Автоматизация ферм: роботы отбирают интеллектуальную работу, оставляя тяжёлый ручной труд

Нет смысла тратить деньги на автоматизацию грубой работы, людям можно платить минимальную зарплату — выйдет дешевле. К такому выводу приходит автор The New Yorker Джон Сибрук.

Журналист приехал в Плант-Сити во Флориде познакомиться с владельцем фермы Wish Farms Гэри Вишнацки. Ему 63 года, а его семья уже три поколения занимается ягодным бизнесом.

Харрис Вишнацки, дедушка Гэри, был бедным русским иммигрантом, который продавал фрукты и овощи на рынке в Вашингтоне в 1904 году. В 1922 году он вместе с партнёром открыл оптовое предприятие, а в 1929-м переехал в Плант-Сити. Гэри Вишнацки — первый в семье, у кого есть свой участок.

Ягоды собирают постепенно, треть урожая в день, поскольку необходимо обеспечить стабильные поставки на протяжении всего сезона. Если присылать все ягоды сразу, упадут цены.

Но если раньше Вишнацки полагался на дешёвый ручной труд, то в последние годы он подорожал, а рабочих стало меньше.

Частично это можно объяснить законами, ограничивающими въезд мигрантов. Так, из-за принятия строгих иммиграционных правил в 2011 году Джорджия за тот же период потеряла 11 тысяч рабочих.

Это вынудило чиновников ввести программу, по которой заключённые, чей срок подходил к концу, могли работать на фермах и получать зарплату. Популярностью она не пользовалась — труд оказался слишком тяжёлым. Фермеры Джорджии недополучили более $120 млн.

Вишнацки утверждает: из-за бюрократии и высокой стоимости жилья оформление визы H-2A для временных рабочих стоит дорого. Вместе с тем рабочие с такой визой — одни из самых низкооплачиваемых в стране. И всё же фермеру приходится с этим смириться: визы гарантируют наличие свободных рук на поле.

В начале 1970-х годов, когда Вишнацки начинал свой бизнес, упаковка клубники в феврале стоила в четыре раза больше, чем сейчас, но если не решить проблему с рабочей силой, цены снова взлетят. В своём докладе перед Конгрессом Вишнацки сказал, что помочь должна автоматизация.

Последние шесть лет фермер со своим партнёром Бобом Питцером занимаются разработкой робота, который сможет собирать клубнику. Последняя версия машины с рабочим названием Berry 5.1 приближает их к решению проблемы.

Бригады, по большей части из мексиканцев, приходят ранним утром и расходятся по разным концам клубничных полей, занимающих почти 2,5 км². Для правильного и быстрого сбора клубники нужны проворность, ловкость и выносливость.

На обычном клубничнике не все ягоды одинаково спелые, и рабочим необходимо их отыскать — они руками раздвигают листья и стебли, пальцами ощупывая ягоды. Созревшую клубнику срывают аккуратным крутящим движением, чтобы не повредить чашелистики и не раздавить, и складывают в пластиковые контейнеры.

Крис Паркс, менеджер Wish Farms, замечает, что на Wish Farms выращивают мягкий сорт: «Чем слаще ягода, тем она нежнее».

Затем Вишнацки отвёз Сибрука в центр фермы. В машине предпринимателя установлен планшет с картой всего поля. У каждого растения свои координаты. Получается что-то вроде виртуального участка в облачном хранилище Microsoft.

Идеально ровные грядки расходятся во всех направлениях почти до горизонта. Ягоды растут в почве, закрытой чёрной пластиковой мульчей; под кустами расположена сеть ПВХ- и капельных труб, по которым к растениям поступают вода и удобрения. В конце апреля кусты и мульчу убирают.

Сборщики начинают из центра грядки и постепенно двигаются к концу, где их ждут грузовики. Слышны только щелчки, с которыми ягоды отрываются от стеблей.

