L'agriculture consomme plus de 70 pour cent de l'utilisation annuelle de l'eau dans le monde. Avec de petites exploitations produisant près de 80 pour cent de la nourriture pour le monde en développement, assurer la qualité et la sécurité de notre approvisionnement en eau est essentiel. L'analyse environnementale pour l'agriculture repose souvent sur des tests de laboratoire coûteux et chronophages effectués loin de la ferme. Par conséquent, l'analyse chimique est rapidement obsolète et limitée à de petits échantillons.

Mon équipe a cherché un moyen de simplifier le processus de test et de le rendre abordable pour les petits agriculteurs pour surveiller la santé de leur sol et de leur eau. Notre prototype, l'AgroPad, permet le temps réel, sur place, analyse chimique d'un échantillon de sol ou d'eau, en utilisant l'IA.

Alors, comment ça marche?

Une goutte d'eau ou un échantillon de sol est déposé sur l'AgroPad, qui est un appareil en papier de la taille d'une carte de visite. La puce microfluidique à l'intérieur de la carte effectue sur place une analyse chimique de l'échantillon, fournir des résultats en moins de 10 secondes.

L'ensemble de cercles au dos de la carte fournit les résultats des tests colorimétriques; la couleur de chaque cercle représente la quantité d'un produit chimique particulier dans l'échantillon. A l'aide d'un smartphone, l'agriculteur prendrait alors un instantané unique de l'AgroPad à l'aide d'une application mobile dédiée et recevrait immédiatement un résultat de test chimique.

AgroPad :"L'IA à la pointe"

Cette approche informatique « IA on the edge » utilise des algorithmes d'apprentissage automatique et de vision artificielle pour traduire la composition et l'intensité des couleurs mesurées en concentrations de produits chimiques dans l'échantillon, ce qui le rend plus fiable que les tests basés uniquement sur la vision humaine. Les données de test peuvent être simultanément diffusées sur une plate-forme de cloud computing et étiquetées avec une étiquette numérique qui identifie de manière unique l'heure, l'emplacement et les résultats de l'analyse chimique. La plate-forme cloud permet la gestion et l'intégration de millions de tests individuels effectués à différents moments et emplacements. Il s'agit d'une caractéristique importante pour la surveillance, par exemple, le changement de concentration d'engrais dans une région particulière tout au long de l'année.

Nous disposons actuellement d'une solution prototype à cinq paramètres pour l'analyse du sol et de l'eau qui mesure le pH, dioxyde d'azote, aluminium, magnésium et chlore. Nous étendons continuellement la bibliothèque d'indicateurs chimiques disponibles pour le déploiement ; chaque AgroPad peut être personnalisé en fonction des besoins de l'utilisateur individuel.

Étant donné que les tests sur papier peuvent être effectués de manière fiable par des non-experts, la collecte de données publiques avec numérisation instantanée en détection chimique devient une réelle possibilité. Avec un faible coût, production de masse du dispositif papier et déploiement à grande échelle via les technologies mobiles et cloud, le prototype exploratoire pourrait révolutionner l'agriculture numérique et les tests environnementaux.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation d'IBM Research. Lisez l'histoire originale ici.