امنیت غذایی و توسعه اقتصادی در گرو توسعه تکنولوژی(اینترنت اشیاIoT ،بلاکچین)

پرده اول: نظارت بر منابع یا منابع برای نظارت؟

سالانه در سطح جهان به اندازه مصرف 10.5 میلیارد نفر (تقریبا 1.5 برابر جمعیت جهان) مواد غذایی توسط کشاورزان تولید می شود. با این حال امروزه 795 میلیون نفر در سرارسر جهان در تامین خوراک روزانه خود با مسئله رو به رو هستند و با سطوح مختلفی از گرسنگی دست و پنجه نرم میکنند. قسمت نگران کننده تر این است که این رقم تا سال 2055 با توجه به برآورد های اتحادیه ملل متحده (United Nations –UN) به 2 میلیارد نفر خواهد رسید.

یک از مهمترین اهداف اتحادیه ملل متحده ریشه کن کردن گرسنگی در سطح جهانی تا سال 2050 (با توجه به تخمین قله جمعیتی 10 میلیارد نفری تا آن زمان) است.

در دو دهه گذشته سرعت رشد تولید مواد غذایی بیشتر از سرعت رشد جمعیت جهانی بوده است و علاوه بر این با توجه به داده های سازمان غذا و کشاورزی اتحادیه ملل (2009 q1 & 2009 q2 -> نیمه ابتدایی سال 2009)،کشاورزان در سطح جهان بیش از ۱/۵ برابر نیاز جهان مواد غذایی تولید کرده اند ،این یعنی تامین نیاز بیش از 10 میلیارد نفر(با توجه به این که جمعیت جهانی در سال 2010 ،بالغ بر 7 میلیارد نفر بوده ). با این حال افرادی که درآمد روزانه آن های کمتر از 2$ در روز بوده ،سهمی در بازار مصرف این تولید کشاورزان نداشتند و توان خرید و مصرف کالا های اساسی به اندازه حداقل نیاز های روزمره خود نداشتند. پس 3/1 این مواد غذایی چه میشود که مصرف کننده نهایی به آن ها دسترسی ندارد؟

30%- 40% مواد غذایی تولید شده از بین می رود(بدین منظور که به عنوان مواد غذایی مصرف کننده نهایی که انسان های باشند، مصرف نمیشوند). و این مواد غذایی به جای قرار رفتن در سبد مصرف نهایی خانوار ،سر از کوره های سوخت زباله در می آورند ، تبدیل به سوخت های زیستی و یا جالب تر تبدیل به خوراک مازاد دام و طیور می شوند.

حال این هدر رفت غذایی به چه دلایلی رخ می دهد؟ در کشور های توسعه نیافته مشکل اصلی زیر ساخت است . برای مثال در هند 30-40 در هدررفت منابع به دلیل کمبود سردخانه های متناسب با حجم تولیدی و یا نبود تجهیزات خنک کننده مناسب بنکداران عمده فروش رخ می دهد ،اما در کشور های توسعه یافته جریان متفاوت است. در این جوامع به دلیل هزینه های کم تولید مواد غذایی و وجود زیر ساخت های کافی ،هدر رفت مواد به دست مصرف کنندگان نهایی و خرده فروشان رقم می خورد، از دور ریز غذایی به دلیل پیمانه های غذایی نا متناسب با مصرف(به دلیل هزینه های نسبتا کم تولید و بسته بندی )تا فساد مواد به دلیل توزیع نا متناسب با مصرف در بنگاه های خرده فروش(e.g. Walmart , seven eleven ,…). زیان این مقدار هدر رفت غذایی تنها در ایالات متحده،سالانه 47 میلیارد دلار است.

شاید به صورت کلی در اولین مواجهه با گرسنگی افراد ،اولین راه حل افزایش تولیدی مواد غذایی باشد (افزایش ورودی صرف نظر از بازدهی سیستم در بهره برداری از آن ورودی) اما با داده های موجود اگر تنها چرخه توزیع را بتوان به مقدار 50% بهینه کرد ،میتوان مشکل گرسنگی 1.5 میلیارد نفر را برطرف کرد .اگرچه طرفداران بازار آزاد (من جمله خودم) این روند کم بازده را رشد ارگانیک برای رسیدن به یک صنعت غذایی با ثبات و
self-sustaining می دانند اما برای مهندسین این امر دلیلی برای دست رو دست گذاشتن و منتظر به نتیجه رسیدن تئوری اقتصاد دانان نمیشود !!!

