Hàn Quốc: Cách công nghệ ICT định hình tương lai

Hệ thống chăn nuôi thông minh dựa trên công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) được xem là một chiến lược phát triển ngành chăn nuôi trong tương lai. Nó nổi lên như một hệ thống chăn nuôi mới có thể cải thiện tính bền vững và năng suất của động vật, đồng thời giảm phát thải khí nhà kính liên quan đến biến đổi khí hậu.

Những năm vừa qua, Hàn Quốc nổi lên ở châu Á như một trường hợp điển hình về phát triển nông nghiệp hữu cơ. Quốc gia này đã thực hiện nhiều chính sách để khuyến khích sản xuất nông nghiệp hữu cơ thân thiện với môi trường. Chương trình thân thiện với môi trường đã được mở rộng sang các trang trại chăn nuôi hữu cơ hoặc không sử dụng kháng sinh vào năm 2009.

Theo số liệu thống kê, năm 2019, cả nước có khoảng 115 trang trại chăn nuôi Organic với sản lượng đạt khoảng 45,8 nghìn tấn. Trong đó, các sản phẩm từ sữa được nuôi theo hình thức Organic có số trang trại và sản lượng lớn nhất. Đối với chăn nuôi không kháng sinh, có hơn 6,4 nghìn trang trại đạt sản lượng gần 1 triệu tấn (Bảng 1).

Bảng 1. Sản xuất các sản phẩm chăn nuôi thân thiện với môi trường năm 2019

Bên cạnh đó, Hàn Quốc đang nỗ lực giảm phát thải khí nhà kính (KNK) giống như bất kỳ quốc gia nào khác. Ngành nông nghiệp, bao gồm cả ngành chăn nuôi, chỉ chiếm 3% tổng lượng khí thải trong nước. Tuy nhiên, lượng phát thải KNK từ ngành chăn nuôi ở Hàn Quốc đang tăng dần lên. Điều này là do sự gia tăng chăn nuôi, được thúc đẩy bởi sự tăng trưởng liên tục trong tiêu thụ thịt. Để giải quyết vấn đề này, Chính phủ Hàn Quốc đang đặt mục tiêu giảm 30% lượng khí thải nhà kính từ chăn nuôi vào năm 2030 thông qua việc mở rộng tỷ lệ năng lượng tái tạo được sản xuất bằng chất thải động vật. 

Biến đổi khí hậu có thể làm thay đổi môi trường chăn nuôi, năng suất và hiệu quả sinh sản. Sản xuất chăn nuôi sẽ dẫn đến tăng phát thải KNK, suy thoái đất, ô nhiễm nước, phúc lợi động vật và các vấn đề sức khỏe con người. Để giải quyết những vấn đề này, chăn nuôi thông minh dựa trên CNTT-TT (ICT) được ứng dụng nhằm ứng phó với biến đổi khí hậu, nâng cao năng suất, phúc lợi động vật, cải thiện chất lượng dinh dưỡng của sản phẩm động vật và ngăn ngừa dịch bệnh.

Chăn nuôi thông minh là gì?

Chăn nuôi thông minh là ngành chăn nuôi có khả năng kết hợp công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) vào sản xuất, chế biến, phân phối và tiêu thụ sản phẩm, nâng cao hiệu quả sản xuất và quản lý môi trường. Chăn nuôi thông minh có khả năng giám sát thông tin của từng cá thể, môi trường chăn nuôi thông qua các thiết bị cảm biến, hình ảnh, có thể điều chỉnh được môi trường chăn nuôi thông qua các thiết bị ICT. 

Ở các quốc gia phát triển như Hàn Quốc, kể từ năm 2014, chăn nuôi thông minh phát triển đã được sử dụng để cảm biến, giám sát, điều khiển, tự động hóa/cơ giới hóa và quan sát môi trường chuồng trại thông qua sự phát triển của công nghệ thông tin (CNTT), trang trại thông minh, IoT. Gần đây, các nhà nghiên cứu đang chú ý nhiều hơn đến từ khóa trang trại thông minh ứng dụng công nghệ ICT ở vùng nông thôn Hàn Quốc.

Xu hướng ứng dụng công nghệ ICT trong chăn nuôi tại các nước phát triển đều tập trung vào 8 loại công nghệ bao gồm: Tự động hóa & Robot hoá, Internet vạn vật, Ứng dụng & nền tảng công nghệ số, Phân tích dữ liệu lớn, Trí tuệ nhân tạo, Điện toán đám mây, Cảm biến & Hình ảnh và Blockchain.

Sơ đồ ứng dụng chăn nuôi thông minh (Nguồn: mafra.go.kr)

Trang trại thông minh là trang trại có khả năng giám sát môi trường trang trại và dữ liệu sinh học… bằng cách sử dụng cảm biến, kiểm soát môi trường bằng thiết bị công nghệ thông tin.

