Tổng quan nông nghiệp 4.0 trên thế giới và khả năng áp dụng ở Việt Nam

Nông nghiệp 4.0 là gì

Tóm tắt

Cách mạng nông nghiệp lần thứ tư quan tâm đến độ bền vững và các giải pháp an toàn của chuỗi giá trị sản xuất nông nghiệp, ở đó thông tin ở dạng số hóa dành cho tất cả các đối tác bên trong giao dịch với các đối tác bên ngoài đơn vị như các hoạt động của nhà cung cấp và khách hàng tiêu thụ được truyền dữ liệu, xử lý, phân tích dữ liệu, tiến hành tự động qua mạng internet.

Các yếu tố công nghệ chủ yếu gồm cảm biến kết nối vạn vật, công nghệ đèn LED, người máy (Robotics), tế bào quang điện, thiết bị bay không người lái và các vệ tinh; Canh tác trong nhà/Hệ thống thích hợp nuôi thủy sản – trồng trọt/Thủy canh, Công nghệ tài chính phục vụ trang trại. Nông nghiệp 4.0 còn được coi là hàm số của nông nghiệp thông minh x công nghệ thông minh x thiết kế thông minh x doanh nghiệp thông minh. Ở Châu Á, Ấn Độ, khó áp dụng cách mạng nông nghiệp 4.0 đầy đủ.

Tuy nhiên, Thái Lan đang phấn đấu Thái 4.0 và Nông nghiệp 4.0. Đài Loan tự hào là nơi cung cấp thiết bị cho nông nghiệp 4.0 chỉ sau một vài nước phát triển. Việt Nam chưa có mô hình hoàn chỉnh về nông nghiệp 4.0, mới có một số mô hình thông minh thông qua hợp tác quốc tế về canh tác lúa, rau. Cảm biến nhiệt độ, ẩm độ, đang được một số cơ sở ứng dụng nông nghiệp công nghệ cao áp dụng thông qua chương trình hợp tác quốc tế. Điện thoại thông minh được nhiều người dân sử dụng ở các lĩnh vực đời sống khác nhau. Chính phủ cần kịp thời định hướng cho nghiên cứu, triển khai mô hình nông nghiệp 4.0 đầy đủ.

Từ khóa: Canh tác thông minh, Cảm biến, Kết nối vạn vật, LED, Nông nghiệp 4.0, Nông nghiệp thông minh, Thiết bị bay không người lái.

1. Khái niệm và xuất xứ của nông nghiệp 4.0

Cùng với xu thế cách mạng công nghiệp lần thứ tư đang diễn ra từ những năm 2000, thông qua các công nghệ như internet, kết nối vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), thực tế ảo (VR), tương tác thực tại ảo (AR), mạng xã hội, điện toán đám mây, điện thoại di động, phân tích dữ liệu lớn (SMAC)… chuyển hóa toàn bộ thế giới thực thành thế giới số. Năm 2013, một từ khóa “Công nghiệp 4.0” (Industries 4.0) được chính thức định danh trên các diễn đàn quốc tế.

Kết nối vạn vật (Internet of Things – IoT) là một hệ thống các thiết bị máy tính, máy thiết bị, vật thể, động vật hoặc người có liên quan đến nhau, được cung cấp định danh duy nhất và có khả năng để truyền dữ liệu qua mạng mà không cần sự tương tác giữa con người với con người hay giữa con người với máy tính. Nghĩa là tất cả các thiết bị có thể kết nối với nhau. Việc kết nối có thể thực hiện qua Wi-Fi, mạng viễn thông băng rộng (3G, 4G), Bluetooth, ZigBee, hồng ngoại… Các thiết bị có thể là điện thoại thông minh, máy pha cafe, máy giặt, tai nghe, bóng đèn, và nhiều thiết bị khác.

Đối với lĩnh vực nông nghiệp, cũng không còn là nông nghiệp thuần túy. Theo khái niệm của Hiệp hội Máy Nông nghiệp Châu Âu (European Agricultural Machinery, 2017):

1.1. Nông nghiệp 1.0, xuất hiện ở đầu thế kỷ 20, vận hành với hệ thống tiêu tốn sức lao động, năng suất thấp. Nền nông nghiệp đó có khả năng nuôi sống dân số nhưng đòi hỏi số lượng lớn các nông hộ nhỏ và một phần ba dân số tham gia vào quá trình sản xuất nguyên liệu thô.

1.2. Nông nghiệp 2.0, đó là cách mạng xanh (Green Revolution), bắt đầu vào những năm 1950, khởi đầu là giống lúa mì lùn cải tiến, nhưng phải dựa nhiều vào bón thêm đạm, sử dụng thuốc trừ sâu, phân bón hóa học tổng hợp, cùng với máy móc chuyên dùng, cho phép hạ giá thành và tăng năng suất, đem lại lợi nhuận cho tất các các bên tham gia.

1.3. Nông nghiệp 3.0, từ chỗ nâng cao hiệu quả đến nâng cao lợi nhuận nhờ chủ động và sáng tạo hạ giá thành, nâng cao chất lượng, đưa ra sản phẩm khác biệt. Bắt đầu khi định vị toàn cầu (GPS) được ứng dụng đầu tiên để định vị và định hướng. Thứ hai là điều khiển tự động và cảm biến (sensor) đối với nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng, dinh dưỡng, từ những năm 1990, máy gặt đập liên hợp được gắn thêm màn hình hiển thị năng suất dựa vào định vị GPS. Thứ ba là tiến bộ công nghệ sử dụng các thiết bị không dây (Telematics);

1.4. Nông nghiệp 4.0, Sự tiến triển diễn ra đồng thời với tiến triển của thế giới công nghiệp (Industry 4.0), dựa trên tầm nhìn trong tương lai sản xuất của Domhnall Carrol (Domhnall Carroll – Division lead, Digital Factory division, Siemens Ltd.), thuật ngữ Nông nghiệp 4.0 (Agriculture 4.0) được sử dụng đầu tiên tại Đức .

