Avtomatizirano kmetijstvo: nas lahko roboti, droni in umetna inteligenca rešijo lakote?

Kmetijstvo je v preteklem stoletju naredilo dolgo pot. Proizvajamo več hrane kot kdaj koli prej – vendar je naš trenutni model nevzdržen in ker svetovno prebivalstvo hitro narašča približuje meji 8 milijard, bodo sodobne metode pridelave hrane potrebovale korenito spremembo, če se bodo obdržale gor. Toda na srečo obstaja vrsta novih tehnologij, ki bi to lahko omogočile. notri ta serija, bomo raziskali nekaj inovativnih novih rešitev, na katerih delajo kmetje, znanstveniki in podjetniki, da bi zagotovili, da nihče ne bo lačen v našem vse bolj natrpanem svetu.

V temeljnem – čeprav pogosto kritiziranem – delu Thomasa Malthusa iz leta 1798, Esej o načelu prebivalstva, ekonomist je vzel daljši pogled na človeško zgodovino in ugotovil, da človeška populacija, ko ima hrane v izobilju, raste, dokler ne izčrpa svojih virov, na tej točki nastopi pomanjkanje. »Zdi se, da je lakota zadnji, najstrašnejši vir narave,« je dejal. "Moč prebivalstva je tako večja od moči na zemlji, da proizvaja hrano za človeka, da mora prezgodnja smrt v takšni ali drugačni obliki obiskati človeško raso."

Čeprav je bila Malthusova napoved poetična, se ni uresničila. Namesto tega so prišle revolucije v industriji in kmetijstvu, z njimi pa tudi občutno povečanje proizvodnje in trgovine s hrano. Zmagali so optimisti, Malthus pa je postal zavetnik norih ekonomistov, razcapan pridigar na ulicah zgodovine.

Čeprav sodobni ekonomisti in tehnološki utopisti na Malthusa gledajo s prezirom, so bili njegovi argumenti glede na takratne dokaze razumni. Morda nove tehnologije, ki so omogočile izjemno rast prebivalstva v zadnjih nekaj stoletjih, niso odpravile možnosti Malthusove katastrofe, ampak so jo le odložile? Človeštvo je zraslo daleč, daleč preko tistega, kar si je Malthus lahko zamislil – grobe ocene kažejo, da je svetovno prebivalstvo leta 1800 pri 890–980 milijonih ljudi, medtem ko danes svetovno prebivalstvo presega 7,4 milijarde — toda kako dolgo lahko ta trend nadaljevati?

ZN pričakujejo svetovno prebivalstvo bo do leta 2030 doseglo 8,5 milijarde, do leta 2050 pa 9,7 milijarde. Velik del svetovnega prebivalstva je skoncentriran na Kitajskem in v Indiji; vsaka od teh držav ima trenutno več kot milijardo ljudi, pri čemer naj bi število prebivalcev Indije do leta 2022 preseglo prebivalstvo Kitajske.

Nove kmetijske tehnologije in tehnike so preprečile močno lakoto, ki jo je napovedal Malthus. Čeprav so morali ljudje nekoč semena naključno saditi ročno, so sejalnice kmetom omogočale, da so jih sejali v dolgih, enakomernih vrstah. S traktorji na parni pogon so kmetje lahko orali široke kose zemlje, ne da bi potrebovali počasne vole. Mlatilnice skrajšajo številne ure, posvečene ročni mlatvi.

Glede na to, da se svetovno prebivalstvo vzpenja v vedno bolj osupljive višine in z gospodarsko rastjo, ki omogoča večjo potrošnjo, bo svet morda potreboval še eno kmetijsko revolucijo, da se obdrži.

Eden od odgovorov na težavo je morda v avtomatizaciji. Medtem ko je kmetijstvo v zadnjih 200 letih postalo vse bolj avtomatizirano, se proces le pospešuje. Nove tehnologije, zlasti pogoni, kmetom omogočajo, da izboljšajo učinkovitost svojih pridelkov in živinoreje ter hitro nevtralizirajo grožnje, kot sta bolezen ali suša.

Droni so lahko kmetijski delavci prihodnosti

"V tej besedi je nekaj stigme," pravi dr. Lav Khot, profesor na univerzi Washington State in specialist za upravljanje posevkov na posameznih mestih. izraz "dron". Številni zagovorniki komercialne uporabe brezpilotnih letal imajo raje izraze, kot so "zračni sistemi brez posadke", daljši izraz, ki nima besednega udarec. Ni težko razumeti, zakaj: za mnoge beseda "dron" spominja na vojaško strojno opremo, leteče stroje, ki mečejo bombe ali vohunijo za cilji od zgoraj.