Когда картонный лоток с восемью пластиковыми контейнерами заполняется, сборщики кладут его на плечи и бегут к грузовикам, где стоят контролёры, осматривающие ягоды. Каждому лотку и рабочему присвоен штрих-код, и контролёры используют их, чтобы считать, сколько собрал тот или иной человек.

За каждый лоток сборщик получает $2. В среднем они собирают по 60 лотков в день, в час выходит около $15. Когда год или сезон неурожайный, ставка увеличивается, поэтому средняя зарплата не меняется.

Сантьяго Веласко по прозвищу Чаго был лучшим сборщиком на ферме и мог собрать 120 лотков в день. Сейчас он трудится в отделе контроля качества. Его жена всё ещё собирает клубнику, а сын работает полевым контролёром.

Это не единственные угрозы здоровью. Марли Моначелло, сотрудница Коалиции рабочих округа Иммокали, считает: индустрия сбора клубники — одна из худших в стране, когда дело касается соблюдения прав рабочих, сексуальных домогательств и насилия.

В начале 20 века около трети населения США жило на фермах, сегодня — менее 1%. Появление тракторов и комбайнов привело к тому, что семьи, владевшие маленькими фермами, стали объединять их в мегафермы, которые до сих пор остаются лидерами сельского хозяйства США.

Но механизация намного сильнее повлияла на кукурузу, пшеницу, сою, рис и хлопок, нежели на культуры, которые мы покупаем в супермаркетах свежими.

Из-за того что они требуют деликатного сбора и выбора только спелых плодов, машины для такой работы не подходят, им не хватает аккуратности и ума. С самого зарождения агрикультуры и по сей день фермеры вынуждены полагаться на ручной труд.

Это заставляет Сибрука обратиться к проблеме миграции в США. Из-за политической атмосферы, демографии и экономики число незаконно пересекающих границу мексиканцев падает уже почти двадцать лет. В 1970-х и 1980-х годах рабочие стремились в Америку из-за быстрорастущего населения Мексики, безработицы и падения экономики, вызванного девальвацией песо после нефтяного бума.

Количество мигрантов продолжало увеличиваться в 1990-е годы, достигнув пика в 2000-м. Но к 2016 году коэффициент рождаемости в Мексике упал с 6,8% (1970 год) до 2,2% (коэффициент в США — 1,8%). Статистика говорит, что в период с 2009 по 2014 год больше мексиканцев-иммигрантов покинуло Америку, чем осталось. И это ещё до избрания Трампа.

Потерю мексиканских работников не восполняют приезжие из Центральной Америки, они обычно работают на мясоперерабатывающих заводах и в сфере услуг. Кроме того, есть и возрастные проблемы. Средний возраст работника увеличился с 33 лет в 2000–2001 годах до 38 лет в 2015–2016 годах.

Вишнацки связывает это с тем, что первое поколение мигрантов не хочет, чтобы их дети работали на клубничных плантациях, как и дедушка Вишнацки не хотел, чтобы его внуки торговали на рынке. Единственный способ привезти людей на сбор клубники — обеспечить их визой H-2A с ограниченным периодом действия. На Wish Farms 60% рабочих в этом году приехали именно по ней.

Сейчас, помимо Вишнацки, свои модели роботов, собирающих клубнику, разрабатывают Уцуномийский университет в Японии, компания Dogtooth в Великобритании, бельгийская фирма Octinion и испанская Agrobot. Создают роботов для сбора апельсинов, винограда и яблок.

Стартап Blue River Technology из Кремниевой долины изобрёл машину для прореживания грядок салата. В 2017 году компанию купил Deere & Company, один из крупнейших производителей сельскохозяйственной техники.

Deere & Company начала предлагать GPS для своих тракторов ещё в 1997 году, и сегодня многие фермеры используют GPS-управление для разбивки поля, а самые прогрессивные задействуют его и для посевов. Участок, засеянный с помощью GPS, становится прочной основой для работы нового класса машин, задействующих искусственный интеллект.