Tương tự với “Công nghiệp 4.0”, “Nông nghiệp 4.0” ở Châu Âu được hiểu là các hoạt động trồng trọt và chăn nuôi được kết nối mạng bên trong và bên ngoài đơn vị (có thể hiểu theo nghĩa rộng bao gồm cả lĩnh vực thủy sản, lâm nghiệp). Nghĩa là thông tin ở dạng số hóa dành cho tất cả các đối tác và các quá trình sản xuất, giao dịch với các đối tác bên ngoài đơn vị như các nhà cung cấp và khách hàng tiêu thụ được truyền dữ liệu, xử lý, phân tích dữ liệu phần lớn tự động qua mạng internet. Sử dụng các thiết bị internet có thể tạo điều kiện quản lý lượng lớn dữ liệu và kết nối nội bộ với các đối tác bên ngoài đơn vị.

Một số thuật ngữ khác thường được sử dụng như “Nông nghiệp thông minh” và “Canh tác số hóa”, dựa trên sự ra đời của các thiết bị thông minh trong nông nghiệp. Các thiết bị thông minh bao gồm các cảm biến, các bộ điều tiết tự động, công nghệ có thể tính toán như bộ não và giao tiếp kỹ thuật số. Nông nghiệp 4.0 mở đường cho sự tiến hóa tiếp theo, bao gồm những hoạt động không cần có mặt con người trực tiếp và dựa vào hệ thống thiết bị có thể đưa ra những quyết định một cách tự động.

Theo tổng kết ở Mỹ, đến nay, các thành phần chủ yếu của Agriculture 4.0 thường được hiểu như sau:

1). Cảm biến kết nối vạn vật (IoT Sensors): Từ dinh dưỡng đất kết nối với máy chủ và các máy kết nối khác là thành phần chủ yếu của nông nghiệp hiện đại;

2). Công nghệ đèn LED đang trở thành tiến bộ không thể thiếu để canh tác trong nhà vì sự đáp ứng sinh trưởng và năng suất tối ưu;

3). Người máy (Robot) đang thay việc cho nông dân thường làm. Người máy cũng có cả các bộ phân tích nhờ các phần mềm trợ giúp phân tích và đưa ra xu hướng trong các trang trại;

4). Tế bào quang điện (Solar cells). Phần lớn các thiết bị trong trang trại được cấp điện mặt trời và các bộ pin điện mặt trời trở nên quan trọng;

5). Thiết bị bay không người lái (Drones) và các vệ tinh (satellites) được sử dụng để thu thập dữ liệu của các trang trại;

6). Canh tác trong nhà/ hệ thống trồng cây – nuôi cá tích hợp/Thủy canh (khí canh) (Indoor Farming/ Aquaponics/Hydroponics): Hiện nhiều giải pháp đã được hoàn thiện;

7). Công nghệ tài chính phục vụ trang trại (Farm Fintech): Fintech nghĩa là kinh doanh dịch vụ tài chính dựa trên nền tảng công nghệ. Fintech được sử dụng chung cho tất cả các công ty tài chính sử dụng internet, điện thoại di động, công nghệ điện toán đám mây và các phần mềm mã nguồn mở nhằm mục đích nâng cao hiệu quả của hoạt động ngân hàng và đầu tư. Farm Fintech bao gồm dịch vụ cho vay, thanh toán, bảo hiểm.

Chuyển đổi số trong nông nghiệp
Chuyển đổi số trong nông nghiệp

Bên cạnh đó, nhiều sự kiện khác đang diễn ra như: Các sản phẩm vật chất được nâng cao giá trị gia tăng nhờ các dịch vụ với những thuật toán dùng để biến đổi dữ liệu thành thông tin gia tăng giá trị, tối ưu hóa sản phẩm, các quá trình nông học, giảm thiểu rủi ro và hạn chế những nguy hiểm do tác động của máy móc cơ giới hư hỏng, thời tiết hoặc dịch bệnh gây ra.

Hay nông nghiệp sinh thái (tương tự mô hình VAC ở Việt Nam), với những hệ điều hành kết hợp được nhiều nguồn dữ liệu khác nhau, từ các bộ cảm biến (có thể cảm nhận nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, dinh dưỡng đất để phát tín hiệu cho người sản xuất), thiết bị, từ nguồn dữ liệu thu thập từ đồng ruộng hay trang trại.

Nông dân/chủ trang trại điều hành thông qua bảng điều khiển có thông tin thời gian thực và gần thực, và đưa ra các quyết định dựa trên các giả thiết định lượng để tăng hiệu quả tài chính. Hoặc hợp tác giữa các đối tác khác nhau trong chuỗi giá trị nông nghiệp và lương thực. Dữ liệu số hóa gắn kết các thành phần trong hệ sinh thái làm gia tăng giá trị trong chuỗi cung cấp lương thực. Dựa trên cùng dữ liệu, nhà cung cấp có thể đưa ra các dịch vụ khác nhau cho các bên liên quan khác nhau.

