Автоматизированное сельское хозяйство: могут ли роботы, дроны и искусственный интеллект спасти нас от голода?

За последнее столетие сельское хозяйство шагнуло далеко вперед. Мы производим больше продуктов питания, чем когда-либо прежде, но наша нынешняя модель неустойчива, а население мира быстро растет. приближается к отметке в 8 миллиардов, современные методы производства продуктов питания потребуют радикальной трансформации, если они собираются сохранить вверх. Но, к счастью, существует целый ряд новых технологий, которые могут сделать это возможным. В эта серия, мы рассмотрим некоторые инновационные решения, над которыми работают фермеры, ученые и предприниматели, чтобы гарантировать, что никто не останется голодным в нашем все более перенаселенном мире.

В основополагающей, хотя и часто критикуемой, работе Томаса Мальтуса 1798 года: Эссе о принципе народонаселенияЭкономист внимательно рассмотрел человеческую историю, отметив, что человеческое население, когда оно имеет изобилие еды, растет до тех пор, пока не перенапрягает свои ресурсы, и в этот момент наступает дефицит. «Голод, похоже, является последним, самым ужасным ресурсом природы», — сказал он. «Сила народонаселения настолько превосходит способность Земли производить средства к существованию для человека, что преждевременная смерть должна в той или иной форме постигнуть человеческую расу».

Каким бы поэтичным ни было предсказание Мальтуса, оно не сбылось. Вместо этого произошли революции в промышленности и сельском хозяйстве, а вместе с ними и существенный рост производства и торговли продуктами питания. Оптимисты победили, а Мальтус стал покровителем сумасшедших экономистов, оборванным проповедником на улицах истории.

Хотя современные экономисты и технологические утописты относятся к Мальтусу с презрением, его аргументы были разумными, учитывая доказательства того времени. Возможно, новые технологии, которые обеспечили огромный рост населения в последние несколько столетий, не положили конец возможности мальтузианской катастрофы, а просто отсрочили ее? Человечество смогло вырасти далеко за пределы того, что мог себе представить Мальтус — по приблизительным оценкам, население мира в 1800 году на уровне 890-980 миллионов человек, а сегодня численность населения мира превышает 7,4 миллиарда — но как долго может продолжаться эта тенденция продолжать?

ООН ожидает население мира достигнет 8,5 миллиардов к 2030 году и 9,7 миллиардов к 2050 году. Большая часть населения мира сосредоточена в Китае и Индии; В каждой из этих стран в настоящее время проживает более одного миллиарда человек, а население Индии, по прогнозам, к 2022 году превысит население Китая.

Новые сельскохозяйственные технологии и методы предотвратили резкий голод, предсказанный Мальтусом. Хотя когда-то людям приходилось сажать семена бессистемно вручную, сеялки позволяли фермерам сеять их длинными равномерными рядами. С помощью паровых тракторов фермеры могли вспахивать широкие полосы земли без необходимости использования медлительных волов. Молотилки сокращают многие часы, затрачиваемые на ручную молотьбу.

Учитывая, что население мира поднимается до все более ошеломляющих высот, а экономический рост позволяет увеличить потребление, миру, возможно, понадобится еще одна сельскохозяйственная революция, чтобы поддержать себя.

Одним из ответов на проблему может быть автоматизация. Хотя за последние 200 лет сельское хозяйство становится все более автоматизированным, этот процесс только ускоряется. Новые технологии и, в частности, погоны, позволяют фермерам повысить эффективность выращивания сельскохозяйственных культур и животноводства, а также быстро нейтрализовать такие угрозы, как болезни или засуха.

Дроны могут стать сельскохозяйственными работниками будущего

«В этом слове есть некоторая стигма», — говорит доктор Лав Хот, профессор Университета штата Вашингтон и специалист по управлению посевами на конкретных участках. термин «дрон». Многие сторонники коммерческого использования дронов предпочитают такие термины, как «беспилотные летательные системы», более длинную фразу, в которой отсутствует словесное выражение. ударить кулаком. Нетрудно понять, почему: для многих слово «дрон» ассоциируется с военной техникой, летательными аппаратами, которые сбрасывают бомбы или шпионят за целями сверху.

