giovanni1313

Category:

Вести с полей

Сельское хозяйство в футуристических прогнозах обычно трансформируется в «растительные фабрики» - индустриализованные комплексы с искусственным климатом, освещением, почвой и поливом. Часто такие фабрики имеют вид «вертикальных ферм» - многоярусных конструкций, каждый этаж которых представляет собой «плантацию» культурных растений.

Будущее ближе, чем кажется — стартапы, использующие идею «вертикальной фермы», уже получают нешуточные объемы финансирования. В 2017 в эту тему инвесторы вложили 271 млн. долларов (2016 — 36 млн.). Интерес к «растительным фабрикам» начали проявлять такие венчурные «мастодонты», как Softbank Vision Fund и Innovation Endeavors. Поддержанная ими компания Plenty планирует построить до 300 комплексов в китайских городах, каждый суммарной площадью от 1 до 4 гектаров.

Однако при всей притягательности концепта из будущего, агропроизводство на «растительных фабриках» пока не может полностью заменить традиционное земледелие. Основная проблема — большая стоимость создания таких комплексов и существенные затраты на их работу. Ярусная система требует применения конструкционных материалов, искусственный климат — внешних стен, специального оборудования и затрат на обогрев/кондиционирование воздуха, лампы освещения — электроэнергии, и т. д. В итоге система оказывается выгодной только для высокомаржинальных сельхозпродуктов, и особенно для тех, что имеют короткий срок хранения (например, зелень).

В то же время традиционные сельхозугодья готовы к полевым работам без дорогостоящих вложений, а солнечный свет, тепло и дождевая влага абсолютно бесплатны для фермера. Более того, на загнивающем Западе фермерским хозяйствам еще и приплачивают за обработку земли: так, в ЕС сельскохозяйственные субсидии составляют 200-500 евро/гектар.

Условия шикарные — и пренебрегать ими ради глянцевых футуристических концептов было бы глупо. К счастью, будущее постепенно наступает и здесь. Имя этому будущему — Вторая Эра Машин.

Первая Эра Машин (начало 20 века) вылилась в аграрную революцию: механизация в десятки раз повысила производительность сельскохозяйственного труда. Это освободило миллионы рабочих рук, что резко ускорило урбанизацию и в итоге радикально изменило облик современного общества. Умные машины Второй Эры начинают новую волну революции. Широкомасштабную волну, которую уже не остановить.

Чтобы оценить масштаб волны, мы вновь обратимся к универсальному индикатору, позволяющему легко разграничить футуристические фантазии и реальный прогресс: деньгам. В 2016 мировой рынок сельскохозяйственных роботов составлял около 3 млрд. долларов. Ожидается, что через 6 лет он вырастет до 11 млрд.  

Кратный рост ждёт и «горячую» область ИИ. Рынок технологий искусственного интеллекта в сельском хозяйстве к 2025 может составить 2,6 млрд. долларов... Однако «голые цифры» нынешних и будущих миллиардов выглядят суховато. Чтобы лучше понимать не только масштаб, но и широту, давайте посмотрим на конкретных, воплощенных в металле и пластике представителей стороны, безоговорочно побеждающей в новой революции.

...Символом предыдущей аграрной революции стал трактор. Эта универсальная машина продолжит свою службу на полях. Но с одним важнейшим новшеством: на нем больше не будет восседать тракторист-механизатор. Автономия является важнейшей чертой нового поколения машин. Уже в ближайшем будущем крутить «баранку» и дергать рычаги сельхозтехники человеку не придётся.

Последние пару лет на тематических выставках главным объектом внимания публики становятся прототипы беспилотных машин. Например, вот такого красавца в 2016 презентовала компания Case IH:

Прототип носит скучное название ”Autonomous concept vehicle”(ACV). Машина упакована радаром, лидаром, камерами и другими сенсорами покруче вашей «Теслы» и способна координировать свою работу на поле с другими подобными тракторами. Конечно, это не единственный прототип: почти все сколь-нибудь значительные производители сельхозтехники разрабатывают подобные машины. Вот вариант от New Holland:

На фото мы видим, о ужас, кабину! Хорошо, что они паровой котёл не оставили! Представители компании оправдывают подобный анахронизм соображениями гибкости. Добавим, что трактор с человеком внутри может без проблем передвигаться по дорогам общего пользования — полностью автономной машине для этого потребуется пройти длительную и сложную процедуру сертификации.

