Agricultura automatizată: roboții, dronele și inteligența artificială ne pot salva de foame?

Agricultura a parcurs un drum lung în ultimul secol. Producem mai multe alimente decât oricând, dar modelul nostru actual este nesustenabil și, pe măsură ce populația lumii este rapid se apropie de pragul de 8 miliarde, metodele moderne de producție a alimentelor vor avea nevoie de o transformare radicală dacă vor rămâne sus. Dar, din fericire, există o serie de noi tehnologii care ar putea face acest lucru posibil. În această serie, vom explora câteva dintre noile soluții inovatoare la care lucrează fermierii, oamenii de știință și antreprenorii pentru a ne asigura că nimeni nu va fi foame în lumea noastră din ce în ce mai aglomerată.

În lucrarea lui Thomas Malthus – deși adesea criticată – din 1798, Un eseu despre principiul populației, economistul a avut o viziune îndelungată asupra istoriei omenirii, observând că populațiile umane, atunci când au hrană din belșug, cresc până când își încordează resursele, moment în care se instalează deficitul. „Foametea pare să fie ultima, cea mai îngrozitoare resursă a naturii”, a spus el. „Puterea populației este atât de superioară puterii pământului de a produce hrană pentru om, încât moartea prematură trebuie, într-o formă sau alta, să viziteze rasa umană.”

Oricât de poetică a fost predicția lui Malthus, aceasta nu s-a împlinit. În schimb, au venit revoluții în industrie și agricultură și, odată cu acestea, o creștere substanțială a producției și comerțului cu alimente. Optimiștii au câștigat, în timp ce Malthus a devenit sfântul patron al economiștilor crackpot, un predicator zdrențuit pe străzile istoriei.

Deși economiștii moderni și utopienii tehnologiei îl privesc pe Malthus cu dispreț, argumentele sale erau rezonabile, având în vedere dovezile de la acea vreme. Poate că noile tehnologii care au permis creșterea imensă a populației din ultimele câteva secole nu au pus capăt posibilității unei catastrofe malthusiene, ci doar au întârziat-o? Omenirea a reușit să crească cu mult, mult peste ceea ce și-ar fi putut imagina Malthus - estimările aproximative arată că populația lumii în 1800 la 890-980 de milioane de oameni, în timp ce astăzi populația mondială depășește 7,4 miliarde - dar cât de mult poate dura această tendință continua?

ONU se asteapta populația lumii va ajunge la 8,5 miliarde până în anul 2030 și la 9,7 miliarde până în 2050. O mare parte a populației lumii este concentrată în China și India; fiecare dintre aceste țări are în prezent mai mult de un miliard de oameni, populația Indiei estimată să o depășească pe cea a Chinei până în 2022.

Noile tehnologii și tehnici agricole au împiedicat foametele ascuțite pe care le-a prezis Malthus. Deși odinioară oamenii au trebuit să planteze semințe la întâmplare cu mâna, semănătoarele au permis fermierilor să le semene în linii lungi și uniforme. Cu tractoare cu abur, fermierii puteau ară fâșii largi de pământ, fără a fi nevoie de boi leneși. Mașinile de treierat reduc multele ore dedicate treieratului manual.

Cu populația mondială urcând la cote din ce în ce mai uluitoare și cu creșterea economică care permite un consum mai mare, lumea poate avea nevoie de o altă revoluție agricolă pentru a se susține.

Un răspuns la problemă poate sta în automatizare. În timp ce agricultura a devenit din ce în ce mai automatizată în ultimii 200 de ani, procesul doar se accelerează. Noile tehnologii, și în special mulțumirile, le permit fermierilor să-și îmbunătățească eficiența culturilor și a producției de animale, precum și să neutralizeze rapid amenințările precum bolile sau seceta.

Dronele ar putea fi muncitorii agricoli ai viitorului

„Există o oarecare stigmatizare a acestui cuvânt”, spune dr. Lav Khot, profesor la Universitatea de Stat din Washington și specialist în managementul culturilor specifice site-ului, despre termenul „dronă”. Mulți susținători ai utilizărilor comerciale ale dronelor preferă termeni precum „sisteme aeriene fără pilot”, o expresie mai lungă care nu are expresia verbală. lovi cu pumnul. Nu este greu de înțeles de ce: pentru mulți, cuvântul „dronă” evocă hardware-ul militar, mașini zburătoare care aruncă bombe sau spionează ținte de sus.

