26 décembre 2023 (Projecteur Nanowerk) Les chercheurs cherchent depuis longtemps à améliorer les pratiques alimentaires et agricoles grâce à des technologies avancées telles que les capteurs et le transfert de données sans fil. Les défis persistants liés à la surveillance efficace de la qualité des cultures et des aliments ont ralenti les progrès. Aujourd'hui, les techniques émergentes de nanofabrication et Internet des Objets (IoT) La connectivité (IoT) pourrait bientôt permettre une agriculture plus intelligente et durable, alimentée par un afflux de données de terrain. Les progrès de la technologie des capteurs ont introduit une gamme diversifiée d’instruments pour l’alimentation et l’agriculture. Il s'agit notamment de capteurs permettant de détecter des agents pathogènes spécifiques dans les aliments, les niveaux d'humidité du sol et même les composés organiques volatils libérés par les plantes soumises à un stress. De tels capteurs contribuent à la détection précoce de la détérioration ou de la maladie, permettant ainsi une intervention rapide. L'intégration de ces capteurs aux plates-formes IoT permet une surveillance et une analyse des données en temps réel, améliorant ainsi l'efficacité des pratiques agricoles.
Un chiffre chronologique couvrant l’amélioration annuelle des technologies de capteurs et des dispositifs IoT pour la détection des aliments et des plantes. (© Wiley-VCH Verlag) Cependant, les appareils portables et autres appareils portables restent limités, car les tests fastidieux en laboratoire dominent encore aujourd'hui dans les chaînes de production agricole et alimentaire. Cela entraîne des retards critiques entre le moment où les échantillons sont collectés et celui où des décisions clés peuvent être prises, ce qui entraîne un gaspillage alimentaire, une baisse des rendements et des impacts environnementaux. Des innovations puissantes en dehors du secteur ont ouvert de nouvelles possibilités. Les avancées en matière de fabrication qui sous-tendent les biocapteurs portables destinés aux soins de santé sont désormais adaptées aux applications vétérinaires et agricoles. Associé aux réseaux sans fil et à l'analyse des données cloud rendue possible par les progrès des plates-formes IoT et intelligence artificielle (IA), de minuscules instruments montés permettent potentiellement une surveillance constante des cultures à la source. Une publication récente dans Systèmes intelligents avancés (« Des capteurs alimentaires et végétaux basés sur l'Internet des objets pour renforcer la durabilité ») présente un examen complet de deux domaines clés : premièrement, le déploiement de capteurs rentables et performants pour améliorer la sécurité alimentaire, la qualité, la croissance des plantes et la gestion des maladies ; et deuxièmement, l’application de capteurs compatibles IoT qui responsabilisent les agriculteurs, les parties prenantes et l’industrie agroalimentaire grâce à des tests rapides et des analyses prédictives dérivées des données générées par les capteurs, utilisant l’IA.
L'automatisation des outils utilisés reste un obstacle majeur
Alors que les outils de l’industrie agroalimentaire sont devenus moins chers, plus rapides et plus mobiles, les utilisateurs finaux sont toujours confrontés à un sérieux déficit d’automatisation lorsqu’ils tentent d’intégrer les données des capteurs. Les problèmes de culture sont souvent repérés lorsqu’il est trop tard pour utiliser de nouvelles techniques d’édition génétique et de gestion du microbiome qui pourraient autrement neutraliser les problèmes dès les premiers stades. Les anciens fournisseurs de technologies agricoles ont indiqué que les instruments autonomes restent leur priorité, laissant le secteur dépendant des chercheurs et des startups pour moderniser la connectivité. Les principaux fabricants de capteurs font largement l’éloge de l’agriculture « intelligente ». Pourtant, une analyse plus approfondie montre que leurs offres nécessitent encore une collecte substantielle de données pratiques, le réseau IoT étant traité comme une aspiration plus que comme une stratégie concrète. Le goulot d’étranglement de l’innovation a rendu les agriculteurs sceptiques. Les producteurs hésitent à acheter des appareils plus récents si cela implique plus de travail de synchronisation des données, surtout avec des budgets serrés. Des chercheurs d’universités et d’entreprises de pointe ont intensifié leurs projets pilotes de surveillance entièrement intégrée avec l’aide de premiers utilisateurs enthousiastes. Mais faute d’automatisation fiable pour remplacer les tâches manuelles à l’échelle commerciale, la plupart des projets ne vont jamais au-delà des essais. Même si le potentiel de l’IoT dans l’agriculture est immense, les limitations technologiques posent des défis importants. Des problèmes tels que la surcharge de données, où les agriculteurs reçoivent plus d'informations qu'ils ne peuvent en utiliser efficacement, et les préoccupations concernant l'exactitude et la fiabilité des données restent prédominantes. De plus, le besoin de systèmes de gestion de données robustes, capables de gérer de grands volumes de données de manière transparente, est essentiel pour l’application pratique de ces technologies sur le terrain. Il est important de noter que la mise en œuvre réussie de l’IoT et des technologies de capteurs dans l’agriculture dépend de leur intégration aux pratiques existantes. Cela comprend la garantie de la compatibilité avec les équipements et les processus actuels et la fourniture de formations aux agriculteurs et aux travailleurs agricoles. La technologie doit être conviviale et adaptable à divers contextes agricoles, permettant une transition en douceur et une perturbation minimale des pratiques établies. Cycle alimentaire et défis associés (contaminants, toxines et agents pathogènes) pour maintenir la sécurité et la qualité, nécessaires au bien-être de la santé. (© Wiley-VCH Verlag) (cliquez sur l'image pour l'agrandir)Crossover Wearables des laboratoires médicaux
