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バーミンガム大学の研究者らは、ナノテクノロジーとAIを農業に活用することで、安全かつ持続可能な方法で世界的な食糧不安を解決できる可能性があることを発見した。
研究によると、ナノテクノロジーと人工知能（AI）を農業に活用することで、世界の食料安全保障を脅かす課題に対する実用的な解決策が得られる可能性があることがわかっています。
研究、英国バーミンガム大学の研究者らによって行われたこの研究では、「精密農業」によって農家がテクノロジーを利用して作物の生育の変化にリアルタイムでどのように対応できるようになるかを調査している。
「精密農業」とは、作物の変動を測定してそれに対応する農業方法を指し、効率の最適化と無駄の削減を目的とした土地の管理を可能にします。
この場合、AI とナノテクノロジーを使用して、作物と土壌の両方のパフォーマンスを向上させることができます。
気候変動、人口増加、バイオ燃料生産のための土地需要の競合、土壌品質の低下などにより、地球市民に食料を供給することがますます困難になっています。
世界の食料安全保障に対する課題
国連は、2030 年までに 8 億 4,000 万人が飢餓の影響を受けると推定しています。これに応えて研究者らは、この数の削減に役立つ可能性のあるスマート農業と AI および機械学習を組み合わせたロードマップを開発しました。
現在、地球上の人口のほぼ9パーセントが飢えています。
「この問題に対する持続可能な農業の解決策を見つけるには、大胆な新しいアプローチを採用し、材料科学や情報学などの多様な分野の知識を統合する必要があります」と研究共著者のイゾルト・リンチ氏は言う。
「ナノテクノロジーと人工知能を使用した精密農業は、持続可能な食料生産のための刺激的な機会を提供します。栄養素の循環と作物の生産性に関する既存のモデルをナノインフォマティクスのアプローチと結び付けることで、作物と土壌の両方が安全に、持続可能かつ責任を持ってより良く機能するように支援できます。」
農業技術革新の主な動機は、土壌の健全性を維持し、環境の質を保護しながら、農業利用可能な土地面積の減少で増加する世界人口を養うという現在のニーズにあります。
水現在の農業の課題においても重要な役割を果たしています。さらに数百万人が深刻な飢餓の危険にさらされている新型コロナウイルス感染症のパンデミックは、食料と栄養の背後にあるシステム全体を再考する極めて重要な年への舞台を整えた。しかし、国連の持続可能な開発目標6で定められている、2030年までにすべての人に水と衛生を確保するという目標の達成は軌道から外れており、多くの水源が信頼できなくなるか、汚染が進むか、あるいはその両方が進んでいます。
農業部門における非効率性と窒素排出
農業の集約化により、地球規模の窒素利用効率が極端に低下しました。これは、農業プロセスで使用される窒素のうち、実際に植物がどれだけ吸収するかを指します。大量の栄養素が水と空気に失われ、地球が温暖化するため、非効率は環境の質に深刻な脅威をもたらし、世界の温室効果ガス排出量のほぼ 11% が農業から発生しています。
土地の過剰な施肥の結果として生じる「笑気ガス」亜酸化窒素の排出は、地球温暖化を引き起こす二酸化炭素の300倍強力であるため、特に懸念されている。大気中への亜酸化窒素排出量の 70% は農業部門から排出されます。
ナノ肥料は、作物の肥沃度を目標にし、窒素利用効率を高め、亜酸化窒素排出量を削減する可能性をもたらし、英国の気候変動法に基づく2050年までの温室効果ガス排出実質ゼロ目標をサポートするのに役立つ可能性がある。
研究者らは、ナノテクノロジーが次の 4 つの主要な方法で農業を強化できることを発見しました。土壌の健康と植物の回復力を高める。肥料などの資源の効率を改善し、汚染を軽減します。農家に環境ストレスを警告できるスマートセンサープラントの開発も行っています。
「AI とナノテクノロジーを精密農業に統合することは、土壌の健康への影響を最小限に抑えるために肥料や農薬の供給に使用するナノマテリアルの設計パラメーターを調査する上で重要な役割を果たし、安全で持続可能な農業の確保に役立ちます。」と共著者の Peng Zhang 氏は述べています。と結論づけます。
