Automatizirana poljoprivreda: Mogu li nas roboti, dronovi i umjetna inteligencija spasiti od gladi?

Poljoprivreda je prešla dug put u prošlom stoljeću. Proizvodimo više hrane nego ikad prije - ali naš trenutni model je neodrživ, a kako svjetska populacija brzo raste približava granici od 8 milijardi, moderne metode proizvodnje hrane trebat će radikalnu transformaciju ako se žele zadržati gore. No, srećom, postoji niz novih tehnologija koje bi to mogle omogućiti. U ovu seriju, istražit ćemo neka od inovativnih novih rješenja na kojima poljoprivrednici, znanstvenici i poduzetnici rade kako bismo osigurali da nitko ne bude gladan u našem sve pretrpanijem svijetu.

U temeljnom radu Thomasa Malthusa - iako često kritiziranom - iz 1798. Esej o principu stanovništva, ekonomist je uzeo dugi pogled na ljudsku povijest, zapažajući da ljudska populacija, kada ima obilje hrane, raste sve dok ne iscrpi svoje resurse, a u tom trenutku nastupa oskudica. “Čini se da je glad posljednji, najstrašniji resurs prirode”, rekao je. “Snaga stanovništva je toliko superiorna u odnosu na moć na zemlji da proizvede hranu za čovjeka, da prerana smrt mora na neki način posjetiti ljudsku rasu.”

Koliko god Malthusovo predviđanje bilo poetično, ono se nije obistinilo. Umjesto toga, došle su revolucije u industriji i poljoprivredi, a s njima i značajan porast u proizvodnji i trgovini hranom. Optimisti su pobijedili, a Malthus je postao svetac zaštitnik otkačenih ekonomista, odrpani propovjednik na ulicama povijesti.

Iako moderni ekonomisti i tehnološki utopisti na Malthusa gledaju s prijezirom, njegovi su argumenti bili razumni s obzirom na dokaze u to vrijeme. Možda nove tehnologije koje su omogućile ogroman rast stanovništva u posljednjih nekoliko stoljeća nisu dokrajčile mogućnost Malthusove katastrofe, već su je samo odgodile? Čovječanstvo je uspjelo narasti daleko, daleko iznad onoga što je Malthus mogao zamisliti - grube procjene govore da svjetska populacija 1800. godine na 890-980 milijuna ljudi, dok danas svjetska populacija premašuje 7,4 milijarde — ali koliko dugo ovaj trend može nastaviti?

UN očekuje svjetska populacija dosegnuti 8,5 milijardi do 2030. godine, a 9,7 milijardi do 2050. godine. Velik dio svjetskog stanovništva koncentriran je u Kini i Indiji; svaka od ovih zemalja trenutno ima više od jedne milijarde ljudi, a predviđa se da će populacija Indije premašiti populaciju Kine do 2022.

Nove poljoprivredne tehnologije i tehnike spriječile su oštru glad koju je Malthus predvidio. Iako su nekoć ljudi morali nasumično saditi sjeme ručno, sijačice su omogućile poljoprivrednicima da ga siju u dugim, jednoličnim redovima. S traktorima na parni pogon poljoprivrednici su mogli orati široke pojaseve zemlje, bez potrebe za tromim volovima. Vršilice skraćuju mnoge sate posvećene ručnoj vršidbi.

S obzirom na to da se svjetska populacija penje do sve nevjerojatnijih visina i s gospodarskim rastom koji omogućuje veću potrošnju, svijetu će možda trebati još jedna poljoprivredna revolucija da bi se održao.

Jedan od odgovora na problem možda leži u automatizaciji. Iako je poljoprivreda postala sve više automatizirana tijekom posljednjih 200 godina, proces se samo ubrzava. Nove tehnologije, a posebice pogoni, omogućuju poljoprivrednicima da poboljšaju učinkovitost svojih usjeva i stočne proizvodnje, kao i da brzo neutraliziraju prijetnje poput bolesti ili suše.

Dronovi bi mogli biti poljoprivredni radnici budućnosti

"Postoji određena stigma u toj riječi", kaže dr. Lav Khot, profesor na Sveučilištu Washington State i stručnjak za upravljanje usjevima na određenom mjestu. izraz "dron". Mnogi zagovornici komercijalne upotrebe bespilotnih letjelica preferiraju izraze poput "besposadnih zračnih sustava", dužu frazu kojoj nedostaje verbalni bušiti. Nije teško shvatiti zašto: za mnoge riječ "dron" asocira na vojnu opremu, leteće strojeve koji bacaju bombe ili špijuniraju mete odozgo.

