Automatizuotas žemės ūkis: ar robotai, dronai ir AI gali išgelbėti mus nuo bado?

Per pastarąjį šimtmetį žemės ūkis nuėjo ilgą kelią. Gaminame daugiau maisto nei bet kada anksčiau, tačiau dabartinis mūsų modelis yra netvarus, o pasaulio gyventojų skaičius sparčiai auga artėja prie 8 milijardų ribos, šiuolaikinius maisto gamybos metodus reikės radikaliai pakeisti, jei jie išliks aukštyn. Bet laimei, yra daugybė naujų technologijų, kurios gali padaryti tai įmanoma. Į ši serijaIšnagrinėsime kai kuriuos novatoriškus naujus sprendimus, su kuriais dirba ūkininkai, mokslininkai ir verslininkai, siekdami užtikrinti, kad niekas neliktų alkanas mūsų vis labiau perpildytame pasaulyje.

Tomo Malthuso pradiniame, nors ir dažnai kritikuojamame, 1798 m. Esė apie populiacijos principą, ekonomistas ilgai žiūrėjo į žmonijos istoriją ir pastebėjo, kad žmonių populiacijos, turėdamos maisto gausą, auga tol, kol ištempia savo išteklius, o tada atsiranda stygius. „Atrodo, kad badas yra paskutinis, baisiausias gamtos išteklius“, – sakė jis. „Gyventojų galia yra tokia pranašesnė už žemėje esančią galią aprūpinti žmogų, kad priešlaikinė mirtis vienaip ar kitaip turi aplankyti žmonių rasę“.

Kad ir kaip poetiška buvo Malthuso prognozė, ji neišsipildė. Vietoj to kilo revoliucijos pramonėje ir žemės ūkyje, o kartu su jais labai išaugo maisto gamyba ir prekyba. Nugalėjo optimistai, o Malthusas tapo skurdžių ekonomistų globėju, apniukusiu pamokslininku istorijos gatvėse.

Nors šiuolaikiniai ekonomistai ir technologijų utopistai į Malthusą žiūri su panieka, jo argumentai buvo pagrįsti, atsižvelgiant į to meto įrodymus. Galbūt naujosios technologijos, įgalinusios milžinišką gyventojų skaičiaus augimą per pastaruosius kelis šimtmečius, nesustabdė Malthuso katastrofos galimybės, o tik ją atitolino? Žmonija sugebėjo išaugti daug daugiau, nei Malthusas galėjo įsivaizduoti – apytiksliais skaičiavimais, pasaulio gyventojų skaičius 1800 m. buvo 890–980 milijonų žmonių, o šiandien pasaulio gyventojų skaičius viršija 7,4 milijardo – bet kiek gali tęstis ši tendencija Tęsti?

JT tikisi pasaulio gyventojų skaičius iki 2030 m. pasieks 8,5 mlrd., o iki 2050 m. – 9,7 mlrd. Didžioji dalis pasaulio gyventojų yra susitelkę Kinijoje ir Indijoje; kiekvienoje iš šių šalių šiuo metu gyvena daugiau nei po vieną milijardą žmonių, o Indijos gyventojų skaičius iki 2022 m. viršys Kinijos.

Naujos žemės ūkio technologijos ir metodai atitolino staigų badą, kurį numatė Malthusas. Nors kažkada žmonėms tekdavo atsitiktinai sėti sėklas rankomis, sėjamosios leido ūkininkams jas sėti ilgomis vienodomis linijomis. Su garu varomais traktoriais ūkininkai galėjo suarti plačias žemes, nereikalaujant vangių jaučių. Kūlimo mašinos sumažina daug valandų, skirtų kūlimui rankomis.

Pasaulio gyventojų skaičiui kylant į vis stulbinamiausias aukštumas, o ekonomikos augimui leidžiant didesnį vartojimą, pasauliui gali prireikti dar vienos žemės ūkio revoliucijos, kad išsilaikytų.

