Automatisierte Landwirtschaft: Können Roboter, Drohnen und KI uns vor dem Hungertod retten?

Die Landwirtschaft hat im vergangenen Jahrhundert große Fortschritte gemacht. Wir produzieren mehr Lebensmittel als je zuvor – aber unser aktuelles Modell ist nicht nachhaltig und die Weltbevölkerung wächst rapide Wenn sich die Zahl der modernen Lebensmittelproduktionsmethoden der 8-Milliarden-Marke nähert, müssen sie radikal umgestaltet werden, wenn sie bestehen bleiben wollen hoch. Aber zum Glück gibt es eine Reihe neuer Technologien, die dies ermöglichen könnten. In diese Serie, werden wir einige der innovativen neuen Lösungen erkunden, an denen Landwirte, Wissenschaftler und Unternehmer arbeiten, um sicherzustellen, dass in unserer immer dichter werdenden Welt niemand hungern muss.

In Thomas Malthus‘ bahnbrechendem – wenn auch oft kritisierten – Werk von 1798: Ein Essay über das BevölkerungsprinzipDer Ökonom betrachtete die Menschheitsgeschichte langfristig und stellte fest, dass die menschliche Bevölkerung, wenn sie über Nahrung im Überfluss verfügt, so lange wächst, bis ihre Ressourcen überlastet sind, und dann die Knappheit eintritt. „Hungersnot scheint die letzte und schrecklichste Ressource der Natur zu sein“, sagte er. „Die Macht der Bevölkerung ist der Macht der Erde, Nahrung für den Menschen zu produzieren, so überlegen, dass ein vorzeitiger Tod in irgendeiner Form die Menschheit heimsuchen muss.“

So poetisch Malthus‘ Vorhersage auch war, sie traf nicht ein. Stattdessen kam es zu Revolutionen in Industrie und Landwirtschaft und mit ihnen zu einem erheblichen Anstieg der Produktion und des Handels mit Nahrungsmitteln. Die Optimisten gewannen, während Malthus zum Schutzpatron der verrückten Ökonomen wurde, ein zerlumpter Prediger auf den Straßen der Geschichte.

Obwohl moderne Ökonomen und Tech-Utopisten Malthus mit Verachtung betrachten, waren seine Argumente angesichts der damaligen Beweise vernünftig. Vielleicht haben die neuen Technologien, die das enorme Bevölkerungswachstum der letzten Jahrhunderte ermöglichten, die Möglichkeit einer malthusianischen Katastrophe nicht beseitigt, sondern lediglich verzögert? Die Menschheit konnte weit, weit über das hinaus wachsen, was Malthus sich hätte vorstellen können – grobe Schätzungen gehen von der Weltbevölkerung aus Im Jahr 1800 waren es 890 bis 980 Millionen Menschen, während die Weltbevölkerung heute 7,4 Milliarden übersteigt – aber wie lange kann dieser Trend anhalten? weitermachen?

Die UN erwartet Die Weltbevölkerung soll bis zum Jahr 2030 auf 8,5 Milliarden und bis zum Jahr 2050 auf 9,7 Milliarden ansteigen. Ein Großteil der Weltbevölkerung konzentriert sich auf China und Indien; Jedes dieser Länder hat derzeit mehr als eine Milliarde Menschen, wobei die Bevölkerung Indiens bis 2022 voraussichtlich die von China übertreffen wird.

Neue landwirtschaftliche Technologien und Techniken haben die von Malthus vorhergesagten schweren Hungersnöte abgewendet. Früher mussten die Menschen die Samen zwar willkürlich von Hand säen, doch Sämaschinen ermöglichten es den Landwirten, sie in langen, gleichmäßigen Reihen zu säen. Mit dampfbetriebenen Traktoren konnten Bauern weite Landstriche pflügen, ohne dass sie auf träge Ochsen angewiesen waren. Dreschmaschinen reduzieren den stundenlangen Dreschvorgang per Hand.

