Сельское хозяйство сталкивается с серьезными долгосрочными проблемами. По некоторым прогнозам, к 2050 году население планеты вырастет на 2,3 млрд. Данный фактор, вместе с ростом уровня мирового дохода, которое обычно увеличивает спрос на продовольствие и капитал, потребует увеличения производства продовольствия в 2050 году на 70% по сравнению с уровнем 2005 года.
Параллельно мир продолжает урбанизацию. Действительно, прогнозы показывают, что 70% населения мира будет жить в городской среде к 2050 году по сравнению с почти 50% в 2009 году. Это негативно скажется на наличии рабочей силы вблизи сельскохозяйственных угодий. Добавьте к этому факты, свидетельствующие о том, что во многих странах, особенно в развитом мире, популяция населения быстро стареет и растет заработная плата.
Кроме того, многие виды сельскохозяйственной деятельности требуют сезонного труда. Во многих случаях удовлетворение этой потребности потребует постоянной гибкости в отношении трудящихся-мигрантов, что может стать более затруднительным в некоторых местах в свете таких событий, как Брексит. Именно в этом контексте автоматизация сельскохозяйственных задач находит свое экономическое назначение.
Параллельно со всеми этими структурными проблемами, с которыми сталкивается сельское хозяйство, текущие производственные процессы часто могут иметь долгосрочные непредвиденные последствия для окружающей среды и здоровья. В частности, использование неселективных гербицидов по-прежнему вызывает обеспокоенность в Европе. Появление сельскохозяйственных роботов может ускорить освоение сверхточного сельского хозяйства, помогая сначала управлять фермами на специфической для конкретного участка основе, а затем и на индивидуальной основе для всей планеты. Это приведет к оптимальному использованию агрохимикатов, адаптированных к потребностям отдельных участков или растений.
Часто считается, что сельское хозяйство не склонно к инновациям, и поэтому не будет места для принятия роботизированных технологий. Это, однако, было бы просто неправильным: если взглянуть на данный вопрос в долгосрочной перспективе, то будет видно, что сельское хозяйство было одной из первых крупных отраслей, где начали используются технологии для повышения своей производительности. Действительно, занятость - как доля от общей суммы - неуклонно снижается в сельском хозяйстве на протяжении веков, несмотря на то, что ее производительность на единицу труда растет.
Это увеличение производительности связано с новыми технологиями. Этот прирост частично обусловлен лучшими семенами и агрохимическими технологиями, которые повысили урожайность на акр, а частично от лучших инструментов и машин, таких как мощные тракторы и орудия. Действительно, многие роботизированные технологии можно просто рассматривать как следующую постепенную эволюцию в технологиях сельскохозяйственного машиностроения, где произошел переход от ручного серпа и конных орудий, к мощным тракторам.
IDTechEx Research провела анализ технологий и рынков для сельскохозяйственных роботов и дронов. В отчете «Сельскохозяйственные роботы и дроны 2018-2038: технологии, рынки и игроки» были проанализированы многочисленные роботизированные разработки, происходящие в сельском хозяйстве, включая роботизированную сборку свежих фруктов, роботизированное доение и т.д. Данная статья сосредоточена на: (1) расширенном зрении и (2) автономной мобильности.
Все это становится доступным сейчас благодаря резким улучшениям производительности и стоимости вычислительной мощности, сенсорным технологиям, хранению энергии, электродвигателям и т.д.
Улучшенное видение, позволяющее использовать сверхточное сельское хозяйство
Технология Vision уже используется в сельском хозяйстве. Простой вариант использования - в органическом сельском хозяйстве. Здесь трактор-тягач должен точно управляться в узких рядах, чтобы механически вырывать сорняки. При этом базовая технология видения может помочь: камера, установленная на инструменте, отслеживает грань обрезки, идентифицируя объекты за пределами грани в качестве сорняков. Затем она управляет механизмом боковой перестановки, чтобы отрегулировать положение механической мотыги, тем самым облегчая бремя точного вождения тракторов.
Технология сейчас быстро развивается. Более поздние поколения - это, по существу, несколько износоустойчивых компьютеров и систем камер, интегрированных в тракторы. Эти системы принимают изображения, поскольку они тянутся вдоль поля и идентифицируют сорняки и культуры. Затем системы управляют точным механизмом прополки, например, прецизионным распылением правильного избирательного гербицида, применяя специфические для конкретного участка действия.
Технология визуализации здесь намного мощнее, чем простой подход, основанный на идентификации ряда, в котором высажены растения. Здесь разрабатываются алгоритмы глубокого обучения для определения урожая и сорняков. Это нелегко и данный процесс не может быть достигнут на основе обычных скриптов программирования, по причине того, что работать приходиться со сложными и переменными сущностями, которые меняют форму и внешний вид во время роста. Эти алгоритмы также могут быть обучены более мелким наборам данных, чем это может потребоваться, скажем, в автономном управлении легковым автомобилем, поскольку речь не идет о вопросах жизни и смерти.