Raziskovalci, kot je Khot, eksperimentirajo z različnimi načini uporabe brezpilotnih letal v kmetijstvu in te meče preoblikujejo v lemeže. Za pridelovalce je ena najbolj vznemirljivih uporab dronov slikanje pridelka. Z uporabo brezpilotnih letal, opremljenih z večspektralnimi senzorji, kmetje pregledujejo svojo zemljo in posnamejo slike, ki razkrijejo stvari, kot je rodovitnost določenih zaplat tal, koliko vode potrebujejo pridelki in drugo.

V preteklosti so se kmetje morali zanašati na satelitske posnetke, da so dobili tako podrobne zemljevide svoje zemlje, kar je bil precej dolgotrajen proces. Satelitski posnetki pogosto vključujejo 14-dnevne intervale, je Khot povedal za Digital Trends, težave pa lahko nastanejo zaradi oblačnosti ali drugih dejavnikov. Z droni "hipotetično ga lahko dobite, kadar želite."

Ta hiter preobrat ni le priročen; v primerih, ko rastline prizadene bolezen ali škodljivci, je lahko razlika med reševanjem pridelka ali opazovanjem njegovega odmiranja. V pogovoru za The Guardian, Salman Siddiqui, raziskovalec z Mednarodnega inštituta za upravljanje z vodami, pojasnjuje, kako je mogoče posnetke brezpilotnih letal uporabiti za odkrivanje bolezni in drugih stresnih dejavnikov v rastlinah. "Fotosintetska aktivnost se zmanjša, kar vpliva na klorofil," je dejal - in multispektralno slikanje lahko zgodaj odkrije te spremembe, preden težave postanejo tako drastične, da povzročijo znake, ki jih lahko ljudje glej.

To je zato, ker klorofil, molekula, ki daje listom zeleni odtenek, vleče vidno svetlobo, medtem ko odbija veliko količino infrardeče svetlobe. Ko je rastlina nezdrava, bo odbijala več vidne svetlobe, ki jo zadene, in odbijala manj infrardečih valov. Infrardeče slike lahko kmetom pokažejo, če njihove rastline odsevajo nenormalne količine svetlobe, kar jih nakazuje na težave.

Kmetijstvo, srečaj avtomatizacijo

Eden Khotovih glavnih projektov se trenutno osredotoča na namakanje in eksperimentiranje z različnimi tehnike namakanja in količine vode ter uporabo posnetkov brezpilotnih letal za spremljanje kasnejšega zdravja rastline. Vzemimo na primer podzemno namakanje. To je postopek, pri katerem so cevi, ki kapljajo vodo, nameščene pod površino zemlje in vodo dovajajo neposredno do korenin pridelka. Khot in njegova ekipa prilagajajo lokacijo cevi in ​​jih testirajo na 15 ali 30 centimetrih pod površino vinske trte.

Prilagajajo količino porabljene vode kot del svojih raziskav in uporabljajo slikanje z droni za zemljevid pridelkov, testiranje, »da bi ugotovili, ali lahko gremo na 60 ali 30 odstotkov, rastlina pa še vedno lahko raste in proizvaja enako dobro donos."

Khot dela tudi z namakanjem nad površino, pri čemer preskuša škropilnike na nizki nadmorski višini (ne več kot čevelj nad površina) in premikanje brizgalk bližje krošnjam, kar naj bi zmanjšalo izhlapevanje, do katerega pride, ko se voda premika skozi zrak.

Khotove raziskave bi lahko z razvojem podnebnih sprememb pridobile nov pomen. "V Washingtonu leta 2015 smo zabeležili najvišjo temperaturo v zadnjih nekaj letih," je dejal Khot, kar je morda posledica podnebnih sprememb. Da bi se pripravili na toplejša leta, Khot in njegovi kolegi raziskovalci preizkušajo različne sorte pinto fižola, da bi videli, kako se odzivajo na različne količine vode. To naj bi jim pomagalo ugotoviti, kateri fižol bo boljša naložba za kmete, če se bodo temperature v prihodnosti dvignile.

