Automatiseret landbrug: Kan robotter, droner og kunstig intelligens redde os fra sult?

Landbruget er nået langt i det seneste århundrede. Vi producerer mere mad end nogensinde før - men vores nuværende model er uholdbar, og som verdens befolkning hurtigt nærmer sig de 8 milliarder, vil moderne fødevareproduktionsmetoder have brug for en radikal transformation, hvis de skal beholde op. Men heldigvis er der en række nye teknologier, der kan gøre det muligt. I denne serie, vil vi udforske nogle af de innovative nye løsninger, som landmænd, videnskabsmænd og iværksættere arbejder på for at sikre, at ingen går sultne i vores stadig mere overfyldte verden.

I Thomas Malthus' banebrydende - skønt ofte kritiseret - værk fra 1798, Et essay om princippet om befolkningøkonomen tog et langt blik på menneskets historie og observerede, at menneskelige befolkninger, når de har en overflod af mad, vokser, indtil de belaster deres ressourcer, hvorefter knaphed sætter ind. "Hungersnød ser ud til at være naturens sidste, den mest forfærdelige ressource," sagde han. "Befolkningens magt er så overlegen i forhold til jordens magt til at producere næring til mennesket, at for tidlig død i en eller anden form må besøge menneskeheden."

Poetisk som Malthus’ forudsigelse var, gik det ikke i opfyldelse. I stedet kom revolutioner inden for industri og landbrug, og med dem en væsentlig stigning i produktion og handel med fødevarer. Optimisterne vandt, mens Malthus blev skytshelgen for kiksede økonomer, en pjaltet prædikant på historiens gader.

Selvom moderne økonomer og tech-utopikere ser på Malthus med hån, var hans argumenter rimelige givet beviserne på det tidspunkt. Måske har de nye teknologier, der muliggjorde den enorme befolkningstilvækst i de sidste par århundreder, ikke afsluttet muligheden for en malthusiansk katastrofe, men blot forsinket den? Menneskeheden har været i stand til at vokse langt, langt ud over, hvad Malthus kunne have forestillet sig - grove skøn sætter verdensbefolkningen i 1800 på 890-980 millioner mennesker, mens verdensbefolkningen i dag overstiger 7,4 milliarder - men hvor længe kan denne tendens Blive ved?

FN forventer verdensbefolkningen til at nå 8,5 milliarder i år 2030 og 9,7 milliarder i 2050. En stor del af verdens befolkning er koncentreret i Kina og Indien; hvert af disse lande har i øjeblikket mere end en milliard mennesker, og befolkningen i Indien forventes at overgå Kinas befolkning i 2022.

Nye landbrugsteknologier og -teknikker har afværget den skarpe hungersnød, som Malthus forudsagde. Selvom mennesker engang måtte plante frø tilfældigt i hånden, gjorde såmaskiner bønderne i stand til at så dem i lange, ensartede linjer. Med dampdrevne traktorer kunne landmænd pløje brede skår af jord uden behov for træge okser. Tærskemaskiner skærer ned på de mange timer, der er afsat til håndtærskning.

Med verdensbefolkningen, der klatrer til stadig mere svimlende højder, og med økonomisk vækst, der giver mulighed for større forbrug, kan verden have brug for endnu en landbrugsrevolution for at opretholde sig selv.

Et svar på problemet kan ligge i automatisering. Mens landbruget er blevet mere og mere automatiseret i løbet af de sidste 200 år, accelererer processen kun. Nye teknologier, og i særdeleshed store mængder, giver landmændene mulighed for at forbedre effektiviteten af ​​deres afgrøder og husdyrproduktion, samt hurtigt neutralisere trusler såsom sygdom eller tørke.

Droner kan være fremtidens landarbejdere

"Der er noget stigmatisering af det ord," siger Dr. Lav Khot, professor ved Washington State University og specialist i stedspecifik afgrødeforvaltning, om udtrykket "drone". Mange fortalere for kommerciel brug af droner foretrækker udtryk som "ubemandede luftsystemer", en længere sætning, der mangler det verbale slag. Det er ikke svært at se hvorfor: For mange fremkalder ordet "drone" militær hardware, flyvende maskiner, der kaster bomber eller spionerer på mål fra oven.

