Automatizált mezőgazdaság: A robotok, a drónok és a mesterséges intelligencia megmenthetnek minket az éhezéstől?

A mezőgazdaság nagy utat tett meg az elmúlt évszázadban. Több élelmiszert termelünk, mint valaha – de jelenlegi modellünk nem fenntartható, és mivel a világ népessége gyorsan megközelíti a 8 milliárdot, a modern élelmiszer-előállítási módszereknek gyökeres átalakításra van szükségük, ha meg akarják tartani fel. De szerencsére van egy sor új technológia, amely lehetővé teheti ezt. Ban ben ezt a sorozatot, megvizsgálunk néhány innovatív új megoldást, amelyeken gazdálkodók, tudósok és vállalkozók dolgoznak annak érdekében, hogy senki ne éhezzen az egyre zsúfoltabb világunkban.

Thomas Malthus alapvető – bár gyakran kritizált – 1798-as munkájában Esszé a népesedés elvéről, a közgazdász hosszú távon szemlélte az emberiség történelmét, és megfigyelte, hogy az emberi populációk, amikor bőséges élelmiszerrel rendelkeznek, addig nőnek, amíg meg nem terhelik erőforrásaikat, és ekkor jön a szűkösség. „Úgy tűnik, az éhínség a természet utolsó, legrettenetesebb erőforrása” – mondta. „A népesség ereje olyannyira felülmúlja a földet az ember számára, hogy a korai halálnak valamilyen formában meg kell látogatnia az emberi fajt.”

Bármennyire is költői volt Malthus jóslata, nem vált be. Ehelyett forradalmak jöttek az iparban és a mezőgazdaságban, és ezzel együtt az élelmiszertermelés és -kereskedelem jelentős növekedése. Az optimisták nyertek, míg Malthus az ócska közgazdászok védőszentje lett, a történelem utcáin rongyos prédikátor.

Bár a modern közgazdászok és technológiai utópisták gúnyosan nézik Malthust, érvei az akkori bizonyítékokat figyelembe véve ésszerűek voltak. Talán az új technológiák, amelyek lehetővé tették az elmúlt évszázadok óriási népszaporulatát, nem vetettek véget a malthusi katasztrófa lehetőségének, hanem csak késleltették azt? Az emberiség sokkal, de messze meghaladja azt, amit Malthus el tudott képzelni – durva becslések szerint a világ népessége 1800-ban 890-980 millió ember, míg ma a világ népessége meghaladja a 7,4 milliárdot – de meddig tarthat ez a tendencia folytatni?

Az ENSZ elvárja A világ népessége 2030-ra eléri a 8,5 milliárdot, 2050-re pedig a 9,7 milliárdot. A világ lakosságának nagy része Kínában és Indiában összpontosul; ezen országok mindegyikében jelenleg több mint egymilliárd lakos él, és India lakossága az előrejelzések szerint 2022-re meghaladja majd Kínáét.

Az új mezőgazdasági technológiák és technikák elhárították a Malthus által megjósolt éles éhínségeket. Bár egykor az embereknek véletlenül, kézzel kellett elültetniük a magokat, a vetőgépek lehetővé tették a gazdálkodók számára, hogy hosszú, egyenletes sorokban vessék el a magokat. Gőzüzemű traktorokkal a gazdák széles sávokat szánthattak fel, anélkül, hogy lomha ökrökre lett volna szükség. A cséplőgépek lerövidítik a kézi cséplésre fordított sok órát.

Mivel a világ népessége egyre elképesztőbb magasságokba kúszik fel, és a gazdasági növekedés lehetővé teszi a nagyobb fogyasztást, a világnak újabb mezőgazdasági forradalomra lehet szüksége ahhoz, hogy fenntartsa magát.

A probléma egyik válasza az automatizálásban rejlik. Míg a mezőgazdaság az elmúlt 200 évben egyre inkább automatizálódott, a folyamat csak felgyorsul. Az új technológiák, és különösen a hajtások lehetővé teszik a gazdálkodók számára, hogy javítsák növényeik és állattenyésztésük hatékonyságát, valamint gyorsan semlegesítsék az olyan fenyegetéseket, mint a betegségek vagy a szárazság.

A drónok a jövő mezőgazdasági dolgozói lehetnek

„Van némi megbélyegzés ennek a szónak” – mondja Dr. Lav Khot, a Washingtoni Állami Egyetem professzora és a helyspecifikus terménygazdálkodás szakértője. a „drón” kifejezés. A drónok kereskedelmi felhasználásának sok támogatója az olyan kifejezéseket részesíti előnyben, mint a „pilóta nélküli légi rendszerek”, egy hosszabb kifejezés, amelyből hiányzik a szóbeli. puncs. Nem nehéz megérteni, miért: sokak számára a „drone” szó katonai hardvereket, repülő gépeket idéz, amelyek bombákat dobnak le, vagy felülről kémkednek célpontok után.