Mô hình trang trại chăn nuôi thông minh thế hệ thứ 1 bao gồm: mạng, nút cảm biến, nút điều khiển và màn hình trực quan. Các điều kiện môi trường trong trang trại chăn nuôi được giám sát và kiểm soát từ xa bằng cách sử dụng điện thoại thông minh của người nuôi. Ngoài ra, nó còn được sử dụng để theo dõi lượng thức ăn và điều kiện môi trường.

Chăn nuôi thông minh thế hệ thứ 2 được phát triển từ thế hệ thứ 1. Ngoài kết quả từ mô hình trang trại thông minh thế hệ thứ 1, mô hình này còn bổ sung thêm hai thành phần nữa là kiểm soát môi trường phức tạp và ứng dụng đám mây dữ liệu lớn. Ở mô hình thế hệ 2, có thể đạt được khả năng kiểm soát tự động môi trường chuồng nuôi, giúp cải thiện năng suất và chất lượng chăn nuôi. Ứng dụng này có thể cung cấp các điều kiện kiểm soát môi trường, đưa ra quyết định tối ưu và các dịch vụ an ninh cho người nuôi.

Hệ thống đám mây là thành phần chính của trang trại thông minh thế hệ thứ 2. Nền tảng đám mây bao gồm thu thập – lưu trữ – phân tích – dịch vụ dữ liệu. Môi trường, tăng trưởng, thông tin trực quan,… được thu thập từ các trang trại chăn nuôi và dữ liệu thu thập được sẽ được phân tích bằng trí tuệ nhân tạo. Kết quả phân tích được sử dụng để cung cấp các dịch vụ liên quan đến việc ra quyết định như: Kiểm soát môi trường, tăng trưởng và dự đoán thất bại. Khi thông tin thu thập được từ dữ liệu dựa trên IoT được chuyển lên đám mây, trí tuệ nhân tạo sẽ phân tích tình huống và quyết định tự kiểm soát Al.

Trên cơ sở thế hệ thứ 2, quản lý năng lượng phức tạp và công việc chăn nuôi thông minh đã được bổ sung ở thế hệ thứ 3. Ở mô hình này, quản lý năng lượng tối ưu và tự động hóa hoàn toàn canh tác bằng robot sẽ trở nên khả thi và các công nghệ trang trại thông minh sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành chăn nuôi.

Hiện tại, không chỉ các tổ chức quốc gia mà cả các doanh nghiệp cũng đang phát triển và thương mại hóa công nghệ trang trại thông minh dựa trên ICT cho gia cầm, lợn, bò thịt và bò sữa. Các hạng mục lựa chọn và phân loại thiết bị CNTT cho trang trại thông minh bao gồm:

• Quản lý môi trường: Nhiệt độ, độ ẩm, amoniac, carbon dioxide, phát hiện đoản mạch (mất điện), hướng gió, tốc độ gió, lượng mưa, chiếu sáng, phát hiện chảy, quạt thông gió,…
• Quản lý chăn nuôi: Máy phát hiện stress nhiệt, máy cho ăn tự động, quản lý thùng đựng thức ăn, bộ điều khiển nước, máy phân loại lợn, robot vắt sữa,…
• Thông tin quản lý: quản lý tiếp thị, quản lý chi phí, quản lý dịch bệnh, quản lý vắt sữa,…

Ứng dụng công nghệ ICT trong chăn nuôi

Chăn nuôi gia cầm

Trong trường hợp mô hình cơ bản thế hệ 1, các cảm biến giám sát môi trường và camera quan sát được sử dụng để giám sát và kiểm soát môi trường bên trong chuồng gia cầm. Việc phát hiện và cảnh báo sớm các thiết bị ICT phục vụ quản lý an toàn như cháy nổ, mất điện được điều chỉnh. Thiết bị ICT tích hợp (quản lý thùng đựng thức ăn, quản lý nước, cho ăn tự động,…) được sử dụng để cung cấp chất dinh dưỡng phù hợp cho từng giai đoạn của gia cầm. Tốc độ hô hấp, mạch, nhiệt độ cơ thể, sự phân bố và hành vi của gia cầm được kiểm soát bằng cách sử dụng các cảm biến thông tin sinh trắc học nhỏ, thiết bị chụp ảnh nhiệt, cảm biến thị giác, cảm biến giọng nói,…

Việc lắp đặt hệ thống ICT trong quản lý môi trường giúp thu thập và kiểm tra dữ liệu về môi trường của chuồng trại như nhiệt độ, CO₂, NH₃,… Kiểm soát môi trường bằng việc tích hợp với quạt thông gió, tấm làm máy, tấm sưởi,… Ngoài ra, có thể điều khiểu từ xa bằng điện thoại di động.

Ánh sáng rất quan trọng vì thức ăn của gia cầm và việc đẻ trứng do ánh sáng kích thích. Thiết bị chiếu sáng LED là bộ điều khiển có chức năng điều chỉnh độ sáng được sử dụng để ngăn ngừa căng thẳng tại thời điểm bật và tắt. Độ mờ nằm trong khoảng từ 0-100% và thời gian mờ phải có thể kiểm soát được.

