Справитесь с обработкой урожая быстрее робота? Сомневаемся

Рассказываем о шести технологичных решениях в сельском хозяйстве, которые избавят от сорняков, увеличат урожай и помогут его собрать, не испортив.

На этой французской открытке 1900 года фермер будущего сидит на платформе и управляет своей фермой, нажимая кнопки и дёргая рычаги. Машины в поле сами убирают пшеницу и складывают её в тюки. Фантазии футурологов XIX века сбылись — в том числе и в сельском хозяйстве. Современные фермерские хозяйства теперь больше похожи на Кремниевую долину.

Роботы собирают яблоки, клубнику, салат и удаляют сорняки. Дроны делают аэрофотоснимки, которые помогают фермерам быстро оценить состояние культур. Роботизированные теплицы на маленькой площади дают столько же урожая, сколько и большие поля. Учитывая, что население мира, как ожидается, вырастет с 7,7 млрд до 9,7 млрд всего за 30 лет, — спрос на продукты питания будет расти.

В этом материале разбираем несколько интересных разработок и предлагаем читателям оценить свои силы.

На первый взгляд, уборка урожая — идеальная сфера для роботизации. Это физически сложный и монотонный труд. Именно он чаще всего делегируется роботам в других сферах. Например, на производстве, добыче полезных ископаемых, в логистике.

На деле же в фермерстве не всё так просто: большинство видов растений очень хрупкие, сбор урожая требует деликатности. Многие фрукты легко повреждаются на жаре, а листовые легко рвутся. Но агротехнические компании, стартапы и отделы робототехники в исследовательских центрах не стоят на месте.

Стартап Harvest CROO разработал робота для сбора клубники Berry 5. Так выглядит за работой эта машина весом больше 11 тонн и длиной почти 10 метров. На её создание стартап потратил 10 млн долларов, что по меркам рынка объёмом 24 млрд долларов в год — немного.

Искусственный интеллект позволяет Berry 5 отличать спелые ягоды от незрелых перед сбором. Дальше 16 автономно работающих «рук» машины собирают урожай. И делают это быстрее людей. В среднем робот тратит на сбор и оценку спелости ягоды восемь секунд, ещё полторы секунды уходит на то, чтобы перейти к следующему кусту.

В более ранних версиях робота использовались аккумуляторы, но версия Berry 5.1 работает от дизельного двигателя: он дешевле и надёжнее. Инженеры Harvest Croo пытались использовать и гидравлическую жидкость, но она протекала на поле.

Berry 5 заменяет бригаду из 30 рабочих, которые собирают чуть больше 32 000 м² урожая в день. То есть одна машина экономит 30 зарплат. Более того, для сбора ягод лучше подходит ночное время: низкие температуры делают ягоды менее хрупкими. А ещё охлаждение уже холодных ягод — а ночью они именно такие — требует меньше энергии.

Мировой рынок коммерческих теплиц в ближайшие четыре года станет отраслью с оборотом в 38 млрд долларов. Стартап Harvest Automation создал маленького робота HV-100 — он перемещает горшки с саженцами в теплице или на поле и помогает им расти.

Растения, изначально посаженные в горшках, нужно равномерно распределять в пространстве. Так, чтобы у каждого растения было место для роста. А когда саженец продают, в чёткой сетке растений образуются пустые места. Робот наполняет их новыми саженцами. Так выглядит эта работа.

HV-100 полностью автономный. Такие роботы могут переносить растения в четыре раза быстрее людей. Работают они при температуре 0–41°C, причём и в дневное, и в ночное время. Дождь и оросители для них не проблема. Время работы батареи — 4 часа. За это время робот может сделать 800 перемещений.

Компания Metrolina Greenhouses, работающая в цветоводческой индустрии, вернула свои инвестиции в роботы HV-100 менее чем за год. Правда, размер инвестиций не сообщается. «Только за первые две недели работы в прошлом году наши сотрудники получили три производственные травмы, — говорит директор по безопасности теплицы Metrolina Керри Криванек. — Травмы связаны с транспортировкой растений. В этом году, после закупки HV-100, — ни одной травмы».

С сорняками фермеры борются по-разному. Есть безопасные методы, например чередование сельскохозяйственных культур на одном и том же поле: в один год сажают пшеницу, а в следующем — ячмень. Такая ротация улучшает почву и уменьшает количество сорняков. Однако почти все крупные предприятия в той или иной степени полагаются на гербициды. У них есть два важных минуса: со временем сорняки могут выработать устойчивость к химикатам, а потребители всё больше отдают предпочтение органической еде, выращенной без вреда для природы.