Forskere som Khot eksperimenterer med forskellige måder, hvorpå droner kan bruges i landbruget, ved at slå disse sværd til plovskær. For avlere er en af ​​de mest spændende anvendelser for droner afgrødebilleddannelse. Ved hjælp af droner udstyret med multispektrale sensorer undersøger landmænd deres jord og tager billeder, der afslører ting som frugtbarheden af ​​bestemte jordpletter, hvor meget vand afgrøderne har brug for og mere.

Tidligere måtte landmændene stole på satellitbilleder for at få så detaljerede kort over deres jord, hvilket var en ret tidskrævende proces. Satellitbilleder involverer ofte 14 dages intervaller, fortalte Khot til Digital Trends, og der kan opstå problemer på grund af skydække eller andre faktorer. Med droner "kan du få det, når du vil, hypotetisk."

Den hurtige omstilling er ikke kun praktisk; i tilfælde, hvor planter er ramt af sygdom eller skadedyr, kan det være forskellen mellem at gemme en høst eller se den dø. Taler med The Guardian, Salman Siddiqui, en forsker fra International Water Management Institute, forklarer, hvordan dronebilleder kan bruges til at opdage sygdomme og andre stressfaktorer i planter. "Fotosyntetisk aktivitet falder, og det påvirker klorofylet," sagde han - og multispektral billeddannelse kan opdage disse ændringer tidligt, før problemerne bliver så drastiske, at de giver tegn på, at mennesker kan se.

Dette skyldes, at klorofyl, molekylet, der giver bladene deres grønne nuance, trækker synligt lys ind, mens det reflekterer en stor mængde infrarødt lys. Når en plante er usund, vil den reflektere mere af det synlige lys, der rammer den, og reflektere færre infrarøde bølger. Infrarød billeddannelse kan vise landmændene, om deres planter reflekterer unormale mængder af lys, hvilket giver dem problemer.

Landbrug, mød automatisering

Et af Khots hovedprojekter i øjeblikket fokuserer på kunstvanding, at eksperimentere med forskellige kunstvandingsteknikker og mængder af vand, og brug af dronebilleder til at spore det efterfølgende helbred af planter. Tag for eksempel underjordisk kunstvanding. Dette er en proces, hvor rør, der drypper vand, placeres under jordens overflade og leverer vand direkte til rødderne af afgrøder. Khot og hans team justerer placeringen af ​​rørene og tester dem 15 eller 30 centimeter under vinrankernes overflade.

De justerer mængden af ​​vand, der bruges som en del af deres forskning, og bruger dronebilleder til at kortlægge afgrøderne, teste "for at se, om vi kan gå til 60 procent eller 30 procent, og planten stadig kan vokse og producere lige så god udbytte."

Khot arbejder også med kunstvanding over overfladen og tester sprinklere baseret på lavt højde (ikke mere end en fod over overflade) og flytning af sprinklere tættere på baldakinen, hvilket skulle reducere den fordampning, der opstår, når vandet bevæger sig igennem luften.

Khots forskning kan få ny betydning, efterhånden som klimaforandringerne udvikler sig. "I Washington i 2015 registrerede vi den højeste temperatur i flere år," sagde Khot, en udvikling, der kan være resultatet af klimaændringer. For at forberede sig på varmere år tester Khot og hans medforskere forskellige varianter af pinto bønner for at se, hvordan de reagerer på forskellige mængder vand. Dette skulle hjælpe dem med at opdage, hvilke bønner der vil være en bedre investering for landmændene, hvis temperaturerne stiger i fremtiden.

Ikke alle anvendelser af droner involverer billeddannelse. Et projekt, Khot beskriver, er dejligt enkelt. Ønsker at eksperimentere med en større model af UAS, en Yamaha RMAX — en ubemandet helikopter, der har været populær i Japan for sprøjtning - Khot og hans team fandt på en smart løsning på et problem, der har plaget Washington landmænd.

