Agricoltura automatizzata: robot, droni e intelligenza artificiale possono salvarci dalla fame?

L’agricoltura ha fatto molta strada nel secolo scorso. Produciamo più cibo che mai, ma il nostro modello attuale è insostenibile e aumenta rapidamente la popolazione mondiale si avvicina alla soglia degli 8 miliardi, i moderni metodi di produzione alimentare avranno bisogno di una trasformazione radicale se vogliono sopravvivere su. Ma fortunatamente, esiste una serie di nuove tecnologie che potrebbero renderlo possibile. In questa serie, esploreremo alcune delle nuove soluzioni innovative su cui agricoltori, scienziati e imprenditori stanno lavorando per garantire che nessuno soffra la fame nel nostro mondo sempre più affollato.

Nell’opera fondamentale – anche se spesso criticata – di Thomas Malthus del 1798, Un saggio sul principio della popolazione, l’economista ha adottato una visione ampia della storia umana, osservando che le popolazioni umane, quando hanno abbondanza di cibo, crescono fino a mettere a dura prova le loro risorse, a quel punto subentra la scarsità. “La carestia sembra essere l’ultima, la più terribile risorsa della natura”, ha detto. “Il potere della popolazione è così superiore al potere della terra di produrre sostentamento per l’uomo, che la morte prematura deve, in un modo o nell’altro, colpire la razza umana”.

Per quanto poetica fosse la previsione di Malthus, non si avverò. Invece, arrivarono le rivoluzioni nell’industria e nell’agricoltura e, con esse, un sostanziale aumento della produzione e del commercio di cibo. Vinsero gli ottimisti, mentre Malthus divenne il santo patrono degli economisti pazzi, un cencioso predicatore per le strade della storia.

Sebbene gli economisti moderni e gli utopisti della tecnologia guardino Malthus con disprezzo, le sue argomentazioni erano ragionevoli date le prove dell’epoca. Forse le nuove tecnologie che hanno consentito l’enorme crescita demografica degli ultimi secoli non hanno posto fine alla possibilità di una catastrofe malthusiana, ma l’hanno semplicemente ritardata? L’umanità è stata in grado di crescere molto, molto oltre ciò che Malthus avrebbe potuto immaginare: stime approssimative indicano la popolazione mondiale nel 1800 erano 890-980 milioni di persone, mentre oggi la popolazione mondiale supera i 7,4 miliardi – ma quanto durerà questa tendenza? Continua?

L'ONU si aspetta la popolazione mondiale raggiungerà gli 8,5 miliardi entro il 2030 e i 9,7 miliardi entro il 2050. Gran parte della popolazione mondiale è concentrata in Cina e India; ciascuno di questi paesi conta attualmente più di un miliardo di persone, e si prevede che la popolazione dell’India supererà quella della Cina entro il 2022.

Le nuove tecnologie e tecniche agricole hanno scongiurato le gravi carestie previste da Malthus. Anche se un tempo gli esseri umani dovevano piantare i semi a casaccio a mano, le seminatrici consentivano agli agricoltori di seminarli in file lunghe e uniformi. Con i trattori a vapore, gli agricoltori potevano arare ampie fasce di terreno, senza bisogno di buoi pigri. Le trebbiatrici riducono le molte ore dedicate alla trebbiatura manuale.

Con la popolazione mondiale che sale a livelli sempre più sconcertanti e con la crescita economica che consente maggiori consumi, il mondo potrebbe aver bisogno di un’altra rivoluzione agricola per sostenersi.

Una risposta al problema potrebbe risiedere nell’automazione. Sebbene l’agricoltura sia diventata sempre più automatizzata negli ultimi 200 anni, il processo sta solo accelerando. Le nuove tecnologie, e in particolare gli spostamenti di massa, stanno consentendo agli agricoltori di migliorare l’efficienza dei loro raccolti e della produzione di bestiame, oltre a neutralizzare rapidamente minacce come malattie o siccità.

I droni potrebbero essere i lavoratori agricoli del futuro

"C'è un certo stigma in quella parola", dice il dottor Lav Khot, professore alla Washington State University e specialista nella gestione delle colture site-specific. il termine “drone”. Molti sostenitori degli usi commerciali dei droni preferiscono termini come “sistemi aerei senza pilota”, una frase più lunga priva del significato verbale punch. Non è difficile capire perché: per molti, la parola “drone” evoca attrezzature militari, macchine volanti che sganciano bombe o spiano bersagli dall’alto.

