الزراعة الآلية: هل تستطيع الروبوتات والطائرات بدون طيار والذكاء الاصطناعي إنقاذنا من المجاعة؟

لقد قطعت الزراعة شوطا طويلا في القرن الماضي. نحن ننتج المزيد من الغذاء أكثر من أي وقت مضى - ولكن نموذجنا الحالي غير مستدام، ويتزايد عدد سكان العالم بسرعة مع اقتراب عدد سكان العالم من 8 مليارات نسمة، ستحتاج أساليب إنتاج الغذاء الحديثة إلى تحول جذري إذا أرادت الحفاظ عليها أعلى. لكن لحسن الحظ، هناك مجموعة من التقنيات الجديدة التي قد تجعل ذلك ممكنًا. في هذه السلسلة، سنستكشف بعض الحلول الجديدة المبتكرة التي يعمل عليها المزارعون والعلماء ورجال الأعمال للتأكد من عدم تعرض أي شخص للجوع في عالمنا المزدحم بشكل متزايد.

في عمل توماس مالتوس المبدع عام 1798، رغم انتقاده كثيرًا، مقالة عن مبدأ السكان، ألقى الاقتصادي نظرة طويلة على تاريخ البشرية، ولاحظ أن السكان البشريين، عندما يكون لديهم وفرة من الغذاء، ينموون حتى يستنزفون مواردهم، وعند هذه النقطة تبدأ الندرة. وقال: "يبدو أن المجاعة هي المورد الأخير والأكثر فظاعة للطبيعة". "إن قوة السكان متفوقة جدًا على قوة الأرض لإنتاج الغذاء للإنسان، لدرجة أن الموت المبكر يجب أن يزور الجنس البشري بشكل أو بآخر."

ورغم أن تنبؤات مالتوس كانت شاعرية، إلا أنها لم تتحقق. وبدلاً من ذلك، جاءت الثورات في الصناعة والزراعة، ومعها زيادة كبيرة في إنتاج وتجارة المواد الغذائية. لقد فاز المتفائلون، في حين أصبح مالتوس قديساً للاقتصاديين المعتوهين، وواعظاً رث الملابس في شوارع التاريخ.

على الرغم من أن الاقتصاديين المعاصرين والطوباويين في مجال التكنولوجيا ينظرون إلى مالتوس بازدراء، إلا أن حججه كانت معقولة في ضوء الأدلة في ذلك الوقت. ولعل التكنولوجيات الجديدة التي مكنت النمو السكاني الهائل في القرون القليلة الماضية لم تضع حدا لاحتمال وقوع كارثة مالتوس، بل أدت فقط إلى تأخيرها؟ لقد تمكنت البشرية من النمو إلى ما هو أبعد بكثير مما كان يمكن لمالتوس أن يتخيله - فالتقديرات التقريبية تضع عدد سكان العالم في عام 1800 كان عدد سكان العالم 890-980 مليون نسمة، في حين أن عدد سكان العالم اليوم يتجاوز 7.4 مليار نسمة - ولكن إلى متى يمكن أن يستمر هذا الاتجاه؟ يكمل؟

وتتوقع الأمم المتحدة ومن المتوقع أن يصل عدد سكان العالم إلى 8.5 مليار نسمة بحلول عام 2030، و9.7 مليار نسمة بحلول عام 2050. يتركز قسم كبير من سكان العالم في الصين والهند؛ ويبلغ عدد سكان كل من هذه البلدان حاليا أكثر من مليار نسمة، ومن المتوقع أن يتجاوز عدد سكان الهند عدد سكان الصين بحلول عام 2022.

لقد نجحت التقنيات والتقنيات الزراعية الجديدة في تجنب المجاعات الحادة التي تنبأ بها مالتوس. على الرغم من أنه كان على البشر في السابق زراعة البذور عشوائيًا يدويًا، إلا أن مثاقيب البذور مكنت المزارعين من زرعها في خطوط طويلة وموحدة. وباستخدام الجرارات التي تعمل بالبخار، تمكن المزارعون من حرث مساحات واسعة من الأراضي، دون الحاجة إلى الثيران البطيئة. تعمل آلات الدرس على تقليل الساعات الطويلة المخصصة للدرس يدويًا.

ومع ارتفاع عدد سكان العالم إلى مستويات مذهلة، ومع سماح النمو الاقتصادي بزيادة الاستهلاك، فقد يحتاج العالم إلى ثورة زراعية أخرى لدعم نفسه.

