חקלאות אוטומטית: האם רובוטים, מל"טים ובינה מלאכותית יכולים להציל אותנו מרעב?

החקלאות עברה דרך ארוכה במאה האחרונה. אנחנו מייצרים יותר מזון מאי פעם - אבל המודל הנוכחי שלנו אינו בר קיימא, וכאוכלוסיית העולם במהירות מתקרב לרף 8 מיליארד, שיטות ייצור מזון מודרניות יזדקקו לשינוי קיצוני אם יישמרו לְמַעלָה. אבל למרבה המזל, יש מגוון של טכנולוגיות חדשות שעשויות לאפשר את זה. ב הסדרה הזו, נחקור כמה מהפתרונות החדשים והחדשניים שחקלאים, מדענים ויזמים עובדים עליהם כדי לוודא שאף אחד לא רעב בעולם ההולך וצפוף שלנו.

בעבודתו המכוננת של תומס מלתוס - אם כי זוכה לביקורת תכופות - מ-1798, חיבור על עקרון האוכלוסין, הכלכלן הסתכל ארוכות על ההיסטוריה האנושית, והבחין בכך שאוכלוסיות אנושיות, כאשר יש להן שפע של מזון, גדלות עד שהן מאמצות את המשאבים שלהן, ובשלב זה מתחיל המחסור. "נראה שהרעב הוא האחרון, המשאב הנורא ביותר של הטבע", אמר. "כוח האוכלוסייה כל כך עדיף על הכוח שבכדור הארץ לייצר פרנסה לאדם, עד שמוות בטרם עת חייב, בצורה כזו או אחרת, לבקר את המין האנושי."

ככל שתחזיתו של מלתוס הייתה פואטית, היא לא התממשה. במקום זאת, הגיעו מהפכות בתעשייה ובחקלאות, ואיתם גידול מהותי בייצור ובסחר של מזון. האופטימיסטים ניצחו, בעוד שמלתוס הפך לקדוש הפטרון של כלכלנים מטומטמים, מטיף מרופט ברחובות ההיסטוריה.

למרות שכלכלנים ואוטופים טכנולוגיים מודרניים רואים את מלתוס בבוז, הטיעונים שלו היו סבירים בהתחשב בראיות באותה תקופה. אולי הטכנולוגיות החדשות שאפשרו את גידול האוכלוסייה האדיר במאות השנים האחרונות לא סיימו את האפשרות של אסון מלטוסי, אלא רק עיכבו אותה? האנושות הצליחה לצמוח הרבה, הרבה מעבר למה שמלתוס יכול היה לדמיין - הערכות גסות מציינות את אוכלוסיית העולם בשנת 1800 ב-890-980 מיליון איש, בעוד שהיום אוכלוסיית העולם עולה על 7.4 מיליארד - אבל כמה זמן יכולה המגמה הזו לְהַמשִׁיך?

האו"ם מצפה אוכלוסיית העולם תגיע ל-8.5 מיליארד עד שנת 2030, ול-9.7 מיליארד עד 2050. חלק גדול מאוכלוסיית העולם מרוכזת בסין ובהודו; בכל אחת מהמדינות הללו יש כיום יותר ממיליארד אנשים, כאשר האוכלוסייה בהודו צפויה לעלות על זו של סין עד 2022.

טכנולוגיות וטכניקות חקלאיות חדשות מנעו את הרעב החד שמלתוס חזה. למרות שפעם בני אדם נאלצו לשתול זרעים באופן אקראי ביד, מקדחות זריעה אפשרו לחקלאים לזרוע אותם בקווים ארוכים ואחידים. עם טרקטורים המונעים בקיטור, חקלאים יכלו לחרוש שטחים רחבים של אדמה, ללא צורך בשוורים אטיים. מכונות הדיש קיצצו את השעות הרבות שהוקדשו לדיש ביד.

כאשר אוכלוסיית העולם מטפסת לגבהים מדהימים יותר ויותר, ועם צמיחה כלכלית המאפשרת צריכה גדולה יותר, העולם עשוי להזדקק למהפכה חקלאית נוספת כדי לקיים את עצמו.

