استخدام إنترنت الأشياء لترشيد مياه الري

يستخدم البشر كميات هائلة من المياه العذبة في ري المحاصيل الزراعية تصل نسبتها إلى 70%، ما يزيد الحاجة إلى تسخير وسائل مبتكرة لترشيدها والحفاظ عليها لتحقيق الأمن المائي على مستوى العالم.

ويدرس الباحثون حاليا إمكانيات تطبيق تقنيات إنترنت الأشياء لتحقيق الاستدامة للمياه العذبة، حيثُ يجري الأستاذ الدكتور عبدالسلام، من معهد "بيردو" التقني الأمريكي، أبحاثا تجمع بين الزراعة وإنترنت الأشياء، وفقا لموقع "فاست كومباني".

وقال عبدالسلام إن "إنترنت الأشياء يربط بين شبكة من أجهزة الاستشعار لإرسال البيانات واستقبالها بواسطة الإنترنت؛ مثل أجهزة الرياضة القابلة للارتداء، وأجهزة قياس الحرارة في المنزل، والسيارات ذاتية القيادة".

وأشار إلى أنه "في مجال الزراعة، فإنها تتضمن تقنيات؛ مثل شبكة الاتصالات اللاسلكية تحت الأرض، وأجهزة الاستشعار فوق الأرض، حيثُ تساعد هذه الأنظمة المزارعين على تتبع حالة الأرض الزراعية مباشرة، وسقايتها بالماء وتزويدها بالأسمدة عند حاجتها إليها".

وتعمل هذه الأنظمة على ضمان مراقبة حالة التربة بدقة استخدام الماء بكفاءة، إذ تعمل الحساسات اللاسلكية على تزويد المزارعين ببيانات رطوبة التربة.

وتشير الدراسات إلى أن هذه الاستراتيجية يمكنها تقليل استهلاك المياه من 20% إلى 72%، دون إعاقة نمو المحاصيل، كما يساعد إنترنت الأشياء الزراعة في أكثر المناطق جفافا؛ مثل العالم العربي، من خلال إدارة الموارد المائية بكفاءة.

وتجعل ظروف الطقس القاسية التي يسببها التغير المناخي الأمر أكثر صعوبة مع الوقت، إذ سبب الجفاف في غرب الولايات المتحدة، فضلا عن الحرائق خلال 20 عاما الأخيرة، خسارات في المحاصيل وصلت إلى مليارات الدولارات.

وقاس المتخصصون رطوبة التربة اللازمة لنمو المحاصيل، وإدارة استهلاك المياه، وطوروا تقنيات ذاتية لاستبدال الأدوات اليدوية في سقاية المحاصيل، وتحديدا في المناطق البعيدة صعبة الوصول.

وساعدت التقنيات اللاسلكية خلال العقد الأخير على تزويد المزارعين ببيانات السقاية مباشرة، ويستطيعون من خلالها ترشيد مياه سقاية المحاصيل من خلال إدارة استخدامها.

ويتألف إنترنت الأشياء من أجهزة راديو وحساسات ولواقط إشارة تجمع بيانات المحاصيل والتربة، وتتواصل فيما بينها لاسلكيا، إذ تعمل وفق نظام متكامل مع بعضها، لرصد ظروف الأرض الزراعية، واقتراح الاستجابة المطلوبة، وإرسال الأوامر إلى الآليات الزراعية.

وتسمح الشبكة بإدارة استهلاك المياه وترشيدها، من خلال تنظيم أوقات السقاية وفق رطوبة التربة وحاجة المحاصيل، مع مراقبة ظروف الطقس.

ولكن تركيب الشبكة اللاسلكية يتضمن بعض التحديات، ويعمل عبد السلام مع فريق المعهد على تجاوزها، ووجدوا أن دفن لواقط الإشارة في التربة يغير من مواصفات تشغيلها تبعا لرطوبة التربة.

ولأن المزارعين يستخدمون آليات ثقيلة في الحقول الزراعية، فإن اللواقط يجب دفنها عميقا في التربة لحمايتها من الضرر.

وعندما تصبح التربة رطبة بفعل السقاية، تتأثر الاتصالات بين اللواقط ونظام التحكم، إذ تمتص التربة عندها طاقة الإشارات اللاسلكية، ما يضعف منها.

وطور الفريق نموذجا نظريا ولاقط إشارة يقلل من تأثير التربة من خلال تغيير تردد الإشارة، ويسمح بنقل الإشارات إلى أنظمة السقاية لمسافة تصل إلى 200 متر، ما يماثل طول ملعبي كرة قدم.

وابتكر عبد السلام أيضا لاقط إشارة يركز الطاقة في اتجاه معين، ويتوجه الباحثون نحو تطوير أنظمة الأمان الرقمي لحماية المعلومات على الإنترنت، فضلا عن مكاملة البيانات بين الحقول الزراعية لاتخاذ قرارات أدق فيما يتعلق باستهلاك المياه.

ويقترح الباحثون أيضا توظيف تعلم الآلة والحوسبة السحابية لمساعدة الأنظمة الزراعية على التكيف مع ظروف الطقس المتغيرة، مثل درجات الحرارة والرياح والأمطار.

ويبقى توصيل الإنترنت السريع إلى الأماكن الريفية مهما جدا، إذ تتيح شبكات الأقمار الاصطناعية حلا مناسبا.

ويمكن استخدام أنظمة الاتصالات المحمولة على مركبات متجولة؛ مثل الطائرات دون طيار، لتأمين استمرارية شبكة الاتصالات في الحقول الزراعية.