قد تكمن إحدى الإجابات على هذه المشكلة في الأتمتة. وفي حين أصبحت الزراعة آلية بشكل متزايد على مدى المائتي عام الماضية، فإن العملية تتسارع. وتسمح التكنولوجيات الجديدة، والجماعات على وجه الخصوص، للمزارعين بتحسين كفاءة محاصيلهم وإنتاجهم الحيواني، فضلا عن تحييد التهديدات بسرعة مثل الأمراض أو الجفاف.

الطائرات بدون طيار قد تكون عمال المزارع في المستقبل

يقول الدكتور لاف خوت، الأستاذ بجامعة ولاية واشنطن والمتخصص في إدارة المحاصيل الخاصة بالموقع: "هناك بعض الوصمة لهذه الكلمة". مصطلح "طائرة بدون طيار". يفضل العديد من مؤيدي الاستخدامات التجارية للطائرات بدون طيار مصطلحات مثل "الأنظمة الجوية بدون طيار"، وهي عبارة أطول تفتقر إلى اللفظ اللفظي. لكمة. ليس من الصعب معرفة السبب: بالنسبة للكثيرين، تستحضر كلمة "طائرة بدون طيار" المعدات العسكرية، والآلات الطائرة التي تسقط القنابل أو تتجسس على أهداف من الأعلى.

يقوم باحثون مثل خوت بتجربة طرق مختلفة يمكن من خلالها استخدام الطائرات بدون طيار في الزراعة، حيث يقومون بتحويل هذه السيوف إلى محاريث. بالنسبة للمزارعين، أحد الاستخدامات الأكثر إثارة للطائرات بدون طيار هو تصوير المحاصيل. باستخدام طائرات بدون طيار مزودة بأجهزة استشعار متعددة الأطياف، يقوم المزارعون بمسح أراضيهم، والتقاط صور تكشف أشياء مثل خصوبة مناطق معينة من التربة، وكمية المياه التي تحتاجها المحاصيل، وأكثر من ذلك.

في الماضي، كان على المزارعين الاعتماد على التصوير عبر الأقمار الصناعية للحصول على مثل هذه الخرائط التفصيلية لأراضيهم، وهي عملية كانت تستغرق وقتًا طويلاً إلى حد ما. وقال خوت لـ Digital Trends إن التصوير عبر الأقمار الصناعية غالبًا ما يتضمن فواصل زمنية مدتها 14 يومًا، ويمكن أن تنشأ مشاكل بسبب الغطاء السحابي أو عوامل أخرى. باستخدام الطائرات بدون طيار، "يمكنك الحصول عليها عندما تريد، من الناحية النظرية".

هذا التحول السريع ليس مريحًا فحسب؛ في الحالات التي تتأثر فيها النباتات بالأمراض أو الآفات، يمكن أن يكون هذا هو الفرق بين إنقاذ المحصول أو مشاهدته يموت. يتحدث إلى الجارديانيشرح سلمان صديقي، الباحث في المعهد الدولي لإدارة المياه، كيف يمكن استخدام صور الطائرات بدون طيار للكشف عن الأمراض والضغوطات الأخرى في النباتات. وقال: "إن نشاط التمثيل الضوئي يتناقص، وهذا يؤثر على الكلوروفيل"، والتصوير متعدد الأطياف يمكن للبشر اكتشاف هذه التغييرات مبكرًا، قبل أن تصبح المشكلات خطيرة جدًا بحيث تنتج علامات يستطيع البشر اكتشافها يرى.

وذلك لأن الكلوروفيل، الجزيء الذي يعطي الأوراق لونها الأخضر، يجذب الضوء المرئي، بينما يعكس كمية كبيرة من ضوء الأشعة تحت الحمراء. عندما يكون النبات غير صحي، فإنه سيعكس المزيد من الضوء المرئي الذي يصل إليه، ويعكس عددًا أقل من موجات الأشعة تحت الحمراء. يمكن أن يُظهر التصوير بالأشعة تحت الحمراء للمزارعين ما إذا كانت نباتاتهم تعكس كميات غير طبيعية من الضوء، مما يعرضهم للمشاكل.