Дэвид Слотер, профессор Калифорнийского университета в Дэвисе, возглавляет программу Smart Farm Initiative, в рамках которой исследователи изучают применение новейших технологий в сельском хозяйстве.

Он рассказал Сибруку, что в будущем дроны, например, смогут сами отыскивать сорняки или вредителей на полях, а камеры с высоким разрешением и специальные алгоритмы позволят аппарату замечать проблемы до того, как их обнаружит фермер.

Также роботов можно использовать для разведения растений. Сейчас селекционеры вынуждены осматривать тысячи саженцев ежегодно, самостоятельно определяя, обладают ли они нужными признаками. Робот, дополненный машинным зрением и искусственным интеллектом, сможет справиться с этим быстрее, автоматизировав трудоёмкий процесс.

Также Слотер представил журналисту прототип робота для прополки томатов, который разработали студенты профессора. У каждого растения есть GPS-координаты, благодаря чему робот знает, где именно расположен томат, а где — сорняк; к тому же отличить одно от другого помогают машинное зрение и искусственный интеллект.

Робот лавирует между растениями, либо вырывая сорняки мини-тяпкой, либо опрыскивая их гербицидом. Таким образом, фермер сможет сэкономить как на ручном труде, так и на количестве гербицида, ведь обрабатывать участок целиком будет не нужно. Сибрук сравнил этого робота с роботом-пылесосом Roomba, назвав его Farmba.

В «цифровом сельском хозяйстве», как его называют венчурные капиталисты, наступает настоящая революция. «Точная агрикультура» позволит избавиться от нерациональной траты ресурсов: 70% потребления пресной воды в мире приходится на сельское хозяйство, и только в США ежегодно используют почти 500 тысяч тонн гербицидов.

Другое применение роботов — сбор урожая. Но Ставрос Вуджукас, коллега Слотера, предупреждает: для каждого вида придётся создавать отдельный аппарат, потому что сбор яблок сильно отличается от сбора арбузов.

Инвестиции в разработку также должны быть оправданы с финансовой точки зрения. По мнению Вуджукаса, только яблоки, цитрусы, клубника, виноград и листовая зелень приносят достаточно прибыли и оправдывают автоматизацию.

Так, на разработку Berry 5.1 ушло почти $10 млн. Большую часть средств предоставили другие инвесторы-фермеры, выращивающие клубнику, поскольку, по словам Вишнацки, «они понимают: мы все в одной лодке».

Вместе со своим партнёром Бобом Питцером, занимавшимся автоматизацией производства микрочипов в Intel, он основал стартап Harvest CROO (аббревиатура CROO означает «оптимизированный для захвата робот-компьютер»).

Альфа-версию машины компания планирует выпустить до конца 2019 года, а готовый аппарат сдавать в аренду за цену, равную или ниже зарплаты рабочих. В теории это позволит частным фермерам не искать крупные инвестиции.

Но собирать микрочипы на заводе намного легче, чем клубнику на грядке. На заводе — сложившаяся предсказуемая структура, исключающая переменные, а растущие на природе плоды бесконечно вариативны.

Карл Воз, генеральный директор Soft Robotics, занимается разработкой гибких полимерных «рук» для роботов. Он рассказывает, почему подходы к заводской сборке и сбору фруктов и овощей настолько различаются.

Очевидное решение в том, чтобы сделать фермы более структурированными, похожими на заводы. Тракторы с GPS — шаг в этом направлении.

Как и робот, пропалывающий томаты в Калифорнийском университете, робот, собирающий клубнику, постепенно ознакомится с каждым растением на ферме Вишнацки и начнёт в реальном времени сравнивать их с виртуальной копией. В этом ему помогут камеры, делающие больше 200 кадров в секунду, пока робот идёт между грядками. Съёмка проводится каждые три дня.

Лучше всего поддаются автоматизации закрытые вертикальные и молочные фермы, а также классические парники, не уступающие в организованности заводам.

