К 2050 году число жителей на планете вырастет до 9,7 млрд человек. Все они будут нуждаться в пище, причем в высококачественной, так как благосостояние общества также возрастет. Чтобы прокормить такое количество людей, сельское хозяйство должно радикально измениться и стать в меньшей степени хозяйством, а в большей степени - масштабным производством. Добиться этого позволят новые технологии, которым The Economist посвятил обстоятельный лонгрид. “Хайтек” отобрал самые интересные тенденции и явления - от дронов и светодиодов до фарм-менеджмента и роботов-сборщиков урожая.
Датчики и счетчики
Сегодня уже существуют умные системы для ухода за растениями — они автоматически поливают и удобряют всходы, учитывая каждый нюанс.
Так, например, работает система выращивания миндаля. Датчики увлажнения, расположенные по всему периметру миндальной рощи, постоянно анализируют почву. Результаты передаются в облачное хранилище, обрабатываются и направляются в систему ирригации с капельными лентами. Каждые полчаса строго определенное количество воды при необходимости смешанное с подходящей дозой удобрений проходит через капельные ленты, напитывая миндальные деревья.
Эта технология, которая экономит до 20% воды, попадает под понятие умного фермерства — системы точного расчета посадки, полива, удобрения и сбора урожая с использованием компьютерных систем.
Современные датчики также анализируют состав почвы и прогнозируют ее плодородность, степень насыщения влагой и удобрениями.
GPS-навигация
Системы GPS навигации позволяют узнать точное местоположение тракторов и другой сельскохозяйственной техники вплоть до сантиметров. Благодаря этому техника не возделывает одни и те же отрезки земли несколько раз и не пропускает важные зоны, что раньше происходили повсеместно. Такой подход позволяет сократить затраты на топливо до 40%, а также более эффективно использовать удобрения, гербициды и пестициды.
С помощью GPS на многих фермах уже составляются карты урожая, на которых показано, какие отрезки земли более эффективны и продуктивны, а точная картографическая съемка дает понимание того, как вода воздействует на тот или иной участок земли.
Самолеты и дроны
Чтобы собрать данные о своих угодьях, фермеры также используют небольшие самолеты. ЛА измеряют площадь урожая и отличают посевы от сорняков. Технология полиспектрального анализа исследует, как растения впитывают и отражают солнечный свет с разной длиной волн. На основе этих сведений можно определить, какие растения процветают, а какие нет.
Полиспектральные камеры бывают настолько точными, что могут делать снимки отдельных растений, что позволяет еще больше повысить продуктивность.
Многие компании внедряют в сельское хозяйство квадрокоптеры и другие виды БПЛА. Современные фермеры даже используют спутники. Например, Planet Labs полагается на нашумевшие мини-сателлиты CubeSats, которые легко запускать на орбиту и так же легко выводить из эксплуатации. Компании иногда получают доступ к архивам спутниковых данных и могут изучить, как менялись отдельные поля и участки земли с течением времени, сколько биомассы они производили из года в год, а затем сравнить эти данные с современными показателями.
Системы фарм-менеджмента
Подключенные фермы сегодня — обычное дело. Целый ряд стартапов предлагает системы управления сельскохозяйственными делами в разном формате: в виде кооперативного банка анонимизированных данных, в виде стандартной менеджмент-системы или в виде специализированных программ, например, для управления сбором винограда.
Все эти проекты позволяют ценным данным, полученным от датчиков, спутников и других источников, не пропадать впустую, а приносить пользу и повышать продуктивность и производительность.
Роботы для урожая и ухода
Разработанный в Сиднейском университете робот RIPPA на солнечной энергии находит сорняки и ловко их уничтожает, используя тщательно отобранные дозы пестицидов.
Rowbot Systems работает над устройством, которое сможет самостоятельно перемещаться в маисовом поле и подбрасывать удобрения там, где это необходимо, не повреждая при этом хрупкие всходы.
