Как сельское хозяйство оказалось на переднем краю технологического прогресса

Министерство образования и науки России запустило новый цикл уроков по профессиональной навигации для старшеклассников. Первый открытый урок — "Что ты знаешь о еде", — посвященный среди прочего новым технологиям и новым профессиям в агропромышленном комплексе, прошел 8 февраля в российских школах. 

При упоминании высоких технологий на ум приходят суперкомпьютер в поисках нового лекарства от рака, машина с автопилотом или хотя бы фронтальная камера в смартфоне, которая угодливо выровняет морщины на фотографии. О чем люди обычно не думают, так это о грядке с помидорами. Хотя многие сельхозпроизводители уже давно полагаются на помощь роботов, над полями кружат беспилотники, а скот подключен к интернету. 

Роботы

Работа в поле или на ферме зачастую тяжела и состоит из повторяющихся, скучных действий. С годами все меньше людей готовы целый день обливаться потом над пашней, да и физически человек не так уж силен.

Таких проблем нет у роботов, а могут они теперь много разных вещей. Их используют, чтобы скосить траву, посеять семена на выверенном расстоянии друг от друга, подрезать, опрыскать или опылить растения, выдернуть сорняки.  

Но чаще всего роботы нужны для сбора урожая. Правда, машина справится не со всяким растением: "умное" лезвие на комбайне попадет по кочану капусты, робот-погрузчик перевезет ящик с картошкой, но механическая рука не сможет сорвать ягоду — для этого нужна точная наводка и движение с почти хирургической точностью. В таких случаях роботам помогают люди, но это все равно огромный прогресс, ведь раньше было наоборот: техника помогала людям.

Компьютерное зрение

Чтобы робот перевез  ящик с плодами, сначала этот ящик нужно найти. Для этого используются системы компьютерного зрения, когда самообучающаяся программа распознает объекты на изображении с камеры, встроенной в робота. Ящики не предел возможностей. Есть программы, которые определяют по фотографии, не заболела ли корова. Есть такие, которые анализируют состояние полей по снимкам с самолета или спутника. Еще с помощью компьютерного зрения можно рассортировать плоды по спелости и решить, какие выдержат долгую транспортировку, а какие лучше продать в местные магазины.

А если оборудовать компьютерным зрением маленький беспилотник, он будет летать над полями и автоматически брызгать отраву на вредителей — израильский стартап Prospera, разработавший эту технологию, недавно привлек $15 млн инвестиций.

Дроны

Дроны, или беспилотные летательные аппараты, все чаще применяют в сельском хозяйстве вместо самолетов. Чтобы ими управлять, не нужен летчик, а часто можно обойтись даже без человека на земле. Многие сельскохозяйственные модели оборудованы бортовыми компьютерами, куда вбивается маршрут: аппарат сам взлетит, сделает круг и сядет, а по пути опылит растения или разбрызгает химикаты.

Еще на дроны ставят камеры, обычные и инфракрасные: он ориентируется по GPS и в нужных местах делает снимки. Беспилотник может лететь прямо над макушками растений — кадры получаются детальные, местность не заслоняют облака, как бывает в случае со спутниками. На снимках с дрона видны больные растения, по ним можно судить о состоянии почвы: например, о нехватке воды. Поскольку дроны сравнительно дешевы (хорошую модель можно купить за те же деньги, которые придется отдать за час аренды самолета с пилотом), их можно запускать хоть каждый день и, монтируя кадры видео, следить за изменениями на участке. Эти данные помогут точнее распределять воду, удобрения и пестициды.

Повсеместное использование дронов во многом объясняется серьезным прогрессом в технологиях — все компоненты беспилотных летательных аппаратов (гироскопы, акселерометры, GPS-модули, процессоры, цифровые радиостанции) становятся компактнее, эффективнее и дешевле. Не в последнюю очередь это происходит благодаря тому, что все эти технологии используются в смартфонах, а эта отрасль развивается очень быстрыми темпами. Так технологии, изначально ориентированные на рядовых потребителей, начинают использоваться в агропроме. 

Интернет вещей

С дрона в бреющем полете угодья видно хорошо, но иногда недостаточно. Для еще большей точности в сельском хозяйстве используют интернет вещей — подключенные к сети устройства, обменивающиеся данными. Для горожанина интернет вещей — это "умный" холодильник, а фермеры применяют всевозможные датчики. Правда, такие системы стоят недешево, а интернет ловит не в каждом поле.

