die Forscher. KI könnte die von intelligenten Sensoren generierten Datenmengen bewältigen, sagte Ali. Intelligente Geräte und KI bieten auch das Potenzial für prädiktive Analysen und ermöglichen es Produzenten, Herausforderungen wie Krankheitsausbrüche und Wetterverhältnisse proaktiv zu antizipieren.
Im gesamten Artikel hoben Ali und seine Kollegen Beispiele dafür hervor, wie Forscher derzeit die Integration mehrerer Technologien erforschen, darunter die Entwicklung elektrochemischer Sensoren zur Erkennung von Krankheitsbiomarkern in Kuhmilch, Orangensaft und Apfelsaft sowie die Verwendung mikronadelbasierter Verfahren Integrierte Pflanzensensoren neben Smartphone-basierten 3D-gedruckten Geräten zur Erkennung von Viren in Tomaten.
Ali und seine Kollegen halten diese Lösungen für vielversprechend, weisen aber auch auf bestehende Herausforderungen bei der Nutzung der Technologien der vierten Agrarrevolution hin: Es gibt Sicherheitsbedenken bei der Datenerfassung mithilfe intelligenter Sensoren; die Kosten für Sensoren, Netzwerkinfrastruktur und Datenmanagement könnten unerschwinglich sein; Außerdem könnte es bei der Verwendung intelligenter Geräte in ländlichen oder abgelegenen Gebieten, in denen sich viele landwirtschaftliche Betriebe befinden, zu Problemen mit der Internetverbindung kommen.
Um diese Herausforderungen anzugehen, verwies Ali auf die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern, politischen Entscheidungsträgern und Landwirten. „Um unsere gemeinsamen Probleme zu lösen, müssen wir zusammenarbeiten“, sagte er.
Mehr Informationen:
Matin Ataei Kachouei et al, Internet der Dinge – Lebensmittel- und Pflanzensensoren zur Stärkung der Nachhaltigkeit, Fortschrittliche intelligente Systeme (2023). DOI: 10.1002/aisy.202300321