Automatizované zemědělství: Mohou nás roboti, drony a umělá inteligence zachránit před hladem?

Zemědělství urazilo v minulém století dlouhou cestu. Vyrábíme více potravin než kdykoli předtím – ale náš současný model je neudržitelný a světová populace rychle blíží hranici 8 miliard, budou moderní metody výroby potravin potřebovat radikální transformaci, pokud se mají udržet nahoru. Ale naštěstí existuje řada nových technologií, které by to mohly umožnit. v tato série, prozkoumáme některá nová inovativní řešení, na kterých farmáři, vědci a podnikatelé pracují, abychom zajistili, že v našem stále přeplněnějším světě nikdo nebude hladovět.

V klíčovém – i když často kritizovaném – díle Thomase Malthuse z roku 1798, Esej o principu populaceEkonom vzal dlouhý pohled na lidskou historii a pozoroval, že lidské populace, když mají dostatek jídla, rostou, dokud nevyčerpají své zdroje, a v tomto okamžiku nastává nedostatek. "Hladomor se zdá být posledním, nejstrašnějším přírodním zdrojem," řekl. "Síla obyvatelstva je tak nadřazena síle na Zemi produkovat obživu pro člověka, že předčasná smrt musí v nějaké podobě navštívit lidskou rasu."

Jakkoli byla Malthusova předpověď poetická, nenaplnila se. Místo toho přišly revoluce v průmyslu a zemědělství a s nimi i podstatný nárůst výroby a obchodu s potravinami. Optimisté zvítězili, zatímco Malthus se stal patronem potrhlých ekonomů, otrhaným kazatelem v ulicích dějin.

Ačkoli moderní ekonomové a tech utopisté pohlížejí na Malthuse s opovržením, jeho argumenty byly rozumné vzhledem k tehdejším důkazům. Možná nové technologie, které umožnily ohromný populační růst v posledních několika stoletích, neukončily možnost malthusianské katastrofy, ale pouze ji oddálily? Lidstvo bylo schopno vyrůst daleko, daleko nad rámec toho, co si Malthus dokázal představit – hrubé odhady uvádějí světovou populaci v roce 1800 na 890–980 milionech lidí, zatímco dnes světová populace přesahuje 7,4 miliardy – ale jak dlouho může tento trend pokračovat?

OSN očekává světová populace dosáhne 8,5 miliardy do roku 2030 a 9,7 miliardy do roku 2050. Velká část světové populace je soustředěna v Číně a Indii; každá z těchto zemí má v současnosti více než jednu miliardu lidí, přičemž se předpokládá, že do roku 2022 počet obyvatel Indie předčí počet obyvatel Číny.

Nové zemědělské technologie a techniky odvrátily prudké hladomory, které Malthus předpovídal. Ačkoli kdysi lidé museli sázet semena náhodně ručně, secí stroje umožnily farmářům zasít je do dlouhých, jednotných řad. S parními traktory mohli farmáři orat široké pásy půdy, aniž by potřebovali pomalé voly. Mlátičky zkracují mnoho hodin věnovaných ručnímu mlácení.

Se světovou populací šplhající do stále ohromujících výšek a s ekonomickým růstem umožňujícím větší spotřebu může svět potřebovat další zemědělskou revoluci, aby se udržel.

Jedna odpověď na problém může spočívat v automatizaci. Zatímco zemědělství se za posledních 200 let stále více automatizovalo, tento proces se pouze zrychluje. Nové technologie, a zejména davy, umožňují farmářům zlepšit efektivitu jejich produkce plodin a živočišné výroby a také rychle neutralizovat hrozby, jako jsou nemoci nebo sucho.

Drony mohou být farmářskými pracovníky budoucnosti

"To slovo má určité stigma," říká Dr. Lav Khot, profesor na Washingtonské státní univerzitě a specialista na management plodin pro konkrétní stanoviště. termín „dron“. Mnoho zastánců komerčního využití dronů dává přednost výrazům jako „bezpilotní vzdušné systémy“, což je delší fráze, která postrádá slovní spojení. rána pěstí. Není těžké pochopit proč: Pro mnohé slovo „dron“ evokuje vojenskou techniku, létající stroje, které shazují bomby nebo špehují cíle shora.

