Jordbruket förbrukar mer än 70 procent av världens årliga vattenförbrukning. Med små gårdar som producerar nästan 80 procent av maten för utvecklingsländerna, att säkerställa kvaliteten och säkerheten för vår vattenförsörjning är avgörande. Miljöanalyser för jordbruket bygger ofta på dyra och tidskrävande laboratorietester utförda långt bort från gården. Som ett resultat, kemisk analys är snabbt föråldrad och begränsad till små provtal.

Mitt team bestämde sig för att hitta ett sätt att förenkla testprocessen och göra det överkomligt för små bönder att övervaka hälsan hos deras jord och vatten. Vår prototyp, AgroPad, möjliggör realtid, på plats, kemisk analys av ett jord- eller vattenprov, använder AI.

Så - hur fungerar det?

En droppe vatten eller jordprov placeras på AgroPad, som är en pappersenhet som är ungefär lika stor som ett visitkort. Mikrofluidikchipet inuti kortet utför en kemisk analys av provet på plats, ger resultat på mindre än 10 sekunder.

Uppsättningen av cirklar på baksidan av kortet ger kolorimetriska testresultat; färgen på varje cirkel representerar mängden av en viss kemikalie i provet. Med en smartphone, bonden skulle sedan ta en enda ögonblicksbild av AgroPad med hjälp av en dedikerad mobilapplikation och omedelbart får ett kemiskt testresultat.

AgroPad:"AI på kanten"

Denna "AI on the edge" beräkningsmetod använder maskininlärning och maskinvisionsalgoritmer för att översätta den uppmätta färgsammansättningen och intensiteten till koncentrationer av kemikalier i provet, vilket gör det mer tillförlitligt än tester baserade på enbart mänsklig syn. Testdata kan samtidigt strömmas till en molnplattform och märkas med en digital tagg som unikt identifierar tiden, lokalisering och resultat av den kemiska analysen. Molnplattformen möjliggör hantering och integration av miljontals individuella tester som utförs vid olika tidpunkter och platser. Detta är en viktig funktion för övervakning, till exempel, förändringen i konstgödselkoncentrationen i en viss region under hela året.

Vi har för närvarande en prototyplösning med fem parametrar för jord- och vattentestning som mäter pH, kvävedioxid, aluminium, magnesium och klor. Vi utökar kontinuerligt biblioteket med kemiska indikatorer som är tillgängliga för distribution. varje AgroPad kan anpassas utifrån den enskilda användarens behov.

Eftersom pappersbaserade tester kan utföras på ett tillförlitligt sätt av icke-experter, offentlig datainsamling med omedelbar digitalisering i kemisk avkänning blir en verklig möjlighet. Tillsammans med låg kostnad, massproduktion av den pappersbaserade enheten och storskalig distribution via mobil- och molneteknik, den utforskande prototypen kan revolutionera det digitala jordbruket och miljötester.

Denna berättelse publiceras på nytt med tillstånd av IBM Research. Läs den ursprungliga historien här.