الزراعة، وتلبية الأتمتة

يركز أحد مشاريع خوت الرئيسية في الوقت الحالي على الري وتجربة طرق مختلفة تقنيات الري وكميات المياه، واستخدام صور الطائرات بدون طيار لتتبع الحالة الصحية اللاحقة للنباتات النباتات. خذ الري تحت السطح، على سبيل المثال. وهي عملية يتم فيها وضع أنابيب لتقطير الماء تحت سطح التربة، لتوصيل المياه مباشرة إلى جذور المحاصيل. قام خوت وفريقه بتعديل موقع الأنابيب، واختبارها على عمق 15 أو 30 سنتيمترًا تحت سطح أشجار العنب.

يقومون بضبط كمية المياه المستخدمة كجزء من أبحاثهم، ويستخدمون التصوير بدون طيار لرسم خريطة للمحاصيل، "لنرى ما إذا كان بإمكاننا الوصول إلى 60 بالمائة أو 30 بالمائة، ومع ذلك يمكن للنبات أن ينمو وينتج نفس الجودة أَثْمَر."

تعمل خوت أيضًا على الري فوق السطح، حيث تختبر الرشاشات الموجودة على ارتفاعات منخفضة (لا تزيد عن قدم واحدة فوق سطح الأرض). السطح) وتحريك الرشاشات بالقرب من المظلة، مما يقلل من التبخر الذي يحدث عندما يتحرك الماء من خلاله الهواء.

يمكن لأبحاث خوت أن تكتسب أهمية جديدة مع تطور تغير المناخ. وقال خوت: "في واشنطن عام 2015، سجلنا أعلى درجة حرارة منذ عدة سنوات"، وهو تطور قد يكون نتيجة لتغير المناخ. للاستعداد للسنوات الأكثر حرارة، يقوم خوت وزملاؤه الباحثون باختبار أنواع مختلفة من حبوب البينتو لمعرفة كيفية تفاعلها مع كميات مختلفة من الماء. وهذا من شأنه أن يساعدهم على اكتشاف أي نوع من الحبوب سيكون استثمارًا أفضل للمزارعين إذا ارتفعت درجات الحرارة في المستقبل.

لا تتضمن جميع استخدامات الطائرات بدون طيار التصوير. أحد المشاريع التي تصفها خوت بسيط للغاية. الرغبة في تجربة نموذج أكبر من الطائرات بدون طيار، هي Yamaha RMAX - وهي طائرة هليكوبتر بدون طيار تحظى بشعبية كبيرة اليابان بسبب الرش – توصل خوت وفريقه إلى حل ذكي للمشكلة التي ابتليت بها واشنطن المزارعين.

يعد الكرز أحد المحاصيل الرئيسية في واشنطن، وهو يواجه آفة شائعة بشكل مثير للقلق: المطر. يوضح خوت: "عندما تنضج ثمرة الكرز، تحتوي على نسبة عالية من السكر، ويصبح الجلد رقيقًا جدًا". عندما تسقط مياه الأمطار على بساتين الكرز، يمكن أن تستقر على المظلة، وسوف يمتصها الكرز ذو القشرة الرقيقة. عندما يمتص الكرز الرطوبة، يبدأ في الانتفاخ والانقسام.

يمكن لمزارعي الكرز محاولة تقليل الأضرار الناجمة عن هطول الأمطار عن طريق حصاد الكرز بسرعة، أو هز الأغصان للتخلص من بعض الماء. طار خوت بطائرة RMAX على ارتفاعات منخفضة – 35 إلى 50 قدمًا – فوق البساتين لتفريق المياه من الستائر. إنها طريقة أكثر كفاءة من هز أشجار الكرز يدويًا أو بالمروحة - وأرخص بكثير من استئجار طيار هليكوبتر ليأتي ويفعل ذلك - ولكنها ليست طريقة مضمونة. “البساتين هنا في ولاية واشنطن ليست كلها مسطحة؛ وقال خوت: "لدينا منحدرات، ولذلك تقع بعض الحوادث كل عام بسبب ذلك".

أكثر من مجرد روبوتات طائرة

تبدو الطائرات بدون طيار أداة واعدة للمزارعين في المستقبل، لكنها ليست الأمثلة الوحيدة على الأتمتة التي تجتاح العالم الزراعي. تنتشر المحلاق الآلي في كل جانب من جوانب الزراعة، مما يضفي لمسة باردة حتى على الجزء الأكثر حميمية من يوم المزارع: حلب الأبقار.