Da die Weltbevölkerung immer schwindelerregendere Höhen erreicht und das Wirtschaftswachstum einen höheren Konsum ermöglicht, braucht die Welt möglicherweise eine weitere landwirtschaftliche Revolution, um sich zu behaupten.

Eine Antwort auf das Problem könnte in der Automatisierung liegen. Während die Landwirtschaft in den letzten 200 Jahren zunehmend automatisiert wurde, beschleunigt sich dieser Prozess nur noch. Neue Technologien und insbesondere Herden ermöglichen es Landwirten, die Effizienz ihrer Pflanzen- und Tierproduktion zu verbessern und Bedrohungen wie Krankheiten oder Dürre schnell zu neutralisieren.

Drohnen könnten die Landarbeiter der Zukunft sein

„Dieses Wort hat ein gewisses Stigma“, sagt Dr. Lav Khot, Professor an der Washington State University und Spezialist für standortspezifisches Pflanzenmanagement der Begriff „Drohne“. Viele Befürworter des kommerziellen Einsatzes von Drohnen bevorzugen Begriffe wie „unbemannte Luftsysteme“, eine längere Formulierung, der die verbale Bedeutung fehlt schlagen. Es ist nicht schwer zu verstehen, warum: Für viele denken Menschen beim Wort „Drohne“ an militärische Hardware, Flugmaschinen, die Bomben abwerfen oder Ziele von oben ausspionieren.

Forscher wie Khot experimentieren mit verschiedenen Einsatzmöglichkeiten von Drohnen in der Landwirtschaft und verwandeln diese Schwerter in Pflugscharen. Für Landwirte ist die Pflanzenbildgebung eine der aufregendsten Einsatzmöglichkeiten von Drohnen. Mit Drohnen, die mit Multispektralsensoren ausgestattet sind, vermessen Landwirte ihr Land und machen Bilder, die Dinge wie die Fruchtbarkeit bestimmter Bodenflächen, den Wasserbedarf der Pflanzen und mehr verraten.

In der Vergangenheit mussten sich Landwirte auf Satellitenbilder verlassen, um solch detaillierte Karten ihres Landes zu erhalten, was ein ziemlich zeitaufwändiger Prozess war. Laut Khot sind Satellitenaufnahmen häufig in 14-Tage-Intervallen durchzuführen, und Probleme können aufgrund der Bewölkung oder anderer Faktoren auftreten. Mit Drohnen „kann man es hypothetisch bekommen, wann man will.“

Diese schnelle Abwicklung ist nicht nur praktisch; In Fällen, in denen Pflanzen von Krankheiten oder Schädlingen befallen sind, kann dies den Unterschied zwischen der Rettung oder dem Sterben einer Ernte ausmachen. Im Gespräch mit The GuardianSalman Siddiqui, ein Forscher vom International Water Management Institute, erklärt, wie Drohnenbilder genutzt werden können, um Krankheiten und andere Stressfaktoren in Pflanzen zu erkennen. „Die photosynthetische Aktivität nimmt ab, und das wirkt sich auf das Chlorophyll aus“, sagte er – und auf die multispektrale Bildgebung kann diese Veränderungen frühzeitig erkennen, bevor die Probleme so drastisch werden, dass sie Anzeichen hervorrufen, die der Mensch erkennen kann sehen.

Dies liegt daran, dass Chlorophyll, das Molekül, das den Blättern ihren grünen Farbton verleiht, sichtbares Licht anzieht und gleichzeitig eine große Menge Infrarotlicht reflektiert. Wenn eine Pflanze ungesund ist, reflektiert sie mehr sichtbares Licht, das auf sie trifft, und weniger Infrarotwellen. Mithilfe von Infrarotbildern können Landwirte erkennen, ob ihre Pflanzen ungewöhnlich viel Licht reflektieren, und so auf Probleme hinweisen.