Ricercatori come Khot stanno sperimentando diversi modi in cui i droni possono essere utilizzati in agricoltura, trasformando queste spade in vomeri. Per i coltivatori, uno degli usi più interessanti dei droni è l’imaging delle colture. Utilizzando droni dotati di sensori multispettrali, gli agricoltori esaminano la loro terra, scattando immagini che rivelano cose come la fertilità di specifiche aree di terreno, la quantità di acqua di cui hanno bisogno le colture e altro ancora.

In passato, gli agricoltori dovevano affidarsi alle immagini satellitari per ottenere mappe così dettagliate dei loro terreni, il che era un processo piuttosto dispendioso in termini di tempo. Le immagini satellitari spesso coinvolgono intervalli di 14 giorni, ha detto Khot a Digital Trends, e possono sorgere problemi a causa della copertura nuvolosa o di altri fattori. Con i droni “puoi ottenerlo quando vuoi, ipoteticamente”.

Questa rapida inversione di tendenza non è solo conveniente; nei casi in cui le piante sono colpite da malattie o parassiti, può fare la differenza tra salvare un raccolto o vederlo morire. Parlando con il Guardian, Salman Siddiqui, ricercatore dell'International Water Management Institute, spiega come le immagini dei droni possono essere utilizzate per rilevare malattie e altri fattori di stress nelle piante. “L’attività fotosintetica diminuisce e ciò influisce sulla clorofilla”, ha affermato – e l’imaging multispettrale possono rilevare questi cambiamenti in anticipo, prima che i problemi diventino così drastici da produrre segnali che gli esseri umani possono invece rilevare Vedere.

Questo perché la clorofilla, la molecola che conferisce alle foglie la loro tonalità verde, attira la luce visibile, riflettendo al contempo una grande quantità di luce infrarossa. Quando una pianta non è sana, rifletterà maggiormente la luce visibile che la colpisce e rifletterà meno onde infrarosse. L’imaging a infrarossi può mostrare agli agricoltori se le loro piante riflettono quantità anomale di luce, segnalando loro eventuali problemi.

L’agricoltura incontra l’automazione

Uno dei progetti principali di Khot al momento si concentra sull’irrigazione, sperimentandone diversi tecniche di irrigazione e quantità di acqua e utilizzo di immagini di droni per monitorare la successiva salute di impianti. Prendiamo ad esempio l’irrigazione sotterranea. Si tratta di un processo in cui i tubi che gocciolano l'acqua vengono posizionati sotto la superficie del terreno, fornendo l'acqua direttamente alle radici delle colture. Khot e il suo team regolano la posizione dei tubi, testandoli a 15 o 30 centimetri sotto la superficie delle viti.

Regolano la quantità di acqua utilizzata come parte della loro ricerca e utilizzano l'imaging dei droni per mappare i raccolti, test “per vedere se possiamo arrivare al 60% o al 30%, e la pianta può comunque crescere e produrre altrettanto bene”. prodotto."

Khot funziona anche con l'irrigazione sopra la superficie, testando gli irrigatori posizionati a bassa quota (non più di un piede sopra il livello del mare). superficie) e spostando gli irrigatori più vicino alla tettoia, il che dovrebbe ridurre l'evaporazione che si verifica quando l'acqua si muove attraverso l'aria.

La ricerca di Khot potrebbe assumere nuova importanza con lo sviluppo del cambiamento climatico. “A Washington nel 2015 abbiamo registrato la temperatura più alta da diversi anni”, ha detto Khot, uno sviluppo che potrebbe essere il risultato del cambiamento climatico. Per prepararsi agli anni più caldi, Khot e i suoi colleghi ricercatori stanno testando diverse varietà di fagioli borlotti per vedere come reagiscono alle diverse quantità di acqua. Questo dovrebbe aiutarli a scoprire quali fagioli rappresenterebbero un investimento migliore per gli agricoltori se le temperature dovessero aumentare in futuro.

Non tutti gli usi dei droni implicano l’imaging. Un progetto descritto da Khot è deliziosamente semplice. Volendo sperimentare un modello più grande di UAS, uno Yamaha RMAX, un elicottero senza pilota che è stato popolare in Il Giappone per l’irrorazione – Khot e il suo team hanno trovato una soluzione intelligente a un problema che ha afflitto Washington agricoltori.