Do vậy, các thiết bị trong nông nghiệp trở thành một trong những yếu tố quyết định trong hệ thống sản xuất hoàn chỉnh. Nó không những là bộ phận tạo ra nguồn dữ liệu lớn nhất mà còn là những nơi thực hiện những kế hoạch được thiết lập bởi các hệ thống mạng điều hành giám sát, thu thập dữ liệu và các mô hình nông nghiệp khác nhau.

2. Nội dung của nông nghiệp 4.0

Theo Chanchin Su và cộng sự, Đại học Chiao Tung, Đài Loan (Chanchin Su, Sue-Ching Jou, 2016), Agriculture 4.0 = (Nông nghiệp thông minh) x (Công nghệ thông minh) x (Thiết kế thông minh) x (Doanh nghiệp xã hội thông minh).

Khái niệm Agriculture 4.0 rộng hơn Farming 4.0. Nông nghiệp 4.0 (Agriculture 4.0) bao hàm nghĩa rộng của cả trồng trọt, chăn nuôi (Có thẻ hiểu rộng hơn sang cả thủy sản và lâm nghiệp) về nghiên cứu, chuyển giao và sản xuất. Nông nghiệp hiện đại quan tâm đến độ bền vững và các giải pháp an toàn.

Canh tác (Farming) là thực hiện những kỹ thuật như làm đất, gieo cấy, tỉa cành, luân canh, chăm sóc, thu hoạch, với mục tiêu đạt năng suất cao hơn, bảo vệ môi trường tốt hơn, dựa vào tiến bộ công nghệ kỹ thuật số. Thuật ngữ Canh tác 4.0 (Farming 4.0) xuất hiện vào những năm 2010. Đó là các canh tác năng động và hiệu quả.

Theo khái niệm của Mạng lưới Chuyên đề Canh tác Thông minh Châu Âu, canh tác thông minh, Smart Farming là ứng dụng công nghệ thông tin hiện đại (ICT) vào nông nghiệp (Cách mạng Xanh lần thứ ba). Cuộc cách mạng này phối hợp ICT như các thiết bị chính xác, kết nối vạn vật (IoT), cảm biến, định vị toàn cầu, quản lý dữ liệu lớn (Big data), thiết bị bay không người lai (Drone), người máy (robot) …., Smart farming tạo điều kiện cho nông dân tăng thêm giá trị dưới dạng đưa ra được những quyết định khai thác, quản lý hiệu quả hơn, đó là: 1). Hệ thống thông tin quản lý, đáp ứng nhu cầu thu thập, xử lý và lưu giữ, cung cấp dữ liệu cần thiết để thực hiện những chức năng của trang trại. 2). Nông nghiệp chính xác, thông qua các hệ thống có thể quản lý độ biến động theo không gian và thời gian để cải thiện hiệu quả kinh tế đầu tư và giảm thiểu tác hại của môi trường.

Nông nghiệp chính xác còn được hiểu là nền nông nghiệp có thể nuôi sống cả dân số thế giới dự báo 10 tỉ người vào năm 2050 (Khánh Đoan, 2016). “Nông nghiệp chính xác”, tức ngành nông nghiệp sử dụng cảm biến và các thuật toán thông minh để phân phối nước, phân bón và thuốc trừ sâu, đáp ứng cho cây khi cây thực sự cần, nhằm đảm bảo tính sinh lời, tính bền vững và bảo vệ môi trường. Nông dân có thể quyết định tưới tiêu khi thực sự cần thiết và tránh việc lạm dụng thuốc trừ sâu, họ sẽ có thể tiết kiệm được chi phí và nâng cao sản lượng.

Thị phần các thiết bị nông nghiệp thông minh trên thế giới

Thiết bị nông nghiệp thông minh trên thế giới

Năm 2014, tổng số 2,36 tỷ USD được đầu tư vào công nghệ nông nghiệp chính xác toàn cầu, chủ yếu là Fintech. Tiếp đến là đầu tư cho doanh nghiệp và những vi sinh vật có lợi để sản xuất lương thực, thực phẩm, hóa chất, dược phẩm, và đâu tư vào chuỗi giá trị, chế biến, vận chuyển và bán lẻ. Hay có nhiều doanh nghiệp liên quan đến nước, quản lý dữ liệu lớn số liệu từ thiết bị bay không người lái, vệ tinh, cảm biến và các thiết bị thông minh khác giúp nông dân đưa ra quyết định tốt hơn.

Theo đánh giá thị trường nông nghiệp chính xác toàn cầu và dự báo đến 2022, thị trường toàn cầu sẽ đạt 7,9 tỷ USD vào 2022 (Budholiya, 2017), (không thấy kể đến thị trường Asean), với tốc độc tăng trưởng hàng năm 16%. Tốc độ cao như vậy là nhờ sự áp dụng rộng rãi của nông nghiệp chính xác như hệ sinh thái định vị toàn cầu, giá cảm biến giảm, cách mạng điện thoại di động cho phép truy cập sâu rộng các lĩnh vực nông nghiệp.

Bên cạnh đó, tốc độ đô thị hóa, các yêu tố biến đổi khí hậu, và sự đáp ứng bền vững giữa cung và cầu. Theo dự báo của Cty Embedded Computing Design (Abishek Budholiya, 2016), thị trường giải pháp nông nghiệp thông minh toàn cầu tăng trưởng 11,2% hàng năm, sẽ đạt 40 tỷ USD vào 2026 (Budholiya, 2017). Chủ yếu là các dụng cụ thiết bị phòng chống hiện tượng đất bị rửa trôi, cảm biến rẻ và gia tăng áp dụng truy cập thông tin và điều khiển tự động. Trong toàn bộ giá trị buôn bán thiết bị nông nghiệp chính xác, 50% ở Bắc Mỹ, 30% ở Châu Âu, 20% ở Châu Á – Thái Bình Dương, còn lại ở các nước khác.