Такие исследователи, как Хот, экспериментируют с различными способами использования дронов в сельском хозяйстве, перековывая эти мечи на орала. Для производителей одним из наиболее интересных вариантов использования дронов является съемка урожая. Используя дроны, оснащенные мультиспектральными датчиками, фермеры обследуют свою землю, делая снимки, которые показывают такие вещи, как плодородие определенных участков почвы, количество воды, необходимое посевам, и многое другое.

В прошлом фермерам приходилось полагаться на спутниковые снимки, чтобы получить такие подробные карты своей земли, что было довольно трудоемким процессом. Спутниковая съемка часто выполняется с интервалом в 14 дней, рассказал Хот Digital Trends, и проблемы могут возникнуть из-за облачности или других факторов. С помощью дронов «гипотетически вы можете получить это, когда захотите».

Такой быстрый поворот не просто удобен; в тех случаях, когда растения поражены болезнями или вредителями, от этого может зависеть сохранение урожая или наблюдение за его гибелью. Разговор с The GuardianСалман Сиддики, исследователь из Международного института управления водными ресурсами, объясняет, как изображения с дронов можно использовать для обнаружения болезней и других стрессовых факторов у растений. «Фотосинтетическая активность снижается, и это влияет на хлорофилл», — сказал он, — и мультиспектральная визуализация могут обнаружить эти изменения на ранней стадии, прежде чем проблемы станут настолько радикальными, что появятся признаки того, что люди могут видеть.

Это связано с тем, что хлорофилл, молекула, придающая листьям зеленый оттенок, притягивает видимый свет, отражая при этом большое количество инфракрасного света. Когда растение нездорово, оно отражает больше падающего на него видимого света и меньше инфракрасных волн. Инфракрасное изображение может показать фермерам, отражают ли их растения аномальное количество света, предупреждая их о проблемах.

Сельское хозяйство, автоматизация встреч

Один из основных проектов Хота на данный момент посвящен ирригации, экспериментируя с различными методы орошения и количество воды, а также использование изображений с дронов для отслеживания последующего состояния здоровья растения. Возьмем, к примеру, подземное орошение. Это процесс, при котором трубки, по которым капает вода, помещаются под поверхность почвы, доставляя воду непосредственно к корням сельскохозяйственных культур. Хот и его команда корректируют расположение трубок, проверяя их на глубине 15 или 30 сантиметров под поверхностью виноградной лозы.

Они регулируют количество воды, используемой в рамках своих исследований, и используют изображения с дронов для картирования посевов. тестирование, «чтобы посмотреть, сможем ли мы достичь 60 или 30 процентов, и при этом растение сможет расти и производить так же хорошо, как и урожай."

Хот также работает с поливом над поверхностью, проверяя разбрызгиватели, расположенные на небольшой высоте (не более фута над поверхностью воды). поверхности) и перемещение разбрызгивателей ближе к кроне, что должно уменьшить испарение, происходящее при движении воды через воздух.

Исследования Хота могут приобрести новое значение по мере развития изменения климата. «В Вашингтоне в 2015 году мы зафиксировали самую высокую температуру за несколько лет», — сказал Хот, и это событие может быть результатом изменения климата. Чтобы подготовиться к более жарким годам, Хот и его коллеги-исследователи тестируют различные сорта фасоли пинто, чтобы увидеть, как они реагируют на разное количество воды. Это должно помочь им понять, какие бобы станут лучшей инвестицией для фермеров, если в будущем температура повысится.

Не все виды использования дронов связаны с получением изображений. Один проект, который описывает Хот, восхитительно прост. Желая поэкспериментировать с более крупной моделью БПЛА, я выбрал Yamaha RMAX — беспилотный вертолет, популярный в Япония за распыление — Хот и его команда придумали умное решение проблемы, которая беспокоит Вашингтон фермеры.