Cercetători precum Khot experimentează diferite moduri prin care dronele pot fi folosite în agricultură, transformând aceste săbii în pluguri. Pentru cultivatori, una dintre cele mai interesante utilizări pentru drone este imaginea culturilor. Folosind drone echipate cu senzori multispectrale, fermierii își cercetează terenul, făcând imagini care dezvăluie lucruri precum fertilitatea unor zone specifice de sol, de câtă apă au nevoie culturile și multe altele.

În trecut, fermierii trebuiau să se bazeze pe imagini prin satelit pentru a obține hărți atât de detaliate ale terenului lor, ceea ce era un proces destul de consumator de timp. Imaginile prin satelit implică adesea intervale de 14 zile, a spus Khot pentru Digital Trends, iar problemele pot apărea din cauza acoperirii norilor sau a altor factori. Cu dronele „îl poți obține când vrei, ipotetic”.

Această schimbare rapidă nu este doar convenabilă; în cazurile în care plantele sunt afectate de boli sau dăunători, poate fi diferența între a salva o recoltă sau a vedea cum moare. Vorbind cu The Guardian, Salman Siddiqui, cercetător de la Institutul Internațional de Management al Apei, explică modul în care imaginile cu drone pot fi folosite pentru a detecta boli și alți factori de stres la plante. „Activitatea fotosintetică scade și asta afectează clorofila”, a spus el – și imagistica multispectrală poate detecta aceste schimbări devreme, înainte ca problemele să devină atât de drastice încât să producă semne că oamenii pot vedea.

Acest lucru se datorează faptului că clorofila, molecula care dă frunzelor nuanța lor verde, atrage lumina vizibilă, reflectând în același timp o cantitate mare de lumină infraroșie. Când o plantă este nesănătoasă, va reflecta mai mult din lumina vizibilă care o lovește și va reflecta mai puține unde infraroșii. Imaginile în infraroșu le pot arăta fermierilor dacă plantele lor reflectă cantități anormale de lumină, indicându-le probleme.

Agricultura, întâlniți automatizarea

Unul dintre proiectele principale ale lui Khot în acest moment se concentrează pe irigare, experimentând diferite tehnici de irigare și cantități de apă și utilizarea imaginilor cu drone pentru a urmări starea de sănătate ulterioară a plantelor. Luați irigarea subterană, de exemplu. Acesta este un proces în care tuburile care picura apă sunt plasate sub suprafața solului, livrând apă direct la rădăcinile culturilor. Khot și echipa sa ajustează locația tuburilor, testându-le la 15 sau 30 de centimetri sub suprafața viței de vie.

Ei ajustează cantitatea de apă folosită ca parte a cercetării lor și folosesc imagini cu drone pentru a cartografi culturile, testarea „pentru a vedea dacă putem merge la 60 la sută sau 30 la sută și totuși planta poate crește și produce la fel de bun Randament."

Khot funcționează, de asemenea, cu irigații deasupra suprafeței, testând aspersoare la altitudine joasă (nu mai mult de un picior deasupra suprafață) și deplasarea aspersoarelor mai aproape de baldachin, ceea ce ar trebui să reducă evaporarea care apare pe măsură ce apa trece prin aerul.

Cercetarea lui Khot ar putea să capete o importanță nouă pe măsură ce schimbările climatice se dezvoltă. „La Washington, în 2015, am înregistrat cea mai ridicată temperatură de câțiva ani”, a spus Khot, o evoluție care poate fi rezultatul schimbărilor climatice. Pentru a se pregăti pentru anii mai fierbinți, Khot și colegii săi cercetători testează diferite soiuri de fasole pinto pentru a vedea cum reacționează la cantități diferite de apă. Acest lucru ar trebui să-i ajute să descopere care boabe vor fi o investiție mai bună pentru fermieri dacă temperaturile vor crește în viitor.

Nu toate utilizările pentru drone implică imagini. Un proiect pe care Khot îl descrie este încântător de simplu. Dorind să experimenteze cu un model mai mare de UAS, un Yamaha RMAX - un elicopter fără pilot care a fost popular în Japonia pentru pulverizare - Khot și echipa sa au venit cu o soluție inteligentă la o problemă care a afectat Washingtonul fermierii.

