Технологии: будущее сельского хозяйства.

Технологическая революция в сельском хозяйстве во главе с достижениями в области робототехники и сенсорных технологий, похоже, разрушит современную практику.

На протяжении веков, по мере того, как фермеры применяли больше технологий для достижения большей урожайности, вера в то, что «чем больше, тем лучше» стала доминировать в сельском хозяйстве, что делает маломасштабные операции нецелесообразными. Но достижения в области робототехники и сенсорных технологий угрожают разрушить сегодняшнюю модель агробизнеса. «У интеллектуальных роботов есть потенциал изменить экономическую модель ведения сельского хозяйства, так что становится возможным снова стать мелким производителем», — говорит инженер-робототехник Джордж Кантор из Университета Карнеги-Меллона в Питтсбурге, Пенсильвания.

Робототехника и сенсорные технологии XXI века способны решать проблемы,

столь же старые, как само сельское хозяйство. «Я считаю, что, перейдя на роботизированную сельскохозяйственную систему, мы сможем значительно повысить эффективность и устойчивость производства сельскохозяйственных культур», — говорит Саймон Блэкмор, инженер Университета Харпер Адамс в Ньюпорте, Великобритания. В теплицах, посвященных выращиванию фруктов и овощей, инженеры изучают автоматизацию как способ снижения затрат и повышения качества. Устройства для мониторинга роста овощей, а также роботизированные сборщики в настоящее время проходят испытания. Для животноводов технологии зондирования могут помочь в управлении здоровьем и благополучием их животных. И ведутся работы по улучшению мониторинга и поддержания качества почвы, а также для уничтожения вредителей и болезней, не прибегая к неизбирательному использованию агрохимикатов.

Хотя некоторые из этих технологий уже доступны, большинство из них находятся на стадии исследований в лабораториях и дочерних компаниях. «Производители крупной техники не вкладывают свои деньги в производство сельскохозяйственных роботов, потому что это идет вразрез с их текущими бизнес-моделями», — говорит Блэкмор. Такие исследователи, как Блэкмор и Кантор, являются частью растущего числа ученых, планирующих революцию в сельскохозяйственной практике. Если им это удастся, они навсегда изменят то, как мы производим еду. «Мы можем использовать технологии, чтобы удвоить производство продуктов питания», — говорит Ричард Грин, сельскохозяйственный инженер Harper Adams.

Нидерланды славятся эффективностью своих теплиц для выращивания фруктов и овощей

, но эти операции зависят от людей, которые собирают продукцию. «Люди по-прежнему лучше роботов, но при автоматической уборке урожая делается много усилий», — говорит Элдерт ван Хентен, инженер по сельскому хозяйству в университете Вагенингена в Нидерландах, который работает над сборщиком сладкого перца. Задача состоит в том, чтобы быстро и точно идентифицировать перец и не разрезать основной стебель растения. Ключ кроется в быстром, точном программном обеспечении. «Мы проводим глубокое обучение на машине, чтобы она могла быстро интерпретировать все данные с цветной камеры», — говорит ван Хентен. «Мы даже подаем данные с обычных уличных сцен в нейронную сеть, чтобы лучше их тренировать».

В Великобритании Грин разработал сборщик клубники, который, по его словам, может собирать фрукты быстрее, чем люди. Он использует стереоскопическое зрение с камерами RGB для захвата глубины, но это его мощные алгоритмы, которые позволяют собирать клубнику каждые две секунды. По оценкам Грина, люди могут выбирать от 15 до 20 минут. «Наши партнеры из Национальной физической лаборатории работали над проблемой в течение двух лет, но однажды провели мозговой штурм и, наконец, взломали его», — говорит Грин, добавляя, что решение слишком коммерчески чувствительно, чтобы делиться им. Он считает, что группы роботов под надзором могут вступить в дело сборщиков клубники примерно через пять лет. Университет Харпера Адамса рассматривает возможность создания дочерней компании для коммерциализации этой технологии. Большое препятствие для коммерциализации, однако, По словам ван Хентена, производители продуктов питания требуют роботов, которые могут собирать все виды овощей. Например, разнообразие форм, размеров и цветов томатов затрудняет их сбор, хотя уже есть робот для удаления нежелательных листьев с растений.

Еще одно ключевое место для повышения эффективности — это сроки. Выбор слишком рано расточителен, потому что вы пропускаете рост, но выбор слишком поздно сокращает недели хранения. Инженер точного земледелия Мануэла Зуде-Сассе из Института сельскохозяйственного машиностроения и биоэкономики им. Лейбница в Потсдаме, Германия, прикрепляет датчики к яблокам для определения их размера и уровня содержания пигментов хлорофилла и антоцианина. Данные поступают в алгоритм для расчета стадии разработки, и, когда настало время для сбора урожая, производители уведомляются с помощью смартфона.

