Automatiseeritud põllumajandus: kas robotid, droonid ja tehisintellekt võivad meid näljahädast päästa?

Põllumajandus on möödunud sajandil kaugele jõudnud. Toodame rohkem toitu kui kunagi varem – kuid meie praegune mudel ei ole jätkusuutlik ja kuna maailma rahvastik kasvab kiiresti läheneb 8 miljardile piirile, vajavad tänapäevased toidutootmismeetodid radikaalset ümberkujundamist, kui need säilivad üles. Kuid õnneks on mitmeid uusi tehnoloogiaid, mis võivad selle võimalikuks teha. sisse see seeria, uurime mõningaid uuenduslikke uusi lahendusi, mille kallal põllumehed, teadlased ja ettevõtjad töötavad, et tagada, et meie üha rahvarohkemas maailmas ei jääks keegi nälga.

Thomas Malthuse alustavas – kuigi sageli kritiseeritud – 1798. aasta töös, Essee rahvastiku põhimõttest, vaatles majandusteadlane inimkonna ajalugu pikalt ja täheldas, et kui neil on külluses toitu, kasvab inimpopulatsioon seni, kuni nad kurnavad oma ressursse, misjärel tekib nappus. "Näljahäda näib olevat looduse viimane, kõige kohutavam ressurss," ütles ta. "Rahvastiku jõud on nii suurem kui maakera jõud inimesele elatist toota, et enneaegne surm peab mingil või teisel kujul inimkonda külastama."

Nii poeetiline kui ka Malthuse ennustus oli, see ei läinud täide. Selle asemel tulid revolutsioonid tööstuses ja põllumajanduses ning koos nendega toiduainete tootmise ja kaubanduse oluline kasv. Optimistid võitsid, samas kui Malthusest sai räbaldunud majandusteadlaste kaitsepühak, räbaldunud jutlustaja ajalootänavatel.

Kuigi kaasaegsed majandusteadlased ja tehnikautoopikud suhtuvad Malthusesse põlgusega, olid tema argumendid tolleaegseid tõendeid arvestades mõistlikud. Võib-olla ei lõpetanud uued tehnoloogiad, mis võimaldasid viimaste sajandite tohutut rahvastikukasvu, Malthusi katastroofi võimalust, vaid lihtsalt lükkasid selle edasi? Inimkond on suutnud kasvada palju, palju kaugemale sellest, mida Malthus oleks võinud ette kujutada – umbkaudsete hinnangute kohaselt on maailma rahvastik aastal 1800 890–980 miljonit inimest, samal ajal kui praegu ületab maailma rahvaarv 7,4 miljardit – kuid kui kaua see suundumus kestab jätkata?

ÜRO ootab Maailma rahvaarv jõuab 2030. aastaks 8,5 miljardini ja 2050. aastaks 9,7 miljardini. Suur osa maailma elanikkonnast on koondunud Hiinasse ja Indiasse; igas neist riikides on praegu üle ühe miljardi inimese ning India rahvaarv ületab 2022. aastaks Hiina oma.

Uued põllumajandustehnoloogiad ja -tehnikad on tõrjunud Malthuse ennustatud teravaid näljahädasid. Kuigi kunagi pidid inimesed seemneid juhuslikult käsitsi istutama, võimaldasid külvikud põllumeestel neid pikkade ühtlaste ridadena külvata. Aurumootoriga traktoritega said põllumehed künda laiu maad, ilma et oleks vaja loid härgi. Rehepeksumasinad vähendavad käsitsi peksmisele pühendatud palju tunde.

Kuna maailma rahvastik tõuseb üha jahmatavamatesse kõrgustesse ja majanduskasv võimaldab suuremat tarbimist, võib maailm vajada järjekordset põllumajandusrevolutsiooni enda ülalpidamiseks.

Üks vastus probleemile võib peituda automatiseerimises. Kuigi põllumajandus on viimase 200 aasta jooksul üha enam automatiseerunud, see protsess ainult kiireneb. Uued tehnoloogiad ja eelkõige jõupingutused võimaldavad põllumeestel parandada oma põllukultuuride ja loomakasvatuse tõhusust ning kiiresti neutraliseerida ohte, nagu haigused või põud.

Droonid võivad olla tuleviku farmitöölised

"Sellel sõnal on teatud häbimärgistamine," ütleb Washingtoni osariigi ülikooli professor ja kohaspetsiifilise põllukultuuride majandamise spetsialist dr Lav Khot. termin "droon". Paljud droonide kaubandusliku kasutamise pooldajad eelistavad selliseid termineid nagu "mehitamata õhusüsteemid", pikem fraas, millel puudub sõnaline väljendus. löök. Pole raske mõista, miks: paljude jaoks kutsub sõna "droon" esile sõjaväe riistvara, lendavad masinad, mis viskavad pomme või luuravad sihtmärke ülalt.