תשובה אחת לבעיה עשויה להיות באוטומציה. בעוד החקלאות הפכה לאוטומטית יותר ויותר במהלך 200 השנים האחרונות, התהליך רק מואץ. טכנולוגיות חדשות, והמוניות בפרט, מאפשרות לחקלאים לשפר את היעילות של היבולים וייצור בעלי החיים שלהם, כמו גם לנטרל במהירות איומים כמו מחלות או בצורת.

רחפנים עשויים להיות עובדי החווה של העתיד

"יש איזו סטיגמה למילה הזו", אומר ד"ר לאב חוט, פרופסור באוניברסיטת וושינגטון סטייט ומומחה בניהול יבולים ספציפי לאתר. המונח "רחפן". תומכים רבים בשימושים מסחריים במזל"טים מעדיפים מונחים כמו "מערכות אוויריות בלתי מאוישות", ביטוי ארוך יותר שחסר את המילולי פּוּנץ. לא קשה להבין מדוע: עבור רבים, המילה "רחפן" מעוררת חומרה צבאית, מכונות מעופפות שמטילות פצצות או מרגלות אחר מטרות מלמעלה.

חוקרים כמו Khot מתנסים בדרכים שונות שבהן ניתן להשתמש ברחפנים בחקלאות, תוך שהם מכים את החרבות הללו לאתות. עבור מגדלים, אחד השימושים המרגשים ביותר לרחפנים הוא הדמיית יבולים. באמצעות מל"טים המצוידים בחיישנים רב-ספקטרליים, חקלאים סורקים את אדמתם, מצלמים תמונות שחושפות דברים כמו פוריות של כתמי אדמה ספציפיים, כמה מים צריכים היבולים ועוד.

בעבר, חקלאים נאלצו להסתמך על הדמיית לוויין כדי לקבל מפות מפורטות כל כך של אדמתם, וזה היה תהליך די ארוך. הדמיית לוויין כוללת לעתים קרובות מרווחים של 14 יום, אמר Khot ל-Digital Trends, ובעיות יכולות להתעורר עקב כיסוי ענן או גורמים אחרים. עם מל"טים "אתה יכול להשיג את זה מתי שאתה רוצה, באופן היפותטי."

המהפך המהיר הזה לא רק נוח; במקרים בהם צמחים מושפעים ממחלות או מזיקים, זה יכול להיות ההבדל בין שמירת קציר או צפייה בו מת. מדבר עם הגרדיאן, Salman Siddiqui, חוקר מהמכון הבינלאומי לניהול מים, מסביר כיצד ניתן להשתמש בתמונות של מזל"ט כדי לזהות מחלות וגורמי לחץ אחרים בצמחים. "הפעילות הפוטוסינתטית פוחתת, וזה משפיע על הכלורופיל", אמר - והדמיה רב-ספקטרלית יכול לזהות את השינויים הללו מוקדם, לפני שהבעיות הופכות כל כך קיצוניות עד שיולידו סימנים שבני אדם יכולים לִרְאוֹת.

הסיבה לכך היא שכלורופיל, המולקולה שנותנת לעלים את הגוון הירוק שלהם, שואבת אור גלוי, תוך החזרת כמות גדולה של אור אינפרא אדום. כאשר צמח אינו בריא, הוא ישקף יותר מהאור הנראה הפוגע בו, וישקף פחות גלי אינפרא אדום. הדמיית אינפרא אדום יכולה להראות לחקלאים אם הצמחים שלהם משקפים כמויות חריגות של אור, מה שמוביל אותם לבעיות.

