Những thành tựu của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4 và tiềm năng ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản

Thiết bị không người lái PowerRay

Những thành tựu của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4, đặc biệt là những công nghệ dưới đây có tiềm năng to lớn trong việc đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành nuôi trồng thủy sản trong tương lai.

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư diễn ra từ những năm 2000 gọi là cuộc cách mạng số, thông qua các công nghệ như internet vạn vật (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), dữ liệu lớn (big data), thực tế ảo (VR), tương tác thực tại ảo (AR), công nghệ robot, mạng xã hội, điện toán đám mây, di động, ... để chuyển hóa toàn bộ thế giới thực thành thế giới số. 

Năm 2013, một từ khóa mới là "Công nghiệp 4.0" (Industrie 4.0) xuất phát từ một báo cáo của chính phủ Đức đề cập đến cụm từ này nhằm nói tới chiến lược công nghệ cao, điện toán hóa ngành sản xuất mà không cần sự tham gia của con người. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ hiện nay, lĩnh vực nông nghiệp cũng không còn là nông nghiệp thuần túy. Công nghệ IoT với hàng loạt hệ thống cảm biến và đầu đo (sensor) có thể giúp tưới cây, bón phân đúng thời điểm và khoa học với lượng cần thiết vừa đủ cho cây, có thể theo dõi và cảnh báo theo thời gian thực các chỉ số môi trường trong ao nuôi thủy sản, giúp tiết kiệm chi phí so với phương thức truyền thống hiện nay. Giống như các ngành công nghiệp nông nghiệp khác, các công nghệ liên quan đến nuôi trồng thuỷ sản đang có những bước phát triển đáng kinh ngạc, điều này dẫn đến việc thu hút các nhà đầu tư vào lĩnh vực này ngày càng tăng. Theo AgFunder, đầu tư nuôi trồng thuỷ sản tăng 271% vào năm 2016 so với năm 2014 và dự kiến đạt khoảng 100 tỷ đô trong thập niên tới. 

Những thành tựu của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4, đặc biệt là những công nghệ dưới đây có tiềm năng to lớn trong việc đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành nuôi trồng thủy sản trong tương lai. 

1. Ứng dụng công nghệ in 3D trong nuôi trồng thủy sản

Công nghệ in 3D đang ngày càng phát triển và được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống con người. Bằng công nghệ này, người ta có thể in được cả một ngôi nhà trong vài ngày hay in cả một chiếc ô tô, tàu ngầm. Công nghệ in 3D đang được ứng dụng trong ngành nông nghiệp, với công nghệ này một người có thể tự thiết kế và in cả một hệ thống thủy canh cho riêng mình. Tuy nhiên, vấn đề hiện nay là giá thành cho một chiếc máy in 3D là khá cao để cho người dùng có thể sở hữu nó, trong tương lai với sự phát triển của công nghệ người dùng có thể sở hữu cho riêng mình một chiếc máy in 3D với giá rẻ hơn. 
 
Robot cá được in 3D có tên gọi là SoFi

Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) và Phòng Nghiên cứu Trí tuệ nhân tạo (CSAIL) gần đây đã tiết lộ một công nghệ mới có thể giúp chụp các hình ảnh và quay đoạn phim về những sinh vật bí ẩn dưới nước. Nhưng đó không phải là một bộ lặn tuyệt vời hay một chiếc tàu ngầm, mà đó là một con cá robot được in 3D có tên gọi là SoFi, nó được thiết kế giống hình dạng của loài cá để có thể dễ dàng tiếp xúc với những sinh vật dưới nước khác. Trong tương lai, cá robot không chỉ chụp ảnh và quay video các sinh vật mà nó còn được sử dụng để phân tích các chỉ tiêu môi trường, giám sát các hệ thống nuôi trông thủy sản. 

2. Sử dụng robot trong nuôi trồng thủy sản

Ngành công nghiệp chế tạo robot đã và đang có những bước tiến vượt bậc trong những năm gần đây. Robot được trang bị trí thông nhân tạo (AI), nó có thể làm nhiều việc khó và phức tạp như con người. Không nằm ngoài xu hướng phát triển đó, công nghệ robot cũng đang được ứng dụng trong ngành nuôi trồng thủy sản, giúp thay thế con người thực hiện những công việc nguy hiểm. 