Teadlased nagu Khot katsetavad erinevaid viise, kuidas droone saaks põllumajanduses kasutada, lüües need mõõgad adrateks. Kasvatajate jaoks on droonide üks põnevamaid kasutusviise põllukultuuride pildistamine. Multispektraalsete anduritega varustatud droonide abil uurivad põllumehed oma maad, tehes pilte, mis näitavad näiteks konkreetsete mullalaikude viljakust, kui palju vett põllukultuurid vajavad ja palju muud.

Varem pidid põllumehed oma maast nii üksikasjalike kaartide saamiseks toetuma satelliitpildistamisele, mis oli üsna aeganõudev protsess. Satelliidipildistamine hõlmab sageli 14-päevaseid intervalle, ütles Khot väljaandele Digital Trends, ja probleemid võivad tekkida pilvkatte või muude tegurite tõttu. Droonidega "saate selle hüpoteetiliselt hankida, kui soovite."

See kiire pöördumine pole mitte ainult mugav; juhtudel, kui taimi mõjutavad haigused või kahjurid, võib see olla erinevus saagi päästmise või suremise jälgimise vahel. Rääkides The Guardianiga, selgitab Rahvusvahelise Veemajandusinstituudi teadlane Salman Siddiqui, kuidas saab droonipiltide abil tuvastada taimedes haigusi ja muid stressoreid. "Fotosünteetiline aktiivsus väheneb ja see mõjutab klorofülli," ütles ta - ja multispektraalset pildistamist. suudab need muutused varakult tuvastada, enne kui probleemid muutuvad nii drastiliseks, et tekivad märke, mida inimesed suudavad vaata.

Selle põhjuseks on asjaolu, et klorofüll, lehtedele rohelise tooni andev molekul, tõmbab nähtava valguse sisse, peegeldades samal ajal suurel hulgal infrapunavalgust. Kui taim on ebatervislik, peegeldab see rohkem seda tabavat nähtavat valgust ja peegeldab vähem infrapunalaineid. Infrapunakujutised võivad põllumeestele näidata, kas nende taimed peegeldavad ebatavaliselt palju valgust, mis põhjustab probleeme.

Põllumajandus, automaatika

Khoti üks peamisi projekte keskendub hetkel niisutamisele, katsetades erinevaid niisutustehnikaid ja veekoguseid ning droonipiltide kasutamist, et jälgida nende seisundit taimed. Võtke näiteks maa-alune niisutamine. See on protsess, kus vett tilguvad torud asetatakse mullapinna alla, mis juhivad vett otse põllukultuuride juurtele. Khot ja tema meeskond kohandavad torude asukohta, katsetades neid 15 või 30 sentimeetrit viinamarjade pinnast allpool.

Nad kohandavad oma uurimistöös kasutatava vee kogust ja kasutavad põllukultuuride kaardistamiseks droonipilti, katsetamine, et näha, kas suudame jõuda 60 või 30 protsendini ja ikkagi suudab taim kasvada ja toota sama hästi saak."

Khot töötab ka niisutamisega pinnast kõrgemal, katsetades sprinklereid madalal kõrgusel (mitte rohkem kui jala kõrgusel). pind) ja vihmutite nihutamine võrastikule lähemale, mis peaks vähendama vee läbimisel tekkivat aurustumist. õhku.

Khoti uuringud võivad kliimamuutuste arenedes omandada uue tähtsuse. "2015. aastal registreerisime Washingtonis mitme aasta kõrgeima temperatuuri," ütles Khot, mis võib olla kliimamuutuse tagajärg. Kuumemateks aastateks valmistumiseks katsetavad Khot ja tema kolleegid erinevaid pintoubade sorte, et näha, kuidas need reageerivad erinevatele veekogustele. See peaks aitama neil avastada, millised oad on põllumeestele parem investeering, kui temperatuur tulevikus tõuseb.

Mitte kõik droonide kasutusviisid ei hõlma pildistamist. Üks Khoti kirjeldatud projekt on mõnusalt lihtne. Soovides katsetada suurema UAS-i mudeliga, Yamaha RMAX-iga – mehitamata helikopteriga, mis on olnud populaarne Jaapan pihustamiseks – Khot ja tema meeskond leidsid Washingtoni vaevanud probleemile nutika lahenduse põllumehed.

