Чтобы понять масштабы проблемы, достаточно представить Африку к югу от Сахары в 2047 году. Климат изменился ― в регионе затяжная засуха, неурожаи стали массовыми, цены на зерно бьют рекорды. Очереди за гуманитарной помощью растянулись на километры. И эта картина ― не апокалиптический сценарий отдельных стран, а вполне вероятное будущее, которое ждет человечество, если мы не найдем радикально новых путей производства пищи.
К 2050 году на планете будет жить почти 10 млрд человек. Современные климатические модели достаточно точны, однако климат все чаще преподносит сюрпризы: засухи и наводнения накрывают регионы, где продукты питания выращивались десятилетиями, внезапные весенние заморозки уничтожают плодоносящие сады в других частях планеты, там, где непогода обошла сельскохозяйственные угодья стороной, наступают полчища вредителей. И это еще не все. Плодородные земли деградируют, вода становится дефицитным ресурсом, фермеры стареют, а молодое поколение идет работать в эту сферу неохотно.
Как накормить население планеты в условиях нарастающего кризиса? Ответ, который все чаще звучит из лабораторий и передовых хозяйств, парадоксален: чтобы спасти человечество от голода, на поля должны выйти автономные машины и роботы. Современные решения ― это уже не какая-то технологическая диковинка, а точные эффективные «работники». В этой статье мы попробовали разобраться, как изменится производство пищи к 2050 году.
Почему привычных подходов уже недостаточно?
Традиционное сельское хозяйство неспособно противостоять глобальным вызовам современности. Растущее население планеты невозможно накормить только за счет распашки новых земель или повышения роста урожайности существующих сельскохозяйственных угодий, которые к тому же страдают от изменения климата. Экстремальные погодные явления учащаются: засухи убивают посевы, наводнения смывают плодородный слой, а неожиданные заморозки губят сады. Традиционные календари посева и уборки теряют актуальность.
Параллельно истощаются критически важные ресурсы. Сельское хозяйство потребляет большую часть доступной пресной воды, и ее не хватает. Плодородные земли деградируют из-за эрозии, засоления и урбанизации. К тому же не хватает рабочих рук: сельское население стареет, молодежь уезжает в города, а труд сезонных рабочих становится все более дорогостоящим.
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации объединенных наций (FAO), от 20 до 40% мирового урожая теряется из-за вредителей и болезней. Добавим сюда неоптимальную уборку и хранение, и потери будут еще выше. Старые методы, основанные на широкомасштабном применении ресурсов (воды, удобрений, пестицидов) и тяжелом ручном труде, уже не просто неэффективны ― они становятся неустойчивыми и угрожающими продовольственной безопасности планеты. Для качественных изменений нужна точность, способность быстро адаптироваться к изменениям и беспрецедентная эффективность производства пищи. Здесь и вступают в игру роботы.
Автоматизированное будущее сельского хозяйства
Футуристичные картины полей, на которых работают полчища роботов, постепенно становятся реальностью. И это не замена человека на «железных фермеров», а принципиально новый уровень управления агропроцессами. Спутники, коптеры и множественные сенсоры в почве собирают данные, роботы выступают исполнителями, а всем этим «оркестром» дирижирует современный фермер, который сидит перед мониторами в кондиционируемом помещении.
Самые интересные специалисты сейчас появляются на стыке: агрономы, которые умеют читать код, и инженеры, понимающие, как растет пшеница. Уже есть запрос на операторов роботов, зоотехников, умеющих анализировать видео из коровника, специалистов по агроданным. Мы, например, обучаем студентов работать с системами компьютерного зрения в контексте сельского хозяйства — и это уже не экзотика, а просто новая реальность.
Что действительно обнадеживает — так это развитие систем компьютерного зрения. Эти технологии первыми выходят в эксплуатацию, потому что у них высокий уровень доверия. Человек может глазами перепроверить результат. Это психологически важно: фермеру нужно понимать, что ИИ не «угадал», а «увидел».
В полях уже сейчас работают:
- автономные тракторы и другая техника ― они отвечают за подготовку почвы, посев и другие операции 24 часа в сутки, экономят топливо и минимизируют уплотнение почвы;
- роботы для ухода за посевами ― вместо тотального опрыскивания полей гербицидами роботы с компьютерным зрением находят и уничтожают сорняки лазером или механическим способом, вносят удобрения и пестициды ― только туда и столько, сколько нужно конкретному растению;
- роботы для мониторинга ― коптеры сканируют поля с воздуха, выявляя проблемы по спектральным изображениям еще до того, как они станут видны человеческому глазу;
- роботы для сбора урожая ― пока еще редко где, но уже сейчас роботизированные манипуляторы с системами ИИ аккуратно снимают ягоды, фрукты и овощи, определяя спелость по цвету, размеру и текстуре, а автономные комбайны работают в оптимальное время суток;
- многочисленные сенсоры собирают данные о почве и воздухе, помогают фермерам следить за состоянием растений, позволяют прогнозировать урожайность.
Роботы не устают, и их можно запускать ночью — это значит, что тяжелую работу можно сместить с полуденной жары. Это снижает риск травматизма. А еще робот ведет объективный учет. Мы видим не то, что «кажется», а то, что есть на самом деле. В условиях, где важна каждая тонкость, это бесценно.
Многое в последние годы вызывает профессиональное восхищение. Но один пример запал особенно — как компания Dyson подошла к выращиванию клубники. Они собрали целую команду инженеров и сделали автоматизированную платформу, которая буквально «заботится» о растениях — с датчиками, манипуляторами и алгоритмами, регулирующими микроклимат. При этом все работает в закрытом помещении, почти как медицинская лаборатория, и обеспечивает урожай вне зависимости от погоды и сезона. Меня поразила не столько сама робототехника, сколько то, с каким уровнем технологичности и внимания к деталям она реализована.
