Nông nghiệp là xương sống của nền văn minh nhân loại, nhưng giờ đây nó đang phải gồng mình gánh sức nặng của toàn thể loài người chúng ta. Thế giới đang bên bờ vực của một cuộc khủng hoảng lương thực toàn cầu, trong đó các mô hình công nghiệp hiện tại của nông nghiệp sẽ không thể hỗ trợ được một dân số toàn cầu đang tăng vọt lên mức 9 tỉ người vào năm 2050. Kỳ vọng tốt đẹp nhất cho nông nghiệp trong tương lại nằm ở những cải tiến công nghệ: các cảm biến, big data, và hạ tầng mạng. Những tiến bộ này sẽ đưa chúng ta tới một cuộc cách mạng nông nghiệp có thể giúp nuôi sống nhiều người hơn, hiệu quả hơn và bền vững hơn.

Trong hệ thống sản xuất lương thực hiện tại của chúng ta, một trái táo mà bạn tìm thấy trong một siêu thị gần nhà có thể đã tồn tại được 6 tháng và trải qua chuyến đi hơn 18,500 km từ một nông trại ở New Zealand tới bàn ăn của bạn. Mặc dù những phương pháp bảo quản có thể giữ cho trái táo khỏi bị hỏng, nó sẽ vẫn có khả năng mất một lượng lớn vitamin và dưỡng chất và dư thừa chất oxi hóa. Chi phí của trái táo phình lên để chi trả cho nhiều mắt xích trong chuỗi cung ứng, và chi phí năng lượng hỗn hợp cần để trồng, bảo quản, đóng gói nó tiêu tốn trong hệ thống lương thực gây ra 1 phần 3 lượng khí nhà kính toàn cầu, theo những nghiên cứu đã được công bố bởi Nhóm tư vấn nghiên cứu Nông nghiệp quốc tế.

Các tiêu chuẩn xử lý lương thực thậm chí còn tồi tệ hơn cả các tiêu chuẩn sản xuất lương thực, vốn chứa hàm lượng caloric cao nhưng rất ít dưỡng chất, mà theo như nghiên cứu của Trung tâm quốc gia về Thông tin công nghệ sinh học Hoa Kỳ, chúng gây ra cả tình trạng béo phì và suy dinh dưỡng. Trung tâm thông tin chăm sóc Sức khỏe và Xã hội Vương quốc Anh báo cáo rằng 20 % trẻ em 6 tuổi bị béo phì.

Vậy làm thế nào chúng ta có thể cung cấp lương thực cho dân số thế giới đang tăng nhanh nhưng đồng thời tạo ra nguồn lương thực tươi mới hơn, nhiều dinh dưỡng hơn? Câu trả lời nằm ở việc coi nông nghiệp như một khoa học mà nó vốn phải là như thế.

Trong hàng thiên niên kỷ, người nông dân đã sử dụng đất đai và cây trồng dưới những điều kiện thời tiết khác nhau nhằm mục đích thu hoạch với sản lượng lớn. Thế giới phụ thuộc vào những nông trại lớn, canh tác 1 loại cây trồng duy nhất, mà ở đó dưới bất kỳ điều kiện thời tiết nào cũng đáp ứng tốt nhất cho 1 loại nông sản nhất định. Thông thường, trường hợp tốt nhất là những nông trại canh tác loại lương thực dễ bán nhất ở chi phí thấp nhất, ít phải quan tâm nhất đến môi trường, đến tính bền vững hay dinh dưỡng.

Gần đây, hệ thống lâu đời và mang tính công nghiệp này đã đang bị đặt câu hỏi và bị thách thức bởi những công nghệ mới. Nhiều nông dân đã bắt đầu sử dụng máy bay không người lái, những ứng dụng và thiết bị được dẫn đường bằng GPS, công cụ phân tích big-data và hạ tầng mạng để cải thiện công việc của họ. Những công nghệ mới này đã cho phép một số nông trại địa phương nhỏ hơn, một lần nữa trỗi dậy và cạnh tranh với những cơ sở công nghiệp to lớn hơn.

Dữ liệu cảm biến đang trở nên đặc biệt hữu dụng trong nông nghiệp hiện đại, bởi khả năng cung cấp những thông tin cụ thể cho người nông dân biết chính xác điều một mảnh ruộng cần vào bất cứ thời điểm nào. Ví dụ, đặt một cảm biến đo độ ẩm đất tại một điểm nào đó trên ruộng có thể cho người nông dân biết chính xác khi nào điểm đó cần được tưới nước. Với hệ thống này, người nông dân sẽ không còn lãng phí nước cũng như gây hại cho cây trồng do không kịp thời phát hiện tình trạng khô hạn.

Xa hơn nữa, những cảm biến này có thể được kết nối với một ứng dụng cảnh báo người nông dân về điều mà cây trồng đang cần, hay thậm chí có thể kết nối trực tiếp tới một hệ thống thủy lợi để quá trình có thể hoàn toàn trở nên tự động mà người nông dân không cần phải thực hiện bất cứ hành động gì.