Наибольшее количество закрытых ферм располагается в Нидерландах, где, несмотря на густонаселённость и небольшую площадь, производят на экспорт больше всего картофеля, лука и томатов. Благодаря техникам «точной агрикультуры» фермеры значительно сократили расходы на воду и пестициды, избежав при этом слияний, как в США. Это помогает малому бизнесу.

В США же, где земли много, доходы от закрытых ферм не такие высокие, но постепенно увеличиваются. Половину местного рынка занимают парники, однако вертикальные фермы привлекают больше венчурного капитала.

Например, вертикальная ферма Bowery Ирвина Фейна в Карне, штат Нью-Джерси, привлекла более $120 млн инвестиций от десятка инвесторов, включая генерального директора Uber Дару Хосровшахи и шеф-повара Тома Количчио. Сегодня Bowery поставляет овощи в Whole Foods, сеть магазинов органических продуктов, принадлежащую Amazon, и рестораны здорового питания Sweetgreen.

Фермер в Bowery — искусственный интеллект, все процессы автоматизированы. Операционная система BoweryOS сама решает, когда поливать и удобрять растения, собирать урожай. Присматривает за ней Брайан Донато, прежде работавший в Amazon над автоматизацией пунктов обработки заказов и сервиса доставки продуктов Amazon Fresh.

Второе оказалось сложнее, потому что из-за скоропортящихся продуктов время на проверку и доставку очень ограничено. Этот опыт и привёл Донато к вертикальному фермерству.

Bowery похожа на огромный склад, покрытый слоями рукколы, китайской и кудрявой капусты, кочанного салата и различных трав, растущих под LED-освещением. Такое освещение — самая удачная замена солнцу, но и огромная статья расходов, которой нет в старомодных парниках.

Для посещения фермы Сибруку, как и всем работникам, пришлось надеть одноразовый стерильный костюм, тапки и сеточку для волос, а также пройти через воздушный шлюз — на микропроцессорных заводах похожие меры безопасности. Так борются с попаданием вредителей — поскольку помещение стерильно, при выращивании не используются пестициды.

Большая часть сельскохозяйственной продукции в США выращивается в Калифорнии, Аризоне и Флориде. То есть салат на полках магазинов в Нью-Йорке, скорее всего, собран две-три недели назад; замороженные овощи в таком случае полезнее. Вертикальные фермы можно расположить где угодно, увеличив, соответственно, полезность и экологичность.

Сибрук сомневается, что Bowery сможет решить мировые продовольственные проблемы, выращивая лишь зелень для богатых вегетарианцев, которые ходят за покупками в Whole Foods и обедают в Sweetgreen. Кроме того, встаёт вопрос стоимости электричества — станет ли оно дешёвым настолько, что сделает вертикальными фермы экономически выгодными, или будет «съедать» экономию на доставке?

Когда же дело доходит до сбора урожая, в Bowery люди по-прежнему эффективнее машин. На другой автоматической ферме Iron Ox в Кремниевой долине есть роботизированная рука, выполняющая массу задач, но для контроля качества сбора и упаковки товара тоже нужны люди. Совладелец Iron Ox — Брендон Александр, бывший разработчик GoogleX.

Ещё в Bowery люди нужны для мытья оборудования. На автоматизацию этого процесса незачем тратить деньги, потому что люди работают за минимальную зарплату.

Berry 5.1 — 11-тонный комбайн длиной девять метров. Чтобы сравняться со скоростью тридцати рабочих, обрабатывающих 32 тысячи м² ежедневно, Berry 5.1 оборудован 16 автоматическими сборщиками.

Большой размер машины обусловлен тем, что она должна выдерживать несколько тысяч килограммов ягод. На обработку Wish Farms целиком потребуется 25 комбайнов — а ведь роботам не нужен перерыв на обед и сон.