Cireșele sunt una dintre principalele culturi din Washington și se confruntă cu un dăunător tulburător de comun: ploaia. „Când fructul de cireș este copt, are un conținut ridicat de zahăr, iar coaja devine foarte subțire”, explică Khot. Când apa de ploaie cade pe livezile de cireși, se poate așeza pe baldachin, iar cireșele cu coajă subțire o vor absorbi. Pe măsură ce cireșele bea umezeală, încep să se umfle și să se despartă.

Cultivatorii de cireșe pot încerca să minimizeze daunele cauzate de precipitații prin recoltarea rapidă a cireșelor sau scuturând ramurile pentru a arunca o parte din apă. Khot a zburat cu un RMAX la altitudini joase - 35 până la 50 de picioare - peste livezi pentru a dispersa apa din copertine. Este o metodă mai eficientă decât scuturarea manuală a cireșilor cu mâna sau cu un ventilator - și mult mai ieftină decât angajarea unui pilot de elicopter care să vină și să o facă - dar nu una sigură. „Livezile de aici, în statul Washington, nu sunt toate plate; avem în pantă, așa că în fiecare an apar niște accidente cu asta”, a spus Khot.

Mai mult decât roboți zburători

Dronele par a fi un instrument promițător pentru fermieri în viitor, dar nu sunt singurele exemple de automatizare care mătura lumea agrară. Vricile robotizate se răspândesc în fiecare aspect al agriculturii, aducând o notă rece chiar și celei mai intime părți a zilei unui fermier: mulsul vacilor.

Mașinile care se ocupă de procesul de muls pare o victorie pentru fermieri. Mulsul de mână este rar astăzi – la urma urmei, cine vrea să petreacă ore întregi pe zi strângând tetinele de vacă și suferind privirile geloase ale vițeilor? — deoarece fermierii folosesc mașini pentru a pompa lapte de ani de zile. Cu toate acestea, aceste mașini au necesitat aport uman; fermierii mai trebuiau să fixeze pahare de tetinele vacii și să stea pe loc în timp ce mașinile scot laptele.

Cu o tehnologie mai modernă, procesul de muls poate fi realizat fără nici măcar acea cantitate mică de aport uman. Sistemele avansate de muls permit vacilor să se apropie de un robot de muls atunci când au chef. Vaca, așa cum a fost instruită de proprietarul său, pășește pe o farfurie, care inițiază procesul de muls. Aparatul poate recunoaște vacile după etichetele lor și dacă o anumită vacă nu a fost mulsă într-un anumit perioadă de timp, mașina se va pune pe treabă, dezinfectând ugerul și atașând ventuze la tetine.

Întregul proces este convenabil pentru fermieri și se presupune că este confortabil pentru vaci. Vorbind cu BBC, fermierul Robert Veich susține că procesul face animale mai fericite și mai productive, spunând „Vacile răspund la confort. A trecut de la 28 de litri la 36 de litri în medie pe zi, fără o creștere semnificativă a costului de hrană.”

Nici fermele de lapte nu sunt singurul loc în care automatizarea a luat stăpânire. În ultimul timp, a început chiar să lovească livezile de fructe – care au fost remarcabil de rezistente la mecanizare de-a lungul anilor. Până de curând, culesul fructelor a reușit să reziste marșului automatizării, în mare parte pentru că fructele sunt delicate, iar utilajele ar putea deteriora culturile sau pomii care le produc. Un număr din 2011 al Migration News susține că cea mai mare parte a culesului de mere se face în continuare manual și că majoritatea timpului muncitorului este petrecut nu culegând merele, ci mai degrabă mișcând scările folosite pentru a ajunge la ele și transportând saci cu produse înapoi și mai departe. Ca Dan Steere, CEO al Abundant Robotics a explicat Digital Trends, „principalele probleme sunt că fructele sunt greu de văzut de computere și sunt delicate. Până acum nu a fost posibil nici să identificăm în mod fiabil produsele, nici să automatizăm recoltarea fără a deteriora produsele.”

În ciuda dificultăților, inginerii caută modalități de a face alegerea mai eficientă prin automatizare. Compania lui Steere lucrează la o mașină pentru a culege mere; o altă companie, Energid, a construit o mașină să culeagă portocale. Culegătorul de mere de la Abundant Robotics folosește un tub vidat pentru a suge merele din copaci, în timp ce robotul de recoltat portocale de la Energid scutură fructele din copaci și le prinde.