پرده دوم: دو ناجی

Bitcoin!

وارد جزئیات و تاریخچه نمی شوم، هدف از مطرح کردن این پروتکل، تکنولوژی پشت آن است . تکنولوژی ای که توانسته غیر ممکن را ممکن بسازد ،آن هم کمک به ساخت یک سیستم با هدفی واحد بر پایه ساختاری عاری از اعتمادtrustless) )که در آن هر جزء سیستم(operator) ،بر اساس نفع شخصی خود که هم راستا با نفع سیستم است عمل میکند و این ساختار اجزائی را با خواسته های مختلف تحت یک سیستم در راستای یک هدف به خدمت گرفته که در ازای برآورده شدن این هدف هر فرد سهم متناسب با خدمت ارائه کرده را دریافت میکند. این تکنولوژی جز بلاکچین نیست!

بلاک چین یک فناوری پایگاه داده غیرمتمرکز و توزیع شده است. با استفاده از الگوریتم‌های رمزنگاری دقیق، بلاک‌چین بلوک‌های ذخیره‌سازی داده را در یک ساختار زنجیره‌ای با توجه به ترتیب زمان تولید بلوک‌ها به هم متصل می‌کند. بنابراین، داده های ذخیره شده با استفاده از فناوری بلاک چین دارای یک مهر زمانی هستند که نمی توان آن را دستکاری کرد. تمام سوابق تراکنش در یک بلاک چین با یک زنجیره شواهد کامل و یک پیوند قابل ردیابی و شفاف وقابل اعتماد ،تأیید می شوند.

اتریوم یک پروتکل مبتنی بر بلاک چین است که دارای قراردادهای هوشمند است. متفاوت از استفاده بیت کوین که فقط برای تراکنش های مالی(جا به جایی دارایی شبکه که خود BTC است) است، اتریوم یک پروتکل جدید و متن باز بلاک چین است که به هر کاربری اجازه می دهد تا برنامه های غیرمتمرکز مبتنی بر فناوری بلاک چین را بر روی پلتفرم توسعه دهد و از آن استفاده کند.

بلاکچین فعلی را می توان به سه نوع عمومی، خصوصی و ائتلافی( کنسرسیومی/( consortiumosدسته بندی کرد. در یک بلاک چین عمومی، همه کاربران می توانند از هر یادداشت بازدید کنند و حق دسترسی به داده ها و ارسال تراکنش ها را دارند. برای یک بلاک چین عمومی، هرچه تعداد کاربران بیشتر باشد، بلاک چین غیرمتمرکزتر و ایمن تر است. با این حال، این امر باعث کندی بلاک چین عمومی در پردازش داده ها می شود. بیت کوین و اتریوم بلاکچین هایی عمومی هستند. یک بلاکچین خصوصی می تواند توسط یک شرکت یا شخصی که به تنهایی حق نوشتن داده((data در بلاک چین را دارد، ایجاد شود. بنابراین، یک بلاک چین خصوصی غیرمتمرکز نیست و بیشتر شبیه یک پایگاه داده متمرکز است. یک کنسرسیوم(ائتلاف) بلاکچین به طور مشترک توسط چندین نهاد یا سازمان ایجاد و مدیریت می شود سرعت پردازش آن بالاتر از یک بلاک چین عمومی است اما غیر متمرکز و توزیع شده است.

اینترنت اشیا(i.e. IoT )

همانطور که ما به سمت دنیایی از اتصالات و شبکه ها حرکت می کنیم، یک الگوی فناوری جدید در حال ظهور است. به آن اینترنت اشیا یا به اختصار IoT می گویند.

پارادایم فناوری عصر صنعتی ،ماشینی بود. سیستم هایی مستقل و مکانیزه که ماهیت فیزیکی و تک کاره آن ها، دنیایی از فناوری‌های ایزوله(non-responsive and isolated) و منزوی را تشکیل میداد که در آن کاربر نهایی باید هر کدام از آنها را جداگانه مدیریت می کرد.

پارادایم فناوری عصر اطلاعات برپایه خدمات است. این یک دنیایی است که در آن اجزای منفرد تکنولوژی های گوناگون ،به صورت استراتژیک به شبکه‌هایی که در آن دستگاه‌ها می‌توانند به صورت همتا به همتا(peer to peer) ارتباط برقرار کنند متصل میشوند. در این شبکه اجزا با توجه به شرایط سازگار شده و در نهایت برای ارائه خدمات یکپارچه با توجه به نیاز کاربر نهایی(end user) سازماندهی می شوند.