Vse uporabe dronov ne vključujejo slikanja. En projekt, ki ga opisuje Khot, je osupljivo preprost. Želel eksperimentirati z večjim modelom UAS, Yamaho RMAX – helikopterjem brez posadke, ki je bil priljubljen v Japonska za škropljenje — Khot in njegova ekipa so našli pametno rešitev za težavo, ki pesti Washington kmetje.

Češnje so eden glavnih pridelkov v Washingtonu in se soočajo z motečo pogostim škodljivcem: dežjem. "Ko je sadje češnje zrelo, ima visoko vsebnost sladkorja, lupina pa postane zelo tanka," pojasnjuje Khot. Ko deževnica pade na češnjeve nasade, se lahko usede na krošnje, češnje s tanko kožico pa jo bodo vpile. Ko češnje pijejo vlago, začnejo nabrekati in cepiti.

Pridelovalci češenj lahko poskušajo zmanjšati škodo zaradi padavin s hitrim obiranjem češenj ali otresanjem vej, da odlijejo nekaj vode. Khot je letel z RMAX na nizkih višinah - od 35 do 50 čevljev - nad sadovnjaki, da bi razpršil vodo iz krošenj. To je učinkovitejša metoda kot ročno stresanje češenj z rokami ali pahljačo - in veliko cenejša kot najem pilota helikopterja, da pride in to stori - vendar ni varna. »Sadovnjaki tukaj v državi Washington niso vsi ravni; imamo naklon, zato se vsako leto zgodi nekaj nesreč,« je dejal Khot.

Več kot le leteči roboti

Zdi se, da so brezpilotna letala obetavno orodje za kmete, vendar niso edini primeri avtomatizacije, ki je preplavila agrarni svet. Robotske vitice se širijo v vse vidike kmetovanja in prinašajo hladen pridih celo v najbolj intimen del kmetovega dneva: molžo krav.

Stroji za molžo se zdijo zmaga za kmete. Ročna molža je danes redka - navsezadnje, kdo si želi ure na dan stiskati kravje seske in trpeti ljubosumne poglede telet? — saj kmetje že leta uporabljajo stroje za črpanje mleka. Ti stroji pa so zahtevali človeški vložek; kmetje so morali še vedno pritrditi skodelice na kravje seske in stati ob strani, ko so stroji črpali mleko.

S sodobnejšo tehnologijo je molžo mogoče izvesti brez najmanjšega človeškega vložka. Napredni molzni sistemi omogočajo, da se krave približajo molznemu robotu, ko se jim zahoče. Krava, kot jo je izuril lastnik, stopi na ploščo, ki sproži postopek molže. Aparat prepozna krave po oznakah in če določena krava v določenem roku ni bila pomolžena nekaj časa se bo stroj lotil dela, razkužil vime in pritrdil priseske na seske.

Celoten postopek je primeren za kmete in domnevno udoben za krave. V pogovoru za BBC, kmet Robert Veich trdi, da postopek naredi srečnejše in produktivnejše živali, in pravi: »Krave se odzivajo na udobje. Z 28 litrov se je povprečno povečalo na 36 litrov na dan, brez bistvenega povečanja stroškov krme.«

Tudi mlečne kmetije niso edino mesto, kjer se je avtomatizacija uveljavila. V zadnjem času se je začelo pojavljati celo v sadnih nasadih – ki so bili skozi leta izjemno odporni na mehanizacijo. Do nedavnega je obiranje sadja zdržalo pohod avtomatizacije, predvsem zato, ker so sadeži občutljivi in ​​bi lahko stroji poškodovali pridelke ali drevesa, ki jih obdelujejo. Številka Migration News iz leta 2011 trdi, da večino obiranja jabolk še vedno opravijo ročno in da delavec večino časa ne porabi obiranje jabolk, temveč premikanje lestev, ki se uporabljajo za dosego njih, in vlečenje vreč s pridelki nazaj in naprej. Kot izvršni direktor Abundant Robotics Dan Steere pojasnil za Digital Trends, »glavne težave so, da računalniki težko vidijo sadje in je občutljivo. Do sedaj ni bilo mogoče niti zanesljivo identificirati pridelka niti avtomatizirati žetve, ne da bi pridelke poškodovali.«

Kljub težavam inženirji iščejo načine, kako bi pobiranje z avtomatizacijo naredili učinkovitejše. Steerovo podjetje dela na stroju za obiranje jabolk; drugo podjetje, Energid, je izdelal stroj za obiranje pomaranč. Obiralec jabolk Abundant Robotics uporablja vakuumsko cev za sesanje jabolk z dreves, medtem ko Energidov robot za obiranje pomaranč stresa sadje z dreves in jih lovi.

