Kai kitą kartą stovėsite prekybos centre eilėje prie kasos, pamąstykite apie ūkininkus, padėjusius pripildyti jūsų prekių krepšį. Jiems dabar gyvenimas nelengvas ir galite būti tikri, tai reikš aukštesnes maisto kainas ir jums ir sunkesnius laikus milijonams, kuriems maisto trūkumas reiškia skirtumą tarp gyvenimo ir mirties. Negana to, tyrimai rodo, kad pasauliui 2050 metais reikės dvigubai daugiau maisto. Tačiau, nors ūkininkai iš žemės turi išspausti daugiau, taip pat jie turi mažinti savo poveikį aplinkai. Visa tai reiškia, kad reikia permąstyti visą agrikultūros vykdymą ir gamybos automatizavimą pakelti į visai naują lygį.
Naujojo modelio ūkiuose svarbiausias bus preciziškumas. Kam chemikalais lieti visą lauką, jei galima purkšti tik ten, kur reikia? Kiekvienas augalas gautų tikslų reikiamų medžiagų kiekį, ne per daug ir ne per mažai – vienu mostu sumažinant chemikalų naudojimą ir pagerinant derlingumą. Bet lengviau pasakyti, nei padaryti – didžiausi Europos ir JAV ūkiai driekiasi tūkstančius hektarų. Todėl preciziškojo ūkininkavimo raktas yra automatizavimas. Konkrečiai, sako agrokultūros inžinieriai, preciziškajam ūkininkavimui būtini ūkininkai robotai.
Greitai laukuose galime išvysti agribotus, atpažįstančius atskirus želmenis ir teikiančius jiems pritaikytas trąšas su atmatuotu vandens šlakeliu. Kitos mašinos atpažintų piktžoles ir atsikratytų jų pesticidų mikrolašais, liepsnosvaidžio žybsniu ar šūviu iš galingo lazerio. Tos mašinos taip pat galės atpažinti ir surinkti prinokusias daržoves.
Robotai taip pat galėtų iš esmės pakeisti darbus ir kaip juos atliekame, dirvą ir jos kokybę ir kiek energijos, tuo pačiu ir anglies, sunaudojama ūkininkavimui. Robotai galėtų sumažinti užterštumą ir vandens suvartojimą. Akivaizdžiausias pokytis mums, paprastiems žmonėms, būtų ūkio vaizdo pokytis. Javai galėtų būti sodinami mažuose, geometriškai sutvarkytuose laukuose, tuo tarpu vaismedynus užpildytų dvimačiai medžiai. Robofermeriai netgi galėtų lemti, kokie vaisiai ir daržovės pasiektų lentynas.
Daugiau, nei šimtmetis mechanizacijos jau pavertė ūkininkavimą pramoninio lygio veikla didžiojoje pasaulio dalyje, o javus auginantys ūkiai yra vieni iš labiausiai automatizuotų. Bet daug kitų produktų, pavyzdžiui, apelsinai ir pomidorai, skirti perdirbto maisto gamybai, renkami mechaniškai. Tūkstančiuose pieno ūkių karves melžia robotai. Šie ir kiti produktai pakliūna į vietines parduotuves nepalieti žmogaus rankų.
Tačiau jau pluša ir kita autonominių ūkio mašinų banga. Tikriausiai esate juos matę ir net neatkreipę dėmesio, palaikydami šiuos robotus traktoriais. Daugelis šiuolaikinių traktorių gali save vairuoti, naudoja GPS orientavimuisi lauke ir netgi gali „kalbėtis“ su padargais, pavyzdžiui, plūgais ir purkštuvais. O padargai gali atsakyti. „Mechaninė ravėklė sakys traktoriui „tu per greitai važiuoji“ arba „važiuok kairėn“,“ sako Simonas Blackmore'as, tiriantis agrikultūrines technologijas Harperio Adamso universiteto koledže Shropshire'e, JK. Tokios sistemos tampa norma, tvirtina jis.
