Cây trồng đặc sản bao gồm trái cây, rau, hạt cây, trái cây sấy khô và cây ươm. Đối mặt với tình trạng thiếu lao động, cạnh tranh toàn cầu, nhu cầu về chất lượng cao hơn và lo ngại về tác động môi trường, ngành cây trồng đặc sản đang khẩn trương tìm kiếm các thiết bị tự động để hỗ trợ trồng trọt, thu hoạch, xử lý và chế biến. Các nhà nghiên cứu tại các trường đại học cấp đất ở nhiều bang đang hợp tác để phát triển các hệ thống tự động hoạt động tốt cho các loại cây trồng đặc sản. Với cách tiếp cận hợp tác này, gánh nặng chi phí nghiên cứu và phát triển được dỡ bỏ khỏi một ngành cây trồng đặc sản duy nhất và đang đạt được những tiến bộ lớn. Trong 5 năm qua, các nhà nghiên cứu đã xác định các thông số chính liên quan đến sản xuất cây trồng đặc sản và phát triển các cảm biến để phát hiện và đo lường các thông số này. Các nhà nghiên cứu đã thiết kế các thiết bị cơ giới hóa và hợp tác với các nhà sản xuất cũng như nông dân để thương mại hóa và triển khai các công nghệ mới. Tự động hóa đang giúp ngành trồng trọt đặc sản khắc phục tình trạng thiếu lao động, đưa ra quyết định quản lý thông minh, bảo tồn tài nguyên và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng. Những tiến bộ này mang lại sự tiết kiệm đáng kể cho người trồng và người tiêu dùng, đồng thời cải thiện tính bền vững cho ngành
Các thiết bị tự động giúp nông dân lập bản đồ sản lượng trái cây và xem liệu có vấn đề ở đâu và có vấn đề gì để họ có thể đưa ra các quyết định quản lý hiệu quả, có mục tiêu. Ước tính chính xác về sản lượng cũng rất quan trọng đối với các quyết định tiếp thị. Dữ liệu về vị trí của quả và hình dạng của cành cây được sử dụng để lập trình cho máy thu hoạch vườn cây ăn quả.
• Đại học Florida đã phát triển robot tự động đếm và lập bản đồ số lượng trái cây trên cây có múi.
• Các nhà nghiên cứu của Đại học California-Davis đã phát triển túi và xe hái trái cây với các dụng cụ lập bản đồ trái cây trong vườn.
Công nghệ quản lý và phát hiện bệnh tự động có thể giảm thiểu thiệt hại cho cây ăn quả.
• Thuốc trừ sâu gây thiệt hại hàng triệu đô la ngoài ý muốn cho cây trồng khi các giọt thuốc phun trôi vào cây trồng không phải mục tiêu. Công việc của Đại học bang Iowa là hướng dẫn sản xuất công nghệ làm giảm sự trôi dạt.
• Người trồng cam quýt đã sử dụng máy xử lý nhiệt do các nhà khoa học của Đại học Florida thiết kế trên hơn 80,000 cây để kiểm soát tiến trình phủ xanh cho cây có múi.
• Đại học Bang Washington đã phát triển máy bay không người lái để ngăn chặn các loài chim ăn và phá hoại cây ăn quả.
• Quy trình kiểm dịch tự động với chi phí thấp giúp ngăn chặn sự lây lan của sâu đục quả cà phê ở Hawaii, giảm tổn thất và cho phép người trồng vận chuyển cà phê đến các thị trường ở các khu vực đông dân cư và du lịch.
• Các thiết bị cầm tay do Đại học Hawaii thiết kế cung cấp cho người trồng cà phê một phương pháp không tốn kém để phát hiện tình trạng căng thẳng về nước ở lá.
Việc phát hiện căng thẳng cho phép người trồng tối ưu hóa việc tưới tiêu và đảm bảo cây ra hoa cùng lúc, giúp việc thu hoạch hiệu quả hơn. Sản xuất và thu hoạch bằng cơ giới có thể ngăn ngừa thương tích do lao động thủ công và giảm thời gian cũng như chi phí thu hoạch cho nông dân.