A Khothoz hasonló kutatók a drónok mezőgazdasági felhasználásának különböző módjaival kísérleteznek, és ezeket a kardokat ekevasokká verik. A termelők számára a drónok egyik legizgalmasabb felhasználási módja a termésképalkotás. A multispektrális érzékelőkkel felszerelt drónok segítségével a gazdálkodók felmérik a földjüket, és olyan képeket készítenek, amelyek felfedik például az adott talajfoltok termékenységét, mennyi vízre van szükségük a növényeknek stb.

Korábban a gazdáknak műholdas képalkotásra kellett hagyatkozniuk, hogy ilyen részletes térképeket készítsenek földjükről, ami meglehetősen időigényes folyamat volt. A műholdas képalkotás gyakran 14 napos intervallumokat foglal magában, mondta Khot a Digital Trendsnek, és problémák adódhatnak felhőtakaró vagy egyéb tényezők miatt. A drónokkal „elvileg akkor kaphatja meg, amikor akarja”.

Ez a gyors fordulat nem csak kényelmes; Azokban az esetekben, amikor a növényeket betegségek vagy kártevők sújtják, ez lehet a különbség a betakarítás megmentése vagy a pusztulás megfigyelése között. A The Guardiannek nyilatkozva, Salman Siddiqui, a Nemzetközi Vízgazdálkodási Intézet kutatója elmagyarázza, hogyan lehet drónfelvételeket felhasználni betegségek és egyéb stresszorok kimutatására a növényekben. "A fotoszintetikus aktivitás csökken, és ez hatással van a klorofillra" - mondta - és a multispektrális képalkotás korán észlelni tudja ezeket a változásokat, még mielőtt a problémák olyan drasztikussá válnának, hogy olyan jeleket produkálnának, amelyekre az ember képes lát.

Ennek az az oka, hogy a klorofill, a levelek zöld árnyalatát adó molekula beszívja a látható fényt, miközben nagy mennyiségű infravörös fényt ver vissza. Ha egy növény egészségtelen, akkor többet fog visszaverni az őt érő látható fényből, és kevesebb infravörös hullámot ver vissza. Az infravörös képalkotás megmutathatja a gazdálkodóknak, ha növényeik abnormális mennyiségű fényt vernek vissza, ami problémákhoz vezethet.

Mezőgazdaság, találkozzon az automatizálással

Khot egyik fő projektje jelenleg az öntözésre fókuszál, és különféle kísérleteket tesz öntözési technikák és vízmennyiség, valamint drónfelvételek használata a későbbi egészségi állapot nyomon követésére növények. Vegyük például a felszín alatti öntözést. Ez egy olyan folyamat, amelyben a vizet csepegtető csöveket helyeznek a talaj felszíne alá, és közvetlenül a növények gyökereihez juttatják a vizet. Khot és csapata beállítja a csövek helyét, és 15 vagy 30 centiméterrel a szőlő felszíne alatt teszteli őket.

Kutatásuk részeként beállítják a felhasznált víz mennyiségét, és drónos képalkotást használnak a termények feltérképezésére, tesztelés, hogy lássuk, elérjük-e a 60 vagy 30 százalékot, és a növény még mindig tud-e olyan jó termést adni. hozam."

A Khot a felszín feletti öntözéssel is működik, és alacsonyan (legfeljebb egy lábbal a víz felett) teszteli az öntözőberendezéseket. felület) és a sprinklerek közelebb mozgatása a lombkoronához, ami csökkenti a víz áthaladásakor fellépő párolgást. a levegő.

Khot kutatása az éghajlatváltozás előrehaladtával új jelentőséggel bírhat. „2015-ben Washingtonban a legmagasabb hőmérsékletet regisztráltuk évek óta” – mondta Khot, amely fejlemény az éghajlatváltozás következménye lehet. A forróbb évekre való felkészülés érdekében Khot és kutatótársai a pintóbab különböző fajtáit tesztelik, hogy megtudják, hogyan reagálnak a különböző mennyiségű vízre. Ez segíteni fog nekik abban, hogy felfedezzék, melyik bab lesz jobb befektetés a gazdálkodók számára, ha a jövőben emelkedik a hőmérséklet.

A drónok nem minden felhasználása magában foglalja a képalkotást. Az egyik Khot által leírt projekt elragadóan egyszerű. Szeretnék kísérletezni egy nagyobb UAS-modellel, egy Yamaha RMAX-mal – egy pilóta nélküli helikopterrel, amely népszerű Japán a permetezésért – Khot és csapata okos megoldást talált a Washingtont sújtó problémára gazdálkodók.