Vienas atsakymas į problemą gali būti automatizavimas. Nors per pastaruosius 200 metų žemės ūkis tapo vis labiau automatizuotas, procesas tik įsibėgėja. Naujos technologijos, o ypač minios, leidžia ūkininkams pagerinti savo pasėlių ir gyvulininkystės efektyvumą, taip pat greitai neutralizuoti tokias grėsmes kaip ligos ar sausros.

Dronai gali būti ateities ūkio darbuotojai

„Šis žodis turi tam tikrą stigmą“, – sako Vašingtono valstijos universiteto profesorius ir konkrečioms vietovėms skirtų pasėlių valdymo specialistas dr. Lavas Khotas. terminas „dronas“. Daugelis komercinio dronų naudojimo šalininkų pirmenybę teikia tokiems terminams kaip „nepilotuojamos oro sistemos“, ilgesnė frazė, kuriai trūksta žodinio žodžio. smūgis. Nesunku suprasti kodėl: daugeliui žodis „dronas“ primena karinę įrangą, skraidančias mašinas, kurios meta bombas ar šnipinėja taikinius iš viršaus.

Tyrėjai, tokie kaip Khotas, eksperimentuoja su įvairiais bepiločių orlaivių naudojimo žemės ūkyje būdais, sumušdami šiuos kardus į plūgus. Augintojams vienas įdomiausių dronų naudojimo būdų yra pasėlių vaizdavimas. Naudodami bepiločius orlaivius, kuriuose įrengti daugiaspektriniai jutikliai, ūkininkai apžiūri savo žemę ir daro vaizdus, ​​​​kurie atskleidžia tokius dalykus kaip konkrečių dirvožemio lopelių derlingumas, kiek vandens reikia pasėliams ir kt.

Anksčiau ūkininkai turėjo pasikliauti palydoviniu vaizdu, kad gautų tokius išsamius savo žemės žemėlapius, o tai užtrukdavo gana daug laiko. Palydovinis vaizdas dažnai apima 14 dienų intervalus, Khotas pasakojo „Digital Trends“, o problemų gali kilti dėl debesų dangos ar kitų veiksnių. Su bepiločiais orlaiviais „galite juos gauti tada, kai norite, hipotetiškai“.

Šis greitas apsisukimas yra ne tik patogus; Tais atvejais, kai augalus paveikia ligos ar kenkėjai, tai gali būti skirtumas tarp derliaus išsaugojimo ar stebėjimo, kaip jis miršta. Kalbėdamas su „The Guardian“.Tarptautinio vandens valdymo instituto mokslininkas Salmanas Siddiqui paaiškina, kaip dronų vaizdai gali būti naudojami augalų ligoms ir kitiems stresą sukeliantiems veiksniams aptikti. "Fotosintetinis aktyvumas mažėja, o tai paveikia chlorofilą", - sakė jis, ir daugiaspektrinį vaizdą. gali anksti aptikti šiuos pokyčius, kol problemos tampa tokios drastiškos, kad atsiranda požymių, kuriuos gali padaryti žmonės matyti.

Taip yra todėl, kad chlorofilas, molekulė, suteikianti lapams žalią atspalvį, traukia matomą šviesą ir atspindi didelį infraraudonųjų spindulių kiekį. Kai augalas yra nesveikas, jis atspindės daugiau į jį patenkančios matomos šviesos ir atspindės mažiau infraraudonųjų spindulių. Infraraudonųjų spindulių vaizdavimas gali parodyti ūkininkams, ar jų augalai atspindi neįprastai daug šviesos, todėl jiems kyla problemų.