Но еда для людей производится не только в поле. В животноводстве робототехника также становится более точной заменой человеку и облегчает физический труд.
Мы тестируем систему на базе робособаки, которая автономно перемещается по ферме и с помощью компьютерного зрения анализирует форму и положение повесов у коров. Это важно для диагностики ряда состояний животных, особенно при хромоте или перегрузке конечностей. Главный плюс в том, что все происходит без стресса для животного, данные собираются регулярно, и самое главное — они объективны.
Преимущества, которые дают роботы
Какими достоинствами обладают автоматизированные системы? Прежде всего, это невероятная точность, минимизация затрат ресурсов (воды, удобрений, пестицидов), как следствие ― снижение экологической нагрузки.
Также люди получают повышение урожайности за счет создания оптимальных условий для каждого растения и раннего выявления проблем. Цифровые двойники поля позволяют постоянно анализировать поток объективных данных для анализа состояния посевов в реальном времени и оптимизации посадок. В будущем работы смогут работать в сложных условиях: не только в теплицах, но и на крутых склонах и даже под водой.
Автономные фермы под водой, где роботы выращивают белковые водоросли без участия человека, ― это пока звучит фантастически, но фундамент для этого уже закладывается.
«Темная сторона» автоматизации
Несмотря на огромный потенциал, путь к повсеместному внедрению сельскохозяйственных роботов не так прост. У роботизированных систем есть ряд недостатков, порождающих проблемы, которые еще только предстоит преодолеть:
- высокая начальная стоимость разработок и итоговых систем ― цена сложных роботизированных систем пока неподъемна для большинства мелких и средних ферм, особенно в развивающихся странах;
- надежность работы сенсоров, особенно в экстремальных погодных условиях;
- высокая стоимость сенсоров и необходимость создания систем хранения и обработки данных с многочисленных датчиков;
- кибербезопасность ― автоматизированные фермы становятся мишенью для хакеров, а значит, защита систем ― обязательное условие внедрения;
- недостаточное энергообеспечение, необходимое для длительной автономной работы устройств;
- сложный ремонт ― сегодня поломка робота в поле часто требует отправки его обратно в стены лаборатории, но это неприемлемо для массового сельского хозяйства;
- отсутствие государственной поддержки внедрения таких инноваций ― необходимы льготы и соответствующая инфраструктура.
Самое сложное — обеспечить надежную работу в нестабильной среде. Поле — не лаборатория. Там может быть грязь, жара, скользкая трава, поломанный тракт или животное, которое решило встать поперек маршрута. Условий много, а предсказуемость низкая. Поэтому и возникает вопрос: выдержит ли робот и не нужно ли будет его чинить после первого дождя.
Кроме того, нельзя забывать про социальные последствия автоматизации. Она несет риски сокращения рабочих мест в сельской местности, особенно для низкоквалифицированного труда. Важно продумывать программы переобучения персонала и создавать новые возможности для работы фермеров.
Нужно отходить от модели, когда каждый покупает технику в одиночку. Это невыгодно. А вот когда робот или система предлагается как сервис — это работает. Например, компания предоставляет технику, а фермер платит за обработанный гектар или выполненный объем.
Также существует реальный риск, что роботизация углубит пропасть между крупными агрохолдингами и мелкими фермерами в развивающихся странах. Решение требует глобальных усилий: доступные сервисные модели, адаптированная под местные условия техника, инвестиции в инфраструктуру и образование.
Будущее продовольственной безопасности: человек + машина
К 2050 году сельское хозяйство кардинально преобразится. Роботы станут неотъемлемой частью агроландшафта, но это не означает, что люди будут больше не нужны. Роль фермера эволюционирует: от физического труда к управлению системами и устранению поломок, анализу данных, принятию стратегических решений. Будущий сельский житель станет менеджером цифровых экосистем полей и ферм.
Увеличится спрос на биотехнологов, которые будут отвечать за создание новых, более продуктивных и устойчивых сортов растений и пород животных, адаптированных к изменению климата. Анастасия Греченева видит здесь фантастические перспективы: «Я уверена, что настоящие прорывы будут именно на стыке дисциплин. Когда ИИ начнет работать в паре с биоинженерией, с генной модификацией, с синтетической биологией. Например, представьте себе: ИИ анализирует в реальном времени, как культура реагирует на внешние условия, и запускает точечную коррекцию ее генома через инструменты вроде CRISPR».
Роботы смогут обеспечить альтернативное земледелие в городах: пища будет выращиваться в вертикальных фермах с помощью аквапоники там, где контроль условий среды и автоматизация будут особенно эффективны.
«Персонализация» технологий для разных регионов мира и фокус на устойчивость решений — это то, что превратит роботов из дорогой игрушки в инструмент продовольственной безопасности.
Как подчеркивает российский эксперт, «при правильной интеграции роботизация действительно может повлиять на продовольственную безопасность, особенно в регионах, где остро не хватает рабочих рук. Не за счет волшебного увеличения урожайности, а за счет точности, предсказуемости и уменьшения потерь. Роботы не устают, не делают «на глаз», не ошибаются от усталости — а в сельском хозяйстве это значит очень многое. Мы наконец можем выстраивать непрерывный цикл «заметил — проанализировал — отреагировал» и делать это не раз в сезон, а каждый день».
Урожай 2050 года, по сути, выращивается уже сегодня. Выбор, который мы сделаем сейчас в инвестициях, регулировании, образовании и этичном внедрении технологий, определит, станут ли сельскохозяйственные роботы верными союзниками человечества в победе над голодом или же эти технологии останутся доступными лишь избранным. Будущее еды должно быть будущим для всех.