Probabil cel mai emblematic vehicul agricol, tractorul, trece printr-o transformare proprie. Tractoare autonome, cum ar fi Conceptul de vehicul autonom al Case IH, ar putea înlocui tractoarele acţionate de om în multe ferme. Aparatul elegant nu are nici măcar un loc pentru șofer. Poate călători pe trasee predeterminate programate de operatorul său, care poate urmări mișcările tractorului și îl poate redirecționa, dacă este necesar, cu o aplicație pentru tabletă. Tractorul poate simți chiar obstacole în calea sa, oprindu-se pentru a evita coliziunile. Producători autonomi de tractoare precum Noua Olanda susțin chiar că vehiculele vor putea în cele din urmă să reacționeze la schimbările vremii.

Echipamentele agricole autonome nu sunt doar o comoditate, permițând fermierilor să se relaxeze și să bea cafea în timp ce roboții își fac munca. Nici nu este doar un instrument de reducere a costurilor forței de muncă. Aceste vehicule ar putea elimina limitările corpului uman dintr-o industrie în mod tradițional obositoare. Mașinile nu prezintă niciun risc de rănire sau mutilare, ci doar daune care pot fi reparate. Și mai intrigant este că agricultura ar putea deveni un proces de 24 de ore, neîntrerupt de întuneric sau de nevoia de somn.

Imaginea tradițională a unui fermier ca bărbat cărunt, îmbrăcat într-o jachetă Carhartt, strângând roata lui John Deere cu mâinile înțepenite, ar putea dispărea în curând în istorie. În locul lui, un bărbat cu nasturi care gestionează o flotă de aparate cu iPad-ul său din confortul unui birou.

Va fi suficient?

Toate aceste noi tehnologii sunt uluitoare, dar rămâne întrebarea: vor fi suficiente pentru a susține fazele în creștere ale consumului? Organizația pentru Alimentație și Agricultură a ONU estimează că, pentru a alimenta o populație mondială în creștere și tot mai urbană, producția anuală de cereale va trebui să crească la 3 miliarde de tone metrice; producția de carne va trebui să crească la 470 de milioane de tone metrice. Asta e multă mâncare.

Complicarea este faptul că tehnologia singură nu decide cât de multă mâncare mănâncă lumea. În urma globalizării, comerțul transportă alimente peste granițe și oceane. Grâul din Oregon ajunge la mori din Asia, carnea de vită din Japonia poate ajunge pe o farfurie în New York. Chiar dacă țările individuale pot crește producția de alimente prin utilizarea automatizării, starea acordurilor comerciale internaționale va determina unde se va ajunge. Într-o lume în care concurența naționalistă pare ascendentă, iar acordurile comerciale se află pe un teren mai instabil, rețeaua globală de comerț cu alimente se poate schimba dramatic.

Din aceste motive, ar fi naiv să tragem concluzia că automatizarea agriculturii va fi suficientă pentru a ne salva. Problema cu care ne confruntăm este complexă și cu multiple fațete și nicio inovație tehnologică individuală nu este de natură să ne schimbe soarta de la sine. Dar, în ciuda faptului că nu vor exista gloanțe de argint în această luptă, ar trebui să ne mângâim cu faptul că automatizarea este doar o săgeată în tolba noastră tehnologică. O idee revoluționară sau o soluție creativă nu va fi suficientă, dar o sută dintre ele ar putea face șmecheria - și dacă există un lucru pe care îl avem din abundență ca specie, acestea sunt ideile creative.

În cele din urmă, trecutul poate fi cea mai mare sursă de alinare. Istoria arată că tehnologia poate ajuta la hrănirea lumii, așa că avem toate motivele să credem că poate continua să facă acest lucru în viitor.

Recomandările editorilor

• Iluziile optice ne-ar putea ajuta să construim următoarea generație de IA
• Ne poate salva un supercomputer de coronavirus? Am vorbit cu omul care știe
• Un pilot de top cu drone se confruntă cu o dronă robot în prima ciocnire între oameni și mașini
• Așteptând în aripi: cum revoluționează dronele lupta împotriva foametei
• Un cercetător de top din Oxford vorbește despre riscul automatizării angajării