Výzkumníci jako Khot experimentují s různými způsoby využití dronů v zemědělství a přeměňují tyto meče na radlice. Pro pěstitele je jedním z nejzajímavějších využití dronů snímkování plodin. Pomocí dronů vybavených multispektrálními senzory farmáři zkoumají svou půdu a pořizují snímky, které odhalují věci, jako je úrodnost konkrétních oblastí půdy, kolik vody potřebují plodiny a další.

V minulosti se farmáři museli spoléhat na satelitní snímkování, aby získali tak podrobné mapy své půdy, což byl poměrně časově náročný proces. Satelitní snímkování často zahrnuje 14denní intervaly, řekl Khot Digital Trends, a problémy mohou nastat kvůli oblačnosti nebo jiným faktorům. S drony „to můžete získat, kdy chcete, hypoteticky“.

Tento rychlý obrat není jen pohodlný; v případech, kdy jsou rostliny postiženy chorobami nebo škůdci, může být rozdíl mezi tím, zda zachránit sklizeň, nebo sledovat, jak umírá. Mluví pro The GuardianSalman Siddiqui, výzkumník z Mezinárodního vodohospodářského institutu, vysvětluje, jak lze snímky z dronů využít k detekci chorob a dalších stresorů v rostlinách. "Fotosyntetická aktivita klesá, a to ovlivňuje chlorofyl," řekl - a multispektrální zobrazování dokáže tyto změny odhalit včas, dříve než se problémy stanou tak drastickými, že vyvolají známky toho, že to lidé mohou vidět.

Je to proto, že chlorofyl, molekula, která dává listům jejich zelený odstín, přitahuje viditelné světlo a zároveň odráží velké množství infračerveného světla. Když je rostlina nezdravá, bude odrážet více viditelného světla, které na ni dopadá, a odráží méně infračervených vln. Infračervené zobrazování může farmářům ukázat, zda jejich rostliny odrážejí abnormální množství světla, což je přivádí k problémům.

Zemědělství, seznamte se s automatizací

Jeden z Khotových hlavních projektů se v současnosti zaměřuje na zavlažování a experimentuje s různými zavlažovací techniky a množství vody a používání snímků z dronů ke sledování následného zdraví rostliny. Vezměte si například podpovrchové zavlažování. Jedná se o proces, kdy jsou pod povrch půdy umístěny trubky, z nichž kape voda, a přivádějí vodu přímo ke kořenům plodin. Khot a jeho tým upravují umístění trubek a testují je 15 nebo 30 centimetrů pod povrchem vinné révy.

Upravují množství vody používané v rámci svého výzkumu a využívají zobrazování dronů k mapování plodin, testování „abychom zjistili, zda můžeme jít na 60 procent nebo 30 procent, a přesto rostlina může růst a produkovat stejně dobře výtěžek."

Khot také pracuje se zavlažováním nad povrchem, testuje postřikovače umístěné v nízké nadmořské výšce (ne více než stopu nad povrch) a posunutím postřikovačů blíže k vrchlíku, což by mělo snížit odpařování, ke kterému dochází při pohybu vody vzduch.

Khotův výzkum by mohl nabýt nového významu s vývojem klimatických změn. "Ve Washingtonu v roce 2015 jsme zaznamenali nejvyšší teplotu za několik let," řekl Khot, vývoj, který může být důsledkem změny klimatu. Aby se připravili na teplejší roky, Khot a jeho kolegové výzkumníci testují různé odrůdy fazolí pinto, aby zjistili, jak reagují na různá množství vody. To by jim mělo pomoci zjistit, které fazole budou pro zemědělce lepší investicí, pokud v budoucnu teploty porostou.

Ne všechna použití dronů zahrnují zobrazování. Jeden projekt, který Khot popisuje, je nádherně jednoduchý. Chtějí experimentovat s větším modelem UAS, Yamaha RMAX – bezpilotní helikoptérou, která je populární v Japonsko pro sprejování – Khot a jeho tým přišli s chytrým řešením problému, který sužuje Washington farmáři.