Ūkio mašinos irgi pradeda kalbėtis vienos su kitomis. Šiais metais parduodama John Deere sistema leidžia, tarkime, javų kombainui išsikviesti traktorių su priekaba, kad vairuotojas galėtų iškrauti grūdus. Vokietijos firma Fendt sukūrė suporuotus traktorius, – vieną vairuoja vairuotojas, o antras vairuojasi pats, važiuodamas iš paskos ir mėgdžiodamas pirmojo traktoriaus judesius. Sistema gali perpus sutrumpinti ūkininko buvimo laukuose laiką – ir tai tik pradžia.
Tačiau kai laukus pasieks visiškai autonominės sistemos, jos į traktorius panašios nebus. Dabartinės didžiulės ir sunkios žemės ūkio mašinos turi ryškių trūkumų: jos suspaudžia dirvą, sumažindamos jų porėtumą ir naikindamos naudingą biomą, tad augalai neauga taip gerai. Dirvos sutrombavimas taip pat padidina lietaus nuotekų sukeliamą eroziją. „Kodėl mes ariame? Daugiausiai tam, kad ištaisytume didelių traktorių padarytą žalą,“ sako Blackmore'as. „Iki 80 procentų energijos, sunaudojamos kultivacijai, skirta šiai žalai ištaisyti. Žinoma, yra galimybė atlikti tai kitaip.“
Blackmore'as mano, kad lengvų autonominių robotų flotilės galėtų šią problemą išspręsti. Brutalios jėgos pakeitimas preciziškais veiksmais gali tai išspręsti, pažymi jis. „Sėklos augimui tereikia vieno kubinio centimetro dirvos – jei kultivuosime vos tiek, sunaudosime labai mažai energijos, o augalai vis vien gražiausiai augs.“
Tokie lengvi robotai galėtų panaikinti ir arimo būtinybę, taip stipriai sumažindami žemės ūkyje sunaudojamos energijos, o kartu ir anglies dioksido išskiriamus kiekius. Nesuspausta dirva išlaiko struktūrą ir naudingus organizmus, bei geba sugerti daugiau vandens ir daug ilgiau išlieka derlinga.
Tokius gebėjimus turintys robotai jau rodo gerąsias puses lauko bandymuose. Šie agribotai privalo turėti tris pagrindinius gebėjimus: naviguoti, interpretuoti prieš juos esantį vaizdą ir gebėti padėti ūkininkui naikinti piktžoles, naudoti chemikalus ar rinkti derlių.
Navigacijos sistema yra paprasčiausia lygties dalis, ypatingai, atsiradus tiksliai palydovinės navigacijos technikai RTK-GPS, leidžiančiai mašinoms nustatyti savo padėtį 2 cm tikslumu. Arno Ruckelshausen iš Taikomųjų mokslų universiteto Osnabrücke, Vokietijoje, vysto šią technologiją moduliniam robotui ūkininkui BoniRob. Šis keturratis mechanizmas naudoja spektrinio vaizdo kameras žalių augalų atskyrimui nuo rudos dirvos. Tada jis įrašo atskirų augalų vietą ir prie kiekvieno sugrįžta, sekdamas jo augimą (Landtechnik, vol 67, p 37).
Lazeriniai kauptukai
Piktžolių šalinimas ypač reikalingas, kadangi jos kai kurių kultūrų derlių gali sumažinti daugiau, nei 50 procentų. Tad Ruckelshausen ketina pritaisyti šiam robotui precizišką purškimo sistemą, sukurtą rašalinių spausdintuvų principu, galinčią purkšti herbicidus mikrolašeliais ant piktžolių lapų. Jo skaičiavimais, taip būtų galima sumažinti chemikalų naudojimą 80 procentų. Blackmore'o vertinimu, netgi turint galvoje pradines investicijas į robotus, tai galėtų būti pigiau, nei tradicinis ravėjimas. Taip pat yra akivaizdžių bioįvairovės pranašumų, kadangi sumažėja herbicidais naikinamų augalų. Negana to, herbicidai nėra vienintelis būdas, kuriuo robotai gali naikinti piktžoles: piktžolių naikinimo prototipai įvaldė liepsnosvaidžius ir lazerius, kas būtų labai naudinga ekologiniam ūkininkavimui.
