Trang trại cá thông minh cố gắng giải quyết công việc chính xác là tăng oxy, tối ưu hóa việc cho ăn, giảm tỷ lệ mắc bệnh và thu hoạch chính xác thông qua ý tưởng "thay thế con người bằng máy móc", để giải phóng hoàn toàn sức người và hiện thực hóa nền nuôi trồng thủy sản xanh và bền vững

Với sự mở rộng liên tục về quy mô và mật độ nuôi trồng thủy sản, các phương pháp nuôi trồng thủy sản hiện đại buộc phải sản xuất quá mức dẫn đến tốc độ mất cân bằng môi trường nước ngày càng nhanh, dịch bệnh xảy ra thường xuyên và chất lượng thủy sản suy giảm. Hơn nữa, do độ tuổi trung bình của lao động nông nghiệp ở nhiều nơi trên thế giới đang cao hơn, sản xuất thủy sản sẽ phải đối mặt với tình trạng tiến thoái lưỡng nan do thiếu lao động và các phương pháp nuôi trồng thủy sản đang cần phải thay đổi cấp thiết. Công nghệ thông tin hiện đại đã dần thâm nhập vào các lĩnh vực nông nghiệp khác nhau và khái niệm trang trại cá thông minh cũng bắt đầu hình thành.

Bài viết này xem xét ứng dụng của thiết bị thông minh ngư nghiệp, IoT, điện toán ranh giới, 5G và thuật toán trí tuệ nhân tạo (AI) trong nuôi trồng thủy sản hiện đại, đồng thời phân tích các vấn đề tồn tại và triển vọng phát triển trong tương lai. Trong khi đó, dựa trên các yêu cầu kinh doanh khác nhau, các khung thiết kế cho các mô-đun chức năng chính trong việc xây dựng trang trại nuôi cá thông minh được đề xuất.

Như thế nào là trang trại cá thông minh

Trang trại cá thông minh là chế độ sản xuất tự động trong mọi điều kiện thời tiết, toàn quy trình và toàn không gian, nghĩa là trong trường hợp công nhân không vào trang trại cá, thế hệ công nghệ thông tin mới như IoT, lớn dữ liệu, trí tuệ nhân tạo (AI), 5G, điện toán đám mây và rô bốt được sử dụng để đo lường và điều khiển trại cá từ xa hoặc rô bốt điều khiển độc lập các cơ sở, thiết bị, máy móc nghề cá để hoàn thành mọi hoạt động sản xuất và quản lý của trại cá…

Cuối cùng, các trang trại nuôi cá thông minh dựa vào công nghệ kỹ thuật số và thông minh để giải quyết các vấn đề về thiếu lao động nuôi trồng thủy sản, ô nhiễm nước, rủi ro cao và hiệu quả thấp. Trang trại nuôi cá thông minh là sự chuyển đổi công nghiệp phương thức sản xuất thủy sản và là hướng phát triển của ngành thủy sản trong tương lai. Trang trại cá thông minh có thể được chia thành bốn loại theo các môi trường nuôi khác nhau: trang trại cá thông minh kiểu ao, trang trại cá thông minh kiểu nhà máy trên đất liền, trang trại cá thông minh kiểu lồng và trang trại biển thông minh.

Trang trại cá thông minh kiểu ao thu thập thông tin chất lượng nước bằng cách sử dụng các cảm biến trong thời gian thực và tuần tra bằng máy bay không người lái để thu thập các hoạt động trên mặt nước của cá. Tình trạng sinh trưởng và quá trình ăn mồi của cá được quan sát bằng cá bionic. Chất lượng nước được điều chỉnh bằng cách bón phân và phun hóa chất trên thuyền không người lái. Mồi được vận chuyển bằng xe không người lái. DO được kiểm soát chính xác bởi hệ thống sục khí thông minh. Bộ nạp mồi thông minh thực hiện cho ăn chính xác và tự động. Việc thu hoạch thông minh được thực hiện bằng máy lưới kéo tự động và máy phân phối cá. Chỉ khi tất cả các hệ thống hoạt động cùng nhau một cách có trật tự thì hoạt động đáng tin cậy của trang trại cá thông minh kiểu ao mới có thể được đảm bảo.