До сих пор Zude-Sasse поставил датчики на груши, цитрусовые, персики, бананы и яблоки. Она собирается начать полевые испытания позже в этом году в коммерческой оранжерее томатов и яблоневом саду. Она также разрабатывает приложение для смартфонов для производителей вишни. Приложение будет использовать фотографии вишни, сделанные производителями, чтобы рассчитать темп роста и показатель качества.

Выращивание свежих фруктов и овощей

— это поддержание высокого качества при минимальных затратах. «Если вы можете планировать сбор урожая для оптимального развития фруктов, то вы можете получить экономическую и качественную выгоду», — говорит Зуде-Сассе.

По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций, 20–40% мирового урожая теряется каждый год из-за вредителей и болезней, несмотря на применение около двух миллионов тонн пестицидов. Интеллектуальные устройства, такие как роботы и беспилотники, могут позволить фермерам сократить использование сельскохозяйственной продукции, обнаружив врагов сельскохозяйственных культур раньше, например, для точного применения химикатов или удаления вредных организмов. «На рынке требуются продукты с меньшим количеством гербицидов и пестицидов и более высоким качеством», — говорит Ред Уиттакер, инженер-робототехник из Carnegie Mellon, который в 1997 году разработал и запатентовал автоматизированную систему наведения для тракторов. «Эту задачу могут решить роботы».

«Мы прогнозируем, что дроны, установленные с RGB или мультиспектральными камерами, будут взлетать каждое утро до того, как фермер встает, и определять, где в поле есть вредитель или проблема», — говорит Грин. Как и видимый свет, эти камеры смогут собирать данные из невидимых частей электромагнитного спектра, которые могут позволить фермерам точно определить грибковое заболевание, например, до того, как оно будет установлено. Ученые из Карнеги-Меллона начали тестировать теорию сорго, основного продукта во многих частях Африки и потенциального урожая биотоплива в Соединенных Штатах.

Agribotix, сельскохозяйственная компания по анализу данных в Боулдере, штат Колорадо, поставляет беспилотные летательные аппараты и программное обеспечение, которые используют изображения, близкие к инфракрасному, для картирования участков нездоровой растительности на больших полях. Изображения также могут выявить потенциальные причины, такие как вредители или проблемы с орошением. Компания обрабатывает данные о беспилотниках с более чем 50 стран. В настоящее время он использует машинное обучение для обучения своих систем различению культур и сорняков и надеется подготовить эту возможность к вегетационному сезону 2017 года. «Мы сможем пинговать производителей с предупреждением о том, что вы выращиваете сорняки на своем поле, здесь и здесь», — говорит ученый-уроженец Джейсон Бартон, руководитель Agribotix.

Современные технологии, которые могут автономно уничтожать вредителей и лучше предназначаться для сельскохозяйственных химикатов, уменьшат сопутствующий ущерб дикой природе, снизят устойчивость и сократят затраты. «Мы работаем с компанией по производству пестицидов, которая стремится наносить с воздуха дрон», — говорит Грин. По его словам, вместо того, чтобы распылять целое поле, пестицид может быть доставлен в нужное место в необходимом количестве. Потенциальное сокращение использования пестицидов впечатляет. По данным исследователей из Австралийского центра полевой робототехники Сиднейского университета, при целенаправленном опрыскивании овощей использовалось 0,1% от объема гербицида, используемого при обычном опрыскивании. Их опытный робот называется RIPPA (робот для интеллектуального восприятия и точного применения) и стреляет в сорняки направленной микродозой жидкости. Ученые из Harper Adams идут еще дальше, тестирование робота, который полностью уничтожает химикаты, подрывая сорняки рядом с культурами с помощью лазера. «Камеры определяют точку роста сорняков, а наш лазер, который является не более чем концентрированным источником тепла, нагревает его до 95 ° C, поэтому сорняк либо умирает, либо дремлет», — говорит Блэкмор.

В апреле исследователи из Harpers Adams начали эксперимент по проверке концепции с гектаром ячменя. «Мы планируем выращивать и собирать весь урожай от начала до конца, чтобы люди не выходили на поле», — говорит Грин. В эксперименте будут использоваться существующие машины, такие как тракторы, которые были сделаны автономными, а не новые роботы, но их цель — использовать программное обеспечение, разработанное в ходе этого испытания, в качестве мозга для специальных роботов в будущем. «Роботы могут способствовать новому способу ведения сельского хозяйства», — говорит Ван Хентен. Многие из этих прорывных технологий могут быть еще не готовы к прайм-тайму, но революция приближается.