3. Tại một số nước đang phát triển ở Châu Á

3.1. Tại Ấn Độ

Theo Rishi Nair (Công ty Khoa học Nông nghiệp Zuari, 2015), Nông nghiệp 4.0 vẫn còn xa đối với toàn Ấn Độ, vì những lý do:

1). Tiếp cận nguồn dữ liệu: Nguồn dữ liệu tuy đã mạnh nhưng vẫn còn nhiều bất cập như các dữ liệu về các hóa chất nông học, hạt giống, và những vật tư đầu vào khác không hoàn toàn được điều chỉnh bởi các quy định pháp luật, nên công tác thống kê về thương mại gặp nhiều khó khăn. Ngay cả số liệu chính xác về số doanh nghiệp ở từng địa phương cũng khó chính xác.

2). Việc giải mã dữ liệu và tối ưu hóa vật tư đầu vào cũng đang gặp khó khăn.

3). Các hoạt động ngoài đồng ruộng: Vẫn còn rất nhiều thách thức trong công tác khuyến nông tới nông dân. Năm 2015 mới có 30% (350 triệu người) chủ đăng ký sử dụng internet. Có tất cả 750 loại ngôn ngữ được sử dụng ở Ấn Độ nên rất khó thống nhất ngôn ngữ cho tất cả mọi người (Nair, 2015).

3.2. Tại Trung Quốc

Yun Zhang, Lei Wang và Yanqing Duan (Zhang, et al, 2016), qua tổng quan về tình hình ứng dụng công nghệ thông tin trong các mô hình kinh tế của Trung Quốc nhấn mạnh chủ trương tái cấu trúc nền nông nghiệp theo hướng kỹ thuật số, cải tiến cách tiếp cận công nghệ và kỹ năng cho nông dân, đẩy mạnh ứng dụng kết nối vạn vật, định vị toàn cầu, điều khiển từ xa và thiết bị thông minh. Khai thác và sử dụng dữ liệu lớn (Big data) và phân tích dữ liệu nông nghiệp.

Các nhà lãnh đạo Trung Quốc tham vọng với những tiến bộ của các công nghiệp khác sẽ hỗ trợ liên minh công nông, áp dụng khái niệm nông nghiệp 4.0 từ Châu Âu, nông dân Trung Quốc thế kỷ 21 sẽ thực hiện nông nghiệp 4.0. Tầm nhìn của liên minh tại kế hoạch 5 năm lần thứ 13, đã định hướng tương lai nông thôn Trung Quốc sẽ phải đạt:

1). Nền nông nghiệp mới kết nối 6 ngành công nghiệp vào sản xuất, chế biến và phân phối lương thực, thực phẩm;

2). Nông dân mới tức là nông dân chuyên ng-hiệp, thay thế nông dân nông hộ nhỏ, làm việc bán thời gian, hoặc nông dân nghèo đói;

3). Ruộng vườn nông thôn mới hài hòa với thành thị (Dimsumsat, 2015).

Hiện nay ở Trung Quốc, theo hướng nông nghiệp 4.0, nhiều ngành công nghiệp đang được đẩy mạnh như các ngành công nghiệp chế tạo máy kéo công suất cao, máy gặt đập thông minh; ứng dụng thiết bị bay không người lái (Drone); công nghiệp phục vụ chăn nuôi thông minh 4.0; trồng cây trong nhà…

3.3. Khả năng một số nước Đông Nam Á với nông nghiệp 4.0

Theo ADB (Trevot Clarke, 2016): Việt Nam có hơn 24 triệu lao động nông nghiệp (46% tổng lao dộng). Myanmar có 20 triệu lao động (hơn 70%), Indonesia có gần 40 triệu lao động (35%), Campuchia có gần 5 triệu lao động (64%), Philippines có 12 triệu lao động (31%), Thái Lan có gần 16 triệu lao động (41%), Lào có 2 triệu lao động (70%). Malaysia và Singapore có tỷ lệ thấp hơn rất nhiều. Toàn vùng ước khoảng 100 triệu lao động trực tiếp trong nông nghiệp (Không kể lao động gia đình giúp đỡ khi cần thiết).

Theo BBC, 70 triệu người, thuộc lực lượng này dễ bị tổn thương. Do lực lượng này có các đặc điểm canh tác rất khác nhau trong khối ASEAN và mức độ tiếp thu công nghệ, khả năng tiếp cận công nghệ cũng rất khác nhau và dễ mẫn cảm với tự động hóa. Nghĩa là còn nhiều việc cần thiết để thiết lập hệ thống tự động hóa kết nối vạn vật (IoT).

Tuy nhiên một số đối tác thuộc các nước công nghiệp liên quan đến khối ASEAN như Úc, Mỹ, Nhật đang cạnh tranh gay gắt về IoT và canh tác tự động hóa ở đây (Trevor Clarke, 2016). Như vậy, với nhiều nước ASEAN, nông nghiệp 4.0 đang trên đường tiến triển, tuy còn khó khăn nhất định. Trong 15 năm tới, sẽ có nhiều doanh nghiệp canh tác thông minh ở vùng nông thôn, tùy thuộc vào chính phủ và sự đầu tư cơ sở hạ tầng kết nối vạn vật. Lào và Campuchia trong 10 năm tới khó đề cập đến nông nghiệp thông minh (Trevot Clarke, 2016).

