AI thúc đẩy tính bền vững về năng lượng cho hệ thống sản xuất thực phẩm trong nhà

"Nếu chúng ta tích hợp AI vào các nhà máy sản xuất cây trồng nông nghiệp-các trang trại trong nhà quy mô lớn với hệ thống chiếu sáng và kiểm soát khí hậu hoàn chỉnh-trên toàn thế giới, chúng ta có thể tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình quang hợp, thoát hơi nước và hô hấp của cây trồng trong các tòa nhà này", Benjamin Decardi-Nelson, nghiên cứu sinh bậc sau tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Fengqi You, Giáo sư Roxanne E. và Michael J. Zak, chuyên gia về kỹ thuật hệ thống năng lượng tại Cornell Engineering, cho biết. "Chúng ta có thể đạt được kết quả mong đợi, với mức giảm năng lượng đáng kể trong khi vẫn tăng hiệu quả và tiết kiệm được các nguồn tài nguyên quý giá".

Nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Nature Food.

Theo Liên hợp quốc, dân số thế giới dự kiến ​​sẽ tăng lên 9,7 tỷ người vào năm 2050. Các nhà nghiên cứu cho biết sự gia tăng này, kết hợp với biến đổi khí hậu và đô thị hóa, đòi hỏi phải khắc phục những sai sót trong hệ thống sản xuất thực phẩm hiện tại của thế giới.

Các phương pháp canh tác trong nhà, chẳng hạn như nhà máy sản xuất thực phẩm có chiếu sáng nhân tạo, ít bị ảnh hưởng bởi biến đổi khí hậu hơn, nhưng chúng tiêu tốn nhiều năng lượng và đòi hỏi phải quản lý tài nguyên cẩn thận để có thể ổn định và bền vững. "Các hệ thống kiểm soát môi trường hiện tại không đủ thông minh", You, giám đốc Viện Nông nghiệp Kỹ thuật số Cornell kiêm giám đốc Viện AI cho Khoa học của Đại học Cornell, cho biết.

Thông gió có thể giảm mức sử dụng năng lượng, nhưng làm phức tạp quá trình phát triển của cây trồng vì ảnh hưởng đến mức carbon dioxide và cân bằng độ ẩm. Các công cụ AI có thể giúp đưa ra các phương pháp điều chỉnh để đạt được các tiêu chí. "Trí tuệ nhân tạo đưa ra một giải pháp đầy hứa hẹn nhờ có thể quản lý một số vấn đề phức tạp", Decardi-Nelson cho biết.

Nhờ sử dụng các kỹ thuật AI như học tăng cường sâu và tối ưu hóa tính toán, các nhà khoa học đã phân tích rau diếp được trồng trong các cơ sở nông nghiệp trong nhà tại tám địa điểm khác nhau trên khắp Hoa Kỳ-Los Angeles; Chicago; Miami; Seattle; Milwaukee; Phoenix; Fargo, Bắc Dakota; và Ithaca, New York-cũng như Reykjavík, Iceland và Dubai, Các Tiểu vương quốc Ả Rập Thống nhất. Kết quả cho thấy, AI giảm mức sử dụng năng lượng do nó có thể tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng và điều hòa khí hậu. Mức sử dụng năng lượng giảm xuống còn 6,42 kilowatt giờ/ một kilôgam trọng lượng tươi (năng lượng cần thiết hoặc được sử dụng để sản xuất một kilôgam rau diếp trồng trong nhà) so với 9,5 kilowatt giờ/ một kilôgam trọng lượng tươi ở những nơi sử dụng công nghệ không phải là AI. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng đối với các khu vực ấm hơn như Dubai hoặc vùng khí hậu phía Nam Hoa Kỳ, AI đã giảm mức sử dụng năng lượng.

Thông gió thấp trong thời gian có ánh sáng (16 giờ ánh sáng mặt trời mô phỏng) và thông gió cao trong thời gian có bóng tối (tám giờ mô phỏng ban đêm) đã cung cấp giải pháp tiết kiệm năng lượng để có mức carbon dioxide trong nhà tối ưu cho quá trình quang hợp, oxy cho quá trình hô hấp và phát triển của cây, đồng thời cân bằng các yêu cầu thông gió khác.

Công trình này tập trung vào một hệ thống thông minh để sản xuất lương thực tối ưu, bền vững và giảm lượng khí thải carbon. Đó là những gì AI làm rất tốt. Chúng ta có thể tiết kiệm được khá nhiều năng lượng nếu sử dụng AI để tối ưu hóa hệ thống chiếu sáng nhân tạo và các hệ thống năng lượng khác một cách cẩn thận.

Decardi-Nelson cho biết, nếu hợp lý hóa các hoạt động sử dụng AI để giảm mức tiêu thụ năng lượng, các trang trại trong nhà sẽ trở nên rất khả thi và thậm chí cả ở những khu vực có cơ hội tiết kiệm năng lượng hạn chế.