Třešně jsou jednou z předních plodin ve Washingtonu a čelí znepokojivě běžnému škůdci: dešti. "Když je třešeň zralá, má vysoký obsah cukru a slupka se stává velmi tenkou," vysvětluje Khot. Když dešťová voda spadne na třešňové sady, může sedět na koruně a třešně s tenkou slupkou ji absorbují. Jak třešně pijí vlhkost, začnou bobtnat a štěpit se.

Pěstitelé třešní se mohou pokusit minimalizovat škody způsobené deštěm rychlým sklízením třešní nebo třepáním větví, aby odlili část vody. Khot létal s RMAXem v nízkých nadmořských výškách – 35 až 50 stop – nad sady, aby rozptýlil vodu z vrchlíků. Je to efektivnější metoda než ruční setřásání třešní ručně nebo ventilátorem – a mnohem levnější než najmout si pilota vrtulníku, aby to udělal – ale není to spolehlivá metoda. „Ovoce tady ve státě Washington nejsou všechny ploché; máme sklon, a tak se s tím každý rok stane několik nehod,“ řekl Khot.

Více než jen létající roboti

Drony se zdají být slibným nástrojem pro farmáře do budoucna, ale nejsou jedinými příklady automatizace, která zaplavuje agrární svět. Robotické úponky se šíří do všech aspektů farmaření a přinášejí chladný dotek i do té nejintimnější části farmářského dne: dojení krav.

Stroje, které zvládají proces dojení, se jeví jako výhra pro farmáře. Ruční dojení je dnes vzácné – koneckonců, kdo chce trávit hodiny denně mačkáním kravských struků a trpět žárlivými pohledy telat? — protože zemědělci již léta používají stroje k odsávání mléka. Tyto stroje však vyžadovaly lidský vstup; farmáři stále museli připevnit kelímky na kravské struky a stát opodál, zatímco stroje odčerpávají mléko.

S modernější technologií může být proces dojení proveden i bez toho, že by člověk musel nějak zasahovat. Pokročilé systémy dojení umožňují dojnicím přiblížit se k dojícímu robotu, když mají chuť. Kráva, jak ji vycvičil její majitel, nastoupí na talíř, který zahájí proces dojení. Stroj dokáže rozpoznat krávy podle jejich štítků a podle toho, zda konkrétní kráva nebyla dojena v rámci určitého po určitou dobu se stroj uvede do provozu, dezinfikuje vemeno a připevní přísavky na struky.

Celý proces je pohodlný pro farmáře a údajně pohodlný pro krávy. Mluví pro BBCFarmář Robert Veich tvrdí, že tento proces umožňuje šťastnější a produktivnější zvířata a říká: „Krávy reagují na pohodlí. Z 28 litrů na průměrných 36 litrů za den, aniž by se výrazně zvýšily náklady na krmivo.“

Mléčné farmy nejsou jediným místem, kde se automatizace uchytila. V poslední době dokonce začal zasahovat i ovocné sady – které byly v průběhu let pozoruhodně odolné vůči mechanizaci. Až donedávna se sběru ovoce dařilo odolávat pochodu automatizace, především proto, že ovoce je choulostivé a stroje by mohly poškodit plodiny nebo stromy, které je produkují. Vydání 2011 Migration News tvrdí, že většina jablek se stále sbírá ručně, a že většinu času dělníka tráví nikoli sbírání jablek, ale spíše přesouvání žebříků používaných k jejich dosažení a tažení pytlů s produkty zpět a dále. Jako generální ředitel společnosti Abundant Robotics Dan Steere vysvětlil Digital Trends„Hlavním problémem je, že ovoce je pro počítače špatně viditelné a je choulostivé. Až dosud nebylo možné spolehlivě identifikovat produkci ani automatizovat sklizeň bez poškození produkce.

Navzdory obtížím hledají inženýři způsoby, jak zefektivnit vychystávání pomocí automatizace. Steerova společnost pracuje na stroji na sběr jablek; další společnost Energid, sestrojil stroj na sběr pomerančů. Sběrač jablek společnosti Abundant Robotics používá vakuovou trubici k vysávání jablek ze stromů, zatímco robot Energid na sklizeň pomerančů setřásá ovoce ze stromů a chytá je.