Сколько займет путь от концепта до массового производства таких тракторов? Case IH говорит о том, что модель может выйти на рынок через 5 лет. И это довольно оптимистичная оценка. Совершенствование технологий автономии дается непросто. Достаточно взглянуть на прогресс в соседней, более известной индустрии — беспилотных автомобилей. Но если, скажем, в Nvidia над этой темой работает более 500 человек, многие из которых — топовые спецы, то какой-нибудь «Джон Дир» такого себе позволить не может. Да, перед автомобильной автономией стоят более сложные задачи: плотный трафик, пешеходы, высокие скорости... Но и роботизация сельхозтехники имеет свои вызовы: та же координация между машинами или, например, большая запыленность воздуха во время работы.

Пять уровней автономии, сельхоз-edition

Программирование роботрактора пользователем пока требует наличия технических навыков. В частности, координаты поля должны быть точно размечены при помощи системы спутниковой навигации. Интерфейсы взаимодействия робота и фермера пока не слишком проработаны — дело до этого еще не дошло, да это и не самая сложная задача. В будущем наверняка появятся целые интегрированные платформы для агробизнеса, связывающие воедино разные виды робототехники, каналы связи, локальные и глобальные данные.  

Преодоление технологических проблем сулит аграриям очень существенные выгоды. Одна из самых главных — скорость. Дело в том, что работы на полях должны проводиться в сжатые сроки. Особенно критично это для уборки зерновых, где погода за пару недель может превратить хороший год в катастрофический.

Комбайнеры в этот период работают до 14 часов в день — это практически физиологический предел для человека. Автономная техника может работать все 24 часа — ночью лидар видит не хуже чем днем, и перерывы понадобятся только на дозаправку. Менее «напряженные» виды работ вроде вспашки дадут еще больший фактический прирост от перехода на круглосуточный режим. В итоге машина с идентичной мощностью и навесным оборудованием может за сезон обработать в 1,5-2,5 раза большую площадь.

Ряд других факторов также повышает эффективность машин нового поколения. Более точное пилотирование позволяет избежать пропущенных или обработанных дважды полос земли. Кроме того, машина будет ехать точно по колее, минимизируя повреждение растений и почвы в непосредственной близости от нее. И всё это — при более быстром движении, что дополнительно повышает суточную производительность.

Впрочем, пока рост производительности остаётся отдаленной целью, и пилотные проекты находятся на стадии «подтверждение концепта». Концепт уже можно считать подтвержденным: в прошлом году британская команда ”Hands Free Hectare” успешно завершило уборку ярового ячменя на поле, где за весь сезон не появлялся ни один человек.

Тот самый гектар

Проект носил экспериментальный характер и спонсировался профильным университетом Харпера Адамса. Бюджет составил 200 тысяч фунтов стерлингов. На эти деньги у команды получилось купить и доработать до «автономки» всю необходимую технику, в том числе небольшой трактор (большому на поле в 1 га делать нечего) и несколько дронов. Один из дронов был наземным и при стоимости на 6 порядков меньше занимался тем же, чем и марсоход «Кьюриосити»: брал образцы почвы на анализ.

Завидуй, НАСА!

Результаты: 45 центнеров зерна, наработанная практика и продолжающие совершенствоваться технологии. Проект не закончен: сейчас на экспериментальном поле подрастает озимая пшеница, также посеянная роботами.

Технологиям есть куда совершенствоваться. Приход умных роботов на поля является необходимым условием развития так называемого точного земледелия (precision agriculture). В отличие от старых подходов, где работы велись без разбора, «по площадям», новый метод позволяет учитывать конкретные особенности почвы и посевов в той или иной области поля. В пределе - с точностью до квадратных сантиметров и отдельных растений.