Более ранние версии Berry работали на аккумуляторах, но у Berry 5.1 бензиновый двигатель: он дешевле и надёжнее.

16 роботов-сборщиков помещаются под металлическим шасси машины и закрываются складными панелями, чтобы яркий свет не мешал работе камер. Переход из тени к свету ухудшает работу машинного зрения.

Пол Биссет, бывший исполнительный директор Harvest CROO, отмечает, что ночью собирать клубнику выгоднее благодаря снижению температуры: ягоды становятся твёрже и на охлаждение тратится меньше энергии, «но люди не могут работать ночью».

Так как Harvest CROO начала тестировать Berry 5.1 только в марте, комбайн был ещё не совсем готов, и журналисту показали работу системы на примере старой модели Berry 4.0.

При помощи системы дистанционного управления инженеры выкатили машину на клубничное поле, уже занесённое в память GPS-навигатора, и подняли панель шасси, чтобы зрители смогли увидеть действие механизмов.

Каждый робот оснащён запатентованным «колесом Питцера» — устройством для срывания ягод. На колесе — шесть «пальцев» из мягкой резины, похожих на клешни. Они хватают ягоду и круговым движением, напоминающим движение запястья сборщика, срывают её.

Машина заработала не сразу из-за бага, но после перенастройки её запустили. Каждый робот тратит на одно растение восемь секунд, семь с половиной из которых он просто неподвижно висит в тридцати сантиметрах над кустом, рассматривая его.

Первые полторы секунды работают стереоскопические камеры — чтобы разглядеть ягоды среди листьев, просканировать растение и составить его 3D-карту.

После этого система обрабатывает информацию и на основе данных о цвете, размере и количестве времени, которое плод провисел на кусте, принимает решение, сорвать клубнику или нет.

В последнее мгновение колесо опускается, клешни срывают ягоды, складывая их на полку над шасси. Затем роботы переходят к следующему растению в грядке.

Пока комбайн плохо справляется с раскладкой ягод в пластиковые контейнеры, но Питцер уверил всех, что в следующих версиях проблему исправят с помощью засекреченной системы.

Если оно за автоматизацией, фермерам понадобятся не только средства на приобретение машин, но и рабочие нового класса, умеющие их настраивать и чинить, считает автор материала Джон Сибрук.

Мэри Лу де Леон Сианц, коллега Дэвида Слотера по университету, хочет убедиться, что у детей работников местных ферм будет достаточно знаний в области точных наук, чтобы они могли рассчитывать на такую работу.

Мэри — дочь мигрантов из Мексики, её докторская диссертация посвящена развитию человеческого потенциала, а исследования — изучению здоровья мигрантов. И она, и Боб Питцер полагаются на различные образовательные программы для обучения будущих инженеров. Некоторые выпускники сейчас работают в Harvest CROO.

Грег Асбед из Коалиции рабочих округа Иммокали сетует: бизнесмены, вместо того чтобы обратить внимание на проблему жестоких условий труда в индустрии сбора клубники, решили просто от него избавиться. Десятилетиями к рабочим относились как к роботам, требуя большей продуктивности и не улучшая условий труда. Использование настоящих роботов, уверен Асбед, — логичный следующий шаг.

Вице-президент национального профсоюза фермеров United Farm Workers Эрик Николсон говорит, что рабочие постоянно переходят от одного нанимателя к другому в поисках лучшей оплаты труда. Если же им удаётся закрепиться в сфере услуг или строительстве, они покидают фермы.

Возможно, искусственный интеллект быстрее сменит фермеров, чем простых рабочих, заключает Сибрук, ведь на закрытых огородах, например, вся умственная деятельность — посадка, полив, внесение удобрений и сбор урожая — уже автоматизирована, в отличие от грубой рутинной работы.

Может, и другие индустрии вскоре столкнутся с автоматизацией, и человеку останется лишь тяжёлый ручной труд. Роботы для него будут слишком умны.

#сельскоехозяйство #автоматизация