Panašiai sutaupyti galima ir trąšas: lauko bandymai parodė, kad naudodami jutiklius individualių kviečių želmenų azoto lygio nustatymui, robotas gali priderinti duodamų trąšų kiekį ir bendrą sunaudojimą sumažinti daugiau, nei 80 procentų, be derliaus nuostolių (Soil Science Society of America Journal, vol 73, p 1566). Trąšų naudojimo sumažinimas, kartu su menkesniu vandens nutekėjimu nuo nesuspaustų dirvų reikštų sveikesnes upes ir kanalus. Neverta nė minėti, kad pramoninės trąšų gamybos indėlis į anglies dvideginio emisiją yra didžiulis.
Kitas iššūkis – piktžolių atskyrimas nuo naudingų augalų. Tyrėjai kuria matymo sistemas, naudojančias lapų formą, kultūrinių augalų, tarkime, cukranendrių atskyrimui nuo piktžolių. Tačiau progresas lėtas, pastebi Salah Sukkarieh, robotų tyrėjas iš Laukų robotų centro Australijoje, nes trūksta finansavimo. „Jei turėčiau žemės ūkio robotams pinigus, gaunamus iš kasybos ir gynybos projektų, išspręsčiau tai. Bet iš ūkininkavimo tiesiog nepakanka lėšų. Turime mokytis iš kitų pramonės šakų, iš didelių projektų naudos gauna ir mažesni,“ sako jis. Kaip bebūtų, jis prognozuoja, kad mašinos turėtų „praregėti“ maždaug per trejetą metų.
Blackmore'as irgi nemato technologinių priežasčių, kodėl agribotai neturėtų pasirodyti prekyboje. Robotų su mašinine rega, pavyzdžiui, daniškojo HortiBot bandymai parodė, kad jie gali atskirti piktžoles laukuose ir apipurkšti jas tiksliu pesticidų kiekiu. Kiti bandymai parodė, kad robotų irigacinės sistemos gali vandens poreikį sumažinti perpus. „Tai tiesiog investicijų ieškojimo klausimas. Visos technologijos jau išvystytos,“ tvirtina jis.
Japonijos vyriausybė perėmė tai į savo rankas. Dabar šalyje išauginama 40 procentų savo maisto, tad ji priklauso nuo importo labiau, nei bet kuri kita tauta, bet vyriausybė siekia per kitą dešimtmetį vietinę maisto gamybą padidinti iki 50 procentų. O kadangi dėl senėjančios populiacijos potencialių fermerių mąžta, šalis gręžiasi į robotus.
Noboru Noguchi iš Hokkaido universiteto vadovauja penkerių metų, 8 milijonų dolerių vertės projektui, finansuojamam Japonijos Žemės ūkio, miškininkystės ir žvejybos ministerijos, turinčiam rinkai pateikti agribotus. Projekto tikslas – automatizuoti viską, nuo sėjimo iki pjūties ir didžiausią dėmesį kreips į tris tradicines kultūras: ryžius, kviečius ir sojos pupeles. Iki 2014 m. komanda planuoja atlikti pilotinius agribotų bandymus ūkiuose. „Po penkerių metų norime juos pardavinėti,“ sako Noguchi.
Didelis Noguchi rūpestis yra rizika, kad robotai gali atsitrenkti į keliautojus ar besiganančius gyvulius. Tad, jis bendradarbiauja su Vokietijos inžinerijos kompanija Bosch, vystydamas robotus, turinčius lazerius ir ultragarso jutiklius, tiriančius aplinką, bei sustojančius, jei iškyla neišvengiamo susidūrimo grėsmė. Kaip atsarginė priemonė naudojami lietimui jautrūs buferiai, sustabdantys robotą, jei šis į ką atsitrenktų.