A cseresznye Washington egyik legfontosabb növénye, és egy zavaróan gyakori kártevővel, az esővel néz szembe. „Amikor a cseresznye gyümölcs érett, magas a cukortartalma, és a héja nagyon vékony lesz” – magyarázza Khot. Ha az esővíz a cseresznyésültetvényekre hullik, az ráülhet a lombkoronára, és a vékony héjú cseresznye magába szívja. Ahogy a cseresznye felszívja a nedvességet, elkezd megduzzadni és hasadni.

A cseresznyetermesztők megpróbálhatják minimalizálni a csapadék okozta károkat a cseresznye gyors betakarításával, vagy az ágak megrázásával, hogy a víz egy részét leöntsék. Khot egy RMAX-al repült alacsony magasságban – 35-50 láb magasságban – a gyümölcsösök felett, hogy eloszlassa a vizet a lombkoronákról. Hatékonyabb módszer, mint a cseresznyefák kézzel vagy ventilátorral történő rázása – és sokkal olcsóbb is, mint egy helikopterpilótát bérelni, aki megcsinálja –, de nem bolondbiztos. – A gyümölcsösök itt, Washington államban nem mind laposak; lejtősek vagyunk, és így minden évben történik néhány baleset ezzel” – mondta Khot.

Több, mint repülő robotok

A drónok ígéretes eszköznek tűnnek a gazdálkodók számára, de nem ők az egyetlen példák az agrárvilágot elsöprő automatizálásra. A robotindák a gazdálkodás minden területén elterjednek, és még a gazdálkodó napjának legintimebb szakaszát is hidegen érintik: a tehénfejést.

A fejési folyamatot kezelő gépek nyerésnek tűnnek a gazdák számára. Manapság ritka a kézi fejés – elvégre ki szeretne naponta órákat tehénbimbók préselésével és a borjak féltékeny pillantásától szenvedni? — mivel a gazdálkodók már évek óta gépekkel szivattyúznak tejet. Ezek a gépek azonban emberi közreműködést igényeltek; a gazdáknak továbbra is csészét kellett rögzíteniük a tehén csecséhez, és ácsorogniuk kellett, miközben a gépek kiszivattyúzzák a tejet.

A korszerűbb technológiával a fejési folyamat akár csekély emberi ráfordítás nélkül is elvégezhető. A fejlett fejési rendszerek lehetővé teszik a tehenek számára, hogy közeledjenek a fejőrobothoz, amikor úgy érzik. A tehén a gazdája által betanított tányérra lép, ami elindítja a fejési folyamatot. A gép felismeri a teheneket a címkék alapján, és azt is, ha egy adott tehenet nem fejtek le bizonyos határokon belül időn belül a gép munkába áll, fertőtleníti a tőgyet, és tapadókorongokat rögzít a tőgybimbókhoz.

Az egész folyamat kényelmes a gazdálkodók számára, és állítólag kényelmes a tehenek számára. A BBC-nek nyilatkozvaRobert Veich gazda azt állítja, hogy az eljárás boldogabb, produktívabb állatokat eredményez, és azt mondja: „A tehenek reagálnak a kényelemre. Az átlagos napi 28 literről 36 literre csökkent, anélkül, hogy a takarmányköltség jelentős mértékben nőtt volna.”

A tejtermelő gazdaságok sem az egyetlen hely, ahol az automatizálás meghonosodott. Az utóbbi időben még a gyümölcsösökbe is beindul – amelyek az évek során feltűnően ellenálltak a gépesítésnek. Egészen a közelmúltig a gyümölcsszedésnek sikerült ellenállnia az automatizálás menetelésének, főként azért, mert a gyümölcsök kényesek, és a gépek károsíthatják a termést vagy az azokat termelő fákat. A Migration News 2011-es száma azt állítja, hogy a legtöbb almaszedés még mindig kézzel történik, és a munkások idejének nagy részét nem töltik leszedni az almákat, de inkább mozgatni az eléréshez használt létrákot, és visszacipelni a természsákokat, és tovább. Az Abundant Robotics vezérigazgatójaként Dan Steere magyarázta a Digital Trendsnek, „a fő problémák az, hogy a gyümölcsöt a számítógép nehezen veszi észre, és kényes. Eddig nem volt lehetséges sem megbízhatóan azonosítani a terményt, sem automatizálni a betakarítást a termék károsodása nélkül.”

A nehézségek ellenére a mérnökök olyan módszereket keresnek, amelyek automatizálással hatékonyabbá tehetik a komissiózást. Steere cége almaszedő gépen dolgozik; egy másik cég, az Energid, épített egy gépet narancsszedésre. Az Abundant Robotics almaszedője vákuumcső segítségével szívja le az almát a fákról, míg az Energid narancsbetakarító robotja lerázza a gyümölcsöt a fákról és elkapja azokat.

