از آنجایی که کشاورزی سنتی در فضای باز قادر به رسیدگی به یکسری چالش‌ها نیست، تکنیک‌ها و ابزارهای کشاورزی همچون دوقلوهای دیجیتالی در محیط داخلی مانند کشاورزی با محیط کنترل‌شده مورد توجه خاص قرار می‌گیرند.
کشاورزی محیط کنترل شده (CEA) تولید گیاهان و محصولات آنها مانند سبزیجات و گل‌ها در داخل ساختارهای محیطی کنترل شده مانند گلخانه‌ها، مزارع عمودی و اتاق‌های رشد است.
این تکنیک، رشد محصولات در یک محیط ایزوله است که به طور مصنوعی توسط ماشین‌آلات پیچیده HVAC (گرمایش و تهویه مطبوع)، سیستم‌های آبیاری و روشنایی، در کنار مجموعه‌ای از حسگرها برای اندازه‌گیری شرایط محیطی کنترل می‌شود.
به لطف اتوماسیون، محیط‌های کنترل شده عملکرد و کیفیت بهتری نسبت به تنظیمات کشاورزی سنتی دارند و در عین حال ضایعات را نیز کاهش می‌دهند.
از آنجایی که این پیشرفت‌ها با افزایش پیچیدگی همراه هستند، یافتن استراتژی رشد بهینه – یعنی توالی شرایط محیطی که رشد را با مناسب ترین سرعت تحریک می‌کند و مصرف انرژی را کاهش می‌دهد – به ویژه چالش برانگیز است.
این یکی دیگر از چالش‌های پیچیده است که نیازمند نظارت مستمر بر محیط، تصمیم‌گیری در زمان واقعی و کنترل محیط با دقت بالا است وظایفی که فراتر از محدودیت‌های توانایی‌های انسانی هستند.
دوقلوهای دیجیتال نمایش دیجیتالی از اشیاء فیزیکی، افراد یا فرآیندها هستند. آنها به تصمیم‌گیری از طریق شبیه‌سازی با وفاداری بالا سیستم فیزیکی دوقلو در زمان واقعی کمک می‌کنند و اغلب به قابلیت‌های کنترل مستقل مجهز هستند.
به گزارش کانورسیشن در کشاورزی دقیق، دوقلوهای دیجیتالی معمولاً برای نظارت و کنترل شرایط محیطی برای تحریک رشد محصول با نرخ بهینه و پایدار استفاده می‌شوند.
دوقلوهای دیجیتالی به چه معنی هستند؟
تعریف Digital Twins در اوایل دهه 2000 توسط مایکل گریوز پدیدار شد در حالی که به یک مدل مفهومی DT به طور گسترده قابل قبول تبدیل شد، جایی که آنها به عنوان پلی برای اتصال موجودات فیزیکی در دنیای واقعی با مکمل‌های مجازی خود در یک محیط دیجیتال عمل می‌کنند و شکاف بین آنها را می‌بندند.
همگرایی موجودیت‌های مجازی و فیزیکی در یک فضای مجازی و دنیای واقعی، پایه‌ای را برای ایجاد یک مدل DT بنیادی می‌گذارد.
با تقویت تعامل پویا بین این عناصر ملموس و مجازی، DT یک نمایش قدرتمند از سیستم ترکیبی فیزیکی-مجازی است.
Digital Twins معادل دیجیتالی یک شی واقعی است که رفتار آن را منعکس و در طول عمر خود در یک فضای مجازی بیان می‌شود.
استفاده از دوقلوهای دیجیتال به عنوان وسیله‌ای مرکزی برای مدیریت مزرعه، امکان جداسازی جریان‌های فیزیکی از برنامه‌ریزی و کنترل آن را فراهم می‌کند.
دوقلوهای دیجیتال یک داشبورد زنده برای مشاهده شرایط محیطی در منطقه در حال رشد ارائه می‌دهند و با استقلال متفاوت، می‌توانند مستقیماً محیط را کنترل کنند.
کاهش مصرف انرژی – یا بهتر است بگوییم، بهبود نسبت محصول به انرژی – یکی از اهداف واضح در تاسیسات کشاورزی دقیق است زیرا گرمایش و سرمایش تاسیسات، انرژی زیادی مصرف می‌کنند.
دوقلوهای دیجیتال به عنوان همتای مجازی عمل می‌کنند و ویژگی‌ها و قابلیت‌های اشیاء، فرآیندها یا سیستم‌های ملموس را در فضای دیجیتال تکرار می‌کنند و از قابلیت خود برای شبیه‌سازی و پیش‌بینی رفتار دنیای واقعی استفاده می‌کنند.
آنها کاربردهای ارزشمندی در کشاورزی هوشمند پیدا کرده‌اند که یک نسخه مجازی جامع از مزرعه را تسهیل می‌کند که جنبه‌های حیاتی مانند کشت محصول، ترکیب خاک و شرایط آب‌و‌هوایی غالب را دربر می‌گیرد.
کشاورزان با ادغام داده‌ها از منابع مختلف، از جمله خاک، وضعیت گیاهان، شبکه‌های حسگر محیطی، پیش‌بینی‌های هواشناسی و تصاویر ماهواره‌ای و پهپاد با وضوح بالا، به تجسم پویا و به‌روز از حوزه‌های کشاورزی خود دسترسی پیدا می‌کنند که آنها را قادر می‌سازد تا خوب کار کنند.
انتخاب‌های آگاهانه و به موقع در مورد جنبه‌های حیاتی مانند طرح‌های آبیاری کارآمد، روش‌های کوددهی بهینه و استراتژی های موثر مدیریت آفات، افزایش بهره‌وری کلی مزرعه و پایداری اهمیت دارند.