Tuy nhiên, tại tại Thái Lan hay Đài Loan có sự khác biệt. Thái Lan, đang có định hướng theo nông nghiệp 4.0 và Đất nước Thái 4.0 như trình bày dưới đây. Hay tại Đài Loan, tự hào là một trong những nơi cung cấp các thiết bị cho nông nghiệp 4.0 trên thế giới.

3.4. Nền nông nghiệp Thái Lan đặt mục tiêu đồng hành theo mô hình Quốc gia Thái 4.0

Mặc dầu tình hình chung của các nước Đông Nam Á như đã trình bày ở trên, Bộ Nông nghiệp và HTX Thái Lan (15/3/2017) công bố rằng, mọi điều kiện đã sẵn sàng tạo đà cho nông dân Thái tiến theo hướng “Nông dân thông minh – Smart farmers”. Thứ trưởng Bộ NN và HTX Thái Lan Anekwit cho rằng, Chính phủ có chính sách đối với nông nghiệp cùng đổi mới công nghệ để sao cho thế hệ trẻ trở thành “nông dân thông minh” cùng với chính sách của Chính phủ Thái về Thái 4.0.

Chính phủ Thái định hướng nông nghiệp và thực phẩm của Thái theo nông nghiệp 4.0, đó là thực phẩm và thành phần thực phẩm thông minh để sản xuất những sản phẩm nâng cao giá trị trong chuỗi giá trị, nông nghiệp thông minh để có chất lượng hảo hạng trong điều kiện biến đổi khí hậu và xã hội già hóa.

Chương trình hành động của Bộ NN và HTX Thái Lan là sẽ hình thành các trung tâm nông nghiệp và thực phẩm theo hướng 4.0, đó là: 1).Trung tâm Nông nghiệp Thực phẩm phía Bắc Thái Lan gồm các trang trại thông minh nhằm sản xuất sữa bò đạt tiêu chuẩn quốc tế và thực phẩm chức năng; 2). Vùng Đông Bắc có Trung tâm Nông nghiệp Thực phẩm gồm các trang trại trồng trọt thông minh, chăn nuôi gia súc thông minh; 3). Khu Đại học ở miền Trung Thái Lan gồm các thực phẩm chức năng và thực phẩm cho người già; 4). Trung tâm Nông nghiệp Thực phẩm phía Nam Thái Lan gồm các hải sản, thực phẩm ăn chay, cao su tự nhiên (Suvit, 2017).

Để đạt được, Bộ NN và HTX Thái cho rằng, phải tập trung vào con người là nhân tố chủ yếu thông qua hình thành 883 trung tâm đào tạo huấn luyện ở tất cả các tỉnh để tăng cường hiệu quả SX nông nghiệp thông qua đổi mới công nghệ. Hơn nữa, Bộ sẽ giới thiệu “Bản đồ Nông nghiệp”, phân định ranh giới giữa các vùng nông nghiệp ở tất cả các tỉnh. Bản đồ nông nghiệp đáp ứng cho từng cây trồng theo đất canh tác. Từng tổ chức thuộc Bộ phải thống nhất trong chương trình đào tạo và hỗ trợ công nghiệp nông nghiệp.

3.5. Đài Loan tự hào là sứ sở của chuỗi cung ứng thiết bị cho nông nghiệp 4.0

Theo Matthew Ryan (2017), Đài Loan nổi tiếng về công nghệ chế tạo và có nhiều sản phẩm cơ điện trên đầu người hơn bất cứ nơi nào khác trên thế giới (RYAN, 2017), đó là:

1). Các bộ cảm biến kết nối vạn vật (IoT): Đài Loan tự hào là nơi tập trung các thiết bị công nghệ kết nối vạn vật (IoT) do có lượng lớn các nhà máy sản xuất bán dẫn, chủ yếu ở Công viên Hsinchu. 25% sản lượng bán dẫn của thế giới được chế tạo, sản xuất tại Đài Loan;

2). Đài Loan có nền công nghiệp đèn LED đứng thứ 2 trên thế giới. Vì nông nghiệp trong nhà thúc đẩy công nghệ đèn LED, nó đòi hỏi sự chính xác cao của đèn LED để tạo điều kiện sinh trưởng và năng suất tối ưu nhất;

3). Robot. Đài Loan là một trong những nơi đi đầu về công nghệ robot, đang đặt mục tiêu trở thành một trong những nơi khả năng nhất về công nghệ robot vào 20 năm tới;

4). Tế bào năng lượng mặt trời: Là nơi lớn nhất thế giới sản xuất tế bào năng lượng mặt trời. Đài Loan có thể cung ứng nguồn năng lượng cho các dự án lớn về nông nghiệp trên quy mô lớn;

5). Thiết bị bay không người lái: 10% lượng thiết bị bay không người lái được chế tạo, sản xuất tại Đài Loan. Dự kiến hàng năm sẽ tăng 10% đến 2025;

6). Canh tác trong nhà, thủy sản kết hợp thủy canh: Đài Loan có nhiều kinh nghiệm về đèn LED, nên nhiều công ty có thể cung ứng đầy đủ các giải pháp cho canh tác trong nhà, thủy sản kết hợp thủy canh, thủy canh.

4. Những thành phần rời rạc của nông nghiệp 4.0 đang thực hiện ở Việt Nam

Giống như nhiều nước đang phát triển khác, Việt Nam chưa có mô hình nông nghiệp 4.0 hoàn chỉnh. Chính phủ chưa có chủ trương định hướng cụ thể về nông nghiệp 4.0. Hiện, các khu và các trung tâm nông nghiệp công nghệ cao mới bắt đầu hoạt động. Sự thực thì Việt Nam đang tiếp cận một số thành phần công nghệ cụ thể của nông nghiệp 4.0, chưa có mô hình hoàn chỉnh, đầy đủ theo khái niệm về nông nghiệp 4.0 của Châu Âu và chưa như định hướng của Thái Lan. Một số hoạt động đơn lẻ về nông nghiệp chính xác ở Việt Nam, được minh họa dưới đây xuất phát từ nhu cầu hợp tác quốc tế, hoặc một vài hoạt động rời rạc về nông nghiệp thông minh xuất phát từ nhu cầu giảm sức lao động trong sản xuất.

