[論文レビュー] Sustainable and Precision Agriculture with the Internet of Everything (IoE)

Adil Z Babar, Özgür B. Akan|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2024

Smart Agriculture and AI被引用数 10

ひとこと要約

本論文は、Internet of Everything (IoE) および新興技術（6G、MC、IoNT、IoBNT、Internet of Fungus、デザイナー・ファージ）が、持続可能性と精密農業へどう転換できるかを概説し、IoAT アプリケーション、ナノテクノロジー、および将来の研究方向に焦点を当てる。

ABSTRACT

Agriculture faces critical challenges from population growth, resource scarcity, and climate change, driving a shift toward advanced, technology-integrated farming. Mechanization has transformed agriculture, enhancing sustainability and crop productivity. Now, technologies like artificial intelligence (AI), robotics, biotechnology, blockchain, and the Internet of Things (IoT) are advancing precision agriculture. The concept of the Internet of Everything (IoE) has gained traction due to its holistic approach to integrating various IoT specializations, called IoXs with X referring to a specific domain. This paper explores the transformative role of IoE in agriculture, expanding beyond traditional IoT applications to integrate niche subdomains like molecular communication (MC), the Internet of Nano Things (IoNT), the Internet of Bio-Nano Things (IoBNT), designer phages, and the Internet of Fungus (IoF). Our study provides a detailed review of how these IoE subdomains, in conjunction with 6G, blockchain, and machine learning (ML), can enhance precision farming in areas like crop monitoring, resource management, and disease control. Unlike prior IoT centric reviews, this work uniquely focuses on IoEs potential to advance agriculture at molecular and biological scales, achieving more precise resource utilization and resilience. Key contributions include an exploration of these technologies applicability, associated challenges, and recommendations for future research directions within precision agriculture.

研究の動機と目的

• 資源制約と気候変動の中で、農業が持続可能な食料供給・生計・国家経済に果たす重要な役割を喚起する。
• IoEとIoXsが農業とどのように統合され、収量・効率・持続可能性を高めるかを検討する。
• 6G、MC、IoNT、IoBNT、デザイナー・ファージなど、精密農業の実現を支える技術とそれに伴う課題を特定する。
• スマート農業のためのIoATアプリケーション、ナノテクノロジー、およびバイオ-ナノ通信の研究方向を概説する。

提案手法

• IoT、IoE、IoXs、およびそれらのスマート農業への適用に関する既存文献の調査と統合。
• IoATアプリケーション領域、課題、および研究機会のテーマ分析。
• 農業におけるナノテクノロジー、分子通信、IoNT、IoBNT、およびその他の新興分野の議論。
• 現在の制約を解決するための6G、ブロックチェーン、機械学習（ML）などの技術の可能性を評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IoEとIoXsが持続可能で精密な農業へ与える潜在的な影響は何か。
• RQ2 IoE対応農業の主な実現技術は何で、それらはどんな課題をもたらすか。
• RQ3 IoAT、ナノテクノロジー、バイオ-ナノ通信における将来の研究方向で最も重要なのは何か。
• RQ4 新興分野（6G、MC、IoNT、IoBNT、Internet of Fungus、デザイナーphages）をどのように活用して収量、効率、レジリエンスを改善できるか。

主な発見

• IoEは、IoT、 living and non-living entities、データ、プロセスを結びつけ、スマート農業を強化する総合的な枠組みを提供する。
• IoATアプリケーション（灌漑・水管理、監視、病害管理、収穫）は、エネルギー、相互運用性、セキュリティ、データプライバシーといった課題のもとで、IoEや新興分野の恩恵を受けうる。
• ナノテクノロジーと分子通信は、精密なデリバリー、植物間シグナリング、ナノスケールのセンサーといった経路を提供し、潜在的な利益と生態学的考慮事項を伴う。
• IoNT、IoBNT、Internet of Fungus、デザイナー・ファージなどの新興分野は、農業における高度なセンサー、デリバリー、病害管理の可能性を開く。
• 6G、テラヘルツ通信、ブロックチェーン、MLは、IoE対応農業の現在の帯域幅、遅延、セキュリティの制約を克服する主要な推進要因として特定されている。
• 本論文は、IoAT、ナノテクノロジー、MC、IoNT、IoBNT、および関連エコシステム全体で、持続可能で精密な農業に向けた複数の未解決の研究方向を概説する。