חקלאות, תכירו אוטומציה

אחד הפרויקטים המרכזיים של חוט כרגע מתמקד בהשקיה, בניסויים שונים טכניקות השקיה וכמויות מים, ושימוש בתמונות של מזל"ט כדי לעקוב אחר מצב הבריאות שלאחר מכן צמחים. קחו למשל השקיה תת-קרקעית. זהו תהליך שבו צינורות שמטפטפים מים מונחים מתחת לפני הקרקע, ומעבירים מים ישירות לשורשי הגידולים. Khot וצוותו מתאימים את מיקומם של הצינורות, בודקים אותם ב-15 או 30 סנטימטרים מתחת לפני השטח של גפנים.

הם מתאימים את כמות המים המשמשת כחלק מהמחקר שלהם, ומשתמשים בהדמיית מזל"ט כדי למפות את היבולים, בדיקה "כדי לראות אם אנחנו יכולים להגיע ל-60 אחוז או 30 אחוז, ועדיין הצמח יכול לגדול ולייצר טוב תְשׁוּאָה."

חוט עובדת גם עם השקיה מעל פני השטח, בודקת ספרינקלרים המבוססים בגובה נמוך (לא יותר ממטר מעל משטח) והעברת הממטרות קרוב יותר לחופה, מה שאמור להפחית את האידוי המתרחש כאשר המים עוברים דרכו. האויר.

המחקר של Khot יכול לקבל חשיבות חדשה עם התפתחות שינויי האקלים. "בוושינגטון ב-2015 רשמנו את הטמפרטורה הגבוהה ביותר מזה כמה שנים", אמר חוט, התפתחות שעשויה להיות תוצאה של שינויי אקלים. כדי להתכונן לשנים חמות יותר, חוט ועמיתיו החוקרים בודקים זנים שונים של שעועית פינטו כדי לראות כיצד הם מגיבים לכמויות שונות של מים. זה אמור לעזור להם לגלות איזו שעועית תהיה השקעה טובה יותר עבור החקלאים אם הטמפרטורות יעלו בעתיד.

לא כל השימושים ברחפנים כוללים הדמיה. פרויקט אחד שמתאר חוט הוא פשוט להפליא. רוצה להתנסות בדגם גדול יותר של UAS, ימאהה RMAX - מסוק בלתי מאויש שהיה פופולרי ב יפן על ריסוס - חוט וצוותו הביאו פתרון חכם לבעיה שהטרידה את וושינגטון חקלאים.

דובדבנים הם אחד הגידולים המובילים בוושינגטון, והם מתמודדים עם מזיק נפוץ באופן מטריד: גשם. "כאשר פרי הדובדבן בשל, יש לו תכולת סוכר גבוהה, והקליפה נעשית דקה מאוד", מסביר חוט. כשמי גשמים יורדים על מטעי הדובדבנים, הם יכולים לשבת על החופה, והדובדבנים דקי הקליפה יספגו אותם. כשהדובדבנים שותים לחות, הם מתחילים להתנפח ולהתפצל.

מגדלי דובדבנים יכולים לנסות למזער את נזקי הגשמים על ידי קצירת דובדבנים במהירות, או ניעור הענפים כדי לשפוך חלק מהמים. חוט הטיס RMAX בגבהים נמוכים - 35 עד 50 רגל - מעל פרדסים כדי לפזר מים מהחופות. זוהי שיטה יעילה יותר מטלטול ידני של עצי דובדבן ביד או באמצעות מאוורר - וזולה בהרבה משכירת טייס מסוק שיבוא לעשות זאת - אבל לא חסינת תקלות. "הפרדסים כאן במדינת וושינגטון, לא כולם שטוחים; יש לנו שיפוע, ולכן כל שנה יש כמה תאונות עם זה", אמר חוט.

יותר מסתם רובוטים מעופפים

מזל"טים נראים ככלי מבטיח לחקלאים קדימה, אבל הם לא הדוגמאות היחידות לאוטומציה שסוחפת את העולם החקלאי. קנוקנות רובוטיות מתפשטות לכל היבט של החקלאות, ומביאות מגע קר אפילו לחלק האינטימי ביותר של יום החקלאי: חליבת פרות.