Hiện nay, sản lượng nuôi trồng thủy sản đã tăng lên rất nhiều so với sản lượng thủy sản đánh bắt ngoài tự nhiên. Phát triển nuôi trồng thủy sản được xem là một trong những giải pháp cho sự phát triển sản lượng thủy sản nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ một cách bền vững. Tuy nhiên, vấn đề ô nhiễm môi trường, dịch bệnh, chi phí nuôi trồng thủy sản ngày một tăng cao, năng suất nuôi chưa đáp ứng được như kỳ vọng. Để giải quyết vấn đề này, Công ty SINTEF của Nauy đang phát triển Aquapod - một robot dưới nước có thể kiểm tra, giám sát và sửa chữa các hệ thống lồng nuôi biển một cách tự động, nó cung cấp một giải pháp an toàn hơn và tiết kiệm chi phí hơn so với con người thực hiện. Trong tương lai, ngành nuôi cá có thể là những cái lồng khổng lồ, được robot quản lý, chăm sóc cá một cách tự động. Aquapod hiện nay được xem là một trong những giải pháp nhằm tăng sản lượng và giảm chi phí nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là các hệ thống nuôi biển.

 
Sử dụng robot Aquapod để thay thế con người

Một số ứng dụng công nghệ robot khác trong lĩnh vực nghiên cứu, khám phá đại dương và nuôi trồng thủy sản bao gồm:

- SeaVax là robot vận hành bằng năng lượng gió kết hợp với năng lượng mặt trời quy mô lớn, có thể giúp con người làm vệ sinh biển, nó có khả năng thu gom khoảng 150 tấn rác thải nhựa từ biển. Hiện nay, SeaVax còn được cải tiến để có thể xử lý, thu gom dầu từ các thảm họa tràn dầu với quy mô lớn một cách hiệu quả.  

- OceanOne là robot dưới nước giúp con người khám phá đại dương an toàn hơn. Robot này có khả năng phục vụ như một avatar của con người, nó cho phép người vận hành ngồi trên bờ thực hiện các công việc dưới nước. Công nghệ này có thể được ứng dụng trong việc khảo sát đa dạng sinh học biển phục vụ cho các nghiên cứu và khám phá đại dương.

- Các công ty như Marine Robotic và Deep Trekkek cung cấp robot hoặc các thiết bị không người lái giám sát đại dương để sử dụng trong thăm dò và nuôi trồng thủy sản.

- Robot tự động cho ăn theo nhu cầu của tôm cá, công nghệ này hiện đang được ứng dụng rộng rải trong nuôi tôm cá thâm canh ứng dụng công nghệ cao.

- Robot tự hành hoặc điều khiển bởi con người hoặc vận hành tự động giúp làm vệ sinh (hút bùn thải) đáy ao nuôi tôm lót bạt, giúp theo dõi tình hình sức khỏe của tôm nuôi và giám sát các chỉ tiêu môi trường.

- Robot dưới nước giúp theo dõi, giám sát hành vi, xác định tình trạng sức khỏe và phát hiện bất thường xảy ra ở tôm cá nuôi. Robot này ứng dụng các công nghệ xử lý hình ảnh chuyên sâu để có thể phân tích, xử lý và đưa ra các dự báo về tình hình sức khỏe của tôm cá nuôi. 

- Robot dưới nước giúp xác định màu sắc, kích thước, trọng lượng, giới tính, sinh khối và chất lượng của tôm cá nuôi trong ao, bể, bồn chứa.

3. Sử dụng thiết bị không người lái (drone) trong nuôi trồng thủy sản

Tương tự như robot, thiết bị bay không người lái drone cũng đang được ứng dụng rộng rải trong nuôi trồng thủy sản cả trên bờ và dưới nước. Chúng có thể được sử dụng để theo dõi các trang trại nuôi cá ven bờ. Đối với các trang tại cá ngoài khơi, drone được sử dụng để kiểm tra các lồng cá dưới nước nhằm dò tìm những chổ thủng hoặc hư hại đối với các lồng nuôi cá. Drone đã giúp thay thế con người thực hiện các công việc này một cách hiệu quả, an toàn và tiết kiệm chi phí so với thuê nhân công lao động. 

