Cong Wang và cộng sự của mình từ Đại học Nông nghiệp Trung Quốc đã đánh giá việc ứng dụng thiết bị thông minh nghề cá, Internet vạn vật (IoT), điện toán đám mây, 5G, các thuật toán trí tuệ nhân tạo trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản. 

Những khía cạnh của trang trại thủy sản thông minh như: tự động cảnh báo và kiểm soát sớm chất lượng nước, cho ăn thông minh, theo dõi hành vi của cá, ước tính sinh khối, chẩn đoán bệnh cá và chẩn đoán lỗi thiết bị…

Các nhà khoa học dựa trên các yêu cầu kinh doanh khác nhau đề xuất thiết kế cấu trúc làm việc cho các bộ phận chức năng chính trong việc xây dựng trang trại cá thông minh.

Hệ thống của các trại cá thông minh

Các nhà nghiên cứu tin rằng trang trại cá thông minh là một phương thức sản xuất tự động với việc ứng dụng Internet vạn vật (IoT), dữ liệu lớn, trí tuệ nhân tạo (AI), 5G, điện toán đám mây và robot được sử dụng để đo lường và điều khiển từ xa hoàn tất các hoạt động và quản lý trang trại nuôi cá. 

Trang trại cá thông minh phụ thuộc vào công nghệ kỹ thuật số và thông minh để giải quyết các vấn đề về thiếu lao động trong nuôi trồng thủy sản, giảm thiểu tác động ô nhiễm nguồn nước...

Nuôi cá thông minh là sự chuyển đổi công nghiệp của phương thức sản xuất cá và là hướng phát triển nuôi trồng thủy sản trong tương lai. Các nhà nghiên cứu chia trang trại cá thông minh thành 4 loại theo các môi trường nuôi khác nhau: ao, nhà máy trên bờ, lồng hoặc trang trại biển.

Ao cá thông minh

Các trang trại nuôi cá kiểu ao thông minh thu thập thông tin thời gian thực về chất lượng nước bằng các cảm biến hoặc thiết bị bay không người lái để thu thập thông tin về các hoạt động của cá.

Quá trình tăng trưởng và cho ăn của cá được quan sát bởi bionic fish (cá được điều khiển bằng điện tử); trong khi chất lượng của nước được điều chỉnh bởi quá trình bón phân và xử lý hóa chất bằng thiết bị không người lái.

Mức độ oxy hòa tan trong nước được kiểm soát chính xác bằng hệ thống sục khí thông minh. Thiết bị cho cá ăn chính xác và tự động. Việc thu hoạch cá thông minh được thực hiện bằng máy kéo lưới tự động và bộ phân phối cá.

Trang trại cá kiểu nhà máy thông minh trên cạn

Các trang trại nuôi cá kiểu nhà máy thông minh chủ yếu thực hiện nuôi trồng thủy sản tuần hoàn nước (RAS) theo cách tự động. Các trại cá này tích hợp hệ thống lọc tinh, bộ lọc sinh học, máy cho ăn thông minh, thiết bị lọc và tận dụng nước.

Dựa trên nghiên cứu chuyên sâu về mối quan hệ giữa các yêu cầu cơ bản của sinh học và hoạt động của các thông số trong hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn nước (RAS), đưa ra quyết định khoa học về mật độ nuôi tối ưu cũng như đảm bảo môi trường nước thích hợp. Và chiến lược quản lý nuôi trồng thủy sản hiệu quả được thực hiện bằng cách thu thập dữ liệu sản xuất và tích hợp công nghệ phân tích dữ liệu lớn.

Bằng cách tích hợp các công nghệ sản xuất và chọn lọc giống chất lượng cao, trại cá thiết lập một công nghệ hỗ trợ các phương pháp phù hợp cho nuôi trồng thủy sản tuần hoàn, thực hành toàn bộ quá trình giao phối cá bố mẹ, cho cá sinh sản, ấp trứng, nuôi cá bột, bán và đóng gói.

Trang trại nuôi cá lồng thông minh

Các trang trại nuôi cá lồng thông minh thu thập thông tin về chất lượng nước biển và dòng chảy đại dương bằng cách sử dụng các cảm biến, đồng thời nắm bắt thông tin về sự di chuyển và kiếm ăn của cá bằng thị giác máy và sóng siêu âm.

