Автоматизоване сільське господарство: чи можуть роботи, дрони та ШІ врятувати нас від голодної смерті?

За минуле століття сільське господарство пройшло довгий шлях. Ми виробляємо більше їжі, ніж будь-коли раніше, але наша нинішня модель нежиттєздатна, і оскільки населення світу швидко наближається до позначки у 8 мільярдів, сучасні методи виробництва їжі потребуватимуть радикальної трансформації, якщо вони збираються зберегтися вгору. Але, на щастя, є ряд нових технологій, які можуть зробити це можливим. в ця серія, ми вивчимо деякі нові інноваційні рішення, над якими працюють фермери, вчені та підприємці, щоб переконатися, що ніхто не буде голодувати в нашому дедалі перенаселеному світі.

У основоположній роботі Томаса Мальтуса, хоча її часто критикують, 1798 р. Есе про принцип народонаселення, економіст довго розглядав історію людства, спостерігаючи, що людські популяції, коли вони мають достаток їжі, зростають, доки не вичерпують свої ресурси, після чого настає дефіцит. «Голод, здається, є останнім, найжахливішим ресурсом природи», — сказав він. «Потужність населення настільки перевершує силу землі, щоб виробляти засоби для існування для людини, що передчасна смерть повинна в тій чи іншій формі відвідати людський рід».

Яким би поетичним не було передбачення Мальтуса, воно не збулося. Натомість відбулися революції в промисловості та сільському господарстві, а разом з ними й значне зростання виробництва та торгівлі продовольством. Оптимісти перемогли, а Мальтус став покровителем божевільних економістів, обірваним проповідником на вулицях історії.

Хоча сучасні економісти та техноутопісти ставляться до Мальтуса з презирством, його аргументи були розумними, враховуючи докази того часу. Можливо, нові технології, які сприяли величезному зростанню населення за останні кілька століть, не поклали край можливості мальтузіанської катастрофи, а лише відстрочили її? Людство змогло вирости далеко, далеко за межі того, що міг собі уявити Мальтус — за приблизними підрахунками населення світу у 1800 році на рівні 890-980 мільйонів людей, тоді як сьогодні населення світу перевищує 7,4 мільярда — але як довго ця тенденція продовжувати?

ООН очікує населення світу досягне 8,5 мільярдів до 2030 року та 9,7 мільярдів до 2050 року. Велика частина населення світу зосереджена в Китаї та Індії; У кожній із цих країн наразі проживає понад один мільярд людей, а населення Індії, за прогнозами, перевищить населення Китаю до 2022 року.

Нові сільськогосподарські технології та техніка запобігли гострому голоду, який передбачив Мальтус. Хоча колись людям доводилося безладно сіяти насіння вручну, сівалки дозволяли фермерам сіяти їх довгими рівномірними рядами. За допомогою парових тракторів фермери могли орати широкі смуги землі, не потребуючи млявих волів. Молотарки скорочують багато годин, присвячених обмолоту вручну.

Оскільки населення світу зростає до все більш приголомшливих висот, а економічне зростання сприяє більшому споживанню, світу може знадобитися ще одна сільськогосподарська революція, щоб підтримувати себе.

Однією з відповідей на проблему може бути автоматизація. Незважаючи на те, що протягом останніх 200 років сільське господарство дедалі більше автоматизується, цей процес лише прискорюється. Нові технології, і зокрема погони, дозволяють фермерам підвищити ефективність сільськогосподарських культур і продукції тваринництва, а також швидко нейтралізувати такі загрози, як хвороби або посуха.

Дрони можуть бути сільськогосподарськими працівниками майбутнього

«У цьому слові є певна стигма», — каже д-р Лав Хот, професор Університету штату Вашингтон і спеціаліст із вирощування культур на певних ділянках. термін «дрон». Багато прихильників комерційного використання безпілотних літальних апаратів віддають перевагу таким термінам, як «безпілотні літальні системи», довшій фразі, у якій відсутні словесні удар. Неважко зрозуміти чому: для багатьох слово «дрон» викликає в пам’яті військову техніку, літальні машини, які скидають бомби або шпигують за цілями згори.