Pravděpodobně nejikoničtější zemědělské vozidlo, traktor, prochází vlastní proměnou. Autonomní traktory, jako např Autonomní koncepční vozidlo Case IH, by mohly na mnoha farmách nahradit traktory ovládané člověkem. Elegantní stroj nemá ani sedadlo pro řidiče. Může cestovat po předem určených trasách naprogramovaných jeho operátorem, který může sledovat pohyby traktoru a v případě potřeby jej změnit pomocí aplikace pro tablet. Traktor dokáže dokonce vycítit překážky ve své dráze a zastavit se, aby se vyhnul srážce. Výrobci autonomních traktorů jako např Nové Holandsko dokonce tvrdí, že vozidla budou nakonec schopna reagovat na změny počasí.

Autonomní farmářské vybavení není jen vymožeností, umožňuje farmářům odpočívat a popíjet kávu, zatímco roboti dělají svou práci. Není to ani jen nástroj ke snížení nákladů na pracovní sílu. Tato vozidla by mohla odstranit omezení lidského těla z tradičně vyčerpávajícího průmyslu. Stroje nepředstavují žádné riziko zranění nebo zmrzačení, pouze poškození, které lze opravit. Ještě zajímavější je, že farmaření by se mohlo stát 24hodinovým procesem, nepřerušovaným tmou nebo potřebou spánku.

Tradiční představa farmáře jako prošedivělého muže v bundě Carhartt, svírajícího mozolnatýma rukama volant svého John Deere, se možná brzy zapíše do historie. Místo něj zapnutý muž spravující flotilu strojů se svým iPadem z pohodlí kanceláře.

Bude to stačit?

Všechny tyto nové technologie jsou oslnivé, ale otázkou zůstává: Budou stačit k udržení rostoucího chřtánu spotřeby? Organizace OSN pro výživu a zemědělství to odhadujeAby bylo možné nasytit rostoucí a stále více městskou světovou populaci, bude se muset roční produkce obilí zvýšit na 3 miliardy metrických tun; produkce masa se bude muset zvýšit na 470 milionů metrických tun. To je hodně jídla.

Věci komplikuje skutečnost, že samotná technologie nerozhoduje o tom, kolik potravin svět sní. V důsledku globalizace přenáší obchod potraviny přes hranice a oceány. Pšenice z Oregonu končí v mlýnech v Asii, hovězí z Japonska může skončit na talíři v New Yorku. I když jednotlivé země mohou zvýšit produkci potravin pomocí automatizace, stav mezinárodních obchodních dohod určí, kam to půjde. Ve světě, ve kterém se zdá, že nacionalistická konkurence převládá a obchodní dohody stojí na nejistější půdě, se může globální síť obchodu s potravinami dramaticky změnit.

Z těchto důvodů by bylo naivní usuzovat, že samotná zemědělská automatizace bude k naší záchraně stačit. Problém, kterému čelíme, je složitý a mnohostranný a žádná jednotlivá technologická inovace pravděpodobně sama o sobě nezmění náš osud. Ale navzdory skutečnosti, že v tomto boji nebudou žádné stříbrné kulky, měli bychom se utěšovat tím, že automatizace je jen jeden šíp v našem technologickém toulci. Jeden průlomový nápad nebo kreativní řešení nebude stačit, ale sto z nich by mohlo stačit – a pokud existuje jedna věc, kterou jako druh máme v hojnosti, jsou to kreativní nápady.

Největším zdrojem úlevy může být nakonec minulost. Historie ukazuje, že technologie může pomoci nasytit svět, takže máme všechny důvody se domnívat, že tomu tak může být i v budoucnu.

Doporučení redakce

• Optické iluze by nám mohly pomoci vybudovat další generaci AI
• Může nás superpočítač zachránit před koronavirem? Mluvili jsme s mužem, který to ví
• Nejlepší dronový závodník se utká s robotickým dronem v prvním střetu člověka se strojem
• Čekání v křídlech: Jak drony revolucionizují v boji proti hladu
• Špičkový oxfordský výzkumník hovoří o riziku automatizace v zaměstnání