Например, умная сеялка автоматически определяет уровень влажности и плотность почвы и в соответствии с этим регулирует глубину заделки семян. Аналогично может учитываться минеральный состав почвы и вертикальный уклон для подстройки густоты посадки.

Одним из главных инструментов точного земледелия становится аэрофотосъемка, осуществляемая также силами автономных дронов. Современные сенсоры позволяют получать информацию в разных диапазонах: оптическом, ближнем и тепловом инфракрасном и т. п.

Комплексная обработка полученных данных позволяет получить большое количество важнейшей информации. Это оценка густоты растительного покрова и степени его здоровья, динамика роста посевов, контроль степени спелости, прогнозирование урожайности, карты распространения сорняков и вредителей, влажность и другие характеристики почвы, и многое другое. Подобные же техники могут использоваться и в выпасном животноводстве — для составления оптимального маршрута перемещения стад, а также контроля состояния заграждений. Всё это вкупе с низкой ценой объясняет быстрое распространение дронов: в США ими уже пользуется 40% фермеров, в Японии — 70%.

Нет, это не прототип нового стелс-бомбардировщика от Нортроп-Грумман. Это многоцелевой дрон с экзотическим для русского уха названием eBee. Размах крыльев 1,1 метра, запускается с руки.

Разрешение аэрофотосъемки сейчас составляет 4-5 кв. см. на пиксель — по сути, достигнутого уже хватает для рабочего применения концепции точного земледелия. Как видим, его основой являются данные — что хорошо вписывается в современные тренды развития экономики. Более того, данные в сельском хозяйстве видятся более важными, чем, скажем, в промышленности 4.0. Ведь в последнем случае речь идет о стандартных процессах обработки и контролируемом окружении, в то время как в с/х условия куда более разнообразны и требуют постоянной подстройки.

Прогноз объема данных, в среднем ежедневно генерируемых одной фермой

Должны ли агрономы будущего быть еще и специалистами по data science? Очевидно, что объем данных, используемых в точном земледелии, на несколько порядков превосходит то, чем оперировали представители этой профессии ранее. Но можно поставить вопрос и по-другому: нужны ли вообще будут в точном земледелии агрономы? Кит Франклин, руководитель проекта Hands Free Hectare, убежден, что нужны. Я же не вижу причин, по которым работу агрономов на местах в будущем не заменит продвинутый алгоритм. Более того, уровень развития сегодняшних алгоритмов для этого уже достаточен.  

Однако вернемся с цифровых «небес» на землю и посмотрим, как выглядит «точная» роботизированная борьба с сорняками. Раньше приходилось применять «оружие массового поражения»: обрабатывать всю площадь поля гербицидами. Это немалая нагрузка на экологию и повышенный риск для здоровья потребителей. Альтернатива выглядит вот так:

Это Bonirob, робот размером с легковушку, созданный компаний Deepfield Robotics. Bonirob вооружен палкой и несколькими камерами. Технологии машинного зрения позволяют ему отличать культурные растения и сорняки. Последние робот безжалостно давит своим орудием — примитивно, но эффективно.

Хотя, надо признать, некоторая монструозность с точки зрения выполняемых задач в Bonirob имеется. Вот еще две модели, которые несомненно вызовут приступ умиления у «зеленых» активистов:

RIPPA

Судите сами: оба робота несут на себе солнечные панельки, да и по массогабаритным характеристикам они смотрятся адекватнее. А вторая машина и вовсе имеет в названии слово  ”eco” - в нынешние времена это чуть ли не самый главный selling point. К слову, Ecorobotix весьма близок к коммерциализации — старт продаж намечается на конец этого года.  

Использование солнца в качестве источника энергии имеет свои плюсы и минусы. С одной стороны, время работы ограничивается световым днем. С другой стороны, уменьшаются сложности с обслуживанием робота — не нужно организовывать процесс зарядки.

Для устранения сорняков Ecorobotix использует точечное опрыскивание гербицидом. Такой же способ выбрали и некоторые другие компании, но в схеме навесного оборудования. Это позволяет избежать проблем с автономией, и, что немаловажно, позволяет удешевить установку.