Технология была уже продемонстрирована, и действительно, коммерческая активность ускоряется, хотя это все еще ранние этапы: оборудование настраивается на основе стартапов без ноу-хау, фермеры еще не полностью технологичны, а компании, для снижения риска, предлагают своих роботов в качестве услуги. Тем не менее, уже четко видна форма ближайшего будущего: ультраточное сельское хозяйство, обеспечиваемое передовым компьютерным зрением.
Автономная мобильность, которая создаст новое поколение сельскохозяйственных машин
Сельское хозяйство является ведущей отраслью автономных технологий вождения, несмотря на всю шумиху вокруг автомобилей без водителя. Здесь, прежде всего, появилось руководство по тракторам, помогающее водителям более аккуратно и точно управлять. Затем пришел автостеринг, дающий оператору возможность запрограммировать карту в трактор и позволить ему перемещаться автономно. Прогнозы показывают, что в 2018 году будет продано более 270 тыс. автономных тракторов (уровня 4 и 5), увеличившись до более чем 500 тыс. к 2023 году.
В настоящее время технологии развиваются в направлении полной автономии. Ведущие и подчиненные (или последующие) системы подвергаются испытаниям, позволяя одному из водителей управлять флотом, повышая таким образом производительность водителя. Далее придут пилотируемые, но полностью автономные тракторы (уровень 5). Это уже технологически продемонстрировано. Здесь необходимо расширить набор датчиков транспортного средства, чтобы он мог избежать столкновения и работать даже при потере сигнала GPS.
Следующим этапом могут стать беспилотные автономные тракторы. В настоящее время, фермеры хотят остаться в безопасности, поэтому кабина, вероятно, будет сохранятся в дизайне. В долгосрочной перспективе, значение пребывания в должности будет меняться, переход от вождения транспортного средства, например, к удаленной эксплуатации / управлению флотом.
Извлечение водителя из уравнения может иметь глубокие последствия для того, как мы рассматриваем сельскохозяйственную технику. Это связано с тем, что автономная мобильность позволит выполнять операции флота, устраняя накладные расходы на оплату труда на транспортном средстве. В этом случае несколько человек будут дистанционно контролировать работу большого флота. Здесь производительность отдельных единиц может быть ниже, чем традиционные мощные транспортные средства, такие как тракторы, но общая производительность - на уровне флота - может быть выше.
Таким образом, навигационная автономия может инициировать значительный переход от нескольких крупных, тяжелых, быстрых и дорогих автомобилей к флотам небольших, легких, медленных и недорогих сельскохозяйственных роботов. Эти агроботы будут двигаться медленно, уделяя особое внимание растениям, что, по сути, приводит к промышленному земледелию, подобному ультрасовременному сельскому хозяйству.
В настоящее время мы находимся в начале этого процесса. Исследовательские организации продемонстрировали рабочие прототипы, и было создано множество компаний для коммерциализации таких агроботов. Действительно, некоторые из них уже продают небольшое количество единиц.
Влияние
Это основные долгосрочные эволюционные изменения. Они помогут решить некоторые из долгосрочных структурных проблем, стоящих перед сельским хозяйством: рост спроса на продовольствие, сокращение и старение рабочей силы, рост заработной платы, экологические проблемы и т.д.
Эти изменения представляют огромную возможность для инноваций и создания ценности. В Европе сегодня исследовательская деятельность проходит на небольших островах и часто в небольших масштабах с небольшим финансированием. Таким образом, Европейский союз должен увеличить свои исследовательские цели для создания интегрированной крупномасштабной и хорошо финансируемой исследовательской программы.
Кроме того, эти изменения могут изменить навыки, необходимые для работы фермы. В целом, данные, аналитика и робототехника будут играть более заметную роль.
Таким образом, Европейский Союз должен найти способы оснастить фермеров правильным набором навыков, чтобы наилучшим образом использовать эти новые технологии.
Наконец, эти технологии могут стать коммерчески жизнеспособной альтернативой некоторым методам ведения сельского хозяйства, которые сегодня представляют собой экологические проблемы. Таким образом, увеличение доступности жизнеспособного заменителя облегчит ужесточение регулирования и даже запрет некоторых химических веществ. Это действие создаст добродетельный цикл, который будет стимулировать инновации, обеспечивая дополнительный коммерческий стимул.
IDTechEx Research занимается анализом новых технологий и изучением рыночных разработок в области робототехники. За это время были разработаны дорожные карты технологий и гранулированные краткосрочные и долгосрочные прогнозы рынка, охватывающие многие аспекты робототехники. В первую очередь компания сосредоточилась на новой робототехнике: роботы, мобильные, совместные и все более интеллектуальные. Данный отчет о сельскохозяйственных роботах и беспилотных летательных аппаратах является частью текущей программы исследований рынка.