Liên Hiệp Quốc dự đoán vào năm 2050 nhiều khu vực trên Trái đất có thể không đủ nước sạch để đáp ứng nhu cầu nông nghiệp nếu chúng ta tiếp tục dùng các mô hình hiện tại. Một giải pháp cho tình thế tiến thoái lưỡng nan này là phát triển hệ thống tưới tiêu hiệu quả hơn, trong đó trọng tâm là theo dõi độ ẩm của đất một cách chính xác, cho phép các cảm biến hướng dẫn hệ thống tưới tiêu “thông minh” nhằm đảm bảo nước được tưới vào thời gian hợp lý và tỷ lệ tối ưu.

Các phương pháp hiện tại để cảm nhận độ ẩm của đất đang có một số hạn chế, bao gồm việc cảm biến chôn vùi dễ bị nhiễm muối trong chất nền và đòi hỏi phải có phần cứng chuyên dụng để kết nối, còn máy ảnh nhiệt (thermal camera) lại có giá thành cao và có thể bị ảnh hưởng bởi các điều kiện khí hậu như cường độ ánh sáng mặt trời, sương mù, mây.

Nhóm nghiên cứu bao gồm các kỹ sư từ UniSA, tiến sĩ Ali Al-Naji và Giáo sư Javaan Chahl từ Đại học Kỹ thuật Trung cấp của Baghdad, Iraq, đã phát triển một giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí có thể làm cho việc giám sát độ ẩm đất chính xác trở nên đơn giản hơn, giá cả phải chăng hơn trong hầu hết trường hợp. Cụ thể, nhóm đã thử nghiệm thành công một hệ thống sử dụng máy ảnh kỹ thuật số RGB tiêu chuẩn để theo dõi độ ẩm của đất trong nhiều điều kiện.

“Hệ thống mà chúng tôi thử nghiệm rất đơn giản nhưng hiệu quả. Nó hoạt động dựa trên một máy ảnh tiêu chuẩn phân tích sự khác biệt về màu sắc của đất để xác định độ ẩm. Chúng tôi đã thử nghiệm nó ở các khoảng cách, thời gian và mức độ chiếu sáng khác nhau. Kết quả thu được rất chính xác”, tiến sĩ Al-Naji nói.

Máy ảnh được kết nối với mạng nơ-ron nhân tạo (ANN), một dạng phần mềm học máy mà các nhà nghiên cứu đã đào tạo để nhận biết các mức độ ẩm đất khác nhau trong những kiểu điều kiện môi trường khác nhau. Thông qua việc sử dụng ANN này, hệ thống giám sát cũng có thể được đào tạo để nhận ra các điều kiện đất cụ thể ở bất cứ vị trí nào, cho phép tùy chỉnh đối với từng người dùng riêng biệt và cập nhật về thay đổi hoàn cảnh khí hậu để đảm bảo độ chính xác tối đa.

“Một khi hệ thống đã được đào tạo, nó có thể đạt được trạng thái tưới tiêu có kiểm soát theo tình trạng độ ẩm đất. Chúng tôi đang lên kế hoạch thiết kế một hệ thống tưới tiêu thông minh khác hiệu quả về chi phí dựa trên thuật toán sử dụng bộ vi điều khiển, camera USB và máy bơm nước. Hệ thống này hứa hẹn sẽ là công cụ cải tiến công nghệ tưới tiêu trong nông nghiệp về giá, tính khả dụng và độ chính xác ở các điều kiện thay đổi khí hậu”, Giáo sư Chahl cho biết.