Landwirtschaft, treffen Sie auf Automatisierung

Eines von Khots Hauptprojekten konzentriert sich derzeit auf die Bewässerung und das Experimentieren mit verschiedenen Bewässerungstechniken und Wassermengen sowie Verwendung von Drohnenbildern, um den späteren Gesundheitszustand zu verfolgen Pflanzen. Nehmen wir zum Beispiel die unterirdische Bewässerung. Dabei handelt es sich um einen Prozess, bei dem Wasser tropfende Röhren unter der Bodenoberfläche platziert werden und so das Wasser direkt zu den Wurzeln der Pflanzen leiten. Khot und sein Team passen die Position der Röhren an und testen sie 15 oder 30 Zentimeter unter der Oberfläche der Weinreben.

Sie passen im Rahmen ihrer Forschung die Menge des verwendeten Wassers an und nutzen Drohnenbilder, um die Pflanzen zu kartieren. Testen „um zu sehen, ob wir 60 Prozent oder 30 Prozent erreichen können und die Pflanze trotzdem wachsen und genauso gute Produkte produzieren kann.“ Ertrag."

Khot arbeitet auch mit Bewässerung über der Oberfläche und testet Sprinkler in geringer Höhe (nicht mehr als einen Fuß über der Oberfläche). Oberfläche) und die Platzierung der Sprinkler näher an der Überdachung, wodurch die Verdunstung verringert werden sollte, die beim Durchströmen des Wassers auftritt die Luft.

Khots Forschung könnte mit der Entwicklung des Klimawandels neue Bedeutung erlangen. „In Washington haben wir 2015 die höchste Temperatur seit mehreren Jahren gemessen“, sagte Khot, eine Entwicklung, die möglicherweise auf den Klimawandel zurückzuführen ist. Um sich auf heißere Jahre vorzubereiten, testen Khot und seine Forscherkollegen verschiedene Pintobohnensorten, um zu sehen, wie sie auf unterschiedliche Wassermengen reagieren. Dies soll ihnen dabei helfen herauszufinden, welche Bohnen eine bessere Investition für Landwirte darstellen, wenn die Temperaturen in Zukunft steigen.

Nicht alle Einsatzmöglichkeiten von Drohnen erfordern Bildgebung. Ein von Khot beschriebenes Projekt ist erfreulich einfach. Ich möchte mit einem größeren UAS-Modell experimentieren, einem Yamaha RMAX – einem unbemannten Hubschrauber, der in beliebt ist Japan zum Sprühen – Khot und sein Team haben eine clevere Lösung für ein Problem gefunden, das Washington plagt Bauern.

Kirschen gehören zu den wichtigsten Nutzpflanzen Washingtons und sind mit einem besorgniserregend häufigen Schädling konfrontiert: dem Regen. „Wenn die Kirschfrucht reif ist, hat sie einen hohen Zuckergehalt und die Schale wird sehr dünn“, erklärt Khot. Wenn Regenwasser auf die Kirschplantagen fällt, kann es sich auf dem Blätterdach niederlassen und die dünnschaligen Kirschen nehmen es auf. Wenn die Kirschen Feuchtigkeit aufnehmen, beginnen sie anzuschwellen und zu platzen.

Kirschbauern können versuchen, die Schäden durch Regenfälle zu minimieren, indem sie die Kirschen schnell ernten oder die Zweige schütteln, um einen Teil des Wassers abzuleiten. Khot flog einen RMAX in geringer Höhe – 35 bis 50 Fuß – über Obstgärten, um das Wasser aus den Baumkronen zu verteilen. Es ist eine effizientere Methode als das manuelle Schütteln von Kirschbäumen per Hand oder mit einem Fächer – und viel billiger als die Beauftragung eines Hubschrauberpiloten, der dies durchführt –, aber keine narrensichere Methode. „Die Obstgärten hier im US-Bundesstaat Washington sind nicht alle flach; Wir haben Gefälle, und so kommt es jedes Jahr zu einigen Unfällen“, sagte Khot.

Mehr als nur fliegende Roboter

Drohnen scheinen ein vielversprechendes Werkzeug für Landwirte in der Zukunft zu sein, aber sie sind nicht die einzigen Beispiele für die Automatisierung, die die Agrarwelt erfasst. Roboterranken breiten sich in allen Aspekten der Landwirtschaft aus und verleihen selbst dem intimsten Teil des Tages eines Landwirts eine kühle Note: dem Melken der Kühe.