یکی از بهترین تصویر سازی ها برای این تکنولوژی، شهر هوشمند است. که در آن نه تنها سیستم های متفاوت دیگر درانزوا وجود ندارند، بلکه از طریق شبکه های اطلاعاتی به هم پیوسته اند و بر اساس نیازهای کاربر نهایی سازماندهی می شوند. اینترنت اشیا سفری است که ما تازه در آغاز آن هستیم.

هدف اصلی IoT برقراری ارتباط میان دنیای فیزیکی و دنیای دیجیتال است که میتوان در سه مرحله به صورت خلاصه این پروسه را شرح داد:

جمع آوری داده های مختلف اما متمرکز از دنیای فیزیکی سپس تجمیع و تبدیل داده ها به اطلاعات (data to info) و نهایتا ارائه این اطلاعات به کاربران یا سیستم برای به روز رسانی و وفق دادن اشیاء با توجه به اطلاعات و شرایط.

یکی از چالش های اساسی این تکنولوژی ، تلفیق و یکپارچه سازی داده های به دست آمده از تعامل اشیا (things) و سنسور ها (sensors and beacons) به صورت بی طرفانه و صرف نظر از منفعت جداگانه هر ذی نفع (stakeholder) است.

برای مثال، از یک ساعت مچی سلامتی (health watch) برای رصد کردن سلامتی ،مراحل خواب و یا روتین کردن عاداتی مثل راه رفتن بعد از نشستن طولای و یا هشدار نوشیدن آب ،استفاده میکنید. ترکیب بدن شما(داده های مربوط به سلامتی و ...) ، سنسور های ساعت برای برای رصد کردن حالات شما ،ماژول بلوتوث نصب شده بر روی ساعت برای ارسال داده ها به اپلیکیشن نصب شده بر روی گوشی موبایل برای تحلیل داده های فیزیکی شما و در نهایت دریافت اطلاعات مرتبطه ، یک IoT است .

( Thing : Body ,watch and its sensors, the integrating network of Bluetooth modules both on the watch and the phone resulting in the full process of data into applicable information for the user )

اما کمپانی ارائه دهنده این خدمات اطلاعات و داده های خام شما را به صورت جداگانه پردازش میکند و برای مقاصدی جز سلامتی کاربر نهایی(برای مثال فروش داده های سلامتی شما به منظور تبلیغات و یا بازاریابی بهتر محصول خود) استفاده میکند. اما کار اینجا تمام نمیشود ،داده های شما ممکن از سر از کمپانی های بیمه کننده در بیاورد (البته در ایران متاسفانه یا خوشبختانه مسئله ای نیست!) و با توجه به داده های سلامتی جمع آوری شده ،شما را به عنوان یک متقاضی پرریسک شناسایی کنند و نتیجتا با رد درخواست یا هزینه های گزاف و یا قرارداد های یک جانبه از سمت بیمه مواجه بشوید. یک شبکه یکبارچه سازی غیرمتمرکز راه حل خوبی به نظر میرسه!

پرده سوم: امنیت در گرو پیشرفت و توسعه

در این که تولید مواد غذایی(food production ) در حال حاضر کافی است شکی نیست(با توجه به داده های ذکر شده). در حال حاضر بی کفایتی چرخه بهره برداری (food processing) و توزیع مهمترین عامل گرسنگی جهانی و کمبود یا نبود کالای خوراکی اساسی (برای مثال غلات، مواد پروتئینی، حاوی های ویتامین های ضروری) است. این بی کفایتی شامل بازدهی پایین کشاورزان در مرحله کشت(ابزار معیوب ،بی دقتی ها وخطاهای انسانی که منجر به نابودی محصول می شوند) ،عدم قابلیت انعطاف پذیری و انطباق پذیری چرخه با توجه به نوسانات شدید تقاضا(i.e. Corona virus, Ukraine-Russia War, climate change)،زیر ساخت های ناکافی یا نا موجود در مراحل مختلف توزیع(سرد خانه ها، مانع از تابش مساقیم نور خورشید، حفظ از رطوبت و...) و یا اصلا نداشتن اطلاعات کافی درباره شرایط مطلوب نگهداری و جا به جایی محصول و همچنین مهمتر از همه، وجود مشوق هایی برای احتکار منابع و ارائه اطلاعات غلط و نادرست برای بالا بردن حاشیه سود توسط توزیع کننده و یا تولید کننده( دستکاری در چرخه توزیع به منظور حفظ و یا افزایش منافع اشخاص حقیقی و یا حقوقی ذی نفع) که همه منشاء گرفته از عدم وجود یا کمبود شفافیت اطلاعاتی در چرخه توزیع است.

