Автоматизирано земеделие: Могат ли роботи, дронове и AI да ни спасят от глад?

Селското стопанство измина дълъг път през миналия век. Произвеждаме повече храна от всякога, но сегашният ни модел е неустойчив и тъй като населението на света бързо наближава границата от 8 милиарда, съвременните методи за производство на храни ще се нуждаят от радикална трансформация, ако искат да се запазят нагоре. Но за щастие има набор от нови технологии, които може да го направят възможно. в тази серия, ще проучим някои от иновативните нови решения, върху които работят фермери, учени и предприемачи, за да сме сигурни, че никой не остава гладен в нашия все по-пренаселен свят.

В основната работа на Томас Малтус, макар и често критикувана, от 1798 г. Есе върху принципа на населението, икономистът направи дълъг поглед върху човешката история, като отбеляза, че човешките популации, когато имат изобилие от храна, растат, докато не натоварят ресурсите си, в който момент настъпва недостиг. „Гладът изглежда е последният, най-ужасният ресурс на природата“, каза той. „Силата на населението е толкова по-голяма от силата на земята да произвежда препитание за човека, че преждевременната смърт трябва под една или друга форма да посети човешката раса.“

Колкото и поетично да беше предсказанието на Малтус, то не се сбъдна. Вместо това дойдоха революции в индустрията и селското стопанство, а с тях и значително увеличение на производството и търговията с храни. Оптимистите спечелиха, докато Малтус стана покровител на откачените икономисти, дрипав проповедник по улиците на историята.

Въпреки че съвременните икономисти и технологични утописти гледат на Малтус с презрение, аргументите му са разумни предвид доказателствата по онова време. Може би новите технологии, които позволиха огромния растеж на населението през последните няколко века, не сложиха край на възможността за малтусианска катастрофа, а просто я забавиха? Човечеството е успяло да нарасне далеч, далеч отвъд това, което Малтус е могъл да си представи - груби оценки показват световното население през 1800 г. на 890-980 милиона души, докато днес световното население надхвърля 7,4 милиарда — но колко дълго може да продължи тази тенденция продължи?

ООН очаква световното население да достигне 8,5 милиарда до 2030 г. и 9,7 милиарда до 2050 г. Голяма част от световното население е съсредоточено в Китай и Индия; всяка от тези страни в момента има повече от един милиард души, като населението на Индия се очаква да надмине това на Китай до 2022 г.

Новите селскостопански технологии и техники са предотвратили острите гладове, които Малтус предрича. Въпреки че някога хората е трябвало да засаждат семена безразборно на ръка, сеялките са позволили на фермерите да ги сеят на дълги, еднакви редове. С трактори, задвижвани с пара, фермерите можеха да орат широки откоси земя, без да имат нужда от мудни волове. Вършачките намаляват многото часове, посветени на ръчно вършитба.

С нарастването на световното население до все по-зашеметяващи висоти и с икономическия растеж, позволяващ по-голямо потребление, светът може да се нуждае от още една земеделска революция, за да се поддържа.

Един от отговорите на проблема може да се крие в автоматизацията. Докато селското стопанство става все по-автоматизирано през последните 200 години, процесът само се ускорява. Новите технологии и по-специално движението позволяват на фермерите да подобрят ефективността на своите култури и животновъдство, както и бързо да неутрализират заплахи като болести или суша.

Дроновете може да са земеделските работници на бъдещето

„Има известна стигма в тази дума“, казва за терминът „дрон“. Много привърженици на търговската употреба на дронове предпочитат термини като „безпилотни летателни системи“, по-дълга фраза, в която липсва словесната удар. Не е трудно да се разбере защо: За мнозина думата „дрон“ напомня за военна техника, летящи машини, които пускат бомби или шпионират цели отгоре.

Изследователи като Khot експериментират с различни начини, по които дроновете могат да се използват в селското стопанство, изковавайки тези мечове на плугове. За производителите едно от най-вълнуващите приложения на дроновете е изобразяването на реколтата. С помощта на дронове, оборудвани с мултиспектрални сензори, фермерите изследват земята си, като правят изображения, които разкриват неща като плодородието на конкретни участъци от почвата, от колко вода се нуждаят културите и други.

В миналото фермерите трябваше да разчитат на сателитни изображения, за да получат толкова подробни карти на земята си, което беше доста времеемък процес. Сателитното изображение често включва 14-дневни интервали, каза Khot пред Digital Trends, и могат да възникнат проблеми поради облачно покритие или други фактори. С дронове „можете да го получите, когато пожелаете, хипотетично“.

Този бърз обрат не е просто удобен; в случаите, когато растенията са засегнати от болести или вредители, това може да е разликата между спасяването на реколтата или гледането как умира. Говорейки с The Guardian, Салман Сидики, изследовател от Международния институт за управление на водите, обяснява как изображенията с дрон могат да се използват за откриване на болести и други стресови фактори в растенията. "Фотосинтетичната активност намалява и това засяга хлорофила", каза той - и мултиспектралното изображение може да открие тези промени рано, преди проблемите да станат толкова драстични, че да произведат признаци, които хората могат виж.