Désormais, l’expertise externe des spécialistes des technologies de la santé axée sur la biodétection simple et automatisée semble prête à tenir ses promesses. Leur flexibilité, leur durabilité, nanofabriqué les bandes de capteurs peuvent adhérer directement aux produits, au bétail et aux infrastructures clés. La connectivité sans fil intégrée permet à ces moniteurs à décoller et à coller de transmettre les informations sur les biomarqueurs directement vers le cloud sans que les travailleurs aient besoin de mélanger les données. Les algorithmes d’IA s’attaquent au flot de données de terrain au fur et à mesure qu’elles arrivent, distillant des informations et alertant les responsables via des applications uniquement lorsque les seuils d’intervention critiques sont franchis. Cela évite la « fatigue des données », une plainte courante des agriculteurs étant donné les nombreuses lectures des capteurs mais peu de conseils utiles sur la marche à suivre. L'analyse mains libres évite de perdre du temps à essayer d'interpréter des rapports trop volumineux. Les avancées biométriques permettant une surveillance 40 heures sur 2022 des patients en dehors des hôpitaux sont presque prêtes à être utilisées dans les champs agricoles. Les études de marché prévoient que les investissements dans l’IoT agricole tripleront à l’échelle mondiale d’ici cinq ans. Les dépêches des récentes conférences industrielles soulignent également l'interconnectivité comme la priorité absolue des développeurs de technologies de capteurs qui considèrent désormais les entreprises agricoles et alimentaires comme un futur vertical clé. Le financement en capital-risque pour les startups commercialisant la surveillance continue des cultures a bondi de XNUMX % d’une année sur l’autre au cours du premier semestre XNUMX.Vers une alimentation et une agriculture de haute précision
Avant de se lancer dans le monde de l’alimentation et de l’agriculture, les capteurs médicaux portables et implantables se sont heurtés à des obstacles similaires à ceux auxquels la technologie agricole est confrontée aujourd’hui. Les médecins n’adopteraient pas de moniteurs qui compliqueraient leur charge de travail en produisant des données inutilisables. La rationalisation du processus afin de limiter la supervision nécessaire à un suivi constant s’est avérée essentielle pour favoriser l’adoption. La médecine a également surmonté l'inconfort et le scepticisme initiaux des patients concernant la sécurité et l'efficacité au fil du temps, à mesure que la cohérence et la précision s'amélioraient. L’agriculture espère désormais suivre la feuille de route des soins de santé vers une détection persistante. Les fermes de démonstration visent à convaincre les agriculteurs hésitants en leur démontrant concrètement que la surveillance permanente des cultures et des sols peut fonctionner à des volumes commerciaux sans perturber les opérations. Les développeurs désireux de faire évoluer de manière responsable de nouveaux outils de surveillance donnent la priorité à l’instauration de la confiance à mesure que la fiabilité des appareils ne cesse de s’améliorer. Les implications économiques et sociales de l’adoption de technologies avancées de capteurs et d’IoT dans l’agriculture sont profondes. D’une part, ces technologies promettent une efficacité accrue, une réduction des déchets et une amélioration des rendements des cultures, conduisant à des avantages économiques potentiels. D'un autre côté, il est nécessaire de prendre en compte l'impact sur les marchés du travail et l'accessibilité de ces technologies pour les petits agriculteurs. Équilibrer le progrès technologique avec l’équité sociale et économique sera essentiel à l’évolution durable de l’agriculture. Alors que les barrières historiques en matière d’expertise tombent, l’alimentation et l’agriculture semblent prêtes à se transformer grâce à la technologie appliquée. Les données de terrain continues et fines promettent de permettre une véritable précision sur la culture et la distribution, plutôt que de s'appuyer sur des suppositions éclairées à partir d'échantillons manuels limités. Encore à ses débuts, les chercheurs mettent en garde contre davantage de travaux d’intégration avant de déclarer que les capteurs et la connectivité peuvent tenir les nobles promesses de révolutionner complètement l’agriculture et la production alimentaire. Il est clair cependant que les éléments de base semblent prêts pour quelque chose de révolutionnaire.
– Michael est l'auteur de trois livres de la Royal Society of Chemistry :
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