Előzetesen a legikonikusabb mezőgazdasági jármű, a traktor saját átalakuláson megy keresztül. Autonóm traktorok, mint pl A Case IH autonóm koncepciójú járműve, sok gazdaságban helyettesíthetné az ember által működtetett traktorokat. A karcsú gépen még sofőrülés sem található. A kezelője által beprogramozott előre meghatározott útvonalakon haladhat, aki követheti a traktor mozgását, és szükség esetén egy táblagépes alkalmazással átirányíthatja azt. A traktor még az útjában lévő akadályokat is érzékeli, és megáll, hogy elkerülje az ütközést. Az autonóm traktorgyártók, mint pl Új holland sőt azt állítják, hogy a járművek előbb-utóbb képesek lesznek reagálni az időjárás változásaira.

Az autonóm mezőgazdasági berendezések nem csupán kényelem, hanem lehetővé teszik a gazdák számára, hogy hátradőljenek és kávét kortyolgassanak, miközben a robotok végzik a munkájukat. Nem is pusztán a munkaerőköltségek csökkentésének eszköze. Ezek a járművek eltávolíthatják az emberi test korlátait egy hagyományosan fárasztó iparágból. A gépek nem veszélyeztetik a sérülést vagy a csonkítást, csak a javítható sérüléseket. Még érdekesebb, hogy a gazdálkodás 24 órás folyamattá válhat, amelyet nem zavar meg a sötétség vagy az alvásigény.

Hamarosan a történelembe vész az a hagyományos kép, amely a gazdálkodó zseniális, Carhartt-kabátos férfiként ábrázolja, aki bőrkeményedett kézzel markolja a John Deere kormányát. Helyette egy begombolt férfi, aki egy iroda kényelméből egy gépparkot irányít iPadjével.

Elég lesz?

Mindezek az új technológiák káprázatosak, de a kérdés továbbra is fennáll: vajon elegendőek lesznek-e a fogyasztás növekedésének fenntartásához? Az ENSZ Élelmezésügyi és Mezőgazdasági Szervezete úgy becsüli, a világ növekvő és városiasodó népességének élelmezése érdekében az éves gabonatermelést 3 milliárd tonnára kell növelni; a hústermelést 470 millió tonnára kell növelni. Ez egy csomó étel.

Bonyolítja a helyzetet, hogy a technológia önmagában nem dönti el, mennyi ételt eszik a világ. A globalizáció nyomán a kereskedelem élelmiszert szállít a határokon és az óceánokon. Az oregoni búza ázsiai malmokba kerül, a japán marhahús pedig egy tányérra kerülhet New Yorkban. Még ha az egyes országok automatizálással növelni is tudják az élelmiszertermelést, a nemzetközi kereskedelmi megállapodások állapota határozza meg, hogy ez hol tart. Egy olyan világban, amelyben a nacionalista verseny erősödőnek tűnik, és a kereskedelmi megállapodások ingatagabb talajon állnak, a globális élelmiszerkereskedelmi hálózat drámaian megváltozhat.

Ezen okok miatt naivitás lenne azt a következtetést levonni, hogy a mezőgazdasági automatizálás önmagában elegendő lesz a megmentéshez. A probléma, amellyel szembesülünk, összetett és sokrétű, és valószínűleg egyetlen technológiai innováció sem változtatja meg önmagában a sorsunkat. De annak ellenére, hogy ebben a küzdelemben nem lesz ezüstgolyó, meg kell vigasztalnunk, hogy az automatizálás csak egy nyíl a technológiai tegezünkben. Egy áttörést jelentő ötlet vagy kreatív megoldás nem lesz elég, de lehet, hogy száz közülük megcsinálja a trükköt – és ha van valami bőséges fajunk, az a kreatív ötlet.

Végső soron a múlt lehet a legnagyobb megkönnyebbülés forrása. A történelem azt mutatja, hogy a technológia segíthet táplálni a világot, ezért minden okunk megvan azt hinni, hogy a jövőben is így lesz.

Szerkesztői ajánlások

• Az optikai illúziók segíthetnek a mesterséges intelligencia következő generációjának felépítésében
• Megmenthet minket egy szuperszámítógép a koronavírustól? Beszéltünk azzal az emberrel, aki tudja
• A legjobb drónversenyző az első ember-gép összecsapásban a robot drónnal küzd
• A szárnyakban várva: Hogyan forradalmasítják a drónok az éhség elleni harcot
• A legjobb oxfordi kutató a foglalkoztatás automatizálásának kockázatáról beszél