Quản lý trọng lượng là rất quan trọng đối với gà đẻ, gà thịt và gà giống. Gà thịt được theo dõi thường xuyên để đưa ra quyết định quản lý tăng trưởng và thả giống bình thường, việc quản lý trọng lượng trong thời kỳ sinh sản là rất quan trọng để cải thiện năng suất và tỷ lệ nở. Trước đây, người ta bắt gà và đo bằng cân thủ công nhưng hiện nay người ta sử dụng thiết bị đo trọng lượng tự động bằng cảm biến tải trọng. Mô hình giám sát từ xa và phun phân tự động cho chất độn chuồng đã được phát triển và áp dụng cho các trang trại nuôi vịt.

Tự động phát hiện và phân loại trứng dựa trên xử lý hình ảnh và CNN dựa trên sản lượng trứng, trọng lượng trứng, màu sắc trứng, trứng vỡ và độ mắt màu đã được phát triển. WiFi, Bluetooth, Zigbee, CDMA, LTE, LoRa,… được sử dụng để liên lạc không dây trong chuồng chăn nuôi. Mô-đun giao tiếp nên được lựa chọn theo khoảng cách liên lạc, tốc độ liên lạc và môi trường lắp đặt.

Dữ liệu truyền đi được máy thu nhận và sau đó được truyền tới GPS thông qua bộ vi điều khiển. Dữ liệu có thể được lưu trữ và cập nhật trên các trang web. Bằng cách sử dụng nền tảng cảm biến thông minh, có thể theo dõi các biến liên quan đến môi trường chăn nuôi và quản lý thức ăn của trang trại gia cầm. Dựa trên những thế mạnh này, nhiều quốc gia đang nỗ lực cải thiện năng suất gia cầm và phúc lợi hành vi của động vật bằng cách áp dụng chăn nuôi thông minh liên quan đến biến đổi khí hậu.

Thực tế đã chứng minh, sử dụng trang trại thông minh ứng dụng ICT cho gà đẻ làm tăng tỷ lệ sản xuất trứng gà mái từ 83,4% lên 87%, tăng 3,6% so mới gà đẻ được nuôi ở trang trại bình thường. Bên cạnh đó, ứng dụng này còn giảm tỷ lệ tử vong của gà đẻ từ 7,4% xuống 5,1%, giảm 2,3%. Đối với gà và vịt thịt, ứng dụng trang trại thông minh làm tăng tỷ lệ tiếp thị (từ 94,2% tăng lên 97,3%) và giảm nhu cầu sử dụng thức ăn.

Chăn nuôi lợn

Trong trang trại lợn thông minh, việc phát triển mô hình thế hệ 1 đã hoàn tất, việc phổ biến công nghệ chăn nuôi đang được thực hiện và giám sát liên tục để nâng cao năng suất.

Ngoài ra, xây dựng nền tảng đã được hoàn thành để có thể điều khiển quạt thông gió và thiết bị chiếu sáng khi cần thiết. Trong thùng thức ăn, cảm biến tải trọng và các cảm biến khí khác nhau được lắp đặt để xác nhận tổng lượng thức ăn và mức độ hư hỏng của thức ăn trong thời gian thực, đồng thời người nuôi có thể thuận tiện trong việc quản lý việc mua thức ăn,… các công ty thức ăn chăn nuôi có thể lên kế hoạch cung cấp thức ăn cho từng trang trại vào đúng thời điểm.

Thẻ RFID (Nhận dạng qua tần số vô tuyến), được gắn vào mỗi con lợn nái và việc quản lý lượng nước và thức ăn theo thời gian thực có thể được thực hiện cho từng cá thể lợn nái. Ngoài ra, đây là một trong những thiết bị có đặc điểm kỹ thuật ICT được ưu tiên dành cho lợn nái trong trang trại để tự động kiểm soát tỷ lệ cho ăn dựa trên tuổi lợn nái, lứa đẻ và BCS (Điểm thể trạng). Ưu điểm rất lớn của công nghệ ICT là giảm thất thoát thức ăn và tiết kiệm lao động. Bằng cách sử dụng bộ chọn lô hàng lợn, trọng lượng của từng con lợn xuất chuồng được tự động đo để chỉ chọn những lợn xuất chuồng đã đạt trọng lượng mục tiêu.

Gần đây, các nghiên cứu phát triển mô hình dự đoán của lợn thông qua giám sát, phân tích thông tin sinh trắc học và kiểm soát chính xác môi trường bên trong của lợn dựa trên thông tin cảm nhận đã được tiến hành để phát triển trang trại thông minh thứ 2 thứ 3.

Hệ thống chăn nuôi thông minh dựa trên công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) không chỉ là một xu hướng phát triển của ngành chăn nuôi trong tương lai mà còn là một chiến lược quan trọng để cải thiện tính bền vững và năng suất của động vật, đồng thời giảm phát thải khí nhà kính liên quan đến biến đổi khí hậu.