מכונות המטפלות בתהליך החליבה נראות כמו ניצחון לחקלאים. חליבת ידיים היא נדירה היום - אחרי הכל, מי רוצה לבלות שעות ביום בלחיצת פטמי פרה ולסבול מבהיק קנאה של עגלים? - שכן חקלאים משתמשים במכונות לשאיבת חלב כבר שנים. מכונות אלה דרשו קלט אנושי, עם זאת; החקלאים עדיין נאלצו להצמיד כוסות לפטמות של הפרה, ולעמוד מנגד בזמן שהמכונות שואבות חלב.

עם טכנולוגיה מודרנית יותר, תהליך החליבה יכול להיעשות אפילו ללא כמות קטנה של קלט אנושי. מערכות חליבה מתקדמות מאפשרות לפרות להתקרב לרובוט חליבה כשמתחשק להן. הפרה, כפי שהוכשרה על ידי בעליה, עולה על צלחת, מה שמתחיל את תהליך החליבה. המכונה יכולה לזהות את הפרות לפי התגים שלהן, ואם פרה ספציפית לא נחלבה בטווח מסוים פרק זמן, המכונה תתחיל לעבוד, תחטא את העטין ותחבר כוסות יניקה לפטמים.

כל התהליך נוח לחקלאים, ולכאורה נוח לפרות. מדבר ל-BBC, החקלאי רוברט ויץ' טוען שהתהליך גורם לבעלי חיים מאושרים ופרודוקטיביים יותר, ואמר "פרות מגיבות לנוחות. הוא עלה מ-28 ליטר ל-36 ליטר בממוצע ביום, ללא עלייה משמעותית בעלות ההזנה".

גם רפתות הן לא המקום היחיד שבו אוטומציה תפסה אחיזה. לאחרונה, היא אפילו החלה לפגוע במטעי פרי - שהיו עמידים להפליא למיכון לאורך השנים. עד לאחרונה, קטיף הפירות הצליח לעמוד במגמת האוטומציה, בעיקר בגלל שפירות עדינים, ומכונות עלולות לפגוע ביבול או בעצים שמייצרים אותם. גיליון 2011 של חדשות הגירה טוען שרוב קטיף התפוחים עדיין נעשה ביד, ושרוב זמנו של הפועל לא מושקע לקטוף את התפוחים, אלא להזיז את הסולמות המשמשים להגיע אליהם ולגרור שקי תוצרת בחזרה ו הָלְאָה. כמנכ"ל Abundant Robotics, דן סטיר הסביר ל-Digital Trends, "הבעיות העיקריות הן שלמחשבים קשה לראות פירות, וזה עדין. עד כה לא ניתן היה לזהות באופן אמין את התוצרת או להפוך את הקטיף לאוטומטי מבלי לפגוע בתוצרת".

למרות הקשיים, מהנדסים מחפשים דרכים להפוך את הבחירה ליעילה יותר באמצעות אוטומציה. החברה של Steere עובדת על מכונה לקטיף תפוחים; חברה אחרת, אנרג'יד, בנה מכונה לקטיף תפוזים. קוטף התפוחים של Abundant Robotics משתמש בצינור ואקום כדי לינוק תפוחים מעצים, בעוד שרובוט קציר התפוזים של Energid מנער פירות מעצים ותופס אותם.

אולי הרכב החקלאי האייקוני ביותר, הטרקטור, עובר מהפך משלו. טרקטורים אוטונומיים, כגון רכב הקונספט האוטונומי של Case IH, יכול להחליף טרקטורים המופעלים על ידי אדם בחוות רבות. למכונה המהודרת אין אפילו מושב לנהג. הוא יכול לנסוע לאורך מסלולים קבועים מראש שתוכנתו על ידי המפעיל שלו, שיכול לעקוב אחר תנועות הטרקטור ולנתב אותו מחדש, במידת הצורך, באמצעות אפליקציית טאבלט. הטרקטור יכול אפילו לחוש במכשולים בדרכו, ועוצר כדי למנוע התנגשויות. יצרני טרקטורים אוטונומיים כגון הולנד החדשה אפילו טוענים שבסופו של דבר כלי הרכב יוכלו להגיב לשינויים במזג האוויר.

