Automatizované poľnohospodárstvo: Môžu nás roboty, drony a AI zachrániť pred hladom?

Poľnohospodárstvo prešlo v minulom storočí dlhú cestu. Vyrábame viac potravín ako kedykoľvek predtým – ale náš súčasný model je neudržateľný, a keďže svetová populácia rýchlo rastie blížia sa k hranici 8 miliárd, moderné metódy výroby potravín budú potrebovať radikálnu transformáciu, ak sa majú zachovať hore. Našťastie však existuje celý rad nových technológií, ktoré by to mohli umožniť. In túto sériu, preskúmame niektoré z nových inovatívnych riešení, na ktorých pracujú farmári, vedci a podnikatelia, aby sme zaistili, že v našom čoraz preplnenejšom svete nikto nebude hladovať.

V kľúčovom – hoci často kritizovanom – diele Thomasa Malthusa z roku 1798, Esej o princípe populácieekonóm vzal dlhý pohľad na ľudskú históriu, keď si všimol, že ľudské populácie, keď majú dostatok potravy, rastú, až kým nevyčerpajú svoje zdroje, a vtedy nastáva nedostatok. "Zdá sa, že hladomor je posledným, najstrašnejším zdrojom prírody," povedal. "Sila obyvateľstva je taká lepšia ako sila na zemi, ktorá produkuje obživu pre človeka, že predčasná smrť musí v určitom zmysle navštíviť ľudskú rasu."

Akokoľvek bola Malthusova predpoveď poetická, nenaplnila sa. Namiesto toho prišli revolúcie v priemysle a poľnohospodárstve a s nimi aj podstatný nárast výroby a obchodu s potravinami. Zvíťazili optimisti, zatiaľ čo Malthus sa stal patrónom pokútnych ekonómov, otrhaným kazateľom v uliciach histórie.

Hoci moderní ekonómovia a tech utopisti vnímajú Malthusa s opovrhnutím, jeho argumenty boli rozumné vzhľadom na vtedajšie dôkazy. Možno nové technológie, ktoré umožnili obrovský populačný rast za posledných niekoľko storočí, neskončili možnosť malthusiánskej katastrofy, ale len ju oddialili? Ľudstvo bolo schopné rásť ďaleko, ďaleko za to, čo si Malthus dokázal predstaviť – hrubé odhady hovoria o svetovej populácii v roku 1800 na 890 – 980 miliónoch ľudí, zatiaľ čo dnes svetová populácia presahuje 7,4 miliardy – ale ako dlho môže tento trend ďalej?

OSN očakáva svetová populácia dosiahne 8,5 miliardy do roku 2030 a 9,7 miliardy do roku 2050. Veľká časť svetovej populácie je sústredená v Číne a Indii; každá z týchto krajín má v súčasnosti viac ako jednu miliardu ľudí, pričom sa predpokladá, že do roku 2022 počet obyvateľov Indie prekoná počet obyvateľov Číny.

Nové poľnohospodárske technológie a techniky odvrátili prudké hladomory, ktoré Malthus predpovedal. Hoci kedysi ľudia museli semená sadiť náhodne ručne, sejacie stroje umožnili farmárom zasiať ich do dlhých, jednotných radov. S parnými traktormi mohli farmári orať široké pásy pôdy bez potreby pomalých volov. Mláťačky krátia množstvo hodín venovaných ručnému mláteniu.

So svetovou populáciou stúpajúcou do stále ohromujúcich výšok a s hospodárskym rastom umožňujúcim väčšiu spotrebu môže svet potrebovať ďalšiu poľnohospodársku revolúciu, aby sa udržal.

Jedna odpoveď na problém môže spočívať v automatizácii. Zatiaľ čo sa poľnohospodárstvo za posledných 200 rokov čoraz viac automatizovalo, tento proces sa len zrýchľuje. Nové technológie, a najmä ich masy, umožňujú farmárom zlepšiť efektivitu pestovania plodín a živočíšnej výroby, ako aj rýchlo neutralizovať hrozby, ako sú choroby alebo sucho.

Drony môžu byť farmárskymi pracovníkmi budúcnosti

„To slovo má určitú stigmu,“ hovorí Dr. Lav Khot, profesor na Washingtonskej štátnej univerzite a špecialista na manažment plodín pre konkrétne lokality. výraz „dron“. Mnohí zástancovia komerčného využitia dronov uprednostňujú výrazy ako „bezpilotné vzdušné systémy“, čo je dlhšia fráza, ktorej chýba slovné spojenie. punč. Nie je ťažké pochopiť prečo: Pre mnohých slovo „dron“ evokuje vojenské vybavenie, lietajúce stroje, ktoré zhadzujú bomby alebo špehovajú ciele zhora.