Žemės ūkis, automatika

Vienas iš pagrindinių Khot projektų šiuo metu yra skirtas drėkinimui, eksperimentavimui su įvairiais drėkinimo būdai ir vandens kiekiai bei dronų vaizdų naudojimas tolesniam sveikatos būklės stebėjimui augalai. Paimkite, pavyzdžiui, požeminį drėkinimą. Tai procesas, kai vamzdeliai, kuriais lašinamas vanduo, dedami po dirvožemio paviršiumi, tiekdami vandenį tiesiai į pasėlių šaknis. Khotas ir jo komanda pakoreguoja vamzdelių vietą, išbandydami juos 15 ar 30 centimetrų žemiau vynuogių paviršiaus.

Jie koreguoja naudojamo vandens kiekį atlikdami tyrimus ir naudoja dronų vaizdavimą pasėliams kartoti, bandymai, kad pamatytume, ar galime pasiekti 60 ar 30 procentų, o augalas vis tiek gali augti ir gaminti tiek derlius“.

„Khot“ taip pat veikia su drėkinimu virš paviršiaus, bandydamas purkštuvus, esančius žemame aukštyje (ne daugiau kaip pėda virš paviršiaus). paviršius) ir purkštuvų perkėlimas arčiau stogelio, o tai turėtų sumažinti garavimą, atsirandantį vandeniui judant. oras.

Vystantis klimato kaitai Khoto tyrimai gali įgyti naują reikšmę. „2015 m. Vašingtone užfiksavome aukščiausią temperatūrą kelerius metus“, - sakė Khotas, o tai gali būti klimato kaitos rezultatas. Siekdami pasiruošti karštesniems metams, Khotas ir jo kolegos tyrinėtojai išbando skirtingas pinto pupelių veisles, kad pamatytų, kaip jos reaguoja į skirtingą vandens kiekį. Tai turėtų padėti jiems išsiaiškinti, kurios pupelės bus geresnė investicija ūkininkams, jei temperatūra kils ateityje.

Ne visi dronų naudojimo būdai yra susiję su vaizdavimu. Vienas Khoto aprašomas projektas yra nuostabiai paprastas. Norintys eksperimentuoti su didesniu UAS modeliu, Yamaha RMAX – nepilotuojamu sraigtasparniu, kuris buvo populiarus Japonija už purškimą – Khotas ir jo komanda sugalvojo protingą Vašingtoną kamuojančios problemos sprendimą ūkininkai.

Vyšnios yra viena iš geriausių Vašingtono kultūrų ir susiduria su nerimą keliančiu kenkėju: lietumi. „Kai vyšnių vaisius sunoksta, jame yra daug cukraus, o odelė tampa labai plona“, – aiškina Khotas. Kai lietaus vanduo nukrenta ant vyšnių sodo, jis gali prisėsti ant baldakimo, o plonos vyšnios jį sugers. Kai vyšnios sugeria drėgmę, jos pradeda brinkti ir skilinėti.

Vyšnių augintojai gali stengtis sumažinti kritulių daromą žalą greitai nuimdami vyšnių derlių arba purtydami šakas, kad nusausintų dalį vandens. Khotas skrido RMAX nedideliame aukštyje – 35–50 pėdų – virš vaismedžių sodų, kad išsklaidytų vandenį iš stogų. Tai efektyvesnis būdas nei rankiniu būdu kratyti vyšnias rankomis ar ventiliatoriumi – ir daug pigiau nei pasamdyti sraigtasparnio pilotą, kuris atvažiuotų tai padaryti, bet ne patikimas. „Vaismedžių sodai čia, Vašingtono valstijoje, ne visi yra plokšti; mes esame nuožulni, todėl kiekvienais metais įvyksta keletas nelaimingų atsitikimų“, – sakė Khotas.

Daugiau nei tik skraidantys robotai

Dronai atrodo perspektyvi priemonė ūkininkams, bet jie nėra vieninteliai automatizavimo pavyzdžiai, šluojantys agrarinį pasaulį. Robotiniai ūseliai plinta į visus ūkininkavimo aspektus ir suteikia šaltumo net pačiai intymiausiajai ūkininko dienos daliai – karvių melžimui.

