Carnegie Mellon bruger droner, robotter og kunstig intelligens til at trække landbruget ind i det nye århundrede

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.

Lige siden amerikanske borgeres industrielle tidsalder migration fra landet til byen, har byområder haft en tendens til at være forbundet med banebrydende teknologier.

Nå, rids den sammenhæng - for i en tidsalder af kunstig intelligens, et nyt forskningsprojekt af Carnegie Mellon Universitetets Robotics Institute sætter sig for at bevise, at landet kan være lige så teknologisk avanceret som smart by.

Kaldes FarmView (ikke at forveksle med Farmville, det tidsspildende spil, der er løbet over ende Facebook feeds i store dele af det sidste årti), anvender projektet maskinlæring, droner, autonome robotter og stort set alle andre områder af storbudgetteknologisk forskning for at hjælpe landmænd med at dyrke mere mad, bedre og smartere.

"Vi har forsket i robotteknologi til landbruget i omkring 15 år nu," George Kantor, fortalte Carnegie Mellon senior systemforsker til Digital Trends. "Det har taget en række forskellige former, og det her var et forsøg på at samle det hele til ét sammenhængende projekt."

Men FarmView er meget mere end blot en top-down organisatorisk omlægning, som at gøre økonomiadministrationsteamet ansvarligt for debitorer i stedet for kreditorer. Faktisk demonstrerer det en ny følelse af, at det haster omkring dette emne, takket være en statistik, der slog dens betydning for de involverede forskere ind.

Den statistik? Ifølge de nuværende forudsigelser vil verdensbefolkningen nå 9,6 milliarder i 2050. Hvad det betyder er, at hvis der ikke findes bedre måder at bruge vores begrænsede landbrugsressourcer på – herunder jord, vand og energi – kan der meget vel opstå en global fødevarekrise.

"Det er en statistik, som virkelig tvinger os til at lede efter løsninger," fortsatte Kantor. “Teknologi alene vil ikke løse denne potentielle krise; det involverer også sociale og politiske spørgsmål. Det er dog noget, vi mener, vi kan hjælpe med. Det handler heller ikke kun om, hvor meget mad der er. Den måde, vi producerer fødevarer på lige nu, er meget ressourcekrævende, og de ressourcer, der er til rådighed, bliver brugt op. Vi er nødt til at øge mængden af ​​mad, vi producerer, såvel som kvaliteten, men gør det på en måde, der ikke forudsætter, at vi har ubegrænsede ressourcer."

Som en del af projektet har teamet udviklet en autonom jordrobot, der er i stand til at tage visuelle undersøgelser af afgrødemarker på forskellige tidspunkter i sæsonen - med tilladelse fra et kamera, en laserscanner til at måle plantegeometri og et multispektralt kamera, der ser på usynlig stråling bands. Ved hjælp af computervision og maskinlæringsteknologi kan den forudsige det forventede frugtudbytte senere på sæsonen.

I stedet for blot at videregive denne information passivt til en landmand, kan den dog aktivt udløse robotten. beskæring af blade eller udtynding af frugt på en måde, der opretholder en optimal økologisk balance mellem bladareal og frugt belastning.

CMU-forskere bruger også en kombination af droner og stationære sensornetværk til at tage makroskalamålinger af plantevækst.

Selvom disse absolut er smarte eksempler på teknologi, vil den virkelig langvarige effekt komme fra, hvordan teknologier som bladskærende robotter og droner kan bruges til at hjælpe med at forbedre afgrøder.

I denne egenskab pegede Kantor på afgrøden sorghum, et groft, tørt græskorn, der opstod for tusinder af år siden i Egypten. Sorghum spises bredt og anses for at være den femtevigtigste kornafgrøde, der dyrkes i verden. Fordi den har så mange forskellige varianter (hele 42.000!), har den også et enormt genetisk potentiale for at skabe nye højproteinvarianter, der kunne gøre det endnu vigtigere.

Når alt kommer til alt, hvem er tilfreds med blot at være den femte-vigtigste kornafgrøde?

Det er her AI kommer ind. Hvis det er muligt at bruge maskinlæringsteknologi til at måle sorghumparametre på en sådan måde, at opdrættere og genetikere kan vælge de egenskaber, der er mest nødvendige for forbedret udbytte, såvel som mest modstandsdygtige over for sygdomme og tørke, kan det have en massiv positiv indvirkning. Bare en forbedring af udbyttet alene med f.eks. 50 procent ville repræsentere en virkning fra den virkelige verden, som meget få computerforskere nogensinde kan krediteres med.

Så betyder alt dette, at fremtidens gård, ligesom fremtidens fabrik, bliver det stort set fri for mennesker - med række efter række af skinnende Terminator-lignende robotter, der udfører alle arbejde? Ikke helt.

»Vi gør ikke det her for at erstatte folk. Det, vi gør, er at introducere nye teknologier, der kan gøre landmændene mere effektive til det, de gør, og give dem mulighed for at bruge færre ressourcer til at gøre det," sagde Kantor. "Det scenarie, vi forestiller os, involverer ikke brug af færre mennesker; det involverer at bruge robotter og andre teknologier til at udføre opgaver, som mennesker ikke gør i øjeblikket."

På nuværende tidspunkt er mange af teknologierne stadig i "proof of concept"-fasen, men Kantor bemærkede, at de har haft nogle interessante diskussioner med landbrugets early adopters. Nu er projektet - som også inkluderer folk fra Texas A&M, Penn State, Colorado State, Washington State, University of Maryland, University of Georgia og South Carolinas Clemson University - forbereder sig på at ramme det store tid.

"Mange mennesker tænker ikke på, at dette er det første sted at lave denne form for forskning og udvikling, men det er en område, der - og jeg er ked af at bruge dette ordspil, men det er virkelig uundgåeligt - virkelig er modent til fremskridt," Kantor afsluttet. "Vores skub nu er at begynde at bruge disse værktøjer til at løse problemer i stor skala."

Redaktørens anbefalinger

• Optiske illusioner kan hjælpe os med at bygge den næste generation af kunstig intelligens
• Denne teknologi var science fiction for 20 år siden. Nu er det virkelighed
• MITs nye robot kan spille alles foretrukne blokstablingsspil, Jenga