Po Japonijos darbo rankų žemės ūkyje trūkumą pajus – ir kur labiausiai tikėtina, agribotai pasirodys greičiausiai – Šiaurės Amerika ir Vakarų Europa. Panaši padėtis ir sparčiai besivystančiose šalyse, pavyzdžiui, Kinijoje. „Darba žemės ūkyje nėra įdomus, prestižinis ir dažniausiai nėra labai gerai apmokamas. Jis fiziškai sunkus ir purvinas – žmonės linkę keliauti į miestus ir dirbti gamyklose ar biuruose,“ sako Eldertas van Hentenas, robotikos tyrėjas iš Wageningeno universiteto Nyderlanduose. „Nors populiacija auga ir ją reikia maitinti, norinčiųjų dirbti žemės ūkyje sparčiai mąžta.“
Linda Calvin, JAV Žemės ūkio departamento ekonomistė ir Philipas Martinas iš Kalifornijos universiteto, Davis, tyrė mechanizacijos tendencijas, siekdami prognozuoti, kaip seksis JAV ūkiams, darbo jėgai traukiantis. Kol kas darbininkai migrantai, daugiausiai iš Meksikos, trūkumą užpildydavo, bet imigrantų tėkmė menksta ir daug iš JAV grįžta namo. Per JAV Darbo departamento 25 metus atliekamą Nacionalinį žemės ūkio darbuotojų tyrimą buvo apklausta daugiau, nei 50 000 ūkio darbininkų. Daugiau, nei pusė respondentų buvo nelegalūs imigrantai, tačiau netgi šioje grupėje, kur teisinis statusas, išsilavinimas ir kalba trukdo įsidarbinti kitur, po mažiau, nei dešimtmečio dauguma iškeičia darbą ūkyje į mažiau fizinių jėgų reikalaujantį.
Augantys įdarbinimo kaštai praeityje jau yra paskatinę darbą palengvinančių ūkio technologijų diegimą, pastebi Calvinas ir Martinas, pateikdami razinų gamybą kaip pavyzdį. 2000 metais gausus derlius numušė kainas ir sumažėjus pelnui, fermeriai ėmė ieškoti taupymo būdų. Kadangi darbo jėgos kaštai sudaro didelę išlaidų dalį – JAV ūkiuose vidutiniškai 42 procentai gamybos išlaidų – jie pradėjo naudoti mechaninius skintuvus, pritaikytus iš vyndarių naudojamų mašinų. 2007 metais beveik pusė Kalifornijos razinų buvo surenkamos mechanizuotai ir darbininkų sumažėjo nuo 50 000 iki 30 000.
Agribotai gali ir nebūti gera naujiena darbininkams, kurių pragyvenimas priklauso nuo žemės, bet kaip patiems ūkininkams? Nors tyrimai rodo, kad melžimo robotai daro menką poveikį bendram pelnui, mechanizmai išvaduoja ūkininkus nuo kasdienio melžimo. Bet Blackmore'o skaičiavimai rodo, kad agribotai galėtų teikti didelę finansinę naudą, sumažindami ravėjimo kaštus maždaug 20 procentų javų ar cukrinių runkelių laukuose. Nauda turėtų būti didesnė ekologiniams ūkiams, kadangi ten darbo kaštai sudaro daugiau, nei 50 procentų visų išlaidų. Ekologiško ūkininkavimo studija Danijoje parodė, kad įvertinus mechanizmų ir jų priežiūros išlaidas, agribotai gali perpus sumažinti ravėjimo kaštus.
Robotams draugiški ūkiai
Joshą Stride'ą iš JK Dirvos asociacijos – skatinančios ekologinį ūkininkavimą – technologijų, galinčių sumažinti chemikalų naudojimą, perspektyva žavi. Bet kartu įspėja, kad turime įvertinti riziką. „Bet kurios naujos technologijos galimybė teikti žadamą naudą turėtų būti vertinama atsargiai.“
Ar agribotai gali sumažinti maisto prekių kainas? Galbūt, sako Blackmore'as. Maisto kainą veikia tiek daug veiksnių, nuo orų iki prekybos centrų kainų karų, kad sunku pasakyti ar automatizavimas ilguoju laikotarpiu atpigins vaisius ir daržoves, sako jis. Tačiau ūkininkavimui sunaudojant mažiau energijos, turėtų būti įmanoma išlaikyti žemas kainas.
Tačiau platus agribotų naudojimas į prekybos centrus gali atnešti ir kitų pokyčių. Lewisas Holloway'us, tiriantis agrokultūrą Hullo universitete, UK, sako, kad robotizuotas melžimas tikriausiai paveiks pieno bandų genetiką, nes ūkininkai mieliau rinksis „draugiškas robotams“ karves, kurių tešmenys ir net elgesys geriau tiks automatizuotam melžimui (Journal of Rural Studies). Panašiai, tęsia jis, gali būti, kad agribotai galėtų nulemti, kokie vaisiai ar daržovės paklius į parduotuves, kadangi ūkininkai gali teikti pirmenybę auginti tokias kultūras, kurių, tarkime, lapų formą lengviau atskirti nuo piktžolių.