• 60% ngành chế biến cà chua đã sử dụng máy do Đại học California-Davis thiết kế để kiểm tra nước ép cà chua. Chỉ trong một mùa, máy móc đã loại bỏ hơn 200,000 nguy cơ chuyển động lặp đi lặp lại cho công nhân.
• Nông dân cho biết phương pháp cắt tỉa mới do Cơ quan Khuyến nông Đại học Bang Pennsylvania khuyến nghị có thể sẽ cắt giảm 42% thời gian cắt tỉa và tiết kiệm khoảng 136 USD/mẫu Anh.
• Các nhà nghiên cứu của Đại học Bang Pennsylvania đã thiết kế một thiết bị hỗ trợ thu hoạch giúp loại bỏ tình trạng rơi thang và giảm thời gian người hái táo ở các tư thế bất tiện, nguy hiểm từ 65% xuống 43% thời gian hái. Thiết bị này còn tăng số lượng táo thu hoạch được mỗi giây lên 50%.
• Các nhà khoa học của Đại học Bang Washington đã thiết kế một máy robot quấn sợi cho hoa bia, giúp cắt giảm nhu cầu lao động và chi phí.
• Các nhà nghiên cứu của Đại học Georgia khám phá các công nghệ tự động có giá cả phải chăng sẽ cải thiện hiệu quả thu hoạch quả việt quất, giúp khắc phục tình trạng thiếu lao động và chi phí lao động cao.
• Làm cỏ bằng cơ giới làm giảm nhu cầu sử dụng lao động thủ công và hóa chất tốn kém, có thể gây hại cho môi trường và sức khỏe con người. Đại học Arizona và Đại học California-Davis cho thấy máy làm cỏ liên tiếp tự động giúp giảm yêu cầu lao động tới 30%.
Tự động hóa giúp nông dân bảo tồn tài nguyên, tiết kiệm tiền và giảm phát thải khí nhà kính.
• Sử dụng máy hút ẩm tự động, người trồng cà phê và sôcôla ở Hawaii sử dụng ít năng lượng hơn để sấy khô sản phẩm.
• Các nhà nghiên cứu của Đại học Kentucky đã trình diễn máy kéo hybrid diesel/điện tự hành.
• Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng hệ thống làm cỏ bằng robot tự động có hiệu quả ở mức năng lượng thấp hơn nhiều so với trước đây.
Công nghệ tự động giúp đảm bảo chất lượng và sự hài lòng của người tiêu dùng.
• Đại học Bang Michigan và Đại học California-Davis đã phát triển công nghệ cảm biến có khả năng phát hiện các khuyết tật bên trong và bên ngoài, chẳng hạn như hệ thống nhìn màu và quang phổ tự động suy ra chất lượng sản phẩm tươi sống.
• Các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống tự động có giá cả phải chăng để xác định chính xác cà chua trưởng thành trong quá trình chế biến, đảm bảo sản phẩm có hương vị và lycopene vượt trội.
• Nhu cầu về kava ngày càng tăng. Các nhà nghiên cứu đã thiết kế một hệ thống cơ giới hóa để chiết xuất thêm 900% khẩu phần kava trên mỗi cây.
• Dữ liệu cảm biến cho thấy cách nhân giống việt quất có thể thu hoạch bằng máy mà không bị hư hỏng.
Dự án này, W2009: Nghiên cứu và phát triển hệ thống tích hợp trong tự động hóa và cảm biến cho tính bền vững của cây trồng đặc sản (2013-2018), được tài trợ một phần bởi Quỹ nghiên cứu đa bang thông qua USDA-NIFA và bằng các khoản tài trợ cho các thành viên dự án sau đây các tổ chức: Đại học Arizona, Đại học Auburn, Đại học California-Davis, Đại học bang Colorado, Đại học Florida, Đại học Georgia, Đại học Hawaii, Đại học bang Iowa, Đại học Kentucky, Đại học bang Michigan, Đại học bang Mississippi, Đại học bang Oklahoma , Đại học Bang Oregon, Đại học Bang Pennsylvania, Mở rộng Hợp tác xã Pennsylvania, Nghiên cứu AgriLife Texas, Đại học Bang Washington, Mở rộng Hợp tác xã Washington và Đại học Tây Virginia. Tìm hiểu thêm: bit.ly/W-2009