Kirsebær er en af ​​Washingtons førende afgrøder, og de står over for en foruroligende almindelig skadedyr: regn. "Når kirsebærfrugten er moden, har den et højt sukkerindhold, og skindet bliver meget tyndt," forklarer Khot. Når regnvandet falder på kirsebærplantagen, kan det sidde på baldakinen, og de tyndskallede kirsebær vil absorbere det. Når kirsebærene drikker fugt op, begynder de at svulme op og flække.

Kirsebæravlere kan forsøge at minimere skaderne fra nedbør ved at høste kirsebær hurtigt eller ved at ryste grenene for at fjerne noget af vandet. Khot fløj en RMAX i lave højder - 35 til 50 fod - over frugtplantager for at sprede vand fra baldakinerne. Det er en mere effektiv metode end at ryste kirsebærtræer manuelt eller med ventilator - og meget billigere end at hyre en helikopterpilot til at komme og gøre det - men ikke en idiotsikker metode. "Plantager her i Washington State er ikke alle flade; vi har fået skråning, og så hvert år er der nogle ulykker med det, sagde Khot.

Mere end bare flyvende robotter

Droner ser ud til at være et lovende værktøj for landmænd fremover, men de er ikke de eneste eksempler på automatisering, der fejer over den agrariske verden. Robotranker breder sig ind i alle aspekter af landbruget og bringer en kold berøring selv til den mest intime del af en bondes dag: malkning af køer.

Maskiner, der håndterer malkeprocessen, virker som en gevinst for landmændene. Håndmalkning er sjældent i dag - når alt kommer til alt, hvem har lyst til at bruge timer om dagen på at klemme ko-patter og lide jaloux fra kalve? — da landmænd har brugt maskiner til at pumpe mælk i årevis nu. Disse maskiner krævede dog menneskelig input; bønderne skulle stadig fastgøre kopper til koens patter, og stå ved siden af, mens maskinerne pumper mælk ud.

Med mere moderne teknologi kan malkeprocessen udføres uden selv den lille mængde menneskelig input. Avancerede malkesystemer gør det muligt for køerne at nærme sig en malkerobot, når de har lyst. Koen, som trænet af sin ejer, træder op på en tallerken, som starter malkeprocessen. Maskinen kan genkende køerne på deres mærker, og hvis en specifik ko ikke er blevet malket inden for en vis periode, vil maskinen komme i gang, desinficere yveret og sætte sugekopper på sutterne.

Hele processen er bekvem for landmænd og angiveligt behagelig for køerne. Taler med BBC, hævder landmand Robert Veich, at processen giver gladere, mere produktive dyr, og siger "Køer reagerer på komfort. Den er gået fra 28 liter til 36 liter i gennemsnit om dagen, uden en væsentlig stigning i foderomkostningerne.”

Mælkekvægbedrifter er heller ikke det eneste sted, hvor automatiseringen har bidt sig fast. På det seneste er det endda begyndt at ramme frugtplantager - som har været bemærkelsesværdigt modstandsdygtige over for mekanisering gennem årene. Indtil for nylig har frugtplukning formået at modstå automatiseringens fremmarch, hovedsagelig fordi frugter er sarte, og maskiner kan beskadige afgrøderne eller træerne, der producerer dem. Et 2011-nummer af Migration News hævder, at det meste af æbleplukning stadig foregår i hånden, og at størstedelen af ​​arbejderens tid ikke bruges plukke æblerne, men hellere flytte stigerne, der plejede at nå dem og trække poser med produkter tilbage og frem. Som Abundant Robotics CEO Dan Steere forklaret til Digital Trends, "hovedproblemerne er, at frugt er svært for computere at se, og det er delikat. Indtil nu har det ikke været muligt hverken pålideligt at identificere produkter eller automatisere høst uden at beskadige produkterne."

På trods af vanskelighederne leder ingeniører efter måder at gøre plukningen mere effektiv gennem automatisering. Steeres firma arbejder på en maskine til at plukke æbler; en anden virksomhed, Energid, har bygget en maskine til at plukke appelsiner. Abundant Robotics' æbleplukker bruger et vakuumrør til at suge æbler af træer, mens Energids appelsinhøstrobot ryster frugt fra træer og fanger dem.