Melžimo procesą tvarkančios mašinos atrodo kaip ūkininkų laimėjimas. Šiandien melžimas rankomis yra retas atvejis – galų gale, kas nori valandų valandas per dieną spausti karvių spenius ir kentėti nuo pavydžių veršelių žvilgsnių? — kadangi ūkininkai jau daugelį metų naudoja mašinas pienui siurbti. Tačiau šios mašinos reikalavo žmogaus indėlio; ūkininkai vis tiek turėjo prisegti puodelius prie karvės spenių ir laukti, kol aparatai pumpuoja pieną.

Naudojant modernesnes technologijas, melžimo procesas gali būti atliktas net be šio nedidelio žmogaus indėlio. Pažangios melžimo sistemos leidžia karvėms priartėti prie melžimo roboto tada, kai to nori. Karvė, išmokyta šeimininko, užlipa ant lėkštės, kuri pradeda melžimo procesą. Aparatas gali atpažinti karves pagal jų žymes ir jei konkreti karvė nebuvo melžiama tam tikru metu tam tikrą laiką, aparatas pradės dirbti, dezinfekuos tešmenį ir prie spenių pritvirtins siurbtukus.

Visas procesas patogus ūkininkams ir tariamai patogus karvėms. Kalbėdamas su BBCŪkininkas Robertas Veichas teigia, kad šis procesas daro laimingesnius, produktyvesnius gyvūnus, sakydamas: „Karvės reaguoja į komfortą. Vidutiniškai jis sumažėjo nuo 28 litrų iki 36 litrų per dieną, o pašarų sąnaudos labai nepadidėjo.

Pieno ūkiai taip pat nėra vienintelė vieta, kur įsigalėjo automatika. Pastaruoju metu netgi pradėjo smogti vaismedžių sodams, kurie bėgant metams buvo nepaprastai atsparūs mechanizacijai. Dar visai neseniai vaisių skynimas sugebėjo atlaikyti automatizavimo žygį, daugiausia dėl to, kad vaisiai yra gležni, o mašinos gali pakenkti pasėliams ar juos auginantiems medžiams. 2011 m. „Migracijos naujienų“ numeris teigia, kad didžioji dalis obuolių skynimo vis dar atliekama rankomis, o didžioji dalis darbininkų laiko praleidžiama ne skinti obuolius, o judinti kopėčias, naudojamas jiems pasiekti ir vežti maišus su produktais atgal ir pirmyn. Kaip „Abundant Robotics“ generalinis direktorius Danas Steere'as paaiškino „Digital Trends“., „Pagrindinės problemos yra ta, kad vaisius kompiuteriams sunku pamatyti ir jie yra subtilūs. Iki šiol nebuvo įmanoma nei patikimai identifikuoti produkcijos, nei automatizuoti derliaus nuėmimo nepažeidžiant produkcijos.

Nepaisant sunkumų, inžinieriai ieško būdų, kaip automatizuoti rinkimą efektyviau. Steere įmonė dirba prie obuolių rinkimo mašinos; kita įmonė „Energid“, sukonstravo mašiną apelsinams rinkti. „Abundant Robotics“ obuolių rinktuvas vakuuminiu vamzdžiu čiulpia obuolius nuo medžių, o „Energid“ apelsinų derliaus nuėmimo robotas krato vaisius nuo medžių ir juos sugauna.

Galbūt pati ikoniškiausia žemės ūkio transporto priemonė – traktorius – transformuojasi. Autonominiai traktoriai, pvz Case IH autonominė koncepcinė transporto priemonė, daugelyje ūkių galėtų pakeisti žmogaus valdomus traktorius. Elegantiškoje mašinoje nėra net sėdynės vairuotojui. Jis gali keliauti iš anksto nustatytais maršrutais, kuriuos užprogramuoja jo operatorius, kuris gali sekti traktoriaus judesius ir, jei reikia, pakeisti jį planšetinio kompiuterio programėle. Traktorius netgi gali pajusti savo kelyje esančias kliūtis ir sustoti, kad išvengtų susidūrimo. Autonominiai traktorių gamintojai, tokie kaip Naujoji Olandija net teigia, kad transporto priemonės ilgainiui sugebės reaguoti į oro pokyčius.

Savarankiška ūkio įranga nėra vien patogumas, leidžiantis ūkininkams atsipūsti ir gurkšnoti kavą, kai dirba robotai. Tai taip pat nėra tik priemonė darbo sąnaudoms sumažinti. Šios transporto priemonės galėtų pašalinti tradiciškai alinančios pramonės žmogaus kūno apribojimus. Mašinos nekelia pavojaus susižeisti ar suluošinti, tik žalą, kurią galima pataisyti. Dar labiau intriguoja tai, kad ūkininkavimas gali tapti 24 valandas trunkančiu procesu, kurio netrukdytų tamsa ar miego poreikis.

Tradicinis ūkininko, kaip grizuoto vyro, vilkinčio „Carhartt“ švarku, įvaizdis, sukibusiomis rankomis už John Deere vairo, gali greitai išnykti istorijoje. Vietoj jo užsegtas vyras, patogiai biure valdantis mašinų parką su savo iPad.

Ar užteks?

Visos šios naujos technologijos yra stulbinančios, tačiau lieka klausimas: ar jų pakaks augančiam vartojimo mastui išlaikyti? JT Maisto ir žemės ūkio organizacija mano, kad, norint išmaitinti augančius ir vis miestėjančius pasaulio gyventojus, metinę grūdų gamybą reikės padidinti iki 3 milijardų metrinių tonų; mėsos gamybą reikės padidinti iki 470 mln. metrinių tonų. Tai daug maisto.

Viską apsunkina tai, kad vien technologijos neapsprendžia, kiek maisto suvalgo pasaulis. Vykstant globalizacijai, prekyba perneša maistą per sienas ir vandenynus. Kviečiai iš Oregono patenka į malūnus Azijoje, o iš Japonijos jautiena gali atsidurti lėkštėje Niujorke. Net jei atskiros šalys gali padidinti maisto gamybą naudodamos automatizavimą, tarptautinės prekybos sandorių būklė lems, kur ji bus nukreipta. Pasaulyje, kuriame nacionalistinė konkurencija atrodo stiprėjanti, o prekybos sandoriai stovi sunkesnėje vietoje, pasaulinis maisto prekybos tinklas gali smarkiai pasikeisti.

Dėl šių priežasčių būtų naivu daryti išvadą, kad vien žemės ūkio automatizavimo pakaks mus išgelbėti. Problema, su kuria susiduriame, yra sudėtinga ir daugialypė, ir jokios atskiros technologinės naujovės greičiausiai nepakeis mūsų likimo savaime. Tačiau nepaisant to, kad šioje kovoje nebus sidabrinių kulkų, turėtume pasiguosti tuo, kad automatika yra tik viena strėlė mūsų technologiniame virpulyje. Vienos proveržio idėjos ar kūrybinio sprendimo nepakaks, bet šimtas iš jų gali pasitarnauti – o jei yra vienas dalykas, kurio turime kaip rūšis, tai kūrybinės idėjos.

Galiausiai praeitis gali būti didžiausias palengvėjimo šaltinis. Istorija rodo, kad technologijos gali padėti pamaitinti pasaulį, todėl turime pagrindo manyti, kad tai gali tęstis ir ateityje.

Redaktorių rekomendacijos

• Optinės iliuzijos gali padėti mums sukurti naujos kartos AI
• Ar superkompiuteris gali išgelbėti mus nuo koronaviruso? Kalbėjomės su žmogumi, kuris žino
• Geriausias dronų lenktynininkas susitinka su robotu dronu pirmajame žmogaus ir mašinos susidūrime
• Laukimas sparnuose: kaip dronai sukelia revoliuciją kovojant su badu
• Aukščiausias Oksfordo mokslininkas kalba apie užimtumo automatizavimo riziką