Istraživači poput Khota eksperimentiraju s različitim načinima na koje se dronovi mogu koristiti u poljoprivredi, prekucavajući te mačeve u raonike. Uzgajivačima je jedna od najuzbudljivijih upotreba dronova snimanje usjeva. Koristeći bespilotne letjelice opremljene multispektralnim senzorima, farmeri istražuju svoju zemlju, snimaju slike koje otkrivaju stvari poput plodnosti određenih dijelova tla, koliko vode usjevi trebaju i još mnogo toga.

U prošlosti su se poljoprivrednici morali oslanjati na satelitske snimke kako bi dobili tako detaljne karte svoje zemlje, što je bio prilično dugotrajan proces. Satelitske snimke često uključuju intervale od 14 dana, rekao je Khot za Digital Trends, a problemi mogu nastati zbog naoblake ili drugih čimbenika. S dronovima "možete ga dobiti kada želite, hipotetski."

Taj brzi preokret nije samo prikladan; u slučajevima kada su biljke pogođene bolešću ili štetočinama, to može biti razlika između spašavanja žetve ili gledanja kako umire. U razgovoru za The Guardian, Salman Siddiqui, istraživač s Međunarodnog instituta za upravljanje vodama, objašnjava kako se snimke dronova mogu koristiti za otkrivanje bolesti i drugih stresora u biljkama. "Fotosintetska aktivnost se smanjuje, a to utječe na klorofil", rekao je - i multispektralno snimanje može rano otkriti te promjene, prije nego problemi postanu toliko drastični da proizvedu znakove koje ljudi mogu vidjeti.

To je zato što klorofil, molekula koja lišću daje zelenu nijansu, privlači vidljivu svjetlost, dok reflektira veliku količinu infracrvene svjetlosti. Kada je biljka nezdrava, reflektirat će više vidljive svjetlosti koja je udara i reflektirati će manje infracrvenih valova. Infracrveno snimanje može pokazati farmerima reflektiraju li njihove biljke abnormalne količine svjetlosti, što im ukazuje na probleme.

Poljoprivreda, upoznaj automatizaciju

Jedan od Khotovih glavnih projekata trenutačno je usredotočen na navodnjavanje, eksperimentiranje s različitim tehnike navodnjavanja i količine vode te korištenje slika dronom za praćenje naknadnog zdravlja bilje. Uzmimo za primjer podzemno navodnjavanje. Ovo je proces u kojem se cijevi koje kapaju vodu postavljaju ispod površine tla, dovodeći vodu izravno do korijena usjeva. Khot i njegov tim prilagođavaju položaj cijevi, testirajući ih na 15 ili 30 centimetara ispod površine vinove loze.

Oni prilagođavaju količinu vode koja se koristi kao dio njihovog istraživanja i koriste snimke dronom za mapiranje usjeva, testiranje "kako bismo vidjeli možemo li ići na 60 posto ili 30 posto, a da biljka i dalje može rasti i proizvoditi jednako dobro prinos."

Khot također radi s navodnjavanjem iznad površine, testirajući prskalice na niskoj nadmorskoj visini (ne više od stope iznad površina) i pomicanje prskalica bliže krošnji, što bi trebalo smanjiti isparavanje do kojeg dolazi dok voda prolazi kroz zrak.

Khotovo istraživanje moglo bi poprimiti novu važnost kako se klimatske promjene budu razvijale. "U Washingtonu smo 2015. zabilježili najvišu temperaturu u nekoliko godina", rekao je Khot, razvoj događaja koji bi mogao biti rezultat klimatskih promjena. Kako bi se pripremili za toplije godine, Khot i njegovi kolege istraživači testiraju različite sorte pinto graha kako bi vidjeli kako reagiraju na različite količine vode. To bi im trebalo pomoći da otkriju koji će grah biti bolja investicija za poljoprivrednike ako temperature porastu u budućnosti.

Ne uključuju sve upotrebe dronova snimanje. Jedan projekt koji Khot opisuje je divno jednostavan. Želeći eksperimentirati s većim modelom UAS-a, Yamaha RMAX — bespilotnim helikopterom koji je bio popularan u Japan za prskanje — Khot i njegov tim smislili su pametno rješenje za problem koji muči Washington poljoprivrednici.