Kirsid on üks Washingtoni peamisi põllukultuure ja neil on häirivalt tavaline kahjur: vihm. "Kui kirsivili on küps, on sellel kõrge suhkrusisaldus ja nahk muutub väga õhukeseks," selgitab Khot. Kui vihmavesi langeb kirsiaedadele, võib see istuda võrale ja õhukesekoorega kirsid imavad selle endasse. Kui kirsid joovad niiskust, hakkavad nad paisuma ja lõhenema.

Kirsikasvatajad võivad püüda vihmade põhjustatud kahju minimeerida, korjates kiiresti kirsse või raputades oksi, et osa veest ära visata. Khot lendas RMAX-iga madalal kõrgusel – 35–50 jala kõrgusel – viljapuuaedade kohal, et võradest vett hajutada. See on tõhusam meetod kui käsitsi või ventilaatoriga kirsipuude raputamine – ja palju odavam kui helikopteripiloodi palkamine seda tegema –, kuid mitte lollikindel. „Siin Washingtoni osariigi viljapuuaiad pole kõik tasased; meil on kaldus ja nii juhtub igal aastal sellega seoses mõni õnnetus," rääkis Khot.

Rohkem kui lihtsalt lendavad robotid

Droonid näivad olevat paljulubav tööriist põllumajandustootjate jaoks, kuid need pole ainsad näited automatiseerimisest, mis agraarmaailma haarab. Robootilised kõõlused levivad põllumajanduse igasse aspekti, tuues külma hõngu isegi põllumehe päeva kõige intiimsemasse ossa: lehmalüpsile.

Lüpsiprotsessiga tegelevad masinad näivad põllumeeste jaoks võiduna. Käsitsi lüpsmine on tänapäeval haruldane — lõppude lõpuks, kes tahaks veeta tunde päevas lehma nisasid pigistades ja vasikate kadedate pilkude all kannatada? — kuna põllumehed on piima pumpamiseks masinaid kasutanud juba aastaid. Need masinad nõudsid aga inimese panust; põllumehed pidid ikka lehma nisade külge tassid kinnitama ja seisma, kui masinad piima välja pumbavad.

Moodsama tehnoloogiaga saab lüpsiprotsessi läbi viia isegi ilma inimliku panuseta. Täiustatud lüpsisüsteemid võimaldavad lehmadel lüpsirobotile läheneda, kui nad seda soovivad. Lehm astub omaniku õpetatud taldrikule, mis käivitab lüpsiprotsessi. Masin tunneb lehmad ära nende siltide järgi ja kui konkreetne lehm ei ole teatud piirides lüpstud teatud aja jooksul hakkab masin tööle, desinfitseerib udara ja kinnitab nisade külge iminapad.

Kogu protsess on mugav põllumeestele ja väidetavalt mugav ka lehmadele. Rääkides BBC-gatalunik Robert Veich väidab, et see protsess muudab loomad õnnelikumaks ja produktiivsemaks, öeldes: "Lehmad reageerivad mugavusele. See on tõusnud 28 liitrilt keskmiselt 36 liitrini päevas, ilma et söödakulu oleks oluliselt tõusnud.

Piimafarmid pole ka ainsad kohad, kus automatiseerimine on võimust võtnud. Viimasel ajal on see hakanud tabama isegi puuviljaaedu, mis on aastate jooksul mehhaniseerimisele märkimisväärselt vastupidavad. Kuni viimase ajani on puuviljakorjamine suutnud automatiseerimise marssile vastu pidada, peamiselt seetõttu, et viljad on õrnad ja masinad võivad kahjustada saaki või neid tootvaid puid. Migratsiooniuudiste 2011. aasta number väidab, et suurem osa õunte korjamisest tehakse ikka käsitsi ja et suurem osa töölise ajast ei kulu õunte korjamine, vaid nendeni jõudmiseks kasutatud redelite liigutamine ja tootekottide tagasi tassimine ja edasi. Nagu Abundant Robotics tegevjuht Dan Steere selgitas Digital Trendsile, „Põhiprobleemid on see, et arvutitel on puuvilju raske näha ja see on õrn. Siiani ei ole olnud võimalik toodangut usaldusväärselt tuvastada ega saagikoristust automatiseerida ilma saaki kahjustamata.

Vaatamata raskustele otsivad insenerid võimalusi, kuidas automaatika abil komplekteerimist tõhusamaks muuta. Steere’i ettevõte töötab masina kallal õunte korjamiseks; teine ​​ettevõte Energid on ehitanud masina apelsinide korjamiseks. Ettevõtte Abundant Robotics õunakorjaja imeb puudelt õunu vaakumtoru abil, samal ajal kui Energidi apelsinikoristusrobot raputab puudelt vilju ja püüab need kinni.