 
Đây là thiết bị không người lái PowerRay

Ngoài ra, các công ty như Apium Swarm Robotics sử dụng drone để khảo sát đại dương và phân tích chất lượng nước thông qua việc sử dụng các công nghệ cảm biến (sensor). Blueye Pioneer cung cấp dịch vụ video trực tiếp thông qua việc sử dụng điện thoại thông minh, máy tính bảng hoặc kính bảo hộ với ứng dụng Blueye phục vụ cho nghiên cứu, quan sát đại dương. Các công ty như SeaDrone, SeaDrone Dutch, Aquabotix, PowerRay và OpenRov ứng dụng drone để phục vụ cho việc quan sát, nghiên cứu các sinh vật dưới nước cho các tổ chức nghiên cứu hoặc cho cá nhân. Một trong những drone điển hình là thiết bị không người lái PowerRay, nó bao gồm tai nghe thực tế ảo cho phép người dùng khám phá môi trường nước trong khi vẫn ở trên cạn.

4. Sử dụng các cảm biến (sensor) trong nuôi trồng thủy sản

Công nghệ cảm biến (sensor) đang ngày càng phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển công nghệ phục vụ cho nghiên cứu và sản xuất. Nhiều máy bay không người lái và robot đã đề cập ở trên sử dụng các cảm biến để thu thập dữ liệu như: pH, độ mặn, oxy, nhiệt độ, độ đục và các chất gây ô nhiễm,... trong môi trường nước. 

 
Hoạt động của hệ thống eFishery

Trong nuôi trồng thủy sản, eFishery là một ví dụ điển hình về việc ứng dụng công nghệ cảm biến. eFishery sử dụng các cảm biến để phát hiện mức độ đói của cá và cung cấp thức ăn theo nhu cầu của cá, nó có thể làm giảm chi phí thức ăn lên đến 21%. Ngoài ra, công nghệ Real sử dụng truyền dẫn tia cực tím để khử trùng nước gây bệnh và làm sạch các cơ sở sản xuất thủy sản cũng mang lại hiệu quả cao. Một số công ty điển hình trong việc ứng dụng các công nghệ cảm biến trong nuôi trồng thủy sản như: Tập đoàn Akva của Nauy đã phát triển lồng nuôi cá được trang bị camera, cảm biến, hệ thống cho ăn và tuần hoàn để sử dụng trong vùng biển mở hoặc các nông trại trên cạn; Osmobot tập trung chủ yếu vào công nghệ nuôi trồng thủy sản trên đất liền, cho phép chủ trang trại quản lý mọi thông tin và các hoạt động nuôi trồng thủy sản thông qua các cảm biến, dữ liệu được truy xuất trên nền công nghệ điện toán đám mây và kết nối di động; Công ty YSI sở hữu một loạt các thiết bị cảm biến cầm tay, các công nghệ cho ăn tự động để duy trì môi trường lý tưởng và tiết kiệm chi phí nuôi cá một cách hiệu quả.

5. Trí tuệ nhân tạo (AI) trong nuôi trồng thủy sản

Nhiều công ty công nghệ nuôi trồng thủy sản đang khai thác sức mạnh của trí thông minh nhân tạo (AI), học máy (machine learning), công nghệ xử lý hình ảnh chuyên sâu và dữ liệu lớn (big data) để cải thiện việc thu thập thông tin từ cảm biến và tự động đưa ra các quyết định. 

Năm 2017, The Seafood Innovation Cluster đã giới thiệu nền tảng AquaCloud nhằm giúp các nhà quản lý và các nhà khoa học có được những hiểu biết mới thông qua việc thu thập và phân tích dữ liệu khổng lồ. Đặc biệt, công nghệ này tập trung vào việc quản lý dịch bệnh trên biển (rận biển), nền tảng này sử dụng AI để hỗ trợ quản lý dịch bệnh và điều trị bệnh dựa trên những kinh nghiệm của các chuyên gia mà hệ thống máy học được, kết hợp với những dữ liệu thu thập trực tiếp từ hệ thống nuôi cá.

 
Năm 2016, lần đầu tiên một hội thảo về việc sử dụng nền tảng AquaCloud và dữ liệu lớn (big data) để chống lại rận biển ký sinh trên cá đã được tổ chức 

Công nghệ trí tuệ nhân tạo cũng được trang bị cho những con cá robot, giúp chúng thực hiện các hoạt động theo nhóm, có khả năng điều hướng môi trường xung quanh chúng, tránh các chướng ngại vật và những con cá robot khác, tự nạp năng lượng tại các trạm nạp và đưa ra quyết định độc lập với con người. Ngay cả các công ty được coi là dẫn đầu thị trường trong các công nghệ đơn giản như camera giám sát và hệ thống cho ăn, hiện nay họ cũng đang tạo ra những bước tiến đáng kể trong việc tích hợp AI và học máy vào hệ thống của họ để duy trì tính cạnh tranh, đáp ứng với nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng. Ngoài ra, sự ra đời của AI và công nghệ xử lý hình ảnh chuyên sâu cũng có thể làm giảm đáng kể số lượng các loài cá bị khai thác quá mức thông qua hệ thống thu thập dữ liệu và camera sử dụng AI để xác định loài, sinh khối và cho phép thực hiện các hoạt động đánh bắt thủy sản có trách nhiệm hơn.