Loại công nghệ này cho phép người nông dân có thể điều khiển quá trình ở một mức độ nhất định, nhưng cũng tạo điều kiện cho mô hình canh tác trong nhà, cho phép chúng ta đạt đến khả năng quản lý toàn diện các điều kiện canh tác. Nông nghiệp trong nhà sử dụng các hệ thống thủy canh và khí canh để trồng cây dưới ánh đèn LED, mà không cần đến đất, thực ra không phải là mới, tuy nhiên công nghệ này đã đạt đến mức tiết kiệm năng lượng, chi phí thấp và tính bền vững cao. Các mô hình vườn treo đang bùng nổ tại các thành phố trên khắp thế giới khi mà khái niệm “canh tác tại chỗ” đang gia tăng tương ứng với mật độ dân số trở thành một trào lưu mới trong ngành lương thực.

Các cảm biến và phần mềm đang mang đến những tiến bộ trong khoa học về nông nghiệp. Tuy vậy những dữ liệu đo vẫn thường bị độc quyền và ít khi được chia sẻ. Những nông trại đơn lẻ thực hiện việc nghiên cứu, trong khi những tổ chức lớn thực hiện phân tich dữ liệu lớn (big-data), mặc dù chứa rất nhiều kiến thức và hiểu biết, nhưng chỉ được chia sẻ nhằm mục tiêu lợi nhuận và ít khi tới được với các nhà khoa học. Người nông dân thường phụ thuộc vào một nguồn thông tin đơn lẻ không được kiểm chứng, được cung cấp từ các tổ chức lớn, và các nhà sản xuất địa phương không thể tiếp cận được tới nguồn dữ liệu đó, sẽ không thể cạnh tranh được với các trang trại lớn đã được kết nối.

Trong thời đại của nông nghiệp trong nhà, các công ty như PlantLab rõ ràng đã tạo ra những cải tiến lớn. Tuy vậy họ vẫn đang giữ những phương pháp bí mật độc quyền được cho là giúp tăng 40 lần sản lượng, sử dụng ít hơn 90% nước, để sản xuất lương thực với hàm lượng dinh dưỡng nhiều hơn đến 10 lần. Điều mà chúng ta cần là một hướng tiếp cận mở, kết hợp để giải quyết một vấn đề rõ ràng có tính toàn cầu.

Sáng kiến Nông nghiệp mở (OpenAG) ở Phòng thí nghiệm MIT Media, nơi tôi làm việc, đã được thành lập để mở toang những cánh cửa dữ liệu và nghiên cứu trong nông nghiệp để có nhiều hơn những người có thể học cách làm nông và giúp nâng cao khả năng tiếp cận lương thực tại chỗ, tươi và giàu dinh dưỡng. Nhóm OpenAG đang xây dựng những Cỗ máy tính lương thực (Food Computers) — những hệ thống Cảm biến/Chấp hành, Điều khiển môi trường — cung cấp dữ liệu mở dưới dạng các “công thức thời tiết”. Đây là một hệ thống mã nguồn mở — từ phần cứng tới phần mềm cho tới dữ liệu. Những điều kiện đặc biệt trong các Food Computer có thể được cài đặt hay hiệu chỉnh bằng tay, và có thể phỏng theo các điều kiện môi trường tự nhiên, hay tạo ra các điều kiện tổng hợp lý tưởng. Các hệ thống này, với quy mô từ cá nhân cho tới công nghiệp, có thể được khai thác một cách có chủ đích để giúp một lượng lớn người dùng tạo ra những thay đổi và cải thiện cho phù hợp với nhu cầu cụ thể của họ.

Các điều kiện mà ở đó cây trồng được chăm sóc sẽ ảnh hưởng tới mã gene mà chúng mang, đưa đến những âm vị duy nhất của lương thực. Bằng cách sử dụng những điều kiện cụ thể của các “công thức thời tiết”, người nông dân có thể lựa chọn những tính chất mà cây trồng mang — mùi vị, màu sắc, sản lượng, tốc độ tăng trưởng… Nguồn dữ liệu được tạo ra từ Food Computer sẽ được đăng trên một thư viện mở theo kiểu Wikipedia, sẽ tạo ra một “nền dân chủ của điều kiện canh tác” mà ở đó điều kiện canh tác có thể được upload, download, chia sẻ, đánh giá và nâng cấp bởi người dùng trên khắp thế giới.

Liên hiệp quốc ước tính rằng vào năm 2050, số lượng người ở các thành phố có thể đạt 6.5 tỉ người. Với công nghệ phù hợp, nông nghiệp tại thành thị có thể biến các tầng hầm, nhà kho, những bức tường và tòa nhà chọc trời trở thành các nông trại. Lương thực được trồng trong điều kiện thủy canh có thể đi thẳng từ nông trại tới bàn ăn, loại bỏ quy trình vận chuyển và lưu trữ, giảm bớt chi phí và tình trạng hư hỏng, và nuôi sống nhiều người hơn bằng nguồn lương thực tươi, giá rẻ và giàu dinh dưỡng hơn.

Nông nghiệp là một trong những lĩnh vực cuối cùng tiến vào nền kinh tế kết nối. Đã đến lúc phải phân bổ nguồn dữ liệu nông nghiệp, sự sản xuất và lương thực ra một quy mô rộng lớn hơn nhiều. Nếu có nhiều người hơn cùng chia sẻ gánh nặng mà nền nông nghiệp đang phải mang, chúng ta có thể cùng lúc giảm thiểu sức ép lên môi trường của chúng ta, túi tiền của chúng ta và cơ thể của chúng ta. Cuộc cách mạng Nông nghiệp công nghệ cao đang trên bước đường phát triển của nó, và cùng với việc sử dụng những đèn LED trong canh tác, cách chúng ta làm nông nghiệp sẽ trở nên tươi sáng hơn rất rất nhiều.