สมาร์ทฟาร์เมอร์ 4.0 ด้วยระบบจ่ายน้ำอัจฉริยะ

 โดย ปอย

เพื่อแก้ปัญหาระบบการตั้งเวลาให้น้ำยังมีความแม่นยำไม่เพียงพอ ประสิทธิภาพการให้น้ำต่ำ และพืชแต่ละชนิดก็ต้องการน้ำมากน้อยไม่เท่ากัน ไม่สามารถรู้ได้ว่าปริมาณน้ำที่ให้กับพืชนั้นเพียงพอหรือไม่?

จึงเป็นแรงบันดาลใจให้ ผศ.ดร.โชติพงศ์ กาญจนประโชติ คณะวิศวกรรมและอุตสาหกรรมเกษตร มหาวิทยาลัยแม่โจ้ ออกแบบและพัฒนา “ระบบอุปกรณ์จ่ายน้ำเพื่อการเกษตรแบบแม่นยำอัจฉริยะ” เครื่องมือช่วยให้เกษตรกรสามารถให้น้ำพืชที่ปลูกได้แม่นยำ มีประสิทธิภาพมากขึ้น

การทำงานสมาร์ทฟาร์เมอร์ 4.0 ด้วยระบบจ่ายน้ำอัจฉริยะเครื่องนี้ เปิดตัวในงาน Thailand Research Week : มหกรรมงานวิจัยแห่งชาติ 2560 ที่ผ่านมา ณ โรงแรมเซ็นทาราแกรนด์และบางกอกคอนเวนชันเซ็นเตอร์ เซ็นทรัลเวิลด์

ผศ.ดร.โชติพงศ์ อธิบายว่า พืชแต่ละชนิดต้องการน้ำเพื่อการเจริญเติบโตในแต่ละช่วงไม่เท่ากัน ซึ่งจริงๆ แล้วมันคือ “ค่าปริมาณความชื้นในดิน” ส่งผลต่อการเจริญเติบโต โดยดินแต่ละชนิดก็มีค่าความชื้นที่เป็นประโยชน์กับพืชไม่เท่ากัน การศึกษาเริ่มจากการวิเคราะห์ค่าความชื้นในดินแต่ละชนิดที่ใช้ปลูกพืช เพื่อกำหนดค่ามาตรฐานต่ำสุดสูงสุดของดินแต่ละชนิด แล้วจึงได้ออกแบบพัฒนาระบบอุปกรณ์จ่ายน้ำแบบแม่นยำอัจฉริยะขึ้น

 “ระบบอุปกรณ์จ่ายน้ำแบบแม่นยำอัจฉริยะ ประกอบด้วย 4 ส่วน ได้แก่ แอพพลิเคชั่นสั่งการและแสดงผลบนสมาร์ทโฟน อุปกรณ์วัดค่าความชื้นในดินราคาถูก อุปกรณ์ประมวลผลและสั่งการไร้สายสำหรับการเปิด-ปิดวาล์วน้ำอัตโนมัติ และอุปกรณ์วาล์วน้ำอัจฉริยะไร้สาย โดยการทำงานของระบบอุปกรณ์ก่อนอื่นเกษตรกรจะต้องกำหนดค่าความชื้นในดินสูงสุด ต่ำสุด บนแอพพลิเคชั่น เพื่อส่งข้อมูลไปยังสมองกลฝังตัว (Microcontroller)

 "ระบบจะทำกระบวนการประมวลผลโดยเปรียบเทียบค่าปริมาณความชื้นในดินในแปลงเพาะปลูก ที่ส่งมาจากเซ็นเซอร์ที่ถูกฝังอยู่ใต้ดินในระดับรากพืช กับค่าความชื้นในดินสูงสุด ต่ำสุด และทำการสั่งการการทำงานของวาล์วเพื่อเปิดจ่ายน้ำไปสู่แปลงเพาะปลูก และเมื่อค่าความชื้นในดินเพิ่มขึ้นจนถึงค่าสูงสุดที่ตั้งไว้ เซ็นเซอร์จะสั่งการให้วาล์วปิดการให้น้ำด้วยตัวเองโดยอัตโนมัติ ซึ่งเกษตรกรสามารถมอนิเตอร์การทำงานของระบบผ่านแอพพลิเคชั่นจากสมาร์ทโฟน”

ขั้นเริ่มต้นของการวิจัยออกแบบและพัฒนาระบบอุปกรณ์จ่ายน้ำแบบแม่นยำอัจฉริยะนั้น ผศ.ดร.โชติพงศ์ บอกแต่ในระยะแรกอุปกรณ์ทั้งหมดต้องอาศัยสายไฟฟ้า และสายนำสัญญาณต่อเข้าไปในแปลงการเพาะปลูก ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อกิจกรรมการทำงานด้านการเกษตร รวมถึงวัสดุที่นำมาใช้ผลิตเป็นอุปกรณ์ตรวจวัดค่าความชื้นในดินยังไม่มีประสิทธิภาพมากนัก

เนื่องจากเมื่อใช้งานไปสักระยะ ค่าความแม่นยำในการวัดจะลดลงเนื่องจากจะเกิดสนิมเกลือบนพื้นผิววัสดุที่ใช้ ทำหัวตรวจวัดค่าการนำไฟฟ้าในดิน ทำให้การวัดค่าความชื้นมีความคลาดเคลื่อน และต้องเปลี่ยนชุดอุปกรณ์อยู่บ่อยครั้ง