ציוד חקלאי אוטונומי אינו פשוט נוחות, המאפשר לחקלאים לנוח וללגום קפה בזמן שרובוטים עושים את עבודתם. זה גם לא רק כלי לצמצם בעלויות העבודה. כלי רכב אלה יכולים להסיר את המגבלות של גוף האדם מתעשייה מפרכת מסורתית. מכונות אינן עומדות בסיכון לפציעה או לפגיעה, אלא רק נזק שניתן לתקן. מסקרן עוד יותר הוא שחקלאות עלולה להפוך לתהליך של 24 שעות, ללא הפרעה על ידי חושך או הצורך בשינה.

הדימוי המסורתי של חקלאי כאדם אפרורי במקטורן קארהרט, האוחז בהגה של הג'ון דיר שלו בידיים מיובלות, עשוי להיעלם בקרוב אל ההיסטוריה. במקומו, איש מכופתרת המנהל צי מכונות עם האייפד שלו מנוחות משרד.

האם זה יספיק?

כל הטכנולוגיות החדשות הללו מסנוורות, אך נותרת בעינה השאלה: האם הן יספיקו לקיים את הצריכה ההולכת וגוברת? ארגון המזון והחקלאות של האו"ם מעריך את זה, על מנת להאכיל אוכלוסיית עולמית שהולכת וגדלה והולכת יותר ויותר, ייצור התבואה השנתי יצטרך לעלות ל-3 מיליארד טון מטרי; ייצור הבשר יצטרך לעלות ל-470 מיליון טון. זה הרבה אוכל.

מסבך את העניינים הוא העובדה שהטכנולוגיה לבדה לא מחליטה כמה אוכל העולם אוכל. בעקבות הגלובליזציה, הסחר נושא מזון חוצה גבולות ואוקיינוסים. חיטה מאורגון מגיעה לטחנות באסיה, בשר בקר מיפן עלול להגיע לצלחת בניו יורק. גם אם מדינות בודדות יכולות להגדיל את ייצור המזון באמצעות אוטומציה, מצב עסקאות הסחר הבינלאומיות יקבע לאן זה יגיע. בעולם שבו התחרות הלאומית נראית מתגברת, ועסקאות סחר עומדות על קרקע רעועה יותר, רשת הסחר העולמי במזון עשויה להשתנות באופן דרמטי.

מסיבות אלו, יהיה זה נאיבי להסיק שאוטומציה חקלאית לבדה תספיק להציל אותנו. הבעיה העומדת בפנינו היא מורכבת ורבת פנים, ושום חידוש טכנולוגי אינדיבידואלי לא ישנה את גורלנו בעצמו. אבל למרות העובדה שלא יהיו כדורי כסף במאבק הזה, עלינו להתנחם בעובדה שהאוטומציה היא רק חץ אחד ברטט הטכנולוגי שלנו. רעיון פורץ דרך או פתרון יצירתי אחד לא יספיקו, אבל מאה מהם עשויים לעשות את העבודה - ואם יש דבר אחד שיש לנו בשפע כמין, זה רעיונות יצירתיים.

בסופו של דבר, העבר עשוי להיות מקור ההקלה הגדול ביותר. ההיסטוריה מראה שטכנולוגיה יכולה לעזור להאכיל את העולם, ולכן יש לנו את כל הסיבות להאמין שהיא תוכל להמשיך לעשות זאת בעתיד.

המלצות עורכים

• אשליות אופטיות יכולות לעזור לנו לבנות את הדור הבא של AI
• האם מחשב-על יכול להציל אותנו מנגיף הקורונה? דיברנו עם האיש שיודע
• רוכב מל"טים מוביל משתלט על מזל"ט רובוט בהתנגשות ראשונה בין אדם למכונה
• מחכים בכנפיים: איך מזל"טים מחוללים מהפכה בקרב נגד הרעב
• חוקר מוביל באוקספורד מדבר על הסיכון של אוטומציה בתעסוקה