Появляются и роботы-сборщики урожая. Например, SW6010 от AGROBOT с помощью камеры распознает спелые ягоды клубники и собирает только их.
В целом, в ближайшее десятилетие ожидается настоящий робототехнический бум, который затронет и сельское хозяйство.
Светодиоды
LED-лампочки стали настолько дешевыми и эффективными, что закрытые теплицы постепенно оказываются более выгодными, чем открытые сады и огороды. Растения выращивают в супермаркетах, на складах и даже в подвалах. Британский стартап Growing Underground выращивает 20 видов салата под землей на территории сохранившихся после Второй мировой войны бомбоубежищ.
Яркость освещения, поступающего от светодиодов, легко можно регулировать, как и другие показатели, например, температуру и влажность.
Распространение получают и вертикальные фермы, которые тоже выходят за рамки привычных теплиц и посадок и могут адаптировать под различные пространства.
Фенотип как ключ к совершенству
Оптимизация фенотипа растений также творит чудеса. Ученые пытаются максимально точно сымитировать условия произрастания различных культур, чтобы воспроизвести сами культуры.
Калеб Харпер, ученый из Медиалаборатории МТИ, совместно с коллегами разрабатывает «Персональный пищевой компьютер». Это устройство позволит управлять освещением, уровнями CO2, влажностью, температурой воздуха и почвы, а также качествами воды, поступающей через почву к корням, и другими химическими характеристиками.
За условиями развития растения будут непрерывно наблюдать веб-камеры, которые подключены к специальному ПО. По цвету и форме листьев они определяет степень роста, а специальные датчики выявят зоны активного фотосинтеза — этим процессом, кстати, ученые тоже постепенно учатся манипулировать. Технологии даже позволяют регулировать вкусовые свойства культур. Несколько десятков «Персональных пищевых компьютеров» уже есть на рынке, а 100 других готовится к выпуску.
Генетические эксперименты
Фермы все больше напоминают фабрики, в которых все процессы отлажены, а продукты защищены от любых капризов природы. Знание особенностей ДНК растений, ее последовательности совершенствует процесс селекции. Больше не нужно выращивать растения до полного созревания, чтобы понять, удалось ли добиться нужных характеристик. Достаточно лишь изучить геном.
Конечно, генетическую модификацию сдерживает недоверие общественности и этические проблемы. При этом за последние десятилетия так и не было доказано, что употребление в пищу ГМО-продуктов негативно отражается на здоровье.
Технологии редактирования ДНК не стоят на месте — сегодня можно заменить или удалить буквально один нуклеотид. Такой подход больше похож на естественную мутацию, на основе которой строится селекция.
Не стоит забывать и о технологии «генетических ножниц» CRISPR/Cas9, которая в перспективе позволит редактировать геном растений и защищать их от вирусов и паразитов.
Животные: контроль и модификация
Крупный рогатый скот уже не носит на шее колокольчики — на смену им пришли умные датчики. Один из таких примеров — Smartbell, который отслеживает двигательную активность животного и передает данные в облачное хранилище. Датчики движения также позволяют понять, готова ли корова к осеменению.
Некоторые устройства устанавливают прямо в первый отдел желудка — так называемый рубец, где измеряют кислотности и даигностируют проблем с ЖКТ.
Ученые также используют генетическую модификацию, чтобы сделать животных более безопасными. Например, выводят голштинских коров без рогов. Изменение генов также применяют, чтобы создать у свиней иммунитет к африканскому свиному гриппу.
Фермеров становится все меньше
Но главный признак прогресса — это тот факт, что с землей сегодня работает все меньше людей. Их работу теперь выполняет специальная сельскохозяйственная техника, системы распространения удобрений и агрохимикатов, роботы, дроны и другие устройства.
В 1900 году 41% рабочей силы в Америке работал на фермах, а сегодня этот показатель составляет лишь 2%. И постепенно эта тенденция приходит в другие страны, даже в страны третьего мира.