Такі дослідники, як Хот, експериментують із різними способами використання дронів у сільському господарстві, перековуючи ці мечі на орала. Для виробників одним із найцікавіших застосувань дронів є зображення врожаю. Використовуючи дрони, оснащені мультиспектральними датчиками, фермери досліджують свою землю, знімаючи зображення, які показують такі речі, як родючість окремих ділянок ґрунту, кількість води, яку потребують посіви, тощо.

У минулому фермерам доводилося покладатися на супутникові зображення, щоб отримати такі детальні карти своєї землі, що було досить трудомістким процесом. Супутникове зображення часто включає 14-денні інтервали, сказав Хот Digital Trends, і проблеми можуть виникнути через хмарний покрив або інші фактори. З безпілотниками «ви можете отримати це, коли захочете, гіпотетично».

Цей швидкий поворот не просто зручний; у випадках, коли рослини уражені хворобами або шкідниками, це може бути різницею між збереженням урожаю або спостереженням за його загибеллю. У розмові з The Guardian, Салман Сіддікі, дослідник з Міжнародного інституту управління водними ресурсами, пояснює, як можна використовувати зображення, зроблені дроном, для виявлення хвороб та інших стресових факторів у рослин. «Фотосинтетична активність знижується, і це впливає на хлорофіл», — сказав він — і багатоспектральне зображення може виявити ці зміни на ранній стадії, до того, як проблеми стануть настільки різкими, що з’являться ознаки, які можуть виявити люди побачити.

Це тому, що хлорофіл, молекула, яка надає листю зелений відтінок, втягує видиме світло, відбиваючи при цьому велику кількість інфрачервоного світла. Коли рослина нездорова, вона відбиватиме більше видимого світла, що потрапляє на неї, і менше інфрачервоних хвиль. Інфрачервоне зображення може показати фермерам, чи їхні рослини відбивають аномальну кількість світла, провіщаючи їм про проблеми.

Сільське господарство, зустрічайте автоматизацію

Один із головних проектів Хота на даний момент зосереджений на зрошенні, експериментуючи з різним методи поливу та кількість води, а також використання зображень з дронів для відстеження подальшого здоров’я рослини. Візьмемо, наприклад, підповерхневе зрошення. Це процес, при якому трубки, з яких крапає ​​вода, розміщуються під поверхнею ґрунту, доставляючи воду безпосередньо до коренів культур. Хот і його команда регулюють розташування трубок, перевіряючи їх на 15 або 30 сантиметрів нижче поверхні виноградної лози.

Вони регулюють кількість води, що використовується в рамках своїх досліджень, і використовують зображення з дронів для картографування посівів, тестування, щоб побачити, чи можемо ми піднятися до 60 відсотків або 30 відсотків, і все одно рослина може рости та виробляти таку ж хорошу врожайність».

Khot також працює зі зрошенням над поверхнею, випробовуючи спринклери на низькій висоті (не вище ніж фут над поверхні) і переміщення спринклерів ближче до навісу, що має зменшити випаровування, яке відбувається під час руху води повітря.

Дослідження Хота можуть набути нового значення в міру розвитку зміни клімату. «У Вашингтоні в 2015 році ми зафіксували найвищу температуру за кілька років», — сказав Хот, що може бути результатом зміни клімату. Щоб підготуватися до спекотних років, Хот і його колеги-дослідники тестують різні сорти бобів пінто, щоб побачити, як вони реагують на різну кількість води. Це повинно допомогти їм визначити, які боби стануть кращою інвестицією для фермерів, якщо температура підніметься в майбутньому.

Не всі види використання безпілотників включають зображення. Один проект, який Хот описує, надзвичайно простий. Бажаючи поекспериментувати з більшою моделлю БПЛА, Yamaha RMAX — безпілотним гелікоптером, популярним у Японія для розпилення — Хот і його команда винайшли розумне вирішення проблеми, яка мучила Вашингтон фермери.

