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 (“Internet of Things-Enabled Food and Plant Sensors to Empower Sustainability”) 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 sensor strips can stick directly onto produce, livestock and key infrastructure. Integrated wireless connectivity enables these peel-and-stick monitors to transmit biomarker information straight to the cloud without needing workers shuffling data. AI algorithms churn through the flood of field data as it streams in, distilling insights and alerting managers via apps only when critical intervention thresholds are crossed. This avoids “data fatigue,” a common complaint from farmers given heaps of sensor readings but little helpful guidance for what to actually do next. Hands-free analysis prevents wasted time trying to interpret overwhelming reports. The biometric breakthroughs enabling round-the-clock patient monitoring outside hospitals are nearly ready for farming fields. Market researchers project agricultural IoT investments will triple globally within five years. Dispatches from recent industry conferences also highlight interconnectivity as the top priority for sensor tech developers now eyeing agriculture and food businesses as a key future vertical. Venture capital funding for startups commercializing continuous crop monitoring surged 40% year-over-year through the first half of 2022.Vers une alimentation et une agriculture de haute précision
Before crossing over into the food and agriculture world, wearable and implantable medical sensors faced barriers similar to what farming technology struggles with today. Doctors would not adopt monitors that complicated their workload by producing unusable data. Streamlining the process to limit supervision necessary for constant tracking proved essential to drive adoption. Medicine also overcame initial patient discomfort and skepticism regarding safety and effectiveness over time as consistency and accuracy improved. Now agriculture hopes to follow healthcare’s roadmap toward persistent sensing. Demonstration farms aim to convince hesitant farmers through real life proof that round-the-clock crop and soil surveillance can work at commercial volumes without disrupting operations. Developers intent on responsibly scaling new monitoring tools prioritize building trust as device reliability keeps improving. The economic and social implications of adopting advanced sensor and IoT technologies in agriculture are profound. On one hand, these technologies promise increased efficiency, reduced waste, and improved crop yields, leading to potential economic benefits. On the other hand, there’s a need to consider the impact on labor markets and the accessibility of such technologies for small-scale farmers. Balancing technological advancement with social and economic equity will be key in the sustainable evolution of agriculture. With historic expertise barriers falling, food and agriculture seem poised for transformation through applied technology. Continuous fine-grained field data promise to enable true precision around growing and distribution, rather than relying on educated guesses from limited manual samples. Still in early days, researcher caution more integration work ahead before declaring sensors and connectivity can fulfill lofty promises to fully revolutionize farming and food production. Clearly though, the building blocks look ready for something groundbreaking.
– Michael est l'auteur de trois livres de la Royal Society of Chemistry :
Nano-société: repousser les limites de la technologie,
Nanotechnologie: l'avenir est minusculeet une
Nanoingénierie: les compétences et les outils qui rendent la technologie invisible
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