Phát hiện trái cây chín nhờ hệ thống quét ảnh vi sóng

Trong tương lai, những cánh đồng có thể xuất hiện robot hái trái cây, tự nhận biết quả nào đã chín nhờ hệ thống quét ảnh vi sóng thay vì chờ con người kiểm tra từng cây. Công nghệ này do Phòng thí nghiệm vật lý quốc gia, viết tắt NPL, thuộc Liên hiệp Vương quốc Anh phát triển, hướng tới việc tự động hóa một công đoạn vốn tốn nhiều thời gian trong nông nghiệp. Hệ thống sử dụng sóng vi ba, sóng radio, sóng terahertz và bức xạ hồng ngoại xa để đánh giá hàm lượng nước bên trong trái cây, rau quả, từ đó xác định khả năng thu hoạch. Cơ sở của phương pháp khá dễ hiểu: trái cây chín thường chứa nhiều nước hơn, nên tín hiệu thu được có thể giúp nhận biết thời điểm quả đạt độ chín phù hợp. Tiến sĩ Richard Dudley, nhà khoa học hàng đầu tại NPL, cho biết công nghệ có thể xác định khi nào và ở đâu trái cây đã sẵn sàng để được thu hoạch. Cách đo này hứa hẹn chính xác hơn việc chỉ quan sát màu sắc, bởi vẻ ngoài hấp dẫn đôi khi chưa phản ánh đúng tình trạng bên trong quả. Dâu tây là ví dụ rõ ràng cho giới hạn của phương pháp quan sát bằng mắt, vì một quả có thể đỏ đẹp bên ngoài nhưng phần thịt vẫn cứng và chứa ít nước. Quét vi sóng cho phép đánh giá sâu hơn một chút dưới bề mặt, nhờ đó phát hiện độ chín thực tế thay vì chỉ dựa vào màu đỏ đặc trưng. Kết quả này có thể giúp người trồng chọn quả chín nhanh hơn, giảm thời gian tìm kiếm thủ công giữa những luống cây dày đặc. Một ưu điểm đáng chú ý nằm ở khả năng xuyên qua lá và nhiều vật cản hữu hình khác, trong khi nước dễ dàng chặn các vi sóng ở mức sử dụng phù hợp. Lá dâu tây không chứa quá nhiều nước, nên đối với tín hiệu dò tìm, tán lá trở nên gần như trong suốt và những quả nằm bên dưới có thể được nhận diện. Nhờ vậy, hệ thống vẫn tìm thấy vị trí dâu tây trong các tán lá um tùm, nơi con người thường phải vạch từng cụm lá để quan sát. Vi sóng được lựa chọn một phần vì có thể sử dụng an toàn ở liều thấp, đồng thời xuyên qua nhiều dạng vật chất khác nhau để tiếp cận thông tin nằm bên trong nông sản. Không dừng ở việc xác định quả chín, hệ thống quét ảnh còn có khả năng phát hiện bệnh hoặc đánh giá nhu cầu bón phân của cây trồng. Công nghệ cũng có thể hỗ trợ cung cấp lượng nước phù hợp với từng giai đoạn phát triển, thay vì áp dụng cùng một chế độ chăm sóc cho toàn bộ khu vực. Theo Tiến sĩ Richard Dudley, hệ thống này giúp quản lý cây trồng hiệu quả hơn, đặc biệt trong những mô hình như nhà kính trồng dâu tây cần theo dõi thường xuyên. NPL cũng xem xét việc lắp đặt thiết bị trên máy kéo hoặc triển khai tại các nông trại, miễn là công nghệ được tích hợp đúng cách vào phương tiện và quy trình sản xuất. Khi kết hợp với robot, cảm biến có thể mở đường cho hoạt động thu hoạch tự động, dù mục tiêu này vẫn cần thêm thời gian phát triển và thử nghiệm. NPL đã dành khoảng hai năm phối hợp với nông dân cùng một công ty thiết bị nông nghiệp để phát triển hệ thống quét ảnh vi sóng. Các hệ thống thử nghiệm được đưa vào những cánh đồng trồng súp lơ và rau diếp, qua đó kiểm tra khả năng hoạt động trong điều kiện sản xuất thực tế. Thử nghiệm ngoài đồng ruộng có ý nghĩa quan trọng, bởi thiết bị phải xử lý nhiều yếu tố phức tạp hơn so với môi trường kiểm soát, gồm lá cây, khoảng cách và tốc độ di chuyển. Thách thức lớn nhất hiện nay là thiết kế máy dò vừa tạo được hình ảnh có độ phân giải cao, vừa đạt tốc độ quét đủ nhanh cho nhu cầu nông nghiệp. Trong thời gian tới, NPL sẽ hợp tác với các công ty chế tạo cảm biến và thiết bị nông nghiệp để đưa công nghệ vào máy móc với chi phí hợp lý. Nếu quá trình tích hợp bảo đảm chất lượng sản phẩm, những tín hiệu vô hình từ vi sóng có thể giúp nông dân thu hoạch đúng lúc, chăm cây chính xác hơn và giảm phụ thuộc vào kiểm tra thủ công.