Le ciliegie sono una delle colture più importanti di Washington e devono affrontare un parassita inquietantemente comune: la pioggia. "Quando il frutto della ciliegia è maturo, ha un alto contenuto di zucchero e la buccia diventa molto sottile", spiega Khot. Quando l'acqua piovana cade sui frutteti di ciliegi, può depositarsi sulla chioma e le ciliegie dalla buccia sottile la assorbiranno. Man mano che le ciliegie assorbono umidità, iniziano a gonfiarsi e a spaccarsi.

I coltivatori di ciliegie possono provare a ridurre al minimo i danni causati dalle piogge raccogliendo rapidamente le ciliegie o scuotendo i rami per eliminare parte dell'acqua. Khot ha volato con un RMAX a bassa quota, da 35 a 50 piedi, sopra i frutteti per disperdere l'acqua dalle tettoie. È un metodo più efficiente che scuotere manualmente i ciliegi a mano o con un ventilatore – e molto più economico che assumere un pilota di elicottero per farlo – ma non infallibile. “I frutteti qui nello Stato di Washington non sono tutti pianeggianti; siamo in pendenza, e quindi ogni anno si verificano alcuni incidenti”, ha detto Khot.

Molto più che semplici robot volanti

I droni sembrano essere uno strumento promettente per il futuro degli agricoltori, ma non sono gli unici esempi di automazione che stanno investendo il mondo agricolo. I viticci robotici si stanno diffondendo in ogni aspetto dell’agricoltura, portando un tocco freddo anche a quella parte più intima della giornata di un agricoltore: la mungitura delle mucche.

Le macchine che gestiscono il processo di mungitura sembrano una vittoria per gli agricoltori. La mungitura manuale è rara oggigiorno: dopo tutto, chi vorrebbe passare ore al giorno a spremere i capezzoli delle mucche e subire gli sguardi gelosi dei vitelli? — poiché ormai da anni gli agricoltori utilizzano macchine per estrarre il latte. Tuttavia, queste macchine richiedevano l'intervento umano; gli agricoltori dovevano ancora fissare le tazze ai capezzoli delle mucche e restare a guardare mentre le macchine pompavano il latte.

Con la tecnologia più moderna, il processo di mungitura può essere eseguito senza nemmeno un minimo intervento umano. I sistemi di mungitura avanzati consentono alle mucche di avvicinarsi al robot di mungitura quando ne hanno voglia. La mucca, come addestrata dal suo proprietario, sale su un piatto, che avvia il processo di mungitura. La macchina può riconoscere le mucche dai loro tag e se una mucca specifica non è stata munta entro un certo periodo periodo di tempo, la macchina si metterà al lavoro, disinfettando la mammella e attaccando le ventose ai capezzoli.

L’intero processo è conveniente per gli agricoltori e presumibilmente comodo per le mucche. Parlando alla BBC, l'agricoltore Robert Veich sostiene che il processo rende gli animali più felici e più produttivi, affermando che “le mucche rispondono al comfort. Si è passati da 28 litri a 36 litri in media al giorno, senza un aumento significativo del costo del mangime”.

Gli allevamenti lattiero-caseari non sono nemmeno l’unico luogo in cui l’automazione ha preso piede. Ultimamente ha cominciato a colpire anche i frutteti, che nel corso degli anni si sono dimostrati straordinariamente resistenti alla meccanizzazione. Fino a poco tempo fa, la raccolta della frutta era riuscita a resistere all’avanzata dell’automazione, soprattutto perché i frutti sono delicati e i macchinari potrebbero danneggiare i raccolti o gli alberi che li producono. Un numero del 2011 di Migration News sostiene che la maggior parte della raccolta delle mele viene ancora effettuata a mano e che la maggior parte del tempo dei lavoratori non viene spesa raccogliere le mele, ma piuttosto spostare le scale usate per raggiungerle e trasportare indietro i sacchi di prodotti e via. Nei panni del CEO di Abundant Robotics, Dan Steere spiegato a Digital Trends, “il problema principale è che la frutta è difficile da vedere per i computer ed è delicata. Fino ad ora non è stato possibile né identificare in modo affidabile i prodotti né automatizzare la raccolta senza danneggiare i prodotti”.