Morda najbolj ikonično kmetijsko vozilo, traktor, doživlja lastno preobrazbo. Avtonomni traktorji, kot npr Avtonomno konceptno vozilo Case IH, bi lahko na mnogih kmetijah nadomestil traktorje, ki jih upravlja človek. Elegantni stroj nima niti sedeža za voznika. Potuje lahko po vnaprej določenih poteh, ki jih programira njegov operater, ki lahko spremlja gibanje traktorja in ga po potrebi preusmeri z aplikacijo za tablico. Traktor lahko celo zazna ovire na svoji poti in se ustavi, da bi se izognil trčenju. Proizvajalci avtonomnih traktorjev, kot npr New Holland celo trdijo, da se bodo vozila sčasoma lahko odzvala na spremembe vremena.

Avtonomna kmetijska oprema ni le udobje, ki kmetom omogoča, da se sprostijo in srkajo kavo, medtem ko roboti opravljajo svoje delo. Prav tako ni le orodje za znižanje stroškov dela. Ta vozila bi lahko odstranila omejitve človeškega telesa iz tradicionalno naporne industrije. Stroji ne predstavljajo nobene nevarnosti poškodb ali pohabljenosti, le poškodbe, ki jih je mogoče popraviti. Še bolj zanimivo je, da bi kmetovanje lahko postalo 24-urni proces, ki ga ne bi motila tema ali potreba po spanju.

Tradicionalna podoba kmeta kot sivega človeka v jakni Carhartt, ki z žuljavimi rokami oprijema volan svojega John Deera, bo morda kmalu zbledela v zgodovino. Na njegovem mestu pripet moški, ki upravlja floto strojev s svojim iPadom iz udobja pisarne.

Bo dovolj?

Vse te nove tehnologije so osupljive, vendar ostaja vprašanje: Ali bodo zadostovale za vzdrževanje rastoče porabe? Organizacija ZN za prehrano in kmetijstvo ocenjuje, da, da bi nahranili rastoče in vse bolj urbano svetovno prebivalstvo, se bo morala letna proizvodnja žit povečati na 3 milijarde metričnih ton; proizvodnjo mesa bo treba povečati na 470 milijonov metričnih ton. To je veliko hrane.

Zadeve zapleta dejstvo, da tehnologija sama ne odloča o tem, koliko hrane svet poje. Zaradi globalizacije trgovina prenaša hrano čez meje in oceane. Pšenica iz Oregona konča v mlinih v Aziji, govedina iz Japonske lahko konča na krožniku v New Yorku. Tudi če lahko posamezne države povečajo proizvodnjo hrane z uporabo avtomatizacije, bo stanje mednarodnih trgovinskih dogovorov določilo, kam bo šlo. V svetu, v katerem se zdi, da nacionalistična konkurenca narašča in so trgovinski dogovori na trhlih tleh, se lahko svetovna mreža trgovine s hrano močno spremeni.

Zaradi teh razlogov bi bilo naivno sklepati, da bo samo kmetijska avtomatizacija dovolj, da nas reši. Težava, s katero se soočamo, je kompleksna in večplastna in nobena posamezna tehnološka inovacija verjetno ne bo sama spremenila naše usode. A kljub temu, da v tem boju ne bo srebrnih nabojev, se moramo tolažiti z dejstvom, da je avtomatizacija le ena puščica v našem tehnološkem tulu. Ena prelomna ideja ali kreativna rešitev ne bo dovolj, vendar jih bo morda sto naredilo – in če je česa, kar imamo kot vrsta v izobilju, so to kreativne zamisli.

Navsezadnje je lahko preteklost največji vir olajšanja. Zgodovina kaže, da lahko tehnologija pomaga nahraniti svet, zato imamo vse razloge za prepričanje, da bo to lahko storila tudi v prihodnosti.

Priporočila urednikov

• Optične iluzije bi nam lahko pomagale zgraditi naslednjo generacijo umetne inteligence
• Nas lahko superračunalnik reši pred koronavirusom? Pogovarjali smo se s človekom, ki ve
• Vrhunski dirkač z droni se pomeri z robotskim dronom v prvem spopadu med človekom in strojem
• Čakanje na svoja vrata: Kako droni revolucionirajo boj proti lakoti
• Najboljši oxfordski raziskovalec govori o tveganju avtomatizacije pri zaposlovanju