6. Sử dụng công nghệ thực tế tăng cường (Augmented reality, AR) trong nuôi trồng thủy sản 

Thực tế ảo tăng cường (tiếng Anh là Augmented Reality, viết tắt là AR) hay còn gọi tương tác ảo, hay tăng cường thực tế ảo. AR tập trung vào việc kết hợp giữa thế giới thật với thông tin ảo, không phải tách người sử dụng ra một không gian riêng như VR. AR cũng sẽ cho phép con người tương tác với nội dung ảo ngay trong đời thật, có thể là chạm vào và cảm nhận nó. 

Công nghệ AR có tiềm năng rất lớn trong ngành nuôi trồng thuỷ sản. AR đã được hải quân kết hợp thông qua việc sử dụng DAVD (Divers Augmented Vision Display) cho phép người dùng xem hình ảnh sonar (một kỹ thuật sử dụng sự lan truyền âm thanh để tìm đường di chuyển) có độ phân giải cao được gắn trên người của thợ lặn. NASA cũng đã thử nghiệm HoloLens của Microsoft theo cách tương tự. Những ý nghĩa của việc ứng dụng công nghệ AR dựa trên quan điểm của ngành công nghiệp nuôi trồng thuỷ sản là rất lớn. Các nhà sản xuất có thể sử dụng công nghệ AR để phân tích số lượng cá, tình hình sức khoẻ, nhiệt độ nước hoặc độ mặn của các ngư trường đánh cá xa bờ. Ngoài ra, một số kính lặn sử dụng công nghệ AR như Scubus S đang được gây quỹ trên Indigogo; Smart Swimming Goggles của Yanko Design được trang bị camera, các cảm biến và thậm chí có thể cho phép thực hiện cuộc gọi giữa các thợ lặn.

 
Kính lặn Scubus S được trang bị công nghệ AR

7. Công nghệ thực tế ảo (Virtual reality, VR) trong nuôi trồng thủy sản

Thực tế ảo hay còn gọi là thực tại ảo (tiếng Anh là virtual reality, viết tắt là VR) là thuật ngữ miêu tả một môi trường được giả lập bởi con người. Các môi trường giả lập này là hình ảnh do con người chủ động thiết kế qua các ứng dụng phần mềm chuyên dụng, được hiển thị trên màn hình máy tính hoặc thông qua kính thực tại ảo nhằm đem lại những trải nghiệm thực tế nhất cho người xem như họ đang ở trong chính không gian đó. 

Công nghệ VR có tiềm năng to lớn trong ngành nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo. Trường Đại học Khoa học và Công nghệ Nauy (NTNU) đã phát triển một mô hình nuôi trồng thuỷ sản sử dụng công nghệ VR để cho phép sinh viên có thể học tập, nghiên cứu chuyên ngành giống như họ đang đến thăm trang trại nuôi cá. Ngoài ra, công nghệ VR còn được ứng dụng trong thực hành các môn học như hình thái học, giải phẩu học và tìm hiểu về các bệnh trên tôm cá. Trong tương lai, rõ ràng những ứng dụng của công nghệ VR như vậy sẽ là những trợ lý giỏi cho giáo viên và sinh viên chuyên ngành thủy sản. 

 
Với công nghệ VR, sinh viên có thể tham quan trang trại nuôi cá khi ngồi trong phòng với một chiếc kính

8. Công nghệ chuỗi khối (blockchain) kiểm chứng tính bền vững và sự minh bạch trong nuôi trồng thủy sản

Blockchain (chuỗi khối), tên ban đầu là “block chain” là một cơ sở dữ liệu phân cấp lưu trữ thông tin trong các khối được liên kết với nhau bằng mã hóa và mở rộng theo thời gian. Mỗi khối thông tin đều chứa thông tin về thời gian khởi tạo và được liên kết tới khối trước đó, kèm một mã thời gian và dữ liệu giao dịch. Blockchain được thiết kế để chống lại việc thay đổi của dữ liệu: Một khi dữ liệu đã được mạng lưới chấp nhận thì sẽ không có cách nào thay đổi được nó. Blockchain là một bản ghi kỹ thuật số về các giao dịch mà bất kỳ người nào có thể truy cập công khai.