Beveik neišvengiamai šios mašinos pakeis visą peizažą. Geriausi laikai robotų agrikultūrai išauš, kai ūkiai bus kuriami, turint galvoje agribotus, sako Sukkarieh. Tai gali reikšti grįžimą prie mažesnių laukų, kur augalai sodinami tinkleliu, o ne eilėmis, o vaismedžiai genimi, suteikiant jiems plokščią formą, kad būtų paprasčiau rinkti derlių. Toks svetimas, geometriškas ūkių peizažas, formuojamas robotų, dar tolokai, sako Sukkarieh, „bet tai nutiks.“
Van Hentenas sutinka. „Kai ėmėmės robotikos dešimtojo dešimtmečio viduryje, augintojai juokėsi ir buvo nusiteikę skeptiškai,“ prisimena jis. „Bet pademonstravus agurkų rinkiklį, ėmė teirautis, kur galėtų jį rytoj nusipirkti.“
James Mitchell Crow, New Scientist, № 2888
Norint išmaitinti augančią žmonių populiaciją, iki 2050-ųjų maisto gamybą turėsime padvigubinti – tačiau vis mažiau žmonių nori dirbti žemę. Vienas iš sprendimų galėtų būti robotų darbas. Pateikiamos šešios sistemos, tikros ir įsivaizduojamos, galinčios padėti ateities ūkininkams.
Ben Crystall
Hortibot
Hortibot yra Rasmuso Jørgenseno ir komandos iš Aarhus universiteto, Danijoje 2007 metais sukurtas agrikultūrinio roboto prototipas, naudojantis autonominę navigaciją, kameras ir įvairius įrankius pasikartojančių užduočių atlikimui laukuose.
SprayCell
Tarp Hortiboto įrankių yra šis purkštuvo prototipas, SprayCell. Jis naudoja kameras vaizdo analizės programinę įrangą naudingų augalų ir piktžolių atpažinimui ir vietos nustatymui. Paskui per purkštukus tik piktžolės gauna herbicidų dozę, kas galėtų per pusę sumažinti ūkiuose naudojamų pesticidų kiekį. Bandomas SprayCell prototipas su 2,25 metrų ilgio rankena.
MIT robotas sodininkas
Masačiusetso technologijų instituto studentai sukūrė „paskirstytąjį robotizuotą sodininką“: keturis vyšninių pomidorų daigelius, kiekvieną su nuosavais jutikliais, prižiūrimus šešių mažų robotų. Robotai ir augalai bendrauja belaidžio ryšio tinklu – augalai stebi savo dirvos drėgmę ir kai reikia, išsikviečia vandens. Be dirvos drėgmės palaikymo, robotai nustato, kada pomidorai prinoksta ir juos surenka.
Robotinė pienininkystė
Pirmieji komerciniai robotizuoti melžimo agregatai pasirodė dešimto dešimtmečio viduryje ir dabar tūkstančiai Europos ir Šiaurės Amerikos ūkininkų patiki savo bandų melžimą robotams. Ūkininkai gali mažiau dirbti, nors, kainuodamos apie 200 000 dolerių, tokios sistemos nėra pigios. Kitas žingsnis: robotizuotas buivolų melžimas.
Vynuogyno robotas
Inžinierius Christophe Millot sukūrė „Wall-Ye“ vynuogių genėjimui. Mažas keturratis robotas su pora metalinių rankų, GPS imtuvu ir šešiomis vaizdo kameromis gali sukiotis tarp vynuogienojų, tirti dirvą ir tikrinti vynuoges. Millot tikisi, kad Wall-Ye galės nugenėti iki 600 vynmedžių per dieną.
Kosmoso sodų robotai
Holivudas sukūrė vieną iš pirmųjų sodininkaujančių robotų vizijų. Aplinkosauginiame mokslinės fantastikos filme Silent Running, pasirodžiusiame 1972 m., maži robotai Huey ir Dewey mokomi rūpintis augalais, išsaugotais šalia Saturno besisukančio erdvėlaivio didžiuliame šiltnamyje.
