De landbouw verbruikt meer dan 70 procent van het jaarlijkse waterverbruik in de wereld. Met kleine boerderijen die bijna 80 procent van het voedsel voor de derde wereld produceren, het waarborgen van de kwaliteit en veiligheid van onze watervoorziening is van cruciaal belang. Milieuanalyse voor de landbouw is vaak afhankelijk van dure en tijdrovende laboratoriumtests die ver van de boerderij worden uitgevoerd. Als resultaat, chemische analyse is snel achterhaald en beperkt tot kleine steekproefaantallen.

Mijn team ging op zoek naar een manier om het testproces te vereenvoudigen en het voor kleine boeren betaalbaar te maken om de gezondheid van hun bodem en water te controleren. Ons prototype, de AgroPad, maakt realtime, op locatie, chemische analyse van een bodem- of watermonster, AI gebruiken.

Dus – hoe werkt het?

Er wordt een druppel water- of grondmonster op de AgroPad geplaatst, dat is een papieren apparaat ter grootte van een visitekaartje. De microfluïdische chip in de kaart voert ter plaatse een chemische analyse van het monster uit, het leveren van resultaten in minder dan 10 seconden.

De reeks cirkels op de achterkant van de kaart geeft colorimetrische testresultaten; de kleur van elke cirkel vertegenwoordigt de hoeveelheid van een bepaalde chemische stof in het monster. Met behulp van een smartphone, de boer zou dan een enkele momentopname van de AgroPad maken met behulp van een speciale mobiele applicatie en onmiddellijk een chemisch testresultaat ontvangen.

AgroPad:"AI op het randje"

Deze "AI on the edge"-computerbenadering maakt gebruik van machine learning en machine vision-algoritmen om de gemeten kleursamenstelling en -intensiteit te vertalen naar concentraties van chemicaliën in het monster, waardoor het betrouwbaarder is dan tests die alleen op het menselijk gezichtsvermogen zijn gebaseerd. Testgegevens kunnen gelijktijdig worden gestreamd naar een cloud computing-platform en worden gelabeld met een digitale tag die de tijd uniek identificeert, locatie en resultaten van de chemische analyse. Het cloudplatform maakt beheer en integratie mogelijk van miljoenen individuele tests die op verschillende tijdstippen en locaties worden uitgevoerd. Dit is een belangrijke functie voor monitoring, bijvoorbeeld, de verandering in de mestconcentratie in een bepaalde regio gedurende het jaar.

We hebben momenteel een prototype-oplossing met vijf parameters voor het testen van grond en water die de pH, stikstofdioxide, aluminium, magnesium en chloor. We breiden de bibliotheek met chemische indicatoren die beschikbaar zijn voor implementatie voortdurend uit; elke AgroPad kan worden gepersonaliseerd op basis van de behoeften van de individuele gebruiker.

Aangezien de op papier gebaseerde tests betrouwbaar kunnen worden uitgevoerd door niet-experts, openbare gegevensverzameling met onmiddellijke digitalisering in chemische detectie wordt een reële mogelijkheid. Samen met lage kosten, massaproductie van het op papier gebaseerde apparaat en grootschalige implementatie via mobiele en cloudtechnologieën, het verkennende prototype zou een revolutie teweeg kunnen brengen in de digitale landbouw en milieutesten.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan IBM Research. Lees hier het originele verhaal.