Výskumníci ako Khot experimentujú s rôznymi spôsobmi použitia dronov v poľnohospodárstve a premieňajú tieto meče na radlice. Pre pestovateľov je jedným z najzaujímavejších spôsobov použitia dronov zobrazovanie plodín. Pomocou dronov vybavených multispektrálnymi senzormi farmári skúmajú svoju pôdu a robia snímky, ktoré odhaľujú veci ako úrodnosť konkrétnych oblastí pôdy, koľko vody potrebujú plodiny a ďalšie.

V minulosti sa farmári museli spoliehať na satelitné snímky, aby získali také podrobné mapy svojej pôdy, čo bol pomerne časovo náročný proces. Satelitné snímanie často zahŕňa 14-dňové intervaly, povedal Khot pre Digital Trends a problémy môžu nastať v dôsledku oblačnosti alebo iných faktorov. S dronmi „to môžete získať, keď chcete, hypoteticky“.

Tento rýchly obrat nie je len pohodlný; v prípadoch, keď sú rastliny postihnuté chorobou alebo škodcami, môže ísť o rozdiel medzi záchranou úrody alebo sledovaním jej umierania. V rozhovore pre The GuardianSalman Siddiqui, výskumník z Medzinárodného vodohospodárskeho inštitútu, vysvetľuje, ako možno snímky z dronov použiť na detekciu chorôb a iných stresových faktorov v rastlinách. "Fotosyntetická aktivita klesá, a to ovplyvňuje chlorofyl," povedal - a multispektrálne zobrazovanie dokáže odhaliť tieto zmeny včas, skôr než sa problémy stanú tak drastickými, že vyvolajú príznaky, že to ľudia dokážu pozri.

Je to preto, že chlorofyl, molekula, ktorá dáva listom ich zelený odtieň, priťahuje viditeľné svetlo a zároveň odráža veľké množstvo infračerveného svetla. Keď je rastlina nezdravá, bude odrážať viac viditeľného svetla, ktoré na ňu dopadá, a odráža menej infračervených vĺn. Infračervené zobrazovanie môže farmárom ukázať, či ich rastliny odrážajú abnormálne množstvo svetla, čo ich privádza k problémom.

Poľnohospodárstvo, stretnite sa s automatizáciou

Jeden z hlavných projektov Khot sa v súčasnosti zameriava na zavlažovanie a experimentuje s rôznymi zavlažovacie techniky a množstvá vody a používanie snímok z dronov na sledovanie následného zdravia rastliny. Vezmime si napríklad podpovrchové zavlažovanie. Ide o proces, pri ktorom sa pod povrch pôdy umiestňujú rúrky, z ktorých kvapká voda, čím sa voda dodáva priamo ku koreňom plodín. Khot a jeho tím upravujú umiestnenie rúrok a testujú ich v hĺbke 15 alebo 30 centimetrov pod povrchom viniča.

Upravujú množstvo vody použitej v rámci svojho výskumu a využívajú dronové zobrazovanie na mapovanie plodín, testovanie, „aby sme zistili, či môžeme ísť na 60 percent alebo 30 percent, a napriek tomu rastlina môže rásť a produkovať výnos.”

Khot tiež pracuje so zavlažovaním nad povrchom, pričom testuje postrekovače v nízkej nadmorskej výške (nie viac ako 100 cm nad povrchom). povrch) a posunutie postrekovačov bližšie k vrchlíku, čím by sa malo znížiť vyparovanie, ku ktorému dochádza pri pohybe vody vzduch.

Khotov výskum by mohol nadobudnúť nový význam s vývojom klimatických zmien. "Vo Washingtone v roku 2015 sme zaznamenali najvyššiu teplotu za niekoľko rokov," povedal Khot, vývoj, ktorý môže byť výsledkom zmeny klímy. Aby sa pripravili na teplejšie roky, Khot a jeho kolegovia výskumníci testujú rôzne odrody fazule pinto, aby zistili, ako reagujú na rôzne množstvá vody. To by im malo pomôcť zistiť, ktorá fazuľa bude pre farmárov lepšou investíciou, ak sa teploty v budúcnosti zvýšia.

Nie všetky použitia dronov zahŕňajú zobrazovanie. Jeden projekt, ktorý Khot opisuje, je úžasne jednoduchý. Chcem experimentovať s väčším modelom UAS, Yamaha RMAX – bezpilotným vrtuľníkom, ktorý je populárny v Japonsko na postrek – Khot a jeho tím prišli s chytrým riešením problému, ktorý sužuje Washington poľnohospodárov.