Lần đầu tiên một startup công nghệ Việt đã niêm yết trên sàn chứng khoán NASDAQ (30/5/2017) tại Mỹ. Đây là cột mốc tiến vào cách mạng công nghiệp 4.0 của doanh nghiệp Việt. Nhiều người Việt đã từng tự hào với các nông sản như gạo, trà, cà phê xuất khẩu khắp thế giới. Nay, bước vào kỷ nguyên kỹ thuật số, chúng ta sẽ có những sản phẩm công nghệ mang giá trị toàn cầu. Về công nghệ đang có một số tiến bộ kỹ thuật cụ thể.

Theo đánh giá của ông Vũ Minh Trí – Tổng giám đốc Microsoft Việt Nam (VnMedia 24/04/2017), phần mềm phục vụ chăn nuôi hay ươm trồng như SmartChick là công cụ công nghệ rất được mong đợi… SmartChick là sản phẩm phục vụ nuôi gà thông minh, giúp người dùng chăm sóc gà theo đúng quy trình an toàn sinh học. Người dùng không cần nhiều kiến thức và kinh nghiệm vẫn có thể thu được những con gà chất lượng nhất sau thời gian nuôi. SmartChick hoạt động tự động hoặc bán tự động thông qua công nghệ IoT, giúp người dùng chăm sóc gà ở bất kỳ lúc nào và bất cứ nơi đâu thông qua internet.

Dự án cải thiện nông nghiệp có tưới do Ngân hàng Thế giới (WB) tài trợ đang được triển khai ở các tỉnh phía Bắc và miền Trung của nước ta. Dự án này sẽ cải thiện đáng kể hệ thống nông nghiệp có tưới trong điều kiện thiếu nước sản xuất trầm trọng như hiện nay, giúp nông dân sản xuất thuận lợi hơn, góp phần tăng năng suất cây trồng, ổn định đời sống và phát triển nông nghiệp bền vững.

Công ty Agrivina – Dalat Hasfarm® tiên phong nhập các giống hoa lạ, cây giống chất lượng cao từ các nhà cung cấp giống uy tín tại Hà Lan và Châu Âu để phát triển tại Đà Lạt. Công ty đã đầu tư và ứng dụng công nghệ trồng hoa trong nhà kính hiện đại, các chế độ chăm bón, điều chỉnh gió, độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng đều được lập trình và theo dõi bằng máy tính.

Năm 1994, ông Thomas Hooft – Tổng giám đốc công ty TNHH Agrivina – khởi đầu dự án trồng hoa tại Đà Lạt. Năm 2003, Agrivina – Dalat Hasfarm® được đánh giá là một trong 5 dự án nước ngoài đầu tư hoạt động hiệu quả nhất trên đất Đà Lạt.

Từ năm 2004, Dalat Hasfarm® được vinh dự trở thành thành viên duy nhất của Hiệp hội hoa Thế giới. Năm 2010, Dalat Hasfarm® đã đạt con số gần 100 triệu cành hoa các loại, trong đó 30% sản lượng phục vụ nhu cầu trong nước, 70% sản lượng được xuất khẩu đến các thị trường như: Nhật Bản, Úc, Singapore, Đài Loan, Indonesia.

Sau 8 năm triển khai dự án, Tập đoàn TH True Milk đã xây dựng trang trại bò sữa ứng dụng công nghệ cao lớn nhất châu Á với quy mô hơn 45.000 con bò. Với dự án sữa tươi sạch TH True Milk, tập đoàn TH đã thực hiện cuộc cách mạng trong ngành sữa, tỷ lệ sữa nước chế biến từ sữa tươi tăng từ 8% năm 2008 lên hơn 30% hiện nay. Trước đó, Control Union đã cấp chứng nhận hữu cơ Châu Âu và Mỹ cho 37 loại rau sạch của trang trại FVF và 5 loại dược liệu của trang trại Dược liệu TH- 2 thương hiệu thực phẩm thuộc tập đoàn TH (2017).

Vinamilk đầu tư công nghệ cao vào nhiều trang trại bò sữa (2016). Hiện Vinamilk đã chiếm lĩnh phần lớn thị trường sữa trong nước: khoảng 55% thị phần sữa nước, 85% thị phần sữa chua, 80% thị phần sữa đặc, 40% thị phần sữa bột trẻ em. Toàn bộ hệ thống trang trại được xây dựng khép kín, tự động hóa với giống bò được tuyển chọn kỹ lưỡng nhằm đem đến năng suất sữa cao nhất.

Với vai trò đầu tàu trong phát triển ngành chăn nuôi bò sữa Việt Nam, Vinamilk hiện đang có 10 trang trại trong đó có 7 trang trại theo chuẩn Global GAP trang bị công nghệ cao, khép kín từ đồng cỏ đến trang trại và 3 trang trại khác đang được công ty xây dựng. Tổng đàn bò sữa của Vinamilk đạt xấp xỉ 120.000 con.