Trešnje su jedan od najvažnijih usjeva u Washingtonu, a suočavaju se s uznemirujuće čestim štetnikom: kišom. "Kad je plod trešnje zreo, ima visok sadržaj šećera, a kora postaje vrlo tanka", objašnjava Khot. Kad kišnica padne na nasade trešanja, može sjesti na krošnju, a tankokorice će je upiti. Dok trešnje piju vlagu, počinju bubriti i pucati.

Uzgajivači trešanja mogu pokušati umanjiti štetu od oborina brzom berbom trešanja ili otresanjem grana kako bi ispustili dio vode. Khot je letio RMAX-om na malim visinama - 35 do 50 stopa - iznad voćnjaka kako bi raspršio vodu iz krošnji. To je učinkovitija metoda od ručnog trešenja stabala trešnje - i puno jeftinija od unajmljivanja pilota helikoptera da to učini - ali nije sigurna. “Voćnjaci ovdje u državi Washington nisu svi ravni; imamo nagib, pa svake godine ima nekih nesreća s tim," rekao je Khot.

Više od letećih robota

Dronovi izgledaju kao alat koji obećava za buduće poljoprivrednike, ali oni nisu jedini primjeri automatizacije koja hara agrarnim svijetom. Robotske vitice šire se u svaki aspekt poljoprivrede, unoseći hladan dodir čak i u onaj najintimniji dio dana farmera: mužnju krava.

Strojevi koji upravljaju procesom mužnje čine se kao pobjeda za farmere. Ručna mužnja danas je rijetkost - na kraju krajeva, tko želi provoditi sate dnevno stiskajući kravlje sise i trpeći ljubomorne poglede teladi? — jer farmeri već godinama koriste strojeve za pumpanje mlijeka. Međutim, ti su strojevi zahtijevali ljudski doprinos; farmeri su još uvijek morali pričvrstiti čaše na kravlje sise i stajati dok strojevi ispumpavaju mlijeko.

S modernijom tehnologijom, proces mužnje može se obaviti čak i bez ikakve ljudske pomoći. Napredni sustavi mužnje omogućuju kravama da pristupe robotu za mužnju kada im se prohtije. Krava, kako ju je istrenirao vlasnik, staje na tanjur, čime započinje proces mužnje. Stroj može prepoznati krave po oznakama, te ako određena krava nije pomužena u određenom roku vremenskom razdoblju, stroj će početi raditi, dezinficirati vime i pričvrstiti vakuumske čašice na sise.

Cijeli proces pogodan je za farmere, a navodno ugodan i za krave. U razgovoru za BBC, farmer Robert Veich tvrdi da ovaj proces čini sretnije, produktivnije životinje, rekavši: “Krave reagiraju na udobnost. Prešla je s 28 litara na 36 litara prosječno dnevno, bez značajnog povećanja troškova hrane.”

Ni farme mlijeka nisu jedino mjesto gdje je automatizacija uzela maha. Nedavno je počeo pogađati čak i voćnjake - koji su tijekom godina bili izuzetno otporni na mehanizaciju. Donedavno je branje voća uspijevalo izdržati marš automatizacije, uglavnom zato što su plodovi osjetljivi, a strojevi bi mogli oštetiti usjeve ili stabla koja ih proizvode. Izdanje Migration News iz 2011 tvrdi da se većina branja jabuka još uvijek obavlja ručno, te da većina radnog vremena nije utrošena branje jabuka, nego pomicanje ljestvi koje se koriste za dolazak do njih i dovlačenje vreća s proizvodima natrag i dalje. Kao generalni direktor Abundant Robotics Dan Steere objasnio je za Digital Trends, „glavni problemi su u tome što računala teško vide voće i što je osjetljivo. Do sada nije bilo moguće niti pouzdano identificirati proizvode niti automatizirati berbu bez oštećenja proizvoda.”

Unatoč poteškoćama, inženjeri traže načine da automatizacijom učine branje učinkovitijim. Steereova tvrtka radi na stroju za branje jabuka; druga tvrtka, Energid, je napravio stroj za branje naranči. Berač jabuka Abundant Roboticsa koristi vakuumsku cijev za sisanje jabuka s drveća, dok Energidov robot za berbu naranči otresa voće s drveća i hvata ga.