Nonostante le difficoltà, gli ingegneri sono alla ricerca di modi per rendere più efficiente il prelievo attraverso l’automazione. L’azienda di Steere sta lavorando a una macchina per raccogliere le mele; un'altra azienda, Energid, ha costruito una macchina per raccogliere le arance. La raccoglitrice di mele di Abundant Robotics utilizza un tubo a vuoto per aspirare le mele dagli alberi, mentre il robot per la raccolta delle arance di Energid scuote i frutti dagli alberi e li cattura.

Forse il veicolo agricolo più iconico, il trattore, sta subendo una trasformazione propria. Trattori autonomi, come Il concept car autonomo di Case IH, potrebbe sostituire i trattori azionati dall’uomo in molte aziende agricole. L'elegante macchina non ha nemmeno un posto per il conducente. Può percorrere percorsi predeterminati programmati dal suo operatore, che può tracciare i movimenti del trattore e reindirizzarlo, se necessario, con un’app per tablet. Il trattore può persino percepire gli ostacoli sul suo percorso e fermarsi per evitare collisioni. Produttori di trattori autonomi come Nuova Olanda affermano addirittura che i veicoli alla fine saranno in grado di reagire ai cambiamenti meteorologici.

Le attrezzature agricole autonome non sono semplicemente una comodità, poiché consentono agli agricoltori di rilassarsi e sorseggiare un caffè mentre i robot svolgono il loro lavoro. Né è semplicemente uno strumento per ridurre il costo del lavoro. Questi veicoli potrebbero eliminare i limiti del corpo umano da un settore tradizionalmente estenuante. Le macchine non corrono alcun rischio di lesioni o mutilazioni, ma solo danni che possono essere riparati. Ancora più intrigante è che l’agricoltura potrebbe diventare un processo di 24 ore, senza interruzioni a causa dell’oscurità o del bisogno di sonno.

L’immagine tradizionale di un agricoltore brizzolato con una giacca Carhartt, che stringe il volante del suo John Deere con mani callose, potrebbe presto svanire nella storia. Al suo posto, un uomo abbottonato che gestisce una flotta di macchine con il suo iPad comodamente da un ufficio.

Sarà sufficiente?

Tutte queste nuove tecnologie sono sorprendenti, ma la domanda rimane: saranno sufficienti a sostenere la crescente massa dei consumi? L’Organizzazione per l’Alimentazione e l’Agricoltura delle Nazioni Unite lo stima, per nutrire una popolazione mondiale in crescita e sempre più urbana, la produzione annuale di grano dovrà aumentare fino a 3 miliardi di tonnellate; la produzione di carne dovrà aumentare fino a 470 milioni di tonnellate. È un sacco di cibo.

A complicare le cose c’è il fatto che la tecnologia da sola non decide quanto cibo mangeremo nel mondo. Sulla scia della globalizzazione, il commercio trasporta il cibo oltre i confini e gli oceani. Il grano dell’Oregon finisce nei mulini asiatici, la carne bovina dal Giappone potrebbe finire nei piatti di New York. Anche se i singoli paesi possono aumentare la produzione alimentare attraverso l’uso dell’automazione, lo stato degli accordi commerciali internazionali determinerà dove andrà. In un mondo in cui la concorrenza nazionalista sembra in ascesa e gli accordi commerciali poggiano su un terreno sempre più instabile, la rete globale del commercio alimentare potrebbe cambiare radicalmente.

Per questi motivi sarebbe ingenuo concludere che l’automazione agricola da sola basterà a salvarci. Il problema che dobbiamo affrontare è complesso e sfaccettato e nessuna innovazione tecnologica individuale è in grado di cambiare da sola il nostro destino. Ma nonostante il fatto che non ci saranno soluzioni miracolose in questa lotta, dovremmo trarre conforto dal fatto che l’automazione è solo una freccia nella nostra faretra tecnologica. Un’idea rivoluzionaria o una soluzione creativa non sarà sufficiente, ma un centinaio potrebbero bastare – e se c’è una cosa di cui abbiamo in abbondanza come specie, sono le idee creative.

In definitiva, il passato può essere la più grande fonte di sollievo. La storia dimostra che la tecnologia può contribuire a nutrire il mondo, quindi abbiamo tutte le ragioni per credere che possa continuare a farlo in futuro.

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