Другие применения подобных агрегатов, снабженных машинным зрением — это автоматическое прореживание посевов и борьба с насекомыми-вредителями. А этот робот занимается обрезкой винограда:

Wall-Ye

Роботизация проникает и в сферу выращивания таких культур, где раньше работа машин казалась труднопредставимой. Как пример — клубника. Достаточно ли расторопны нынешние роботы, чтобы обращаться с деликатной ягодой?

Машина от Harvest CROO Robotic

Не волнуйтесь: эта громадная железяка работает не хуже 30 человек-сборщиков. «Люди тоже портят немало ягоды во время ее сбора и упаковки», - открывает секрет Гэри Вишнацки, клубничный магнат и один из сооснователей фирмы-разработчика.

Разработчики из Израиля FFRobotics настроены еще более решительно. «Проблема: в одних только США с деревьев собирается 4,2 млн. тонн яблок. На дворе 3-е тысячелетие — а 100% сбора идёт вручную!» Решение «проблемы» израильтяне видят так:

Решение должно обеспечить скорость работы в 10 раз выше человеческой, а также научиться собирать, помимо яблок, груши, персики, цитрусовые и прочие манго. FFRobotics планирует начать продажи робота в конце 2018 - начале 2019. Пожелаем им удачи — ведь конкуренцию в этой области им уже составляет контора Abundant Robotics, и не исключено появление других стартапов.

Всплеск интереса к фруктово-ягодным роботам в США неслучаен и имеет политические и экономические объяснения. Начнем с того, что Калифорния является «житницей» Соединенных Штатов, обеспечивая примерно половину американского рынка свежих овощей, фруктов и орехов. И уже не меньше столетия для сельхозработ, особенно сезонных, там привлекаются в основном иммигранты из Латинской Америки. После победы на выборах Трамп, как и обещал, дал команду «фас!» миграционным службам. И те резко активизировали рейды на нелегалов. Рабочих рук в аграрном секторе стало не хватать.

Еще один фактор — повышение минимальной зарплаты в штате. С 1 января 2018 она выросла до 11 долларов в час ($10,5 для малого бизнеса), и план по ее приведению к уровню $15/час в 2022 г. пока выполняется неукоснительно.

Минимальная заработная плата в штате Калифорния

Аграриям ничего не остаётся, кроме как, кроя неласковыми эпитетами ксенофобию и социализм, делать ставку на машины. Специализированный комбайн стоит несколько сот тысяч долларов, и автономия в перспективе только увеличит ценник. Однако производители уверяют, что благодаря высокой производительности машины могут окупиться всего за год работы. Перспектива роста зарплат почти на 30% делает их еще более конкурентоспособным решением.

Примерно те же самые факторы мы видим и в соседней области — животноводстве. Разве что здесь революция больше похожа на эволюцию: постепенное устранение человека из рабочих процессов идет более плавно, без резких скачков. А вектор тот же. Давайте и здесь дадим пару иллюстраций.

Вот роторная доильная система DairyProQ, которая обеспечивает полностью автоматическую подготовку, надевание приемного устройства и его снятие, и выпроваживание коровы вон по окончании процесса. Уже внедряются и роботы-уборщики навоза.

А это одна из крупнейших птицефабрик в Азии, расположенная неподалеку от Пекина. Роботы (один из них виден на заднем плане) выполняют здесь целый ряд задач, включая обнаружение и удаление мертвой птицы. В итоге на одного человека-работника здесь приходится 168 тысяч кур.

Пожалуй, примеров достаточно. Достаточно, чтобы понять: будущее ближе, чем кажется. И момент, когда люди вовсе перестанут быть необходимы на полях и на фермах, тоже не так далёк, как мы привычно считаем. 

Десять тысяч лет назад первая сельскохозяйственная революция — неолитическая революция — создала и поля, и само понятие человеческого труда. Нынешний этап революции убирает человеческий труд с полей. Пока — только с полей. Спираль Универсальной истории завершает свой очередной гигантский виток...

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your IP address will be recorded