Вишня — одна из главных сельскохозяйственных культур в Вашингтоне, и она сталкивается с пугающе распространенным вредителем: дождем. «Когда плоды вишни созревают, в них много сахара, а кожица становится очень тонкой», — объясняет Хот. Когда дождевая вода попадает на вишнёвые сады, она может оседать на крону, и тонкокожая вишня впитает её. Напитывая влагу, вишня начинает набухать и трескаться.

Производители вишни могут попытаться свести к минимуму ущерб от осадков, быстро собирая вишню или встряхивая ветки, чтобы слить часть воды. Хот летал на RMAX на малых высотах — от 35 до 50 футов — над фруктовыми садами, чтобы сгонять воду с крон. Это более эффективный метод, чем встряхивание вишневых деревьев вручную или с помощью вентилятора, и гораздо дешевле, чем нанимать пилота вертолета, чтобы он прилетел и сделал это, но он не является надежным. «Фруктовые сады здесь, в штате Вашингтон, не все плоские; у нас наклон, и каждый год с ним происходят какие-то происшествия», — сказал Хот.

Больше, чем просто летающие роботы

Дроны кажутся многообещающим инструментом для фермеров в будущем, но они не единственные примеры автоматизации, охватившие аграрный мир. Роботизированные усики проникают во все аспекты сельского хозяйства, привнося холод даже в самую интимную часть дня фермера: доение коров.

Машины, управляющие процессом доения, кажутся фермерам победой. Ручное доение сегодня встречается редко — в конце концов, кто захочет проводить часы в день, сжимая коровьи соски и страдая от ревнивых взглядов телят? — поскольку фермеры уже много лет используют машины для перекачивания молока. Однако эти машины требовали участия человека; Фермерам по-прежнему приходилось прикреплять чашки к соскам коров и стоять в стороне, пока машины откачивают молоко.

Благодаря более современным технологиям процесс доения может осуществляться даже без минимального участия человека. Усовершенствованные системы доения позволяют коровам подходить к доильному роботу, когда они этого захотят. Корова, обученная хозяином, встает на тарелку, что инициирует процесс доения. Машина может распознавать коров по их биркам, и если конкретную корову не доили в течение определенного Через некоторое время машина приступит к работе, дезинфицируя вымя и прикрепляя присоски к соскам.

Весь процесс удобен для фермеров и, как утверждается, комфортен для коров. Разговор с Би-би-сиФермер Роберт Вейх утверждает, что этот процесс делает животных более счастливыми и продуктивными, говоря: «Коровы реагируют на комфорт. В среднем он увеличился с 28 литров до 36 литров в день без значительного увеличения затрат на корм».

Молочные фермы — не единственное место, где прижилась автоматизация. В последнее время он начал поражать даже фруктовые сады, которые на протяжении многих лет были удивительно устойчивы к механизации. До недавнего времени сбору фруктов удавалось противостоять маршу автоматизации, главным образом потому, что фрукты хрупкие, а техника могла повредить посевы или деревья, на которых они растут. Выпуск «Миграционные новости» за 2011 год. утверждает, что большая часть сбора яблок по-прежнему производится вручную и что большая часть времени рабочих тратится не на собирать яблоки, а передвигать лестницы, по которым они добирались, и таскать мешки с продуктами обратно и вперед. Как генеральный директор Abundant Robotics Дэн Стир объяснил Digital Trends«Основные проблемы заключаются в том, что компьютеру трудно увидеть фрукты, и они хрупкие. До сих пор не было возможности ни надежно идентифицировать продукцию, ни автоматизировать сбор урожая, не повреждая продукцию».

Несмотря на трудности, инженеры ищут способы сделать комплектацию более эффективной за счет автоматизации. Компания Стира работает над машиной для сбора яблок; другая компания, Энергид, построил машину для сбора апельсинов. Сборщик яблок Abundant Robotics использует вакуумную трубку, чтобы всасывать яблоки с деревьев, а робот-сборщик апельсинов Energid стряхивает фрукты с деревьев и ловит их.