Maschinen, die den Melkprozess übernehmen, scheinen für die Landwirte ein Gewinn zu sein. Heutzutage ist Handmelken selten – denn wer will schon Stunden am Tag damit verbringen, die Zitzen der Kühe auszudrücken und die neidischen Blicke der Kälber zu ertragen? – da Landwirte seit Jahren Maschinen zum Pumpen von Milch einsetzen. Diese Maschinen erforderten jedoch menschliches Zutun; Die Bauern mussten immer noch Becher an den Zitzen der Kühe befestigen und zusehen, wie die Maschinen Milch abpumpten.

Mit modernerer Technologie kann der Melkvorgang auch ohne den geringsten menschlichen Eingriff durchgeführt werden. Fortschrittliche Melksysteme ermöglichen es den Kühen, sich einem Melkroboter zu nähern, wenn ihnen danach ist. Die von ihrem Besitzer trainierte Kuh betritt einen Teller, der den Melkvorgang einleitet. Die Maschine kann die Kühe anhand ihrer Markierungen erkennen und erkennen, ob eine bestimmte Kuh innerhalb einer bestimmten Zeitspanne nicht gemolken wurde Nach einiger Zeit macht sich die Maschine an die Arbeit, desinfiziert das Euter und befestigt Saugnäpfe an den Zitzen.

Der gesamte Prozess ist bequem für die Landwirte und angeblich bequem für die Kühe. Im Gespräch mit der BBCLandwirt Robert Veich behauptet, der Prozess führe zu glücklicheren und produktiveren Tieren und sagt: „Kühe reagieren auf Komfort.“ Sie ist von durchschnittlich 28 Litern auf 36 Liter pro Tag gestiegen, ohne dass die Futterkosten wesentlich gestiegen sind.“

Auch Milchviehbetriebe sind nicht der einzige Ort, an dem die Automatisierung Einzug gehalten hat. In letzter Zeit trifft es sogar Obstplantagen, die sich im Laufe der Jahre bemerkenswert resistent gegen die Mechanisierung verhalten haben. Bis vor kurzem konnte die Obsternte dem Vormarsch der Automatisierung standhalten, vor allem weil Früchte empfindlich sind und Maschinen die Ernte oder die Bäume, die sie produzieren, beschädigen könnten. Eine Ausgabe von Migration News aus dem Jahr 2011 behauptet, dass die Apfelernte zum größten Teil immer noch von Hand erfolgt und dass die Arbeiter den Großteil ihrer Zeit damit verbringen, dies nicht zu tun die Äpfel zu pflücken, sondern vielmehr die Leitern zu bewegen, mit denen man sie erreichte, und Säcke mit Obst und Gemüse hin und her zu schleppen her. Als Dan Steere, CEO von Abundant Robotics erklärt zu Digital Trends„Die Hauptprobleme bestehen darin, dass Früchte für Computer schwer zu erkennen sind und empfindlich sind. Bisher war es weder möglich, Produkte zuverlässig zu identifizieren noch die Ernte zu automatisieren, ohne die Produkte zu beschädigen.“

Trotz der Schwierigkeiten suchen Ingenieure nach Möglichkeiten, die Kommissionierung durch Automatisierung effizienter zu gestalten. Steeres Unternehmen arbeitet an einer Maschine zum Apfelpflücken; ein anderes Unternehmen, Energid, hat eine Maschine zum Orangenpflücken gebaut. Der Apfelpflücker von Abundant Robotics nutzt eine Vakuumröhre, um Äpfel von Bäumen zu saugen, während der Orangenernteroboter von Energid Früchte von Bäumen schüttelt und sie fängt.