استفاده از فناوری بلاک چین در سیستم ردیابی مواد غذایی می تواند به طور موثری از دستکاری و دستکاری داده ها توسط هر کاربر جلوگیری کند،همانطور که توضیح داده شده چالش اصلی زنجیره تامین و چرخه توزیع در هر صنعتی به خصوص در صنعت مواد غذایی مرتبط به به اشتراک گذاری اطلاعات و اعتماد بین هر عضو چرخه(کشاورز ،توزیع کننده ،کاربر نهایی،ناظر و...)است. بلاکچین و IoT با توجه به قابلیت ها و ویژگی های ذاتی شان، راه حل های جالبی را برای مواجهه با این چالش ها ارائه می دهند.

با توجه به ویژیگی های ذاتی بلاکچین اعم از تغییر ناپذیری(immutability) وغیر قابل منسوخ سازی(irrevocable) داده ها و اطلاعات بر این بستر و همچنین قابلیت رد یابی این داده ها و اطلاعات به صورت شفاف و بهینه ، میتوان به کمک داده های خام به دست آمده از سنسور ها و اشیاء یک مجموعه عملیاتی جریانی امن و شفاف از اطلاعات و داده ها را به وجود آورد که عملگر های خارجی (رایانش ابری، نظارت عملکردی و نگهداری، اجماع و تصمیمگیری سهامداران چرخه و …) با استفاده از این داده ها میتوانند چرخه و زنجیره تامین را بهینه کنند و بهبود ببخشند.

با یک مثال از استفاده ترکیب بلاکچین و چیپ های RFID(Radio frequency identification) پتانسیل های موجود را بررسی میکنیم:

تکنولوژی RFID یک فناوری شناسایی خودکار غیر تماسی است. شناسایی سریع، کارآمد و غیرقابل تجسم اشیا حتی در محیط های سخت آن را برای کاربردهای ردیابی مواد غذایی بسیار مناسب می کند(استفاده روز مره از این فناوری را در تگ های لباس فروشی و یا کتابخانه برای جلوگیری از سرقت میتوان دید،پس از اسکن این تگ ،سیستم هشدار دهنده(beacon) نسبت به تگ اسکن شده واکنش نمیدهد).

یک سیستم RFID معمولاً از سه بخش تشکیل شده است: خواننده ها(readers , i.e. Sensors)، برچسب ها (tags)و سرورهای Back-end. خوانندگان و برچسب ها به صورت بی سیم داده ها را مبادله می کنند. یک خواننده می تواند داده ها را از یک برچسب بخواند و داده ها را در آن بنویسد. هر تگ دارای یک شماره شناسایی منحصر به فرد است و می تواند مقدار مشخصی از داده ها را در خود ذخیره کند.

زنجیره تامین مواد غذایی به پنج مرحله کشاورزی، ذخیره سازی، حمل و نقل، فرآوری و فروش تقسیم میشود. در هر مرحله ،از حسگرها برای جمع آوری داده ها در مورد عوامل محیطی که بر کیفیت غذا تأثیر می گذارند استفاده می شود. غذاها یک کالای فله ای مانند و کم ارزش هستند که ردیابی دقیق آن های را به صورت موردی per case) (بسیار دشوار می کند. بنابراین، در مدل ردیابی مواد غذایی ، غذاها در مرحله کشاورزی دارای برچسب (شماره لات/محموله) هستند. هر لات/محموله دارای یک برچسب RFID است. یک کد ردیابی به هر لات/محموله در هر مرحله اختصاص داده می شود و در تگ نوشته می شود. داده‌های محیطی جمع‌آوری‌شده توسط حسگرها با کدهای مربوطه برچسب‌گذاری می‌شوند و در نتیجه از صحت و قابلیت ردیابی داده‌ها اطمینان حاصل می‌شود. در مرحله پردازش، کدهای ردیابی مرحله قبل رمزگذاری می شوند تا کد ردیابی نهایی تولید شود که به صورت بارکدهای دوبعدی (کدهای QR) بر روی بسته بندی بیرونی محصول چاپ می شود. مصرف کننده می تواند از کد QR برای دسترسی به تمام اطلاعات مربوط به مراحل زنجیره تامین استفاده کند. بنابراین، سیستم دو نوع داده تولید می کند که به طور جداگانه ذخیره می شوند:

1) مراحل زنجیره تامین به طور مشترک یک پایگاه داده متمرکز را حفظ می کنند. در هر مرحله، کدهای ردیابی مربوط به هر مقدار غذا در پایگاه داده مرکزی به صورت دسته‌ای بارگذاری می‌شود و داده‌ها برای تمام ذی نفعان شرکت‌کننده در زنجیره تامین شفاف هستند.