Năm 2016, Vinamilk mở rộng tổ hợp các trang trại bò sữa công nghệ cao Vinamilk tại Thanh Hóa. Tổ hợp được đầu tư xây dựng với công nghệ và máy móc thiết bị hiện đại nhất của thế giới trong lĩnh vực chăn nuôi bò sữa. Công nghệ chăn nuôi tiên tiến, giúp tối ưu hóa công việc vận hành khi trang trại đi vào hoạt động; Đáp ứng các điều kiện của tiêu chuẩn ISO 9001-2008 và tiêu chuẩn Global GAP. Hệ thống làm mát dạng phun tắm tự động; Hệ thống dự trữ thức ăn, chế biến thức ăn được đầu tư hết sức đồng bộ; Hệ thống kiểm soát chất lượng sản phẩm, quản lý đàn, hỗ trợ sinh sản, giám sát sức khỏe cũng hoàn toàn tự động, điều khiển bằng máy tính và các dữ liệu được truyền tải về trụ sở chính của Công ty tại TPHCM.

VinEco thuộc tập đoàn VinGroup, tham gia thị trường từ tháng 3/2015, đã nhanh chóng trở thành thương hiệu rau an toàn được người tiêu dùng yêu thích và tin tưởng. Với sự đầu tư bài bản của Tập đoàn Vingroup, VinEco có khả năng triển khai sản xuất nông nghiệp trên quy mô lớn và áp dụng các công nghệ tiên tiến từ các nước phát triển như Nhật Bản và Israel, nhằm tối ưu hóa hiệu quả và chất lượng sản phẩm.

Đến nay, VinEco đã có 3 vùng sản xuất lớn ở miền Bắc, miền Nam, Lâm Đồng, với 14 nông trại đã và đang chuẩn bị đưa vào canh tác. Hiện VinEco đang cung cấp ra thị trường hơn 100 chủng loại, trong đó có rau ăn lá, rau ăn quả, rau ăn củ, rau gia vị, trái cây. Trong đó, nổi bật là rau mầm và rau thủy canh – 2 loại sản phẩm cao cấp sản xuất trong nhà kính Israel… với sản lượng gần 100 tấn/ ngày và được phân phối chuỗi VinMart, VinMart+.

Năm 2015, Tập đoàn FPT và Tập đoàn Fujitsu thành xây dựng Trung tâm Hợp tác Nông nghiệp thông minh FPT – Fujitsu tại Hà Nội. Trung tâm này ứng dụng công nghệ điện toán đám mây trong ngành thực phẩm và nông nghiệp – “Akisai”, nằm trong Hệ thống giải pháp Xã hội thông minh của tập đoàn Fujitsu (Khang Thái, 2015). Hai mô hình sản xuất “Nhà kính – Green house” và “Nhà máy rau – Vegetable factory” được vận hành để trồng thử nghiệm và giới thiệu những loại rau có giá trị gia tăng cao.

Những thông tin, hình ảnh về môi trường và khu vực trồng trọt được theo dõi và quản lý không chỉ tại Việt Nam, thậm chí tại Nhật Bản cũng có thể theo dõi và đưa ra hướng dẫn trồng trọt từ xa. Mô hình Nhà kính – Green House dành cho nhà sản xuất ứng dụng công nghệ Akisai, có hệ thống cảm biến sẽ thu thập mọi thông tin về môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, CO2, lượng ánh sáng, lượng mưa, hướng gió, tốc độ gió v.v…) tại thời gian thực, từ đó, tự động điều khiển mành che, cửa sổ, quạt… nhờ vào hệ thống thiết bị hiện đại cũng như ứng dụng IMEC® (1), áp dụng phương pháp trồng trọt tiên tiến hiện nay tại Nhật Bản.

Phương pháp IMEC® là phát minh của công ty cổ phần Mebiol có trụ sở tại tỉnh Kanagawa, thành phố Hiratsuka. Đây là phương pháp trồng cây trên tấm phim Hydrogel. Tấm phim đặc biệt này chỉ cho phép chất dinh dưỡng và nước thấm qua, giúp ngăn chặn toàn bộ vi khuẩn, vi rút, vì thế, sản phẩm của cây sẽ đảm bảo an toàn. Thêm vào đó, do cây chỉ hút được một lượng nước nhất định qua màng phim nên tự thân cây sẽ sản sinh ra đường và acid ami-no, giúp quả có độ ngọt tự nhiên và hàm lượng dinh dưỡng rất cao.

Tập đoàn Fujitsu giới thiệu mô hình nhà máy trồng trọt hoàn toàn khép kín là mô hình đang được vận hành tại “Nhà máy rau Aizuwakamatsu Akisai” Nhật Bản. Tại đây, hệ thống cảm biến sẽ thu thập mọi thông tin về môi trường như nhiệt độ (bao gồm cả nhiệt độ trong nhà kính), độ ẩm, CO2, nhiệt độ của dung dịch dinh dưỡng, tốc độ truyền điện…từ đó có những điều chỉnh phù hợp với điều kiện phát triển của cây xà lách ít kali.

Theo giám đốc Trung tâm nông nghiệp công nghệ cao Lam Sơn (Thanh Hóa), thực tiễn từ mô hình Trung tâm Nông nghiệp Công nghệ cao Lam Sơn cho thấy rất rõ, hiệu quả sản xuất rau – hoa -quả trong nhà kính, nhà lưới có doanh thu 2.5-3 tỷ /ha, gấp gần 20-30 lần so với sản xuất ngoài trời. Khi chấp nhận ứng dụng CNC trong nông nghiệp, phải chấp nhận chi phí đầu tư ban đầu khá lớn, cần sự đầu tư cả KHKT, cũng như chất lượng lao động, nhưng xét về lâu dài và xu hướng chung, đây là hướng đi tất yếu. Vì vậy, mặc dù chi phí bỏ ra khá lớn nhưng hiệu quả mang lại sẽ bền vững.