 “ปัจจุบันพัฒนาหาวัสดุมีความทนทานต่อการเกิดสนิมเกลือได้สำเร็จ แหล่งพลังงานของอุปกรณ์ทุกชิ้นเปลี่ยนมาเป็นพลังงานจากแสงอาทิตย์ และระบบสั่งการระหว่างอุปกรณ์ด้วยการใช้ระบบ Wi-Fi 2.4GHz ซึ่งทำให้สามารถติดตั้งชุดอุปกรณ์ตรงบริเวณใดก็ได้ในแปลงเพาะปลูก โดยไม่ต้องใช้สายไฟหรือสายสัญญาณใดๆ อีกต่อไป การติดต่อกันของอุปกรณ์ด้วยคลื่นความถี่วิทยุทำงานแบบ IoT มีระยะห่างระหว่างชุดอุปกรณ์ประมาณ 100 เมตร และสามารถทำงานแบบเป็นเครือข่ายได้ (Wireless Network Sensor)”

ข้อดีหรือประโยชน์ของการใช้ระบบอุปกรณ์จ่ายน้ำแบบแม่นยำอัจฉริยะ ผศ.ดร.โชติพงศ์ ชี้ว่า ต้นพืช ผัก ผลไม้ ที่ปลูกจะได้รับน้ำที่เหมาะสมเพียงพอต่อความต้องการ และมีความแม่นยำ ช่วยเกษตรกรลดการใช้แรงงาน หมดกังวลต่อระยะเวลาการรดน้ำแปลงเพาะปลูก ประหยัดไฟ

ที่สำคัญคือลดความสิ้นเปลืองทรัพยากรน้ำ โดยเฉพาะในฤดูฝนดินได้รับน้ำจากธรรมชาติ ดินมีค่าความชื้นที่ได้รับจากน้ำฝน ทำให้ประหยัดน้ำได้อีก นำไปสู่การลดต้นทุนการผลิต

"การทดลองใช้ในแปลงเพาะปลูกข้าวโพดหวานอุตสาหกรรมของเกษตรกร ซึ่งต้องการผลผลิตที่มีน้ำหนักต่อฝักประมาณ 500 กรัม เมล็ดเต็มฝัก ได้ผลผลิตเกรด A ประมาณ 80% ต่อไร่ เมื่อเทียบกับการให้น้ำแบบเดิมของเกษตรกร ซึ่งอยู่ที่ไม่เกิน 20% ต่อไร่ ส่วนผลผลิตกิโลกรัมต่อไร่เพิ่มขึ้นมาประมาณ 45%”

ผศ.ดร.โชติพงศ์ บอกว่า ต้องมีการศึกษาเพื่อพัฒนาระบบอุปกรณ์จ่ายน้ำแบบแม่นยำอัจฉริยะนี้ต่อเนื่อง

“ขณะนี้มอเตอร์วาล์วต้องซื้อจากภายนอก ซึ่งมีราคาประมาณ 3,000 บาท ทำให้ต้นทุนของระบบอุปกรณ์จ่ายทั้งหมดอยู่ที่ประมาณ 8,000 บาท หากเราผลิตได้เองก็จะลดราคาลงมาได้เหลือเพียง 5,000 บาท/ชุด เพื่อให้เกษตรกรเข้าถึงได้ง่ายขึ้น

"นอกจากนี้ ยังต้องมีการพัฒนารูปแบบของแอพพลิเคชั่นให้ใช้งานกับชุดเซ็นเซอร์หลายตัวได้พร้อมๆ กัน ในกรณีที่แปลงเพาะปลูกจำเป็นต้องใช้ชุดอุปกรณ์หลายชุดในพื้นที่เดียวกัน และสิ่งสำคัญคือการพัฒนาอัลกอริทึมในการตัดสินใจการให้น้ำที่มีความแม่นยำมากขึ้น

"โดยนำค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เกี่ยวข้องกับความต้องการการใช้น้ำของพืชเข้ามาใส่ในสมการ เช่น ค่าแรงดึงน้ำในอากาศ (Vapor Pressure Different) หรือ VPD และข้อมูลค่าดัชนีพืชพรรณ Normalized Difference Vegetation Index หรือ NDVI เข้ามาร่วมคำนวณสำหรับการตัดสินใจให้น้ำเพื่อความแม่นยำและเฉพาะเจาะจงในช่วงเวลาที่พืชต้องการใช้น้ำเท่านั้น ก็จะช่วยประหยัดน้ำได้มากขึ้น”

ขั้นตอนต่อไปคือการจดสิทธิบัตรผลงานระบบอุปกรณ์จ่ายน้ำแบบแม่นยำอัจฉริยะ ซึ่ง ผศ.ดร.โชติพงศ์ ในฐานะเจ้าของผลงานหวังว่าจะมีผู้ประกอบการ หรือสตาร์ทอัพเข้ามาผลักดันไปสู่การผลิตและจำหน่ายให้แก่เกษตรกร

“ในฐานะนักวิชาการ นักวิจัยด้านการเกษตร ผมหวังเป็นอย่างยิ่งว่าผลงานชิ้นนี้จะช่วยสร้างสตาร์ทอัพ และสมาร์ทฟาร์เมอร์ให้กับประเทศไทยมากขึ้น เพราะการทำการเกษตรในยุคปัจจุบันและอนาคตเราไม่สามารถทำการเกษตรแบบเดิมๆ หรือพึ่งพาธรรมชาติได้อีกต่อไป

"การนำนวัตกรรมและเทคโนโลยีเข้ามาใช้จะช่วยลดต้นทุน เพิ่มผลผลิต และสร้างรายได้ที่มั่นคงให้กับเกษตรกร ซึ่งผมก็พยายามที่จะคิดเครื่องมือที่ให้เกษตรกรไทยเข้าถึงได้ ใช้งานได้จริง"

การนำเอาผลงานวิจัยมาใช้จริง เป็นการพัฒนาประเทศเข้าสู่ไทยแลนด์ 4.0 ตามนโยบายของรัฐบาลได้อย่างสัมฤทธิผล