Зато с их помощью можно, например, следить за влажностью почвы: когда уровень падает, автоматически включаются поливалки. Датчики можно установить в землю, пруд с рыбой, теплицу, комбайны и другую технику. Есть даже устройства, которые показывают уровень кислотности в желудке коровы, и что-то вроде фитнес-браслетов для скота: если животное мало двигается, вероятно, оно заболело.

Данные с датчиков обрабатываются компьютерными программами. Некоторые из них автоматически рассчитывают оптимальный план действий: что и когда нужно полить, обработать пестицидами, подрезать. И все это доступно в любое время и в любом месте — только открой приложение в смартфоне.

Биотехнологии

"Умные" датчики и роботы с компьютерным зрением позволяют точно отмерить дозу химикатов, чтобы уничтожить вредителей или подкормить растения. Но вещества эти все равно вредны для человека, а еще вреднее для продаж: в моде все натуральное. Поэтому ученые ищут полезные бактерии и грибки, которые помогали бы сельскохозяйственным культурам. Одни микроорганизмы убивают возбудителей болезней и сорняки, другие растворяют минеральные вещества в почве, чтобы до них добрались корни растения, третьи улавливают атмосферный азот.

Другое направление в биотехнологиях — редактирование ДНК, и здесь за последние годы случился прорыв. Чтобы придать организмам новые качества, раньше в них меняли целые гены: например, ген табака внедряли в картофель. Но каждый ген состоит из тысяч, иногда сотен тысяч "букв", мельчайших частей ДНК. CRISPR/Cas9 и другие современные технологии позволяют редактировать ДНК вплоть до отдельных "букв". Такие изменения позволяют точнее прогнозировать результат и напоминают естественные мутации. Возможно, это успокоит противников ГМО и ускорит внедрение усовершенствованных видов.

Городское фермерство

Раньше даже в крупных городах содержали огороды, а сейчас этот вид сельского хозяйства снова набирает популярность, правда, в основном на Западе. С одной стороны, городские огороды отвечают запросу на местные продукты, выращенные простыми фермерами. Но появляются они еще и потому, что стали рентабельными благодаря технологиям.

Выращивают везде: на крышах домов, у себя в квартирах, на заброшенных заводах, даже в старых бомбоубежищах. В этом деле помогают "умные" датчики, которые экономят ресурсы и автоматизируют работу. Солнце заменяют диодные лампы. Они потребляют мало электричества и позволяют выбрать подходящую температуру света. Солнечные батареи вырабатывают энергию и позволяют добывать воду прямо из воздуха. А грядки громоздятся на многоярусных конструкциях, чтобы извлечь пользу из всего доступного пространства, — такая технология называется "вертикальной фермой" и позволяет на порядок увеличить площади под выращивание продукции.

Новые профессии

В начале XIX века в сельском хозяйстве работали 30-60% жителей развитых стран, теперь — только 1-4% . Такое огромное сокращение рабочей силы вызвано, прежде всего, развитием технологий. Инновации будут и дальше влиять на занятость в этой сфере. Физический труд будет нужен все меньше, но при этом отрасль может столкнуться с нехваткой кадров.

Роботы, беспилотники, умные устройства — это всего лишь инструменты. Кому-то нужно ими управлять, кто-то должен их проектировать и обслуживать, поэтому в агробизнесе вырастет спрос на инженеров, кибернетиков, механиков. Например, если на ферме начнут выращивать клубнику, кому-то придется настроить нейронную сеть в роботе-сборщике, чтобы он научился распознавать ягоды.

Не пропадет и нужда в агрономах и селекционерах, но им надо будет разбираться в генетике, информационных технологиях, математике. Зная кислотность почвы и живущие в ней микроорганизмы, данные о погоде за несколько лет, такой специалист с помощью точного редактирования генома сможет на адаптировать сорта под конкретные условия прямо на месте.

Технологии как необходимость

По части инноваций сельское хозяйство не отстает от потребительской электроники, автопрома и других индустрий, которые принято считать высокотехнологичными. Но есть между ними важное отличие. "Умные" камеры в смартфонах или автопилот в электромобиле — это разработки прежде всего для удобства и удовольствия. Без них можно прожить, а без еды нельзя. По прогнозам демографов, к 2050 году на Земле будут жить без малого 10 млрд людей, которым потребуется на 70% больше еды, чем сейчас. Поэтому инновации в сельском хозяйстве не блажь, а надежда человечества.

Марат Кузаев