Unaprijed najpoznatije poljoprivredno vozilo, traktor, prolazi kroz vlastitu transformaciju. Autonomni traktori, kao npr Autonomno konceptno vozilo tvrtke Case IH, mogao bi zamijeniti traktore kojima upravljaju ljudi na mnogim farmama. Elegantni stroj nema čak ni mjesto za vozača. Može putovati unaprijed određenim rutama koje je programirao njegov operater, koji može pratiti kretanje traktora i preusmjeriti ga, ako je potrebno, pomoću aplikacije za tablet. Traktor čak može osjetiti prepreke na svom putu, zaustavljajući se kako bi izbjegao sudare. Autonomni proizvođači traktora kao što su New Holland čak tvrde da će vozila s vremenom moći reagirati na promjene vremena.

Autonomna poljoprivredna oprema nije samo pogodnost koja poljoprivrednicima omogućuje da se opuste i pijuckaju kavu dok roboti rade svoj posao. Niti je to samo alat za smanjenje troškova rada. Ova bi vozila mogla ukloniti ograničenja ljudskog tijela iz tradicionalno iscrpljujuće industrije. Strojevi ne podnose nikakav rizik od ozljeda ili ozljeda, samo oštećenja koja se mogu popraviti. Još je intrigantnije da bi poljoprivreda mogla postati 24-satni proces, bez prekidanja mrakom ili potrebom za snom.

Tradicionalna slika farmera kao prosjedog čovjeka u Carhartt jakni, koji žuljevitim rukama drži volan svog John Deerea, mogla bi uskoro izblijediti u povijest. Umjesto njega, zakopčani čovjek koji upravlja flotom strojeva sa svojim iPadom iz udobnosti ureda.

Hoće li biti dovoljno?

Sve ove nove tehnologije su zapanjujuće, ali ostaje pitanje: hoće li biti dovoljne da održe rastuću ždrijelo potrošnje? Organizacija UN-a za hranu i poljoprivredu procjenjuje da, kako bi se prehranila rastuća i sve urbanija svjetska populacija, godišnja proizvodnja žitarica morat će se povećati na 3 milijarde metričkih tona; proizvodnja mesa morat će se povećati na 470 milijuna metričkih tona. To je puno hrane.

Stvari komplicira činjenica da sama tehnologija ne odlučuje koliko hrane svijet pojede. U svjetlu globalizacije, trgovina prenosi hranu preko granica i oceana. Pšenica iz Oregona završi u mlinovima u Aziji, govedina iz Japana može završiti na tanjuru u New Yorku. Čak i ako pojedinačne zemlje mogu povećati proizvodnju hrane upotrebom automatizacije, stanje međunarodnih trgovinskih poslova odredit će kamo će to ići. U svijetu u kojem se čini da nacionalističko natjecanje raste, a trgovinski dogovori stoje na klimavim nogama, globalna mreža trgovine hranom mogla bi se dramatično promijeniti.

Iz tih razloga, bilo bi naivno zaključiti da će samo poljoprivredna automatizacija biti dovoljna da nas spasi. Problem s kojim se suočavamo složen je i višestruk, a nijedna pojedinačna tehnološka inovacija vjerojatno neće sama promijeniti našu sudbinu. No unatoč činjenici da u ovoj borbi neće biti srebrnih metaka, trebamo se utješiti činjenicom da je automatizacija samo jedna strijela u našem tehnološkom tobolcu. Jedna revolucionarna ideja ili kreativno rješenje neće biti dovoljno, ali stotinu njih moglo bi poslužiti - a ako nečega imamo u izobilju kao vrsta, to su kreativne ideje.

U konačnici, prošlost može biti najveći izvor olakšanja. Povijest pokazuje da tehnologija može pomoći prehraniti svijet, pa imamo sve razloge vjerovati da to može činiti iu budućnosti.

Preporuke urednika

• Optičke iluzije mogle bi nam pomoći u izgradnji sljedeće generacije umjetne inteligencije
• Može li nas superračunalo spasiti od koronavirusa? Razgovarali smo s čovjekom koji zna
• Vrhunski trkač dronovima bori se protiv robota drona u prvom okršaju ljudi i strojeva
• Čekanje na kraj: Kako dronovi revolucionariziraju bitku protiv gladi
• Vrhunski istraživač s Oxforda govori o riziku automatizacije pri zapošljavanju