Čerešne sú jednou z popredných plodín vo Washingtone a čelia znepokojujúcemu bežnému škodcovi: dažďu. „Keď je čerešňové ovocie zrelé, má vysoký obsah cukru a šupka sa stáva veľmi tenkou,“ vysvetľuje Khot. Keď dažďová voda dopadne na čerešňové sady, môže sedieť na korune a čerešne s tenkou šupkou ju absorbujú. Keď čerešne vypijú vlhkosť, začnú napučiavať a štiepiť sa.

Pestovatelia čerešní sa môžu pokúsiť minimalizovať škody spôsobené dažďami rýchlym zberom čerešní alebo potriasaním konárov, aby sa odliala časť vody. Khot letel RMAX v nízkych nadmorských výškach - 35 až 50 stôp - nad sadmi, aby rozptýlil vodu z vrchlíkov. Je to efektívnejšia metóda ako manuálne otriasanie čerešní ručne alebo ventilátorom – a oveľa lacnejšia ako najať si pilota helikoptéry, aby to urobil – ale nie úplne spoľahlivá. „Ovocie tu v štáte Washington, nie všetky sú ploché; máme sklon, a tak sa s tým každý rok stane niekoľko nehôd,“ povedal Khot.

Viac než len lietajúce roboty

Drony sa zdajú byť sľubným nástrojom pre farmárov v budúcnosti, ale nie sú jedinými príkladmi automatizácie, ktorá zametá agrárny svet. Robotické úponky sa šíria do každého aspektu farmárčenia a prinášajú chladný nádych aj do tej najintímnejšej časti farmárskeho dňa: dojenia kráv.

Stroje zvládajúce proces dojenia sa javia ako výhra pre farmárov. Ručné dojenie je dnes zriedkavé – veď kto chce tráviť hodiny denne mačkaním kravských ceckov a trpieť žiarlivými pohľadmi teliat? — keďže poľnohospodári už roky používajú stroje na odsávanie mlieka. Tieto stroje však vyžadovali ľudský vstup; farmári stále museli pripevniť hrnčeky na kravské struky a čakať, kým stroje odčerpávajú mlieko.

S modernejšou technológiou môže byť proces dojenia vykonaný bez čo i len malého množstva ľudského zásahu. Pokročilé systémy dojenia umožňujú kravám priblížiť sa k dojaciemu robotu, keď na to majú chuť. Krava, ako ju vycvičil jej majiteľ, nastúpi na tanier, ktorý spustí proces dojenia. Stroj dokáže rozpoznať kravy podľa ich štítkov a podľa toho, či konkrétna krava nebola dojená v rámci určitého po určitom čase sa stroj dostane do činnosti, dezinfikuje vemeno a na struky pripevní prísavky.

Celý proces je pohodlný pre farmárov a údajne pohodlný pre kravy. V rozhovore pre BBC, farmár Robert Veich tvrdí, že tento proces prináša šťastnejšie a produktívnejšie zvieratá a hovorí: „Kravy reagujú na pohodlie. Z 28 litrov sa to v priemere zvýšilo na 36 litrov za deň bez výrazného zvýšenia nákladov na krmivo.“

Mliečne farmy nie sú jediným miestom, kde sa automatizácia udomácnila. V poslednej dobe dokonca začala zasahovať aj ovocné sady – ktoré boli v priebehu rokov pozoruhodne odolné voči mechanizácii. Až donedávna sa zberu ovocia darilo vydržať proces automatizácie, najmä preto, že ovocie je jemné a stroje by mohli poškodiť plodiny alebo stromy, ktoré ich produkujú. Vydanie 2011 Migration News tvrdí, že väčšina zberu jabĺk sa stále vykonáva ručne a že väčšinu času robotníka netrávi zbieranie jabĺk, ale skôr presúvanie rebríkov používaných na ich dosiahnutie a ťahanie vriec s produktom späť a ďalej. Ako generálny riaditeľ Abundant Robotics Dan Steere vysvetlil Digital Trends„Hlavným problémom je, že ovocie je pre počítače ťažko viditeľné a je chúlostivé. Doteraz nebolo možné spoľahlivo identifikovať produkciu ani automatizovať zber bez poškodenia produkcie.

Napriek ťažkostiam inžinieri hľadajú spôsoby, ako zefektívniť vychystávanie prostredníctvom automatizácie. Steereho spoločnosť pracuje na stroji na zber jabĺk; ďalšia spoločnosť Energid, zostrojil stroj na zber pomarančov. Zber jabĺk Abundant Robotics používa vákuovú trubicu na vysávanie jabĺk zo stromov, zatiaľ čo robot Energid na zber pomarančov otriasa ovocie zo stromov a chytá ich.