Vielleicht durchläuft das kultigste landwirtschaftliche Fahrzeug, der Traktor, eine eigene Transformation. Autonome Traktoren, wie z Das autonome Konzeptfahrzeug von Case IH, könnte auf vielen landwirtschaftlichen Betrieben von Menschen bediente Traktoren ersetzen. Die schnittige Maschine verfügt nicht einmal über einen Sitzplatz für einen Fahrer. Er kann auf vorgegebenen, vom Fahrer programmierten Routen fahren, der die Bewegungen des Traktors verfolgen und ihn bei Bedarf mit einer Tablet-App umleiten kann. Der Traktor kann sogar Hindernisse auf seinem Weg erkennen und anhalten, um Kollisionen zu vermeiden. Autonome Traktorenhersteller wie z New Holland behaupten sogar, dass die Fahrzeuge irgendwann in der Lage sein werden, auf Wetteränderungen zu reagieren.

Autonome Landmaschinen sind nicht nur eine Annehmlichkeit, denn sie ermöglichen es Landwirten, sich zurückzulehnen und Kaffee zu trinken, während Roboter ihre Arbeit erledigen. Es ist auch nicht nur ein Instrument zur Senkung der Arbeitskosten. Diese Fahrzeuge könnten die Einschränkungen des menschlichen Körpers aus einer traditionell anstrengenden Industrie entfernen. An den Maschinen besteht keine Verletzungs- oder Beschädigungsgefahr, sondern nur Schäden, die repariert werden können. Noch faszinierender ist, dass die Landwirtschaft zu einem 24-Stunden-Prozess werden könnte, der nicht durch Dunkelheit oder Schlafbedürfnis unterbrochen wird.

Das traditionelle Bild eines Bauern als ergrauter Mann in einer Carhartt-Jacke, der mit schwieligen Händen das Lenkrad seines John Deere umklammert, könnte bald in der Geschichte verschwinden. An seiner Stelle ein zugeknöpfter Mann, der bequem von seinem Büro aus eine Maschinenflotte mit seinem iPad verwaltet.

Wird es reichen?

All diese neuen Technologien sind atemberaubend, aber die Frage bleibt: Werden sie ausreichen, um den wachsenden Schlund des Konsums aufrechtzuerhalten? Die Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen schätzt dasUm eine wachsende und zunehmend städtische Weltbevölkerung zu ernähren, muss die jährliche Getreideproduktion auf 3 Milliarden Tonnen gesteigert werden. Die Fleischproduktion muss auf 470 Millionen Tonnen gesteigert werden. Das ist eine Menge Essen.

Erschwerend kommt hinzu, dass Technologie allein nicht darüber entscheidet, wie viel Nahrung die Welt isst. Im Zuge der Globalisierung transportiert der Handel Lebensmittel über Grenzen und Ozeane. Weizen aus Oregon landet in Mühlen in Asien, Rindfleisch aus Japan landet möglicherweise auf einem Teller in New York. Selbst wenn einzelne Länder die Lebensmittelproduktion durch den Einsatz von Automatisierung steigern können, wird der Stand der internationalen Handelsabkommen darüber entscheiden, wohin sie geht. In einer Welt, in der der nationalistische Wettbewerb auf dem Vormarsch zu sein scheint und Handelsabkommen auf unsichererem Boden stehen, könnte sich das globale Netzwerk des Lebensmittelhandels dramatisch verändern.

Aus diesen Gründen wäre es naiv zu schlussfolgern, dass die landwirtschaftliche Automatisierung allein ausreicht, um uns zu retten. Das Problem, mit dem wir konfrontiert sind, ist komplex und vielschichtig, und keine einzelne technologische Innovation wird unser Schicksal allein wahrscheinlich ändern. Aber auch wenn es in diesem Kampf keine Allheilmittel geben wird, sollten wir uns mit der Tatsache trösten, dass die Automatisierung nur ein Pfeil in unserem technologischen Köcher ist. Eine bahnbrechende Idee oder kreative Lösung wird nicht ausreichen, aber hundert davon könnten ausreichen – und wenn es etwas gibt, was wir als Spezies im Überfluss haben, dann sind es kreative Ideen.

Letztendlich kann die Vergangenheit die größte Quelle der Erleichterung sein. Die Geschichte zeigt, dass Technologie dazu beitragen kann, die Welt zu ernähren, daher haben wir allen Grund zu der Annahme, dass sie dies auch in Zukunft tun kann.

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