Nanotecnologia e inteligência artificial podem ser a chave para desbloquear o desafio da segurança alimentar global

Mudanças climáticas, crescimento populacional, demandas competitivas por terras para a produção de biocombustíveis e o declínio da qualidade do solo significam que está se tornando cada vez mais difícil alimentar as populações mundiais.

A Organização das Nações Unidas (ONU) estima que 840 milhões de pessoas serão afetadas pela fome até 2030, mas os pesquisadores desenvolveram um roteiro que combina agricultura inteligente e nano com inteligência artificial e recursos de aprendizado de máquina que podem ajudar a reduzir esse número.

Publicar suas descobertas hoje em Plantas naturais, uma equipe internacional de pesquisadores liderada pela Universidade de Birmingham define as próximas etapas necessárias para usar a IA para aproveitar o poder dos nanomateriais de forma segura, sustentável e responsável:

• Entenda o destino de longo prazo dos nanomateriais em ambientes agrícolas: como os nanomateriais podem interagir com raízes, folhas e solo;
• Avaliar o impacto de longo prazo do ciclo de vida dos nanomateriais no ecossistema agrícola, por exemplo, como a aplicação repetida de nanomateriais afetará os solos;
• Adote uma abordagem de nível de sistema para a agricultura nano-capacitada: use os dados existentes sobre a qualidade do solo, rendimento da colheita e eficiência do uso de nutrientes (EUN) para prever como os nanomateriais se comportarão no meio ambiente; Y
• Use inteligência artificial e aprendizado de máquina para identificar as principais propriedades que controlarão o comportamento dos nanomateriais em ambientes agrícolas.

A coautora do estudo Iseult Lynch, professora de nanociências ambientais da Universidade de Birmingham, comentou: “As estimativas atuais mostram que quase 690 milhões de pessoas passam fome, quase nove por cento da população do planeta. Encontrar soluções agrícolas sustentáveis ​​para esse problema exige que você adote novas abordagens ousadas e integre conhecimentos de vários campos, como ciência dos materiais e ciência da computação.

“A agricultura de precisão, que usa nanotecnologia e inteligência artificial, oferece oportunidades empolgantes para a produção sustentável de alimentos. Podemos vincular os modelos existentes para o ciclo de nutrientes e a produtividade das culturas com abordagens de nanoinformática para ajudar as culturas, como o solo, a funcionar melhor, com segurança, sustentabilidade e responsabilidade.”

O principal motor da inovação na agricultura é a necessidade de alimentar a crescente população mundial com uma área agrícola cada vez menor, preservando a saúde do solo e protegendo a qualidade do meio ambiente.

A intensificação da agricultura resultou em um EUN global extremamente pobre, o que representa uma séria ameaça à qualidade ambiental, pois grandes quantidades de nutrientes são perdidos na água e no ar, aquecendo o planeta, e quase 11% das emissões globais de gases de efeito estufa vêm da agricultura .

Particularmente preocupante é a emissão de óxido nitroso “gás hilariante” como resultado da fertilização excessiva com nitrogênio do solo, que é 300 vezes mais potente do que o dióxido de carbono na indução do aquecimento global. Aproximadamente 70% das emissões antropogênicas de óxido nitroso para a atmosfera vêm do setor agrícola.

Os nanofertilizantes oferecem o potencial de atingir a fertilidade da safra, melhorar a EUN e reduzir a emissão de óxido nitroso, o que pode ajudar a apoiar as emissões líquidas de gases de efeito estufa até 2050 de acordo com as metas da Lei de Mudança.

A equipe de pesquisa, que inclui especialistas da Academia Militar Helênica, em Vari, Grécia, e Novamechanics Ltd, em Nicósia, Chipre, observou que a nanotecnologia oferece um grande potencial para melhorar a agricultura de quatro maneiras principais:

• Melhorar as taxas de produção e rendimentos das colheitas;
• Aumente a saúde do solo e a resiliência da planta;
• Melhorar a eficiência dos recursos, como fertilizantes, e reduzir a poluição; Y
• Desenvolva plantas com sensores inteligentes que possam alertar os agricultores sobre os estresses ambientais.

O co-autor, Dr. Peng Zhang, Marie Skodowska-Curie Research Fellow da Universidade de Birmingham, comentou: “Abordagens computacionais, incluindo inteligência artificial e aprendizado de máquina, desempenharão um papel crítico na condução do progresso da nano agricultura. Essas abordagens já estão começando obter aceitação regulamentar para a avaliação de segurança de nanomateriais, permitindo o desenvolvimento de nanomateriais seguros desde o projeto para produtos de consumo e medicamentos.

“A integração da inteligência artificial e da nanotecnologia na agricultura de precisão terá um papel vital na sondagem dos parâmetros de design de nanomateriais para uso na distribuição de fertilizantes e pesticidas para garantir um impacto mínimo na saúde do solo. Juntamente com o mínimo de resíduos de nanomateriais remanescentes em porções de tecido comestível , ajudando a garantir uma agricultura segura e sustentável. “

Fonte da história:

Materiais fornecido por Universidade de Birmingham. Nota: o conteúdo pode ser editado quanto ao estilo e comprimento.