Lưới lồng được làm sạch tự động bằng robot làm sạch,  trong khi việc đánh bắt cá được thực hiện bằng hệ thống lưới tự động và máy bơm hút cá. Kiểm soát chất lượng nước khẩn cấp được thực hiện bằng hệ thống cung cấp ánh sáng và oxy. Thức ăn, năng lượng và các nguyên liệu sản xuất khác sẽ được vận chuyển từ nhà kho trên đất liền đến khu vực nuôi cá bằng tàu không người lái.

Trang trại biển thông minh

Các trại chăn nuôi biển thông minh thường sử dụng camera bề mặt độ nét cao và robot dưới nước để thu thập thông tin video từ trại nuôi trong thời gian thực, sau đó truyền video đến máy chủ dữ liệu trong trung tâm kiểm soát thông tin nhằm mục đích nhận dạng sinh học, phân tích hành vi và ước tính sinh khối.

Trang trại sử dụng phao giám sát chất lượng nước, trạm giám sát thời tiết, thuyền quản lý, radar và các thiết bị giám sát dưới nước di động khác để thực hiện giám sát trang trại biển.

Công nghệ thông tin tiên tiến trong nuôi cá thông minh

Hệ thống internet vạn vật trong nuôi trồng thủy sản truyền thống là sự tích hợp cao của công nghệ đám mây và công nghệ IoT. Nó áp dụng cấu trúc ba tầng: thiết bị, mạng và dịch vụ đám mây.

Tầng thiết bị

Lớp thiết bị bao gồm thiết bị cảm biến, thiết bị điều khiển và thiết bị đầu cuối thu thập dữ liệu. Nhóm thiết bị cảm biến có nhiệm vụ thu thập dữ liệu môi trường như oxy hòa tan, pH, nhiệt độ, độ mặn, nitơ amoniac, nitrit, mực nước, v.v.

Thiết bị điều khiển bao gồm máy sục khí, máy cho ăn, van bơm và các thiết bị nuôi trồng thủy sản khác. Cuối cùng, thiết bị đầu cuối thu thập dữ liệu có nhiệm vụ truyền dữ liệu cảm biến và nhận các lệnh điều khiển.

Tầng mạng

Lớp mạng thường sử dụng mạng không dây, chẳng hạn như Bluetooth, Wi-Fi, 3g / 4G, Lo-Ra, NB-IoT và các công nghệ truyền dẫn không dây khác, chịu trách nhiệm truyền dữ liệu giữa lớp thiết bị và lớp dịch vụ đám mây.

Tầng dịch vụ đám mây

Tầng dịch vụ đám mây bao gồm nền tảng đám mây và ứng dụng điện thoại thông minh, được sử dụng chủ yếu để lưu trữ và xử lý dữ liệu nuôi trồng thủy sản và cung cấp các dịch vụ thông tin khác nhau.

Dựa trên trình độ công nghệ thông tin tiên tiến, các nhà nghiên cứu chia trang trại cá thông minh thành 3 giai đoạn:

a) Ở trạng thái ban đầu: Hầu hết công việc trong các trại cá dựa vào các chuyên gia nuôi trồng thủy sản có kinh nghiệm để vận hành và điều khiển từ xa.

b) Ở trạng thái trung gian: mọi người không còn cần vận hành từ xa thiết bị trong phòng giám sát trong 24 giờ và hệ thống IoT có thể hoạt động tự động, nhưng vẫn cần sự tham gia của một số ít người trong việc thực hiện lệnh và ra quyết định.

c) Ở trạng thái tiên tiến: việc sản xuất của trang trại cá không cần sự tham gia của con người, tất cả các hoạt động được lên kế hoạch và quyết định độc lập bởi nền tảng quản lý đám mây, rô bốt và thiết bị thông minh hoạt động tự chủ hay nói cách khác, một trang trại cá hoàn toàn tự động.

Nguồn: Wang, C., Li, Z., Wang, T. et al. Intelligent fish farm—the future of aquaculture, Springer Link, Aquaculture International, 13/08/2021.