Một ví dụ khác từ trang trại tư nhân tại Đà Lạt (2015), cho thấy nông trại của gia đình bà Nguyễn Thị Huệ (TP Đà Lạt) mỗi ha đất canh tác nông nghiệp ở đây đã cho lãi tới 5 tỉ đồng/năm. Tại nông trại thông minh này, các loại rau, củ, quả tí hon đều được trồng trên những “chiếc giường” gồm hai tầng, mỗi tầng cách nhau 1m. Sản phẩm gồm củ cải đường, cà rốt, cà chua các loại, bí, củ dền… được 3 tháng tuổi thì cho thu hoạch với nhiều màu sắc khác nhau nhằm đáp ứng thị hiếu đa dạng của người tiêu dùng.

Một thợ sửa điện ở An Giang đã sáng chế chiếc máy phun thuốc bảo vệ thực vật điều khiển từ xa. Người dùng đứng trong bán kính 100m, bấm remote điều khiển là xong. Năm 2015, chiếc máy tự chế của anh Tuấn đạt giải nhất tại Hội thi sáng tạo khoa học kỹ thuật tỉnh An Giang.

Công nghệ tưới nước bằng năng lượng mặt trời giúp tiết kiệm chi phí, nhân công, phân bón, đồng thời nâng cao năng suất và không gây ô nhiễm môi trường, đang được ứng dụng ở Bình Phước và Ninh Thuận.

Công nghệ này bao gồm 1 tấm pin tích hợp năng lượng mặt trời, với công suất 175w. Năng lượng từ pin sẽ được dẫn tới một motor. Motor sẽ vận hành hệ thống bơm lấy nước từ dưới mương, ao, giếng, sông hồ… và dẫn nước theo hệ thống ống dẫn nước tới tận gốc cây. Không chỉ tưới nước, hệ thống này còn có chức năng bón phân cho cây rất đồng đều và tiện lợi bằng cách lấy phân hòa lẫn với nước cho tan, liều lượng cân đối với diện tích rồi cho vào bình chứa bơm lên qua hệ thống dẫn nước tới từng gốc cây. Đây là hệ thống tưới nước tự động, khi có nắng máy sẽ tự động bật, khi hết nắng máy tự động ngắt nên không cần nhân công vận hành máy.

Mô hình tưới tự động bằng năng lượng mặt trời ở Ninh Thuận, do một nhóm sinh viên Khoa Điện -Điện tử, Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh nghiên cứu. Mô hình sử dụng nguồn năng lượng mặt trời để bơm nước, hệ thống tưới được lắp đặt vòi phun tiết kiệm. Khi có mưa, hệ thống tưới tự động sẽ ngưng hoạt động; Trong điều kiện bình thường, hệ thống này sẽ tưới nhỏ giọt cho cây trồng.

5. Thảo luận về khả năng áp dụng và đề xuất lựa chọn mô hình nông nghiệp 4.0 ở Việt Nam

Trong số các thành phần của nông nghiệp 4.0 đang thực hiện, thì hạ tầng cơ sở để có thể ứng dụng kết nối vạn vật (IoT) ở nước ta chưa đồng bộ.

Với địa hình và loại cây, con đang sản xuất đa dạng phức tạp, quy mô nông hộ nhỏ lẻ, và trình độ dân trí rất chênh lệch giữa các vùng miền. Vì vậy, chúng ta khó có thể đặt mục tiêu giống như Thái Lan trên quy mô tất cả các loại cây, con trên cả nước. Nhưng căn cứ vào kết quả một số mô hình hợp tác quốc tế về nông nghiệp thông minh đối với một số cây như lúa hay rau. Một số mô hình có thể được đề xuất, tùy theo điều kiện từng vùng cho phép có thể xây dựng một số mô hình, đó là:

1) Sản xuất lúa, ngô 4.0 ứng phó với biến đổi khí hậu ở những nơi có đủ điều kiện;

2) Nâng cấp sản xuất rau theo mô hình 4.0 ở Lâm Đồng;

3) Xây dựng mô hình nuôi trồng nấm ăn, nấm dược liệu theo mô hình 4.0;

4) Mô hình chăn nuôi bò sữa, gà, lợn theo mô hình 4.0. Khi áp dụng theo mô hình 4.0, buộc chất lượng tuân theo tiêu chuẩn quốc tế và cần xây dựng thương hiệu đạt tiêu chuẩn hàng hóa trên thế giới.

6. Kết luận

Bài viết chưa thể tổng quan hết các khía cạnh về ý tưởng, nội dung và kết quả của cách mạng Nông nghiệp 4.0 trên thế giới. Với những thông tin trình bày, khởi nguồn cách mạng Công nghiệp 4.0 và Nông nghiệp 4.0 xuất phát từ Châu Âu, đang lan tỏa ra Châu Mỹ. Châu Phi và Châu Á đang diễn ra một số công nghệ cụ thể, chưa có mô hình hoàn chỉnh của nông nghiệp 4.0. Cuộc cạnh tranh giá thành hạ, chất lượng hàng hóa nhờ áp dụng công nghệ cao, công nghệ nông nghiệp 4.0 đã và đang diễn ra hết sức gay gắt trên thế giới. Vì vậy, Việt Nam rất cần có chủ trương chính sách của Chính phủ định hướng cho nghiên cứu và phát triển nông nghiệp 4.0 tại Việt Nam.

Lê Quý Kha
Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam (IAS)

0934 517 576