Công nghệ blockchain có vai trò quan trọng trong việc xác minh tính bền vững, cải thiện tính minh bạch trong suốt chu kỳ sống/vòng đời từ lúc đánh bắt, nuôi trồng thủy sản cho đến sản phẩm lên bàn ăn. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong ngành nuôi trồng thủy sản, đó là cơ hội giao dịch giữa các nhà cung cấp và người mua xảy ra ngay lập tức và an toàn trên không gian mạng. Sẽ không cần trao đổi tiền tệ vật chất, có khả năng tiết kiệm rất nhiều trong giao dịch và chi phí phát sinh trong quá trình thanh toán bằng tiền tệ. Hơn nữa, thông tin về từng vụ mùa và phương thức sản xuất, nuôi trồng cũng có thể được lưu trữ ở đây và người tiêu dùng có thể tiếp cận được với các nhà sản xuất và trao đổi thông tin với người tiêu dùng khác. Đây là một công nghệ tuyệt vời phục vụ cho việc truy xuất nguồn gốc sản phẩm thủy sản một cách minh bạch và toàn diện. 

 
Sơ đồ minh họa cho công nghệ blackchain

9. Internet của vạn vật (IoT) và ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản

Internet vạn vật, hay cụ thể hơn là mạng lưới vạn vật kết nối internet hoặc là mạng lưới thiết bị kết nối internet (tên tiếng Anh là Internet of Things, viết tắt IoT) là một liên mạng, trong đó các thiết bị, phương tiện vận tải (được gọi là "thiết bị kết nối" và "thiết bị thông minh"), phòng ốc và các trang thiết bị khác được nhúng với các bộ phận điện tử, phần mềm, cảm biến cùng với khả năng kết nối mạng máy tính giúp cho các thiết bị này có thể thu thập và truyền tải dữ liệu. 

 
Dữ liệu lớn và internet của vạn vật

Đóng vai trò kết nối tất cả các công nghệ đột phá nêu trên chính là internet của vạn vật IoT. Công nghệ mang tính cách mạng này giúp robot có khả năng thực hiện các nhiệm vụ được điều khiển bởi người dùng từ xa hoặc chuyển thông tin thu được qua cảm biến tới nhà sản xuất để phân tích và phản hồi đến người sử dụng trên điện thoại thông minh, máy tính bảng hay máy tính. Trong nuôi trồng thủy sản, thuật ngữ IoT mang tính đặc thù riêng do công nghệ này được sử dụng dưới nước nên được gọi là Underwater and Industrial Internet of Things (UI-IoT). Một ví dụ về việc ứng dụng công nghệ IoT trong nuôi trồng thủy sản là Umitron, một công ty khởi nghiệp (startup) được thành lập bởi các kỹ sư Nhật Bản ngành phần mềm và công nghệ hàng không. Công ty chuyên phát triển công nghệ IoT và phân tích dữ liệu vào lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, startup này hỗ trợ các trang trại tối ưu hóa việc nuôi trồng thủy sản bằng kỹ thuật phân tích dữ liệu và trí tuệ nhân tạo. Giải pháp này giúp người nông dân giảm thiểu chi phí, tránh lãng phí và ngăn chặn những tác hại đến môi trường.

Tóm lại, các công nghệ mới của cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 đã và đang phát triển mạnh mẽ và có ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống con người. Thủy sản được xem là một trong những ngành phát triển nhanh nhất trong các ngành sản xuất lương thực, do đó việc đầu tư công nghệ cao vào nuôi trồng thủy sản sẽ liên tục gia tăng trong những năm tiếp theo. Ở Việt Nam, những công nghệ này đã bước đầu phát huy tác dụng và mang lại những đóng góp rất cụ thể và tích cực vào sự phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp ứng dụng công nghệ cao và nuôi thâm canh thủy sản. Tuy nhiên, Việt Nam còn chưa bắt kịp với xu thế và bản chất của cuộc cách mạng này.
Triệu Tuấn Tổng hợp
Đăng ngày: 23/11/2018
Tải ứng dụng Tepbac để bình luận thuận tiện hơn tepbac android tepbac ios