Trang trại nuôi cá thông minh kiểu nhà máy trên đất liền chủ yếu thực hiện nuôi trồng thủy sản tuần hoàn tự động (RAS). Trang trại cá này chủ yếu tích hợp các bộ lọc vi mô, bộ lọc sinh học, máy cho ăn thông minh, thiết bị sử dụng và lọc nước đuôi nuôi trồng thủy sản, cũng như các công nghệ thiết bị thông minh và mô hình tiên tiến để xây dựng mô hình nuôi trồng thủy sản ba chiều tuần hoàn của cá. Trên cơ sở nghiên cứu sâu về mối quan hệ giữa các yêu cầu cơ bản về sinh học nuôi trồng thủy sản với các thông số vận hành của hệ thống RAS, đưa ra quyết định khoa học về mật độ nuôi tối ưu, nhu cầu môi trường nước phù hợp và chiến lược quản lý nuôi trồng thủy sản hiệu quả đối với cá đáy theo phương thức nuôi tái chế được thực hiện bằng cách thu thập rộng rãi dữ liệu sản xuất và tích hợp công nghệ phân tích dữ liệu lớn. Bằng cách tích hợp các công nghệ chọn lọc và sản xuất giống chất lượng cao, trang trại cá thiết lập một công nghệ hỗ trợ các phương pháp nhân giống tốt phù hợp cho nuôi trồng thủy sản tuần hoàn và thực hiện toàn bộ quá trình giao phối cá bố mẹ, ấp trứng, nuôi cá bột, nuôi cá trưởng thành, bán hàng và đóng gói…

Trang trại biển thông minh thường sử dụng máy ảnh bề mặt độ nét cao và robot dưới nước để thu thập thông tin video của trang trại trong thời gian thực, sau đó truyền video đến máy chủ dữ liệu trong trung tâm kiểm soát thông tin trên bờ bằng mạng truyền dẫn cho mục đích nhận dạng sinh học, phân tích hành vi và ước tính sinh khối. Bằng cách cài đặt các cảm biến Doppler, máy ảnh dưới nước và sonar, trang trại thu được dữ liệu về dòng hải lưu và sự phân bố của thực vật và động vật gần các rạn san hô nhân tạo. Trang trại sử dụng phao giám sát chất lượng nước, trạm theo dõi thời tiết, thuyền quản lý, radar và các thiết bị giám sát di động dưới nước khác để thực hiện giám sát toàn diện tự động của trang trại trên biển. Sử dụng công nghệ viễn thám vệ tinh (SRS), các trang trại nuôi cá biển có thể đánh giá sự thay đổi của trữ lượng cá ở các quy mô không gian và thời gian khác nhau (George 2014). Dựa trên sự tương tác giữa vi sóng và cấu trúc vi mô bề mặt biển, công nghệ viễn thám radar khẩu độ tổng hợp có thể cảm nhận từ xa dòng hải lưu, lốc xoáy và các thông tin môi trường biển liên quan đến nghề cá khác. Phương pháp cho ăn trong trang trại có thể chọn sử dụng thiết bị bay không người lái để rải mồi trong không khí hoặc chọn sử dụng thuyền không người lái để đóng mặt nước để tự động cho ăn. Việc cung cấp vật liệu cho các trang trại trên biển thường được vận chuyển bằng thuyền không người lái theo cách tiếp sức trên biển.

Ngoài cơ sở hạ tầng nghề cá cụ thể, bốn loại trại cá thông minh đều bao gồm hệ thống giám sát môi trường nước trên và dưới nước, hệ thống kiểm soát chất lượng nước và cho ăn, nền tảng phương tiện không người lái cho các nhiệm vụ giám sát, kiểm soát và vận chuyển phụ trợ, và hệ thống thu hoạch cá trưởng thành. Trong tương lai, trang trại nuôi cá thông minh có thể linh hoạt lựa chọn nền tảng phần cứng theo các yêu cầu nuôi trồng thủy sản khác nhau. Sự hợp tác giữa các thiết bị được thực hiện dựa trên Internet vạn vật (IoT) và 5G. Việc điều khiển chính xác thiết bị hoàn toàn phụ thuộc vào sự tính toán chính xác của các thuật toán thông minh. Các công nghệ chính liên quan đến trại cá thông minh sẽ được giới thiệu trong phần còn lại của bài viết.

Trang trại cá thông minh kiểu lồng có được thông tin về chất lượng nước biển và dòng hải lưu bằng cách sử dụng các cảm biến, đồng thời thu thập thông tin về chuyển động và thức ăn của cá bằng thị giác máy và sonar. Sà lan thức ăn có thể cung cấp mồi chính xác theo chất lượng nước, sinh khối cá và hành vi kiếm ăn. Lưới dưới nước được robot giặt lưới tự động làm sạch. Công việc đánh bắt cá tự động được thực hiện nhờ hệ thống nâng lưới tự động và máy bơm cá. Việc kiểm soát khẩn cấp chất lượng nước được thực hiện bằng hệ thống bổ sung ánh sáng và oxy khẩn cấp. Trại cá được chia thành loại nổi và loại cố định. Nó sẽ hình thành chế độ nuôi trồng thủy sản ba chiều theo tầng nước nơi các đối tượng nuôi trồng thủy sản khác nhau sinh sống. Mồi câu, năng lượng và các tư liệu sản xuất khác sẽ được vận chuyển từ kho chứa trên đất liền đến khu vực nuôi bằng tàu không người lái. Trang trại nuôi cá thông minh kiểu lồng có thể giảm bớt áp lực về tài nguyên ngoài khơi và giải quyết hiệu quả vấn đề nuôi trồng thủy sản trên đất liền chiếm nhiều diện tích.

Thanh Tùng