Det måske mest ikoniske landbrugskøretøj, traktoren, gennemgår sin egen forvandling. Autonome traktorer, som f.eks Case IHs autonome konceptbil, kunne erstatte menneskebetjente traktorer på mange gårde. Den slanke maskine har ikke engang et sæde til en chauffør. Den kan køre ad forudbestemte ruter programmeret af dens operatør, som kan spore traktorens bevægelser og om nødvendigt omdirigere den med en tablet-app. Traktoren kan endda mærke forhindringer på dens vej og stoppe for at undgå kollisioner. Autonome traktorproducenter som f.eks New Holland hævder endda, at køretøjerne med tiden vil være i stand til at reagere på ændringer i vejret.

Autonomt landbrugsudstyr er ikke blot en bekvemmelighed, der giver landmændene mulighed for at læne sig tilbage og nippe til kaffe, mens robotter udfører deres arbejde. Det er heller ikke blot et værktøj til at skære ned på omkostningerne til arbejdskraft. Disse køretøjer kunne fjerne menneskekroppens begrænsninger fra en traditionelt opslidende industri. Maskiner står ikke i fare for personskade eller lemlæstelse, kun skader, der kan repareres. Endnu mere spændende er det, at landbrug kan blive en 24-timers proces, uafbrudt af mørke eller behov for søvn.

Det traditionelle billede af en landmand som griset mand i en Carhartt-jakke, der griber rattet på sin John Deere med hårdhændede hænder, kan snart forsvinde ind i historien. I hans sted, en tilknappet mand, der administrerer en flåde af maskiner med sin iPad fra komforten af ​​et kontor.

Vil det være nok?

Alle disse nye teknologier er blændende, men spørgsmålet er stadig: Vil de være nok til at opretholde det voksende forbrug? FN's fødevare- og landbrugsorganisation vurderer det, for at brødføde en voksende og stadig mere urban verdensbefolkning, vil den årlige kornproduktion skulle stige til 3 milliarder tons; kødproduktionen skal øges til 470 millioner tons. Det er meget mad.

Det komplicerende er, at teknologien alene ikke bestemmer, hvor meget mad verden spiser. I kølvandet på globaliseringen fører handel fødevarer på tværs af grænser og oceaner. Hvede fra Oregon ender på møller i Asien, oksekød fra Japan kan ende på en tallerken i New York. Selv hvis de enkelte lande kan øge fødevareproduktionen gennem brug af automatisering, vil tilstanden af ​​internationale handelsaftaler afgøre, hvor den går hen. I en verden, hvor nationalistisk konkurrence synes stigende, og handelsaftaler står på mere rystende grund, kan det globale fødevarehandelsnetværk ændre sig dramatisk.

Af disse grunde ville det være naivt at konkludere, at landbrugsautomatisering alene vil være nok til at redde os. Det problem, vi står over for, er komplekst og mangefacetteret, og ingen individuel teknologisk innovation vil sandsynligvis ændre vores skæbne af sig selv. Men på trods af, at der ikke vil være nogen sølvkugler i denne kamp, ​​bør vi trøste os med, at automatisering kun er én pil i vores teknologiske kogger. Én banebrydende idé eller kreativ løsning vil ikke være nok, men hundrede af dem kan måske gøre tricket - og hvis der er én ting, vi har i overflod som art, er det kreative ideer.

I sidste ende kan fortiden være den største kilde til lettelse. Historien viser, at teknologi kan hjælpe med at brødføde verden, så vi har al mulig grund til at tro, at den kan fortsætte med at gøre det i fremtiden.

Redaktørens anbefalinger

• Optiske illusioner kan hjælpe os med at bygge den næste generation af kunstig intelligens
• Kan en supercomputer redde os fra coronavirus? Vi talte med manden, der ved
• Top drone racer tager imod robotdrone i første menneske-mod-maskine-sammenstød
• Venter i vingerne: Hvordan droner revolutionerer kampen mod sult
• Top Oxford-forsker taler om risikoen ved automatisering på beskæftigelse