دوقلوهای دیجیتال (DTs) با موفقیت وارد کاربردهای صنعتی، از جمله هوافضا، تولید و مراقبت‌های بهداشتی شده‌اند.
از سوی دیگر، کشاورزی هوشمند که از آخرین نوآوری‌های فناوری برای بهینه‌سازی تولید محصول استفاده می‌کند، صنعت کشاورزی را متحول کرده و به عنوان کپی مجازی اشیاء یا سیستم‌های فیزیکی، DT ها یک پیشرفت بسیار امیدوارکننده در این زمینه به شمار می‌روند.
- در کشاورزی هوشمند، دوقلوهای دیجیتالی، کارشناسان کشاورزی، محققان و کشاورزان را قادر می‌سازد تا سناریوهای مختلف را شبیه‌سازی کنند، استراتژی‌های مختلف را آزمایش کنند و نتایج را به طور دقیق پیش‌بینی کنند.
- DTها در کشاورزی هوشمند، فرصت‌های دگرگون‌کننده‌ای را ارائه می‌دهند، کشت و مدیریت محصول را متحول می‌کنند و در عین حال، امکان بهینه‌سازی استفاده از منابع، به حداقل رساندن ردپای زیست‌محیطی و افزایش عملکرد محصول برای یک اکوسیستم کشاورزی پایدار و کارآمد را فراهم می‌کنند.
- با این حال، علیرغم وعده قابل توجه دوقلوهای دیجیتال در کشاورزی هوشمند، هنوز بسیاری از سوالات و چالش ها باید مورد توجه قرار گیرند.
- در عصر کشاورزی هوشمند، ادغام فناوری‌های پیشرفته مانند محاسبات، ارتباطات، محاسبات شخصی و ابری، اینترنت اشیا (IoT)، هوش مصنوعی (AI) و سیستم‌های فیزیکی-سایبری (CPS) انقلابی در صنعت ایجاد کرده است.
- چشم انداز در کشاورزی این فناوری‌ها قابلیت‌های بیشتری را فراتر از قلمرو فیزیکی به ارمغان می‌آورند و امکان اطلاعات پیشرفته و درک بهتر ساختارهای فیزیکی درگیر را فراهم می‌کنند.
- مفهوم DTs نقشی محوری در ارائه اطلاعات جامع و دقیق در مورد سیستم‌های فیزیکی ایفا می‌کند و از محدودیت‌های مدل‌سازی و شبیه‌سازی سنتی فراتر می‌رود.
- با استفاده از جمع‌آوری، پردازش و تجزیه و تحلیل داده‌های بی‌درنگ، DT ها نمایش دیجیتالی از سیستم‌های فیزیکی را ارائه می‌دهند که امکان نظارت و پیش‌بینی دقیق وضعیت‌های فعلی و آینده سیستم و بازسازی مدل‌های موجود و طراحی مجدد سیستم‌ها و رویه‌ها را فراهم می‌کند.
- این پیشرفت‌ها در تبدیل سیستم‌های هوشمند و پرداختن به چالش‌های در حال تحول در حوزه کشاورزی مفید هستند.
- از دوقلوهای دیجیتال می‌توان برای طراحی گلخانه‌های جدید نیز استفاده کرد به عنوان مثال، یک دوقلو دیجیتال که داده‌ها را در یک دوره طولانی در گلخانه جمع‌آوری کرده است می‌تواند برای اهداف آزمایشی در هنگام طراحی یک گلخانه جدید استفاده شود.
- توسعه دوقلوهای دیجیتال و بهبود بلوغ دیجیتالی شرکت‌های کشاورزی، محرک‌های اصلی هزینه در پذیرش CEA پیشرفته دیجیتالی هستند.
- هزینه‌های مربوط به توسعه دوقلو دیجیتال بیشتر به عناصر سخت افزاری و توسعه نرم‌افزار مربوط می‌شود.
- راه‌حل‌های خانگی، آزمایش با دستگاه‌های ارزان قیمت و گسترش تدریجی عملکرد، اولین گام‌های خوبی هستند و به اتخاذ طرز فکر دیجیتالی صحیح کمک می‌کنند.
- با این حال، تنظیمات پرورش‌دهندگان حرفه‌ای به زیرسیستم‌های صنعتی نیاز دارند که از نظر هزینه‌ها در لیگ کاملاً متفاوتی قرار دارند و به کارگیری آنها مستلزم یک استراتژی دیجیتال سازمانی با دقت آماده شده است.
- کشاورزی یکی از بخش‌هایی است که کمترین میزان دیجیتالی شدن را دارد و بلوغ دیجیتالی یک پیش‌نیاز مطلق برای پذیرش دوقلوهای دیجیتال است.
- در نتیجه، هزینه‌های مربوط به بلوغ دیجیتال اغلب بر هزینه‌های فنی در کشاورزی هوشمند سایه می‌اندازد.
- شرکتی که مراحل اولیه دیجیتالی‌سازی را سپری می‌کند، باید به انتخاب یک ارائه‌دهنده ابری، ایجاد یک استراتژی داده و دستیابی به مجموعه‌ای از مجوزهای نرم‌افزاری فکر کند.
- هنوز موانعی وجود دارد که باید قبل از رسیدن به آنجا، با آنها مقابله کرد، اما با کاهش مداوم قیمت سخت افزار و قدرت محاسباتی، کشاورزی هوشمند دیجیتالی در حال تبدیل شدن به واقعیت است.