تبدو الآلات التي تتعامل مع عملية الحلب بمثابة فوز للمزارعين. أصبح الحلب باليد نادرًا اليوم - ففي نهاية المطاف، من يريد قضاء ساعات يوميًا في الضغط على حلمات البقرة ويعاني من نظرات الغيرة من العجول؟ - حيث يستخدم المزارعون آلات لضخ الحليب منذ سنوات. ومع ذلك، تطلبت هذه الآلات مدخلات بشرية؛ ولا يزال يتعين على المزارعين ربط الأكواب بحلمات البقرة، والوقوف متفرجين بينما تقوم الآلات بضخ الحليب.

ومع المزيد من التكنولوجيا الحديثة، يمكن إجراء عملية الحلب دون الحاجة إلى تلك الكمية البسيطة من التدخل البشري. تسمح أنظمة الحلب المتقدمة للأبقار بالاقتراب من روبوت الحلب عندما ترغب في ذلك. تخطو البقرة، كما قام مالكها بتدريبها، على طبق، لتبدأ عملية الحلب. يمكن للآلة التعرف على الأبقار من خلال علاماتها، وإذا لم يتم حلب بقرة معينة ضمن نطاق معين بعد فترة من الوقت، سوف تبدأ الآلة في العمل، حيث تقوم بتطهير الضرع وربط أكواب الشفط بالحلمات.

العملية برمتها مريحة للمزارعين، ويُزعم أنها مريحة للأبقار. يتحدث إلى بي بي سييدعي المزارع روبرت فيش أن هذه العملية تجعل الحيوانات أكثر سعادة وإنتاجية، قائلاً: "الأبقار تستجيب للراحة. لقد ارتفع معدل الاستهلاك من 28 لترًا إلى 36 لترًا يوميًا، دون زيادة كبيرة في تكلفة العلف.

مزارع الألبان ليست المكان الوحيد الذي ترسخت فيه الأتمتة أيضًا. وفي الآونة الأخيرة، بدأ الأمر يضرب بساتين الفاكهة، التي ظلت مقاومة بشكل ملحوظ للميكنة على مر السنين. حتى وقت قريب، تمكن قطف الفاكهة من الصمود في وجه مسيرة الأتمتة، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى أن الفاكهة حساسة، ويمكن للآلات أن تلحق الضرر بالمحاصيل أو الأشجار التي تنتجها. عدد 2011 من أخبار الهجرة يدعي أن معظم قطف التفاح لا يزال يتم يدويًا، وأن معظم وقت العامل لا يقضيه قطف التفاح، بل تحريك السلالم المستخدمة للوصول إليه وسحب أكياس المنتجات وإعادتها إيابا. بصفته الرئيس التنفيذي لشركة Abundant Robotics دان ستير وأوضح للاتجاهات الرقمية"المشكلة الرئيسية هي أن الفاكهة يصعب على أجهزة الكمبيوتر رؤيتها، كما أنها حساسة. حتى الآن لم يكن من الممكن تحديد المنتج بشكل موثوق أو أتمتة عملية الحصاد دون الإضرار بالمنتج.

على الرغم من الصعوبات، يبحث المهندسون عن طرق لجعل الانتقاء أكثر كفاءة من خلال الأتمتة. تعمل شركة Steere على آلة لقطف التفاح. شركة أخرى، إنيجيد، قام ببناء آلة لقطف البرتقال. يستخدم منتقي التفاح من شركة Abundant Robotics أنبوبًا مفرغًا لامتصاص التفاح من الأشجار، بينما يقوم روبوت حصاد البرتقال من شركة Energid بهز الفاكهة من الأشجار واصطيادها.

من المحتمل أن السيارة الزراعية الأكثر شهرة، الجرار، تخضع لعملية تحول خاصة بها. الجرارات المستقلة، مثل السيارة النموذجية ذاتية القيادة من Case IHيمكن أن تحل محل الجرارات التي يديرها الإنسان في العديد من المزارع. الآلة الأنيقة لا تحتوي حتى على مقعد للسائق. ويمكنه السفر عبر مسارات محددة مسبقًا يبرمجها مشغله، الذي يمكنه تتبع تحركات الجرار وإعادة توجيهه، إذا لزم الأمر، باستخدام تطبيق الكمبيوتر اللوحي. ويمكن للجرار أيضًا أن يستشعر العوائق في طريقه، ويتوقف لتجنب الاصطدامات. الشركات المصنعة للجرارات المستقلة مثل نيو هولاند حتى أنهم يزعمون أن المركبات ستكون قادرة في النهاية على الاستجابة للتغيرات في الطقس.

