Projektet syftar till att öka ag-tekniken genom förbättrad fältanslutning | Nebraska idag

Många lantbrukare och jordbruksexperter ser digitalt jordbruk som framtidens väg. Att hantera gårdar med hjälp av sensorer, drönare och robotar, artificiell intelligens, avancerad dataanalys och mer kommer att vara nyckeln till att effektivt föda världens växande befolkning, som förväntas nå 10 miljarder år 2050.

Men att maximera jordbruksteknikens potential beror på ett verktyg som de flesta områden saknar: höghastighetsanslutning till internet.

En tvärvetenskaplig forskargrupp i Nebraska, ledd av dataingenjören Mehmet Can Furan, försöker ändra på det faktum. I teamet ingår Shuai Nie, Qiang Liu, Christos Argyropoulos, Yufeng Ge och Santosh Pitla. Med ett treårigt anslag på 1 miljon dollar från National Science Foundation, designar teamet ett nästa generations trådlösa nätverk för jordbruksfält som skulle katalysera en rad digitala jordbrukstekniker och stödja otaliga bönders verksamhet. För närvarande säger minst två tredjedelar av bönderna att de saknar tillräcklig internetuppkoppling för att driva sin verksamhet, och 25 % av USA gårdar har inte internet alls.

“Vi har börjat designa om det trådlösa nätverket i enlighet med begränsningarna och kraven på jordbruksfält”, säger Vuran, Jensen ordförande och professor i databehandling. “Just nu är det bästa bönder och forskare kan göra att ta tag i trådlös teknik från allt som finns tillgängligt i närliggande stadsmiljöer. De försöker använda Wi-Fi eller befintliga mobilanslutningar, som inte var designade för fältet. Det här är som att försöka passa in en fyrkantig pinne i ett runt hål.”

Det är en oöverensstämmelse eftersom de två miljöerna är väldigt olika. Stadsanslutningar utnyttjar den vertikala infrastruktur som är inneboende i städer: höga byggnader, gatlyktor och trafikljus rymmer den nödvändiga utrustningen. Jordbruksfält saknar denna robusta vertikala infrastruktur, vilket gör det mycket svårare att bygga ett nätverk.

Dessutom utsätts jordbruksfält för hårda miljö- och väderförhållanden som kan avbryta trådlösa anslutningar. Typen av gröda, dess tillväxtstadium och även en växts fukthalt kan också påverka signalerna. Vurans grupp utarbetar en trådlös arkitektur som kallas Field-Nets för att möta dessa utmaningar.

En hörnsten i deras tillvägagångssätt är användningen av millimetervågsteknik på gårdar. Denna teknik, som används för att stödja 5G-anslutningar i stadsområden, skickar signaler på en bandbredd av radiofrekvensspektrumet som inte är överfull. Riklig bandbredd betyder att signalöverföringen är snabb, med gigabit per sekund, med minimala störningar.

Förra sommaren genomförde Vurans grupp några av de första experimenten någonsin med millimetervågsteknik på jordbruksfält. Dessa studier visade hur lätt majs- och sojaböntillväxt kan påverka dessa känsliga, högfrekventa signaler, vars våglängdsstorlek bara är millimeter lång. De resulterande datamängderna är offentligt tillgängliga för att hjälpa andra forskare och praktiker. Med NSF Finansiering kommer Vurans team att utveckla datorbehandlingsförmågan och komplexa algoritmer som krävs för att stödja robusta och pålitliga anslutningar.

En annan nyckelstrategi för Field-Nets är edge computing: en typ av nätverksarkitektur som flyttar beräkning och datalagring närmare datakällorna. Eftersom landsbygdsmiljöer saknar det som kallas backhaul – höghastighetsanslutningarna mellan en fjärrplats och kärnnätet – är molnbaserad datoranvändning en utmaning. Detta är problematiskt eftersom precisionsjordbruksenheter sannolikt kommer att generera lika mycket data i framtiden som en typisk stadsmiljö.

Vurans lösning är att driva bearbetning till “kanten” av nätverket, vilket i det här fallet innebär att flytta den till gården. När en gårds robotar, sensorer och andra enheter producerar dataströmmar kommer de att bearbetas och lagras på plats, vilket skyddar jordbrukarnas dataintegritet.

Teamet säkerställer också att Field-Nets-infrastrukturen bara använder spektrumet när och där det behövs. Även om det för närvarande finns rikligt med spektrum tillgängligt på landsbygden, kommer detta att förändras när det digitala jordbruket tar fart. Ett trångt spektrum skulle kunna hindra landsbygdsbefolkningens möjlighet att använda internet – skapa en digital klyfta mellan gårdar och städerna intill.

“Vi designar med förståelsen för denna potentiella klyfta från början. Vi måste ta till oss avancerade spektrumdelningslösningar från grunden, säger Furan. ”Vi vill inte behöva gå tillbaka och designa om spektrumdelningslösningar senare, vilket har gjorts i vissa stadsmiljöer. Vi lär oss av den historien.”

Projektet främjar Vurans långsiktiga forskningsuppdrag, som är att överbrygga den ursprungliga digitala klyftan: klyftan mellan stad och landsbygd. Av de 24 miljoner amerikaner som saknar höghastighetsinternet bor 80% på landsbygden. Eftersom samhället förlitar sig på digitala verktyg, förvärrar klyftan i tillgång till internet klyftorna i välstånd, utbildning, hälsovård och mer.

Arbetet representerar en viktig sammanslagning mellan databehandling och jordbruk. För att behålla sin position i framkanten av ag-innovation, prioriterar Husker-forskare utökade partnerskap mellan dessa två discipliner.

“Datavetare och jordbruksingenjörer kommer att behöva samarbeta mer och mer, och det här är ett av de första finansierade projekten som representerar denna samverkan”, säger Pitla, docent i biologisk systemteknik.

Pitla, en expert på jordbruksrobotik, har utvecklat små autonoma robotar som planterar frön och applicerar gödningsmedel sedan han började på universitetet 2014. Även om tekniken kan fungera utan anslutning, skulle en pålitlig trådlös infrastruktur frigöra robotarnas fulla potential: De kunde kommunicera med varandra eller kalla på en drönare för påfyllning av förråd.

“Anslutningslösningar skulle verkligen kunna förstärka vad vi gör och katalysera och underlätta många saker, särskilt med logistik och operativ effektivitet,” sa han.

Forskargruppen kommer att testa Field-Nets infrastruktur med hjälp av Pitlas teknologi.

Projektet inkluderar partnerskap med medlemmar av Nebraskas jordbrukssamhälle, bönder och industrimedlemmar, och kommer att göra det möjligt för Husker-studenter att träna i en mycket tvärvetenskaplig miljö.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *