Geautomatiseerde landbouw: kunnen robots, drones en AI ons redden van de hongerdood?

De landbouw heeft de afgelopen eeuw een lange weg afgelegd. We produceren meer voedsel dan ooit tevoren – maar ons huidige model is niet duurzaam en de wereldbevolking groeit snel Als de grens van 8 miljard dollar nadert, zullen moderne voedselproductiemethoden een radicale transformatie nodig hebben als ze willen blijven bestaan omhoog. Maar gelukkig is er een reeks nieuwe technologieën die dit mogelijk kunnen maken. In deze seriesonderzoeken we enkele van de innovatieve nieuwe oplossingen waaraan boeren, wetenschappers en ondernemers werken om ervoor te zorgen dat niemand honger lijdt in onze steeds drukker wordende wereld.

In het baanbrekende – hoewel vaak bekritiseerde – werk van Thomas Malthus uit 1798 Een essay over het bevolkingsprincipe, heeft de econoom een ​​lange kijk op de menselijke geschiedenis gehad, waarbij hij opmerkte dat menselijke populaties, wanneer ze een overvloed aan voedsel hebben, groeien totdat ze hun hulpbronnen onder druk zetten, op welk punt er schaarste ontstaat. ‘Hongersnood lijkt de laatste, meest vreselijke hulpbron van de natuur te zijn’, zei hij. “De macht van de bevolking is zo superieur aan de macht op aarde om voedsel voor de mens te produceren, dat voortijdige dood op de een of andere manier het menselijk ras moet treffen.”

Hoe poëtisch de voorspelling van Malthus ook was, deze kwam niet uit. In plaats daarvan kwamen er revoluties in de industrie en de landbouw, en daarmee ook een substantiële toename van de productie van en de handel in voedsel. De optimisten wonnen, terwijl Malthus de patroonheilige werd van gekke economen, een haveloze prediker in de straten van de geschiedenis.

Hoewel moderne economen en tech-utopisten Malthus met minachting bekijken, waren zijn argumenten redelijk gezien de toenmalige bewijzen. Misschien hebben de nieuwe technologieën die de enorme bevolkingsgroei van de afgelopen eeuwen mogelijk hebben gemaakt geen einde gemaakt aan de mogelijkheid van een Malthusiaanse catastrofe, maar deze alleen maar uitgesteld? De mensheid is in staat geweest om veel, veel verder te groeien dan wat Malthus zich had kunnen voorstellen – ruwe schattingen schatten de wereldbevolking in 1800 op 890-980 miljoen mensen, terwijl de wereldbevolking vandaag de dag de 7,4 miljard overschrijdt – maar hoe lang kan deze trend duren? doorgaan?

De VN verwachten de wereldbevolking zal in 2030 8,5 miljard mensen tellen, en in 2050 9,7 miljard. Een groot deel van de wereldbevolking is geconcentreerd in China en India; elk van deze landen heeft momenteel meer dan een miljard inwoners, waarbij de bevolking van India naar verwachting in 2022 die van China zal overtreffen.

Nieuwe landbouwtechnologieën en -technieken hebben de scherpe hongersnoden afgewend die Malthus voorspelde. Hoewel mensen ooit lukraak met de hand zaden moesten planten, stelden zaaimachines boeren in staat ze in lange, uniforme lijnen te zaaien. Met door stoom aangedreven tractoren konden boeren grote stukken land ploegen, zonder dat er trage ossen nodig waren. Dorsmachines verminderden de vele uren die besteed werden aan het handmatig dorsen.

Nu de wereldbevolking naar steeds duizelingwekkendere hoogten stijgt en de economische groei een grotere consumptie mogelijk maakt, heeft de wereld wellicht een nieuwe landbouwrevolutie nodig om zichzelf in stand te houden.

Eén antwoord op het probleem zou kunnen liggen in automatisering. Hoewel de landbouw de afgelopen 200 jaar steeds verder is geautomatiseerd, versnelt het proces alleen maar. Nieuwe technologieën, en vooral nieuwe technologieën, stellen boeren in staat de efficiëntie van hun gewassen en veehouderij te verbeteren en bedreigingen zoals ziekten of droogte snel te neutraliseren.

Drones kunnen de landarbeiders van de toekomst zijn

“Er zit een stigma op dat woord”, zegt dr. Lav Khot, professor aan de Washington State University en specialist in locatiespecifiek gewasbeheer. de term ‘drone’. Veel voorstanders van het commerciële gebruik van drones geven de voorkeur aan termen als ‘onbemande luchtsystemen’, een langere uitdrukking die de verbale betekenis mist. stomp. Het is niet moeilijk te begrijpen waarom: voor velen doet het woord ‘drone’ denken aan militaire hardware, vliegmachines die bommen laten vallen of doelen van bovenaf bespioneren.

Onderzoekers als Khot experimenteren met verschillende manieren waarop drones in de landbouw kunnen worden gebruikt, waarbij ze deze zwaarden tot ploegscharen slaan. Voor telers is gewasbeeldvorming een van de meest opwindende toepassingen van drones. Met behulp van drones uitgerust met multispectrale sensoren onderzoeken boeren hun land en maken ze beelden die zaken onthullen als de vruchtbaarheid van specifieke stukken grond, hoeveel water de gewassen nodig hebben, en meer.

In het verleden waren boeren afhankelijk van satellietbeelden om zulke gedetailleerde kaarten van hun land te krijgen, wat een nogal tijdrovend proces was. Satellietbeelden omvatten vaak intervallen van veertien dagen, vertelde Khot aan Digital Trends, en er kunnen problemen ontstaan ​​als gevolg van bewolking of andere factoren. Met drones “kun je het krijgen wanneer je wilt, hypothetisch.”

Die snelle doorlooptijd is niet alleen handig; in gevallen waarin planten worden aangetast door ziekten of plagen, kan dit het verschil zijn tussen het redden van een oogst of het zien sterven ervan. In gesprek met The GuardianSalman Siddiqui, een onderzoeker van het International Water Management Institute, legt uit hoe dronebeelden kunnen worden gebruikt om ziekten en andere stressoren in planten op te sporen. “De fotosynthetische activiteit neemt af, en dat beïnvloedt het chlorofyl,” zei hij – en multispectrale beeldvorming kunnen deze veranderingen vroeg detecteren, voordat de problemen zo drastisch worden dat er tekenen ontstaan ​​dat mensen dat wel kunnen zien.

Dit komt omdat chlorofyl, het molecuul dat bladeren hun groene tint geeft, zichtbaar licht aantrekt, terwijl het een grote hoeveelheid infrarood licht reflecteert. Wanneer een plant ongezond is, zal deze meer van het zichtbare licht reflecteren dat erop valt, en minder infraroodgolven. Infraroodbeelden kunnen boeren laten zien of hun planten abnormale hoeveelheden licht reflecteren, waardoor ze problemen kunnen krijgen.

Landbouw, maak kennis met automatisering

Een van de belangrijkste projecten van Khot op dit moment richt zich op irrigatie, waarbij hij met verschillende experimenten experimenteert irrigatietechnieken en hoeveelheden water, en het gebruik van dronebeelden om de daaropvolgende gezondheid van te volgen planten. Neem bijvoorbeeld ondergrondse irrigatie. Dit is een proces waarbij buizen die water laten druppelen onder het oppervlak van de grond worden geplaatst, waardoor water rechtstreeks naar de wortels van gewassen wordt gevoerd. Khot en zijn team passen de locatie van de buizen aan en testen ze op 15 of 30 centimeter onder het oppervlak van de wijnstokken.

Ze passen de hoeveelheid water aan die wordt gebruikt als onderdeel van hun onderzoek en gebruiken dronebeelden om de gewassen in kaart te brengen. testen “om te zien of we naar 60 procent of 30 procent kunnen gaan, en toch kan de plant groeien en een even goede kwaliteit produceren als opbrengst."

Khot werkt ook met irrigatie boven het oppervlak, waarbij hij sprinklers test op lage hoogte (niet meer dan 30 cm boven het wateroppervlak). oppervlak) en het dichter bij de overkapping plaatsen van de sprinklers, wat de verdamping zou moeten verminderen die optreedt als er water doorheen beweegt de lucht.

Het onderzoek van Khot zou een nieuw belang kunnen krijgen naarmate de klimaatverandering zich verder ontwikkelt. “In Washington registreerden we in 2015 de hoogste temperatuur sinds enkele jaren”, zei Khot, een ontwikkeling die mogelijk het gevolg is van de klimaatverandering. Ter voorbereiding op de warmere jaren testen Khot en zijn collega-onderzoekers verschillende soorten pintobonen om te zien hoe ze reageren op verschillende hoeveelheden water. Dit zou hen moeten helpen ontdekken welke bonen een betere investering voor boeren zullen zijn als de temperaturen in de toekomst stijgen.

Niet bij alle toepassingen van drones is sprake van beeldvorming. Eén project dat Khot beschrijft is heerlijk eenvoudig. Ik wil experimenteren met een groter UAS-model, een Yamaha RMAX, een onbemande helikopter die populair is Japan voor spuiten – Khot en zijn team hebben een slimme oplossing bedacht voor een probleem dat Washington teistert boeren.

Kersen zijn een van de belangrijkste gewassen van Washington, en ze worden geconfronteerd met een verontrustend veel voorkomende plaag: regen. "Als de kersenvrucht rijp is, heeft deze een hoog suikergehalte en wordt de schil erg dun", legt Khot uit. Wanneer regenwater op de kersenboomgaarden valt, kan het op het bladerdak blijven zitten en zullen de kersen met de dunne schil het absorberen. Terwijl de kersen vocht opnemen, beginnen ze te zwellen en te splijten.

Kersentelers kunnen proberen de schade als gevolg van regenbuien tot een minimum te beperken door kersen snel te oogsten of door de takken te schudden om een ​​deel van het water af te werpen. Khot vloog met een RMAX op lage hoogte – 35 tot 50 voet – over boomgaarden om water uit de luifels te verspreiden. Het is een efficiëntere methode dan het handmatig schudden van kersenbomen met de hand of met een ventilator – en veel goedkoper dan het inhuren van een helikopterpiloot om het te komen doen – maar niet onfeilbaar. “De boomgaarden hier in de staat Washington zijn niet allemaal vlak; we hebben hellingen, en dus gebeuren er elk jaar wel een aantal ongelukken, 'zei Khot.

Meer dan alleen vliegende robots

Drones lijken in de toekomst een veelbelovend instrument voor boeren, maar het zijn niet de enige voorbeelden van automatisering die de agrarische wereld overspoelt. Robotachtige ranken verspreiden zich naar elk aspect van de landbouw, waardoor zelfs dat meest intieme deel van de dag van een boer een koud tintje krijgt: het melken van koeien.

Machines die het melkproces verzorgen, lijken een overwinning voor boeren. Met de hand melken is tegenwoordig zeldzaam. Wie wil immers uren per dag urenlang koeienspenen uitknijpen en de jaloerse blikken van kalveren ondergaan? – omdat boeren al jaren machines gebruiken om melk te pompen. Deze machines vereisten echter menselijke inbreng; Boeren moesten nog steeds kopjes aan de spenen van de koe bevestigen en toekijken terwijl de machines melk rondpompten.

Met modernere technologie kan het melkproces worden uitgevoerd zonder zelfs maar een kleine hoeveelheid menselijke inbreng. Dankzij geavanceerde melksystemen kunnen de koeien een melkrobot benaderen wanneer zij daar zin in hebben. De koe stapt, zoals getraind door de eigenaar, op een bord, waardoor het melkproces op gang komt. De machine kan de koeien herkennen aan hun tags en of een specifieke koe binnen een bepaalde tijd niet is gemolken Na verloop van tijd gaat de machine aan de slag met het desinfecteren van de uier en het bevestigen van zuignappen aan de spenen.

Het hele proces is handig voor boeren en naar verluidt comfortabel voor de koeien. In gesprek met de BBC, beweert boer Robert Veich dat het proces zorgt voor gelukkiger, productievere dieren, en zegt: “Koeien reageren op comfort. Het is van gemiddeld 28 liter naar 36 liter per dag gegaan, zonder een significante stijging van de voerkosten.”

Melkveehouderijen zijn ook niet de enige plek waar automatisering zijn intrede heeft gedaan. De laatste tijd begint het zelfs fruitboomgaarden te treffen, die door de jaren heen opmerkelijk resistent zijn geweest tegen mechanisatie. Tot voor kort heeft de fruitpluk de opmars van de automatisering weten te doorstaan, vooral omdat fruit kwetsbaar is en machines de gewassen of de bomen die ze produceren kunnen beschadigen. Een uitgave van Migration News uit 2011 beweert dat het grootste deel van de appelpluk nog steeds met de hand wordt gedaan, en dat het grootste deel van de tijd van de arbeider niet wordt besteed Het plukken van de appels, maar het verplaatsen van de ladders om ze te bereiken en het terugslepen van zakken met producten voort. Zoals Dan Steere, CEO van Abundant Robotics uitgelegd aan Digitale Trends, “De belangrijkste problemen zijn dat fruit moeilijk te zien is voor computers, en dat het delicaat is. Tot nu toe was het niet mogelijk om producten op betrouwbare wijze te identificeren of de oogst te automatiseren zonder de producten te beschadigen."

Ondanks de moeilijkheden zoeken ingenieurs naar manieren om het orderverzamelen efficiënter te maken door middel van automatisering. Het bedrijf van Steere werkt aan een machine om appels te plukken; een ander bedrijf, Energid, heeft een machine gebouwd om sinaasappels te plukken. De appelplukker van Abundant Robotics gebruikt een vacuümbuis om appels van bomen te zuigen, terwijl de sinaasappeloogstrobot van Energid fruit uit bomen schudt en vangt.

Misschien wel het meest iconische landbouwvoertuig, de tractor, ondergaat een eigen transformatie. Autonome tractoren, zoals Het autonome conceptvoertuig van Case IH, zou op veel boerderijen door mensen bediende tractoren kunnen vervangen. De strak vormgegeven machine beschikt niet eens over een zitplaats voor een bestuurder. Hij kan langs vooraf bepaalde routes rijden die zijn geprogrammeerd door de bestuurder, die de bewegingen van de tractor kan volgen en deze, indien nodig, kan omleiden met een tablet-app. De tractor kan zelfs obstakels op zijn pad detecteren en stoppen om botsingen te voorkomen. Autonome tractorfabrikanten zoals Nieuw Holland beweren zelfs dat de voertuigen uiteindelijk zullen kunnen reageren op veranderingen in het weer.

Autonome landbouwapparatuur is niet alleen maar een gemak, waardoor boeren achterover kunnen leunen en koffie kunnen drinken terwijl robots hun werk doen. Het is ook niet slechts een instrument om de arbeidskosten te verlagen. Deze voertuigen zouden de beperkingen van het menselijk lichaam kunnen wegnemen uit een traditioneel slopende industrie. Machines lopen geen risico op letsel of verminking, alleen schade die kan worden gerepareerd. Nog intrigerender is dat landbouw een proces van 24 uur zou kunnen worden, ononderbroken door duisternis of de behoefte aan slaap.

Het traditionele beeld van een boer als een grijze man in een Carhartt-jasje, die met eeltige handen het stuur van zijn John Deere vasthoudt, zou binnenkort in de geschiedenis kunnen verdwijnen. In zijn plaats een man met een knoopsluiting die vanuit zijn luie stoel op kantoor een machinepark beheert met zijn iPad.

Zal het genoeg zijn?

Al deze nieuwe technologieën zijn oogverblindend, maar de vraag blijft: zullen ze voldoende zijn om de groeiende consumptiemassa in stand te houden? De Voedsel- en Landbouworganisatie van de VN schat dat inom een ​​groeiende en steeds meer verstedelijkte wereldbevolking te voeden zal de jaarlijkse graanproductie moeten stijgen tot 3 miljard ton; de vleesproductie zal moeten stijgen naar 470 miljoen ton. Dat is veel eten.

Complicerende zaken zijn het feit dat technologie alleen niet bepaalt hoeveel voedsel de wereld eet. In de nasleep van de mondialisering vervoert de handel voedsel over grenzen en oceanen. Tarwe uit Oregon belandt bij fabrieken in Azië, rundvlees uit Japan belandt mogelijk op een bord in New York. Zelfs als individuele landen de voedselproductie kunnen verhogen door middel van automatisering, zal de stand van de internationale handelsovereenkomsten bepalen waar deze naartoe gaat. In een wereld waarin de nationalistische concurrentie steeds groter lijkt te worden en de handelsovereenkomsten op wankele grond staan, kan het mondiale voedselhandelsnetwerk dramatisch veranderen.

Om deze redenen zou het naïef zijn om te concluderen dat landbouwautomatisering alleen voldoende zal zijn om ons te redden. Het probleem waarmee we worden geconfronteerd is complex en veelzijdig, en geen enkele individuele technologische innovatie zal ons lot waarschijnlijk op zichzelf veranderen. Maar ondanks het feit dat er in deze strijd geen wondermiddelen zullen zijn, moeten we troost putten uit het feit dat automatisering slechts één pijl is in onze technologische pijlkoker. Eén baanbrekend idee of creatieve oplossing zal niet genoeg zijn, maar honderd ervan zouden de oplossing kunnen zijn – en als er één ding is dat we als soort in overvloed hebben, dan zijn het creatieve ideeën.

Uiteindelijk kan het verleden de grootste bron van opluchting zijn. De geschiedenis laat zien dat technologie de wereld kan helpen voeden, dus we hebben alle reden om aan te nemen dat dit in de toekomst ook zo zal blijven.

Aanbevelingen van de redactie

• Optische illusies kunnen ons helpen de volgende generatie AI te bouwen
• Kan een supercomputer ons redden van het coronavirus? We spraken met de man die het weet
• Top drone-racer neemt het op tegen robot-drone in de eerste mens-machine-clash
• Wachten in de coulissen: hoe drones een revolutie teweegbrengen in de strijd tegen honger
• Toponderzoeker uit Oxford spreekt over het risico van automatisering op het gebied van werkgelegenheid