Võimalik, et kõige ikoonilisem põllumajandussõiduk, traktor, on läbimas omaenda ümberkujundamist. Autonoomsed traktorid, nt Case IH autonoomne kontseptsioonisõiduk, võiks paljudes farmides asendada inimkäitavaid traktoreid. Stiilsel masinal pole isegi juhiistet. See võib sõita mööda etteantud marsruute, mille on programmeerinud selle operaator, kes saab jälgida traktori liikumist ja vajadusel selle tahvelarvuti rakendusega ümber suunata. Traktor tajub isegi teel olevaid takistusi, peatudes kokkupõrgete vältimiseks. Autonoomsed traktoritootjad nagu Uus Holland isegi väita, et sõidukid suudavad lõpuks ilmamuutustele reageerida.

Autonoomsed põlluseadmed ei ole lihtsalt mugavus, mis võimaldab farmeritel end robotitel oma tööd teha ja kohvi rüübata. Samuti pole see pelgalt vahend tööjõukulude vähendamiseks. Need sõidukid võivad traditsiooniliselt kurnavast tööstusest eemaldada inimkeha piirangud. Masinatel ei ole vigastuste ega sandistamise ohtu, vaid ainult kahjustused, mida saab parandada. Veelgi intrigeerivam on see, et põlluharimisest võib saada 24-tunnine protsess, mida ei sega pimedus ega unevajadus.

Traditsiooniline ettekujutus põllumehest kui karvasest mehest Carhartti jopes, kes haarab oma John Deere'i roolist kalgistunud kätega, võib peagi ajalukku kaduda. Tema asemel nööpides mees, kes juhib mugavalt kontorist oma iPadiga masinaparki.

Kas sellest piisab?

Kõik need uued tehnoloogiad on pimestavad, kuid küsimus jääb: kas neist piisab kasvava tarbimise üleval hoidmiseks? ÜRO Toidu- ja Põllumajandusorganisatsioon hindab seda, et toita maailma kasvavat ja üha linnalisemat elanikkonda, peab aastane teraviljatoodang tõusma 3 miljardi tonnini; lihatoodang peab suurenema 470 miljoni tonnini. See on palju toitu.

Asja teeb keeruliseks asjaolu, et tehnoloogia üksi ei otsusta, kui palju toitu maailm sööb. Globaliseerumise taustal kannab kaubandus toitu üle piiride ja ookeanide. Oregonist pärit nisu jõuab Aasia veskidesse, Jaapanist pärit veiseliha võib sattuda taldrikule New Yorgis. Isegi kui üksikud riigid saavad automatiseerimise abil toiduainete tootmist suurendada, määrab rahvusvaheliste kaubandustehingute seis, kuhu see läheb. Maailmas, kus natsionalistlik konkurents näib olevat tõusev ja kaubandustehingud seisavad ebakindlamal pinnal, võib ülemaailmne toidukaubandusvõrgustik dramaatiliselt muutuda.

Nendel põhjustel oleks naiivne järeldada, et ainuüksi põllumajanduse automatiseerimisest piisab meie päästmiseks. Meie ees seisev probleem on keeruline ja mitmetahuline ning ükski tehnoloogiline uuendus ei muuda tõenäoliselt meie saatust iseenesest. Kuid vaatamata sellele, et selles võitluses hõbekuule ei tule, peaksime lohutama tõsiasja, et automatiseerimine on vaid üks nool meie tehnoloogilises värises. Ühest läbimurdelisest ideest või loomingulisest lahendusest ei piisa, kuid sadakond neist võib asja ära teha – ja kui üht asja meil liigina külluses on, siis loomingulistest ideedest.

Lõppkokkuvõttes võib minevik olla suurim kergenduse allikas. Ajalugu näitab, et tehnoloogia võib aidata maailma toita, seega on meil põhjust uskuda, et see võib seda ka tulevikus teha.

Toimetajate soovitused

• Optilised illusioonid võivad aidata meil luua järgmise põlvkonna tehisintellekti
• Kas superarvuti võib meid päästa koroonaviirusest? Rääkisime mehega, kes teab
• Tippdroonide võidusõitja astub esimeses inimese ja masina kokkupõrkes vastu robotdrooniga
• Ootel tiibades: kuidas droonid muudavad näljavastase võitluse revolutsiooniliseks
• Oxfordi tippteadlane räägib tööhõive automatiseerimise riskist