Решение проблемы — роботы для борьбы с сорняками, которые учатся отличать их от посевов с помощью искусственного интеллекта. Например, машина Ted от Naio Technologies, которую используют на винодельнях. В том числе в Шато Мутон-Ротшильд, которая входит в пятёрку лучших производителей Бордо.

Ted полностью автономный и работает на электричестве. Робот в форме перевёрнутой буквы U объезжает винодельню, используянавигацию GSP RTK. Дрон указывает ему, какой участок нужно обследовать, а машина обрабатывает виноградный ряд, использует традиционные сельскохозяйственные орудия. Ножи проходят вдоль основания растения и удаляют сорняки. Робот может автономно работать 8 часов, двигаясь на скорости 5 км/ч и обрабатывая от 3 до 5 гектаров в день.

Другой робот — R2Weed2, название которого отсылает к дроиду R2-D2 из вселенной «Звёздных войн». Его сделал стартап Nexus Robotics из Канады. Команда сразу же выиграла престижную премию, обогнав большие исследовательские институты и компании.

Камера исследует поле и принимает решение — сорняк перед ними или нет. Сделать это не так просто, как кажется: для машины нет разницы между культурным растением и любым другим. Принцип, по которому работает R2Weed2, очень прост: культурные растения высажены с системой и последовательностью, а сорняки, наоборот, растут хаотично — значит, уничтожать нужно именно вторые. Кроме того, стартап разработал программу, в которую загружены изображения растений и сорняков разных форм и оттенков зелёного — она помогает роботу различать их.

R2Weed2 имеет квадратную раму размером 1,5 метра, насадку для распыления удобрений или гербицидов, а также лезвие для срезания сорняков с менее развитой корневой системой. Он отличает сорняки от культурных растений с точностью выше 99%. Точечное распрыскивание гербицидов, во-первых, экономит деньги фермерам, а во-вторых, исключает случайное уничтожение агрессивными гербицидами части урожая.

Плюс роботизированных теплиц в том, что их можно разместить в любом закрытом помещении. Фермерам больше не нужны десятки тысяч гектаров земли, всё высаживается вертикально. Объём этого рынка к 2028 году достигнет $21,15 млрд.

Кроме экономии места, есть и другие преимущества. На таких фермах закрытый микроклимат — он полностью контролируется человеком. Например, не нужно бороться с вредителями или сорняками — никаких пестицидов и гербицидов. Также роботизированные фермы не зависят от сезонности — ведь растения выращивают в гидропонных стеллажах под искусственным светом круглый год — урожай можно собирать в 3–4 раза чаще. А ещё они требуют на 95% меньше воды, чем «традиционные» фермы. Подробно технологию вертикальных ферм мы разбирали в нашем предыдущем материале.

Есть и минусы — таким способом можно выращивать не все культуры. Главная проблема — ограничение по высоте потолков. Например, томаты растут больше двух метров — не всегда стеллажи могут быть такими большими. А некоторые растения сильно осыпаются и могут засорить оборудование.

Iron Ox — полностью автономная ферма площадью около 743 м². Она больше похожа на исследовательскую лабораторию, чем на ферму. Два робота, связанные с облачными сервисами, контролируют выращивание листовой зелени и трав. Один робот выполняет тяжёлую работу, транспортируя горшки с растениями по всему объекту. Второй работает с отдельными растениями и анализируют данные. Разработчики утверждают, что на небольшой площади можно собрать столько же урожая, сколько на традиционной ферме площадью 1 акр (4047 м²).

По похожей системе работает Bowery Farming. Запатентованная операционная система и сложный набор датчиков собирают данные и поддерживают сверхточный баланс воды, температуры, питательных веществ и влажности. В то же время команда фермеров помогает собирать урожай и следить за его ростом. Авторитетное издание Bloomberg сняло сюжет о том, как устроена работа компании.

«Россельхозбанк» совершенствует рабочие процессы агробизнеса, поэтому запустил проект «Своё фермерство». На сайте проекта можно продать или купить фермерское оборудование, удобрения, найти поставщиков животных и подобрать им корм. А ещё, например, получить консультацию ветеринара и зоотехника.

С помощью платформы можно найти и технику для сельского хозяйства. Например, гидравлический автопилот, который сам направляет трактор во время пахоты или культивации, систему картрирования урожайности, которая подскажет, какую площадь поля нужно полить, а какую — удобрить.

Проект помогает не только фермерским хозяйствам: агропредприятия могут найти покупателей или сотрудников, а работники сельского хозяйства — работу, сезонную подработку или стажировку.