2) داده های محیطی مواد غذایی در هر مرحله پردازش توسط حسگرها جمع آوری شده و مستقیماً در بلاک چین آپلود می شوند. در هر مرحله، داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط حسگرها با کدهای ردیابی مربوطه برچسب‌گذاری می‌شوند تا داده‌های محیطی هر مرحله از هر مقدار غذا با استفاده از کدهای ردیابی مربوطه بازیابی شوند.

معماری کلی مدل ردیابی مواد غذایی در شکل 1 نشان داده شده است.

با این حال مدل ارائه شده تنها به منظور ردیابی منابع و محصولات بوده، با اضافه کردن چند سنسور دیگر من جمله سنسور تشخیص رطوبت (humidity sensor)،سنسور دماسنج (temperature sensor) ، سنسور تشخیص شدت نور (light intensity sensor) یا سنسور نور محیطی (ambient light sensor) در هر محله از زنجیر تامین غذایی بهره وری را افزایش داد.

از سنجش توان بازدهی خاک ،آب و هوا و تهدیدات احتمالی منطقه زراعی و برآورد محصول و نهایتا ارائه استراتژی زراعت( استفاده از کود یا تقویت کننده در صورت نیاز و یا حتی انتخاب و پیشنهاد محصول متناسب با شرایط منطقه زراعی) با توجه با تقاضا پیش بینی شده در بازار ،تا جلوگیری از فساد محصول و یا کاهش کیفیت آن و اقدامات لحظه ای و واکنشی نسبت به تغییرات غیر منتظره در زنجیره تامین، همه از پتانسیل های استفاده از این دو تکنولوژی در چرخه تامین است.

علاوه بر تمام این مسائل ،مبحث حکمرانی غیر متمرکز (decentralized governance) یکی از مزایای بزرگ و کابردی بلاکچین برای تصمیم گیری های کلان سهامداران یک اکوسیستم با توجه به سهم و تاثیرشان در توسعه و رشد اکوسیستم است که به خودی خود موقعیت های بسیار جالبی را برای مواجهه با چالش های صنعت غذایی و رفع آن ها ارائه میکنند و اگر سیستم ها و شبکه های خودمختار اشیاء(autonomous IoT) را با این تکنولوژی تلفیق کنیم مرزی برای حل و رفع تهدیدات مقابل امنیت غذایی و یا هر زنجیره تامین دیگری باقی نمی ماند.

امنیت غذایی سنگ بنای اعتماد مردم هر کشور به سیستم حکمرانی و اقتصادی است و بدون آن اعتماد لازمه برای بهره برداری از پتانسیل قدرتی مردم آن کشور ،پیشرفت و شکوفایی و یا حتی بقای اقتصاد ،دشوار و چه بسا غیر ممکن است.

در پست های بعدی چند پروژه غیرمتمرکز کنسرسیومی فعال در این زمینه را بررسی میکنیم!

برخی از منابع:

http://www.scielo.org.co/pdf/agc/v32n2/v32n2a16.pdf

https://www.un.org/sustainabledevelopment/sustainable-development-goals/

https://www.researchgate.net/publication/41173771_Food_Security_The_Challenge_of_Feeding_9_Billion_People

https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/pt/Documents/blockchainsupplychain/lu-blockchain-internet-things-supply-chain-traceability%20(1).pdf

https://hbr.org/2020/05/building-a-transparent-supply-chain

https://www.emerald.com/insight/content/doi/10.1108/MSCRA-10-2020-0028/full/pdf

https://www.scirp.org/(S(351jmbntvnsjt1aadkozje))/reference/referencespapers.aspx?referenceid=2816873

پ.ن: این از اولین تلاش های من برای ارائه راهکار و نه فقط گلایه کردن از مشکلات بود، امیدوارم که آغاز کننده یه Solution Thread باشه!