Искусственный интеллект повышает энергоустойчивость производства еды в помещениях

Внедрение искусственного интеллекта (ИИ) в современные системы контроля окружающей среды может сократить потребление энергии для нужд сельского хозяйства в помещениях на 25%. Это потенциально поможет прокормить растущее население мира, как выяснили инженеры из Корнеллского университета.

Исследование "Artificial Intelligence Can Regulate Light and Climate Systems to Reduce Energy Use in Plant Factories and Support Sustainable Food Production" опубликовано в журнале Nature Food.

По прогнозам ООН, к 2050 году население мира достигнет 9,7 миллиарда человек. Этот рост в сочетании с изменением климата и урбанизацией требует устранения недостатков в современных системах производства продуктов питания.

Методы выращивания в помещениях, такие как растительные фабрики с искусственным освещением, менее уязвимы к изменению климата, но они энергоемки и требуют тщательного управления ресурсами для устойчивости.

"Существующие системы контроля окружающей среды недостаточно умны", — отметил Фэнци Ю, со-директор Института цифрового сельского хозяйства Корнелла.

Вентиляция может снизить потребление энергии, но усложняет рост растений, влияя на уровень углекислого газа и баланс влажности. Инструменты ИИ могут помочь методам регулирования учитывать эти критерии.

"Искусственный интеллект предлагает многообещающее решение, управляя несколькими сложностями", — сказал Бенджамин Декарди-Нельсон, постдок из лаборатории Фэнци Ю.

Используя методы ИИ, такие как глубокое обучение с подкреплением и вычислительная оптимизация, ученые проанализировали выращивание салата в помещениях в восьми различных локациях США, а также в Рейкьявике (Исландия) и Дубае (ОАЭ).

ИИ снижает потребление энергии, оптимизируя системы освещения и климат-контроля. Потребление энергии упало до 6,42 кВт·ч на килограмм свежего веса (энергия, необходимая для производства одного килограмма салата в помещении) с 9,5 кВт·ч/кг в местах, где не используется технология ИИ. Для более теплых районов, таких как Дубай или южные штаты США, ИИ снизил потребление энергии до 7,26 кВт·ч/кг с 10,5 кВт·ч/кг.

Низкая вентиляция в светлые периоды (16 часов искусственного солнечного света) и высокая вентиляция в темные периоды (8 часов, имитирующих ночь) обеспечили энергоэффективное решение для оптимального уровня CO₂ для фотосинтеза, кислорода для дыхания и роста растений, сбалансировав другие требования к вентиляции.

"Это очень похоже на концепцию умного дома", — сказал Фэнци Ю. — "Мы хотим чувствовать себя комфортно дома, экономя энергию; то же самое и с культурами. Эта работа направлена на создание умной системы для оптимального, устойчивого производства продуктов питания и снижения углеродного следа. Это то, что ИИ делает очень хорошо".

Оптимизируя операции с помощью ИИ для снижения энергопотребления, внутренние фермы становятся жизнеспособными даже в регионах с ограниченными возможностями для экономии энергии.