Вишні є однією з головних культур Вашингтона, і вони стикаються з тривожно поширеним шкідником: дощем. «Коли плоди вишні дозріли, у них високий вміст цукру, а шкірка стає дуже тонкою», — пояснює Хот. Коли дощова вода потрапляє на вишневі сади, вона може сісти на полог, і тонкошкірі вишні її вберуть. Коли вишні вбирають вологу, вони починають набухати і розколюватися.

Виробники черешні можуть спробувати мінімізувати шкоду від дощів, швидко збираючи врожай вишні або струшуючи гілки, щоб скинути частину води. Хот літав на RMAX на низькій висоті — від 35 до 50 футів — над фруктовими садами, щоб розсіяти воду з навісів. Це ефективніший спосіб, ніж струшування вишневих дерев вручну вручну або віялом — і набагато дешевше, ніж найняти пілота гелікоптера, щоб він приїхав і зробив це — але не надійний. «Фруктові сади тут, у штаті Вашингтон, не всі рівні; у нас похил, і тому щороку з цим трапляються аварії», — сказав Хот.

Більше, ніж просто літаючі роботи

Безпілотники виглядають перспективним інструментом для майбутніх фермерів, але вони не єдині приклади автоматизації, яка охопила аграрний світ. Роботизовані вусики поширюються на всі аспекти сільського господарства, вносячи холодний відтінок навіть у найінтимнішу частину дня фермера: доїння корів.

Машини, які керують процесом доїння, здаються виграшем для фермерів. Ручне доїння сьогодні рідкість — зрештою, кому хочеться годинами на день стискати коров’ячі соски та терпіти заздрісні погляди телят? — оскільки фермери вже багато років використовують машини для зціджування молока. Однак ці машини вимагали участі людини; фермерам досі доводилося прикріплювати чашки до сосків корови та стояти поряд, поки машини викачують молоко.

Завдяки сучаснішим технологіям процес доїння можна здійснити без навіть незначної участі людини. Удосконалені системи доїння дозволяють коровам підходити до доїльного робота, коли їм заманеться. Корова, навчена її господарем, стає на тарілку, яка ініціює процес доїння. Машина може розпізнавати корів за мітками, а також якщо конкретну корову не доїли протягом певного часу через деякий час машина почне працювати, дезинфікуючи вим’я та прикріплюючи присоски до сосків.

Весь процес зручний для фермерів, і нібито комфортний для корів. У розмові з BBC, фермер Роберт Вейч стверджує, що цей процес робить тварин щасливішими та продуктивнішими, кажучи: «Корови реагують на комфорт. У середньому він збільшився з 28 літрів до 36 літрів на день без істотного збільшення вартості корму».

Молочні ферми також не єдине місце, де автоматизація прижилася. Останнім часом він навіть почав вражати фруктові сади, які протягом багатьох років були надзвичайно стійкі до механізації. Донедавна збиранню фруктів вдавалося протистояти прогресу автоматизації, головним чином тому, що фрукти ніжні, а техніка може пошкодити врожай або дерева, на яких вони вирощуються. Випуск Migration News за 2011 рік стверджує, що більша частина збору яблук все ще виконується вручну, і що більшість робочого часу не витрачається збираючи яблука, а скоріше пересуваючи драбини, які використовувалися, щоб дістатися до них, і тягаючи мішки з продуктами назад і вперед. Як генеральний директор Abundant Robotics Ден Стір пояснив Digital Trends, «основна проблема полягає в тому, що фрукти важко побачити комп’ютерам, і вони делікатні. Дотепер не було можливо ні надійно ідентифікувати продукцію, ні автоматизувати збір урожаю, не пошкодивши продукцію».

Незважаючи на труднощі, інженери шукають способи зробити комплектування більш ефективним за допомогою автоматизації. Компанія Стіра працює над машиною для збору яблук; інша компанія «Енергід» побудував машину для збору апельсинів. Збирач яблук від Abundant Robotics використовує вакуумну трубку, щоб висмоктувати яблука з дерев, а робот для збирання апельсинів від Energid струшує фрукти з дерев і ловить їх.