Pravdepodobne najikonickejšie poľnohospodárske vozidlo, traktor, prechádza vlastnou premenou. Autonómne ťahače, ako napr Autonómne koncepčné vozidlo Case IH, by mohli nahradiť traktory poháňané človekom na mnohých farmách. Elegantný stroj nemá ani sedadlo pre vodiča. Môže jazdiť po vopred určených trasách naprogramovaných jeho operátorom, ktorý môže sledovať pohyby traktora a v prípade potreby ho zmeniť pomocou aplikácie pre tablet. Traktor dokáže dokonca vycítiť prekážky vo svojej ceste a zastaviť sa, aby sa vyhol kolíziám. Výrobcovia autonómnych traktorov ako napr Nové Holandsko dokonca tvrdia, že vozidlá budú časom schopné reagovať na zmeny počasia.

Autonómne poľnohospodárske zariadenia nie sú len vymoženosťou, umožňujúce farmárom oddýchnuť si a popíjať kávu, keď roboty vykonávajú svoju prácu. Nie je to ani len nástroj na zníženie nákladov na prácu. Tieto vozidlá by mohli odstrániť obmedzenia ľudského tela z tradične vyčerpávajúceho priemyslu. Stroje nepredstavujú žiadne riziko zranenia alebo zmrzačenia, iba škody, ktoré je možné opraviť. Ešte zaujímavejšie je, že farmárčenie by sa mohlo stať 24-hodinovým procesom, bez prerušenia tmou alebo potrebou spánku.

Tradičný obraz farmára ako prešediveného muža v bunde Carhartt, ktorý mozoľnatými rukami zviera volant svojho John Deere, sa možno čoskoro stratí v histórii. Na jeho miesto zapnutý muž spravujúci flotilu strojov pomocou iPadu z pohodlia kancelárie.

Bude to stačiť?

Všetky tieto nové technológie sú oslnivé, no otázkou zostáva: Budú stačiť na udržanie rastúceho chřtánu spotreby? Organizácia OSN pre výživu a poľnohospodárstvo odhaduje tos cieľom nasýtiť rastúcu a čoraz viac mestskú svetovú populáciu sa bude musieť ročná produkcia obilia zvýšiť na 3 miliardy metrických ton; produkcia mäsa sa bude musieť zvýšiť na 470 miliónov metrických ton. To je veľa jedla.

Vec komplikuje fakt, že samotná technológia nerozhoduje o tom, koľko jedla svet zje. V dôsledku globalizácie obchod prenáša potraviny cez hranice a oceány. Pšenica z Oregonu končí v mlynoch v Ázii, hovädzie mäso z Japonska môže skončiť na tanieri v New Yorku. Aj keď jednotlivé krajiny môžu zvýšiť produkciu potravín pomocou automatizácie, stav medzinárodných obchodných dohôd určí, kam to pôjde. Vo svete, v ktorom sa zdá, že nacionalistická konkurencia prevláda a obchodné dohody stoja na neistejšej pôde, sa globálna obchodná sieť s potravinami môže dramaticky zmeniť.

Z týchto dôvodov by bolo naivné usudzovať, že samotná poľnohospodárska automatizácia bude na našu záchranu stačiť. Problém, ktorému čelíme, je zložitý a mnohostranný a žiadna individuálna technologická inovácia pravdepodobne sama o sebe nezmení náš osud. Ale napriek tomu, že v tomto boji nebudú žiadne strieborné guľky, mali by sme sa utešovať skutočnosťou, že automatizácia je len jedným šípom v našom technologickom toulci. Jeden prelomový nápad alebo kreatívne riešenie nebude stačiť, ale sto z nich by mohlo stačiť – a ak existuje niečo, čo máme ako druh v hojnosti, sú to kreatívne nápady.

V konečnom dôsledku môže byť minulosť najväčším zdrojom úľavy. História ukazuje, že technológia môže pomôcť nasýtiť svet, takže máme všetky dôvody veriť, že v tom môže pokračovať aj v budúcnosti.

Odporúčania redaktorov

• Optické ilúzie by nám mohli pomôcť vybudovať ďalšiu generáciu AI
• Môže nás superpočítač zachrániť pred koronavírusom? Hovorili sme s mužom, ktorý to vie
• Najlepší dronový pretekár sa postaví proti robotovi v prvom strete človeka so strojom
• Čakanie v krídlach: Ako drony prinášajú revolúciu v boji proti hladu
• Špičkový výskumník z Oxfordu hovorí o riziku automatizácie v zamestnaní