Това е така, защото хлорофилът, молекулата, която придава зеления оттенък на листата, привлича видима светлина, като същевременно отразява голямо количество инфрачервена светлина. Когато едно растение е нездравословно, то ще отразява повече от видимата светлина, която го удря, и ще отразява по-малко инфрачервени вълни. Инфрачервените изображения могат да покажат на фермерите дали растенията им отразяват необичайни количества светлина, което ги насочва към проблеми.

Селско стопанство, запознайте се с автоматизацията

Един от основните проекти на Khot в момента се фокусира върху напояването, експериментирайки с различни техники за напояване и количества вода и използване на изображения с дрон за проследяване на последващото здраве на растения. Вземете например подземното напояване. Това е процес, при който тръби, които капят вода, се поставят под повърхността на почвата, доставяйки вода директно до корените на културите. Хот и неговият екип коригират местоположението на тръбите, като ги тестват на 15 или 30 сантиметра под повърхността на лозята.

Те коригират количеството вода, използвано като част от техните изследвания, и използват изображения с дрон, за да картографират културите, тестване, за да видим дали можем да стигнем до 60 процента или 30 процента, и все пак растението може да расте и да произвежда толкова добри добив.”

Khot също работи с напояване над повърхността, като тества пръскачки, базирани на ниска надморска височина (не повече от един фут над повърхност) и преместване на спринклерите по-близо до навеса, което би трябвало да намали изпарението, което се случва, когато водата се движи през въздухът.

Изследванията на Хот могат да придобият ново значение с развитието на изменението на климата. „Във Вашингтон през 2015 г. регистрирахме най-високата температура от няколко години“, каза Хот, развитие, което може да е резултат от изменението на климата. За да се подготвят за по-горещи години, Хот и колегите му изследователи тестват различни разновидности на боб, за да видят как реагират на различни количества вода. Това трябва да им помогне да открият кои зърна ще бъдат по-добра инвестиция за фермерите, ако температурите се повишат в бъдеще.

Не всички употреби на дронове включват изображения. Един проект, който Khot описва, е възхитително прост. Искам да експериментирам с по-голям модел UAS, Yamaha RMAX - безпилотен хеликоптер, който е популярен в Япония за пръскане — Хот и неговият екип излязоха с хитро решение на проблем, който измъчва Вашингтон фермери.

Черешите са една от водещите култури във Вашингтон и са изправени пред обезпокоително често срещан вредител: дъжд. „Когато плодът на черешата е узрял, той има високо съдържание на захар и кожата става много тънка“, обяснява Хот. Когато дъждовната вода падне върху черешовите градини, тя може да седи върху навеса и черешите с тънка кора ще я поемат. Тъй като черешите изпиват влага, те започват да набъбват и да се цепят.

Производителите на череши могат да се опитат да сведат до минимум щетите от валежите, като берат черешите бързо или разклащат клоните, за да изхвърлят част от водата. Khot летя с RMAX на ниска надморска височина - 35 до 50 фута - над овощни градини, за да разпръсне водата от сенниците. Това е по-ефективен метод от ръчното разклащане на черешови дръвчета на ръка или с вентилатор — и много по-евтин от наемането на пилот на хеликоптер, който да дойде и да го направи — но не и безупречен. „Овощните градини тук, в щата Вашингтон, не всички са равни; имаме наклон и всяка година има инциденти с това“, каза Хот.

Повече от просто летящи роботи

Дроновете изглеждат обещаващ инструмент за бъдещите фермери, но те не са единствените примери за автоматизация, която обхваща аграрния свят. Роботизираните пипала се разпространяват във всеки аспект на земеделието, внасяйки студена нотка дори в най-интимната част от деня на фермера: доенето на крави.

Машините, управляващи процеса на доене, изглеждат като победа за фермерите. Ръчното доене е рядкост днес - в края на краищата, кой иска да прекарва часове на ден в мачкане на кравешки биберони и да страда от ревнивите погледи на телета? — тъй като фермерите използват машини за изпомпване на мляко от години. Тези машини обаче изискваха човешка намеса; фермерите все още трябваше да прикрепят чаши към биберона на кравата и да стоят, докато машините изпомпват мляко.

С по-модерна технология, процесът на доене може да се извърши дори без толкова малко човешко участие. Усъвършенстваните системи за доене позволяват на кравите да се доближат до робот за доене, когато им се иска. Кравата, обучена от собственика си, стъпва върху чиния, която инициира процеса на доене. Машината може да разпознае кравите по техните етикети и ако конкретна крава не е издоена в определен срок период от време, машината ще започне работа, дезинфекцирайки вимето и прикрепяйки вендузи към бибероните.