إن المعدات الزراعية المستقلة ليست مجرد وسيلة راحة، فهي تسمح للمزارعين بالاسترخاء واحتساء القهوة بينما تقوم الروبوتات بعملها. كما أنها ليست مجرد أداة لخفض تكاليف العمالة. يمكن لهذه المركبات أن تزيل القيود المفروضة على جسم الإنسان من صناعة مرهقة تقليديًا. لا تتحمل الآلات أي خطر الإصابة أو التشويه، فقط الضرر الذي يمكن إصلاحه. والأكثر إثارة للاهتمام هو أن الزراعة يمكن أن تصبح عملية تستغرق 24 ساعة، دون انقطاع بسبب الظلام أو الحاجة إلى النوم.

إن الصورة التقليدية للمزارع كرجل أشيب يرتدي سترة كارهارت، ويمسك بعجلة جون ديري بيديه المتصلبتين، قد تتلاشى قريبًا في التاريخ. وبدلاً منه، كان هناك رجل ذو أزرار يدير أسطولًا من الأجهزة باستخدام جهاز iPad الخاص به من مكتب مريح.

هل سيكون كافيا؟

وكل هذه التكنولوجيات الجديدة مبهرة، ولكن السؤال الذي يظل قائما: هل ستكون كافية لدعم موجة الاستهلاك المتنامية؟ منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة يقدر ذلكومن أجل إطعام سكان العالم المتزايدين والمتزايدين في المناطق الحضرية، سيتعين زيادة إنتاج الحبوب السنوي إلى 3 مليارات طن متري؛ وسيحتاج إنتاج اللحوم إلى زيادة إلى 470 مليون طن متري. هذا كثير من الطعام.

ومما يزيد الأمور تعقيدا حقيقة أن التكنولوجيا وحدها لا تحدد كمية الغذاء الذي يأكله العالم. في أعقاب العولمة، تنقل التجارة الغذاء عبر الحدود والمحيطات. وينتهي الأمر بالقمح القادم من ولاية أوريجون في المطاحن في آسيا، وقد ينتهي الأمر بلحم البقر القادم من اليابان على طبق من ذهب في نيويورك. وحتى لو تمكنت كل دولة من زيادة إنتاجها الغذائي من خلال استخدام الأتمتة، فإن حالة اتفاقيات التجارة الدولية سوف تحدد إلى أين ستتجه. وفي عالم حيث تبدو المنافسة القومية متصاعدة، وحيث تقف الصفقات التجارية على أرض أكثر اهتزازا، فإن شبكة تجارة الأغذية العالمية قد تتغير بشكل كبير.

لهذه الأسباب، سيكون من السذاجة أن نستنتج أن الأتمتة الزراعية وحدها ستكون كافية لإنقاذنا. إن المشكلة التي نواجهها معقدة ومتعددة الأوجه، ومن غير المرجح أن يتمكن أي ابتكار تكنولوجي فردي من تغيير مصيرنا بمفرده. ولكن على الرغم من حقيقة أنه لن يكون هناك حل سحري في هذا الصراع، ينبغي لنا أن نستمد العزاء من حقيقة أن الأتمتة ليست سوى سهم واحد في جعبتنا التكنولوجية. لن تكون فكرة واحدة خارقة أو حل إبداعي كافيًا، لكن مئات منها قد تؤدي المهمة - وإذا كان هناك شيء واحد متوفر لدينا بكثرة كجنس بشري، فهو الأفكار الإبداعية.

وفي نهاية المطاف، قد يكون الماضي أعظم مصدر للارتياح. يُظهر التاريخ أن التكنولوجيا يمكن أن تساعد في إطعام العالم، لذلك لدينا كل الأسباب للاعتقاد بأنها قادرة على الاستمرار في القيام بذلك في المستقبل.

توصيات المحررين

• الخدع البصرية يمكن أن تساعدنا في بناء الجيل القادم من الذكاء الاصطناعي
• هل يمكن للكمبيوتر العملاق أن ينقذنا من فيروس كورونا؟ لقد تحدثنا إلى الرجل الذي يعرف
• يواجه أفضل متسابق الطائرات بدون طيار الروبوت بدون طيار في أول صراع بين الإنسان والآلة
• الانتظار على الأجنحة: كيف تُحدث الطائرات بدون طيار ثورة في المعركة ضد الجوع
• يتحدث أحد كبار الباحثين في أكسفورد عن مخاطر الأتمتة على التوظيف