Можливо, найбільш культовий сільськогосподарський транспортний засіб, трактор, переживає власну трансформацію. Автономні тягачі, напр Автономний концепт-кар Case IH, міг би замінити трактори, керовані людиною, на багатьох фермах. У витонченій машині немає навіть місця для водія. Він може рухатися заздалегідь визначеними маршрутами, запрограмованими його оператором, який може відстежувати рухи трактора та, якщо потрібно, змінити маршрут за допомогою програми для планшета. Трактор може навіть відчувати перешкоди на своєму шляху, зупиняючись, щоб уникнути зіткнення. Автономні виробники тракторів, такі як Нова Голландія навіть стверджують, що транспортні засоби з часом зможуть реагувати на зміни погоди.

Автономне сільськогосподарське обладнання — це не просто зручність, яка дозволяє фермерам розслабитися та потягнути каву, поки роботи виконують свою роботу. Це також не просто інструмент для скорочення витрат на робочу силу. Ці транспортні засоби можуть усунути обмеження людського тіла з традиційно виснажливої ​​галузі. Машини не піддаються ризику травми чи каліцтва, лише пошкодження, які можна відремонтувати. Ще більш інтригуючим є те, що сільське господарство може стати 24-годинним процесом, який не переривається ні темрявою, ні потребою спати.

Традиційний образ фермера як сидого чоловіка в куртці Carhartt, який мозолястими руками стискає кермо свого John Deere, може скоро зникнути в історії. На його місці чоловік із застібками, який керує парком машин за допомогою свого iPad, не виходячи з офісу.

Чи буде достатньо?

Усі ці нові технології вражають, але залишається питання: чи буде їх достатньо, щоб підтримувати зростання споживання? Продовольча та сільськогосподарська організація ООН оцінює, що, щоб прогодувати зростаюче населення світу, яке стає все більш урбаністичним, щорічне виробництво зерна потрібно збільшити до 3 мільярдів метричних тонн; виробництво м'яса необхідно буде збільшити до 470 млн метричних тонн. Це багато їжі.

Ситуацію ускладнює той факт, що сама технологія не визначає, скільки їжі з’їдає світ. На хвилі глобалізації торгівля переносить їжу через кордони та океани. Пшениця з Орегону потрапляє на млини в Азії, яловичина з Японії може опинитися на тарілці в Нью-Йорку. Навіть якщо окремі країни зможуть збільшити виробництво продуктів харчування за допомогою автоматизації, стан міжнародних торгових угод визначатиме, куди це піде. У світі, де націоналістична конкуренція здається зростаючою, а торговельні угоди стоять на хиткому ґрунті, глобальна мережа торгівлі продуктами харчування може кардинально змінитися.

З цих причин було б наївно робити висновок, що лише автоматизації сільського господарства буде достатньо, щоб врятувати нас. Проблема, з якою ми стикаємося, складна та багатогранна, і жодна окрема технологічна інновація сама по собі не змінить нашу долю. Але незважаючи на те, що в цій боротьбі не буде срібних куль, ми повинні втішитися тим, що автоматизація — це лише одна стріла в нашому технологічному сагайдаку. Однієї проривної ідеї чи креативного рішення буде недостатньо, але сотня з них може зробити свою справу — і якщо чогось у нас як виду в надлишку, то це креативних ідей.

Зрештою, минуле може бути найбільшим джерелом полегшення. Історія показує, що технології можуть допомогти нагодувати світ, тож у нас є всі підстави вважати, що вони зможуть робити це й у майбутньому.

Рекомендації редакції

• Оптичні ілюзії можуть допомогти нам створити наступне покоління ШІ
• Чи може суперкомп’ютер врятувати нас від коронавірусу? Ми поговорили з людиною, яка знає
• Кращий дрон-гонщик бере участь у першій сутичці між людьми та машинами
• Чекання свого часу: як безпілотники революціонізують боротьбу з голодом
• Провідний оксфордський дослідник говорить про ризики автоматизації для працевлаштування