Целият процес е удобен за фермерите и уж удобен за кравите. Говорейки пред BBC, фермерът Робърт Вейч твърди, че процесът създава по-щастливи, по-продуктивни животни, като казва: „Кравите отговарят на комфорта. Той премина от 28 литра на 36 литра средно на ден, без значително увеличение на разходите за фураж.“

Млечните ферми също не са единственото място, където автоматизацията се е наложила. Напоследък дори започна да удря овощните градини - които са били изключително устойчиви на механизация през годините. Доскоро брането на плодове успяваше да устои на похода на автоматизацията, до голяма степен защото плодовете са деликатни и машините могат да повредят културите или дърветата, които ги произвеждат. Брой на Migration News за 2011 г твърди, че по-голямата част от брането на ябълки все още се извършва на ръка и че по-голямата част от работното време не се изразходва бране на ябълките, а по-скоро преместване на стълбите, използвани за достигане до тях и теглене на торби с продукти обратно и напред. Като изпълнителен директор на Abundant Robotics Дан Стийр обясни пред Digital Trends, „основните проблеми са, че плодовете трудно се виждат от компютрите и са деликатни. Досега не беше възможно надеждно да се идентифицира продукцията или да се автоматизира прибирането на реколтата, без да се повреди продукцията.“

Въпреки трудностите, инженерите търсят начини да направят брането по-ефективно чрез автоматизация. Компанията на Steere работи върху машина за бране на ябълки; друга компания, Energid, е построил машина за бране на портокали. Берачът на ябълки на Abundant Robotics използва вакуумна тръба, за да изсмуква ябълки от дърветата, докато роботът за бране на портокали на Energid изтръсква плодове от дърветата и ги хваща.

Може би най-емблематичното селскостопанско превозно средство, тракторът, претърпява собствена трансформация. Автономни трактори, като напр Автономният концептуален автомобил на Case IH, може да замени управляваните от хора трактори в много ферми. Елегантната машина дори няма място за шофьор. Той може да се движи по предварително определени маршрути, програмирани от неговия оператор, който може да проследява движенията на трактора и да го пренасочва, ако е необходимо, с приложение за таблет. Тракторът дори може да усети препятствия по пътя си, като спира, за да избегне сблъсъци. Автономни производители на трактори като Нова Холандия дори твърдят, че превозните средства в крайна сметка ще могат да реагират на промените във времето.

Автономното земеделско оборудване не е просто удобство, което позволява на фермерите да се отпуснат и да пият кафе, докато роботите вършат работата си. Нито пък е просто инструмент за намаляване на разходите за труд. Тези превозни средства биха могли да премахнат ограниченията на човешкото тяло от една традиционно изтощителна индустрия. Машините нямат риск от нараняване или осакатяване, а само щети, които могат да бъдат поправени. Още по-интригуващо е, че земеделието може да се превърне в 24-часов процес, без прекъсване от тъмнина или нужда от сън.

Традиционният образ на фермер като прошарен мъж в яке Carhartt, стискащ волана на своя John Deere с мазолести ръце, може скоро да избледнее в историята. На негово място, закопчан мъж, управляващ парк от машини със своя iPad от комфорта на офиса.

Ще бъде ли достатъчно?

Всички тези нови технологии са ослепителни, но остава въпросът: Ще бъдат ли достатъчни, за да поддържат нарастващата паст на потреблението? Организацията по прехрана и земеделие на ООН оценява, че, за да се изхрани нарастващото и все по-градско световно население, годишното производство на зърно ще трябва да се увеличи до 3 милиарда метрични тона; производството на месо ще трябва да се увеличи до 470 милиона метрични тона. Това е много храна.

Нещата се усложняват от факта, че самата технология не решава колко храна ще изяде светът. В хода на глобализацията търговията пренася храна през граници и океани. Пшеницата от Орегон се озовава в мелници в Азия, говеждото от Япония може да се окаже на чиния в Ню Йорк. Дори ако отделните страни могат да увеличат производството на храни чрез използването на автоматизация, състоянието на международните търговски сделки ще определи накъде ще отиде. В свят, в който националистическата конкуренция изглежда нараства, а търговските сделки стоят на по-нестабилна основа, глобалната мрежа за търговия с храни може да се промени драматично.

Поради тези причини би било наивно да заключим, че автоматизацията на земеделието сама по себе си ще бъде достатъчна, за да ни спаси. Проблемът, пред който сме изправени, е сложен и многостранен и нито едно отделно технологично нововъведение няма вероятност да промени съдбата ни само по себе си. Но въпреки факта, че няма да има сребърни куршуми в тази борба, трябва да се утешим с факта, че автоматизацията е само една стрела в нашия технологичен колчан. Една пробивна идея или креативно решение няма да е достатъчно, но сто от тях може да свършат работа - и ако има нещо, което имаме в изобилие като вид, това са креативни идеи.

В крайна сметка миналото може да е най-големият източник на облекчение. Историята показва, че технологията може да помогне за изхранването на света, така че имаме всички основания да вярваме, че може да продължи да го прави и в бъдеще.

Препоръки на редакторите

• Оптичните илюзии могат да ни помогнат да изградим следващото поколение AI
• Може ли суперкомпютър да ни спаси от коронавируса? Говорихме с човека, който знае
• Топ състезател с дрон се изправя срещу дрон робот в първия сблъсък между хора и машини
• Чакане на края: Как дроновете революционизират битката срещу глада
• Топ изследовател от Оксфорд говори за риска от автоматизацията върху заетостта