Пожалуй, самая культовая сельскохозяйственная машина – трактор – претерпевает собственную трансформацию. Автономные тракторы, такие как Автономный концептуальный автомобиль Case IH, может заменить тракторы, управляемые человеком, на многих фермах. В обтекаемой машине нет даже места для водителя. Он может двигаться по заранее заданным маршрутам, запрограммированным его оператором, который может отслеживать движения трактора и при необходимости изменять его маршрут с помощью приложения для планшета. Трактор может даже обнаруживать препятствия на своем пути и останавливаться, чтобы избежать столкновений. Производители автономных тракторов, такие как Новая Голландия даже утверждают, что автомобили со временем смогут реагировать на изменения погоды.

Автономное сельскохозяйственное оборудование — это не просто удобство, позволяющее фермерам расслабиться и попить кофе, пока роботы выполняют свою работу. И это не просто инструмент, позволяющий сократить затраты на рабочую силу. Эти транспортные средства могли бы устранить ограничения человеческого тела в традиционно изнурительной отрасли. Машины не подвергаются риску травм или увечий, а только повреждения, которые можно устранить. Еще более интригующим является то, что сельское хозяйство может стать 24-часовым процессом, не прерываемым темнотой или потребностью во сне.

Традиционный образ фермера как седого человека в куртке Carhartt, сжимающего мозолистыми руками руль своего John Deere, может вскоре уйти в историю. Его место занял застегнутый на все пуговицы мужчина, управляющий парком машин с помощью iPad, не выходя из офиса.

Будет ли этого достаточно?

Все эти новые технологии поражают воображение, но остается вопрос: хватит ли их, чтобы поддержать растущую пасть потребления? Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН считает, что, чтобы прокормить растущее и все более городское население мира, ежегодное производство зерна необходимо будет увеличить до 3 миллиардов метрических тонн; производство мяса необходимо будет увеличить до 470 миллионов метрических тонн. Это много еды.

Ситуация усложняется тем фактом, что сами по себе технологии не решают, сколько еды съедает мир. В условиях глобализации торговля продовольствием осуществляется через границы и океаны. Пшеница из Орегона попадает на мельницы в Азии, говядина из Японии может оказаться на тарелке в Нью-Йорке. Даже если отдельные страны смогут увеличить производство продуктов питания за счет автоматизации, состояние международных торговых сделок будет определять, куда это пойдет. В мире, где националистическая конкуренция, кажется, усиливается, а торговые сделки стоят на более шаткой почве, глобальная торговая сеть продовольствием может кардинально измениться.

По этим причинам было бы наивно полагать, что одной только автоматизации сельского хозяйства будет достаточно, чтобы спасти нас. Проблема, с которой мы сталкиваемся, сложна и многогранна, и никакая отдельная технологическая инновация сама по себе вряд ли изменит нашу судьбу. Но несмотря на то, что в этой борьбе не будет серебряной пули, нам следует утешаться тем фактом, что автоматизация — это лишь одна стрела в нашем технологическом колчане. Одной прорывной идеи или творческого решения будет недостаточно, но сотня из них может помочь — и если есть что-то, что у нас как вида в изобилии, так это творческие идеи.

В конечном счете, прошлое может быть величайшим источником облегчения. История показывает, что технологии могут помочь накормить мир, поэтому у нас есть все основания полагать, что они смогут продолжать делать это и в будущем.

Рекомендации редакции

• Оптические иллюзии могут помочь нам создать ИИ следующего поколения
• Может ли суперкомпьютер спасти нас от коронавируса? Мы поговорили с человеком, который знает
• Лучший гонщик дронов сразился с дроном-роботом в первом столкновении человека и машины
• Ожидание своего часа: как дроны совершают революцию в борьбе с голодом
• Ведущий исследователь Оксфорда говорит о риске автоматизации в сфере занятости