Робо пчели могат да спасят фермите от ново поколение днес и космическото земеделие утре

Роботите вече извършват много видове дейности. В селското стопанство например автоматичните косачки, сеялките, напоителните системи са изместили ръчния труд. Но какво да кажем за онези участници в земеделския процес, които не са хора? Научната журналистка Моли Глик разказва за процъфтяващата индустрия на роботи опрашители, които са необходими за създаване на закрити ферми в градовете, а в бъдеще и в извънземни условия.

При вертикалното земеделие изкуствените светлини и изкуственият интелект карат растенията, подредени нагъсто на високи рафтове, а не разпръснати на полето, да растат на закрито с минимална човешка намеса. Това е целта. Но въпреки високите обещания за предлагане на пресни продукти на местните пазари, тези системи все още не са осигурили щадящ климата начин за изхранване на нарастващото население на света. Могат ли роботизираните "пчели", една бръмчаща технология направо от научната фантастика, да спасят тези високотехнологични операции?

Първата в света търговска вертикална ферма е открита в Сингапур през 2012 г. През следващите години се появяват още предприятия, като основните играчи като Infarm и AeroFarms получават финансиране за стотици милиони през следващото десетилетие. С помощта на устойчиви системи като хидропониката, както и на изкуствен интелект, който следи отблизо растежа на растенията и използването на вода, някои компании и експерти твърдят, че тези футуристични ферми биха могли да се справят с продоволствената несигурност в световен мащаб - без огромния отпечатък върху земята и водата, който оставят конвенционалните операции.

Тези ферми "имат потенциала да допринесат за значителна част от нашето хранене", казва Томас Греъм, който изследва земеделието в контролирана среда в Университета на Гуелф в Онтарио. А компаниите могат да ги разположат почти навсякъде.

През изминалата година обаче надеждите на много вертикални ферми угаснаха. Неотдавнашната инфлация и скокообразното повишаване на цените на енергията в световен мащаб, подхранвано от нахлуването на Русия в Украйна, направиха почти постоянното търсене на електроенергия от тези ферми недостъпно. Тази есен Infarm обяви, че съкращава повече от половината си служители, а AeroFarms наскоро обяви фалит. Междувременно други вертикални ферми също са изправени пред финансови предизвикателства.

Не помага и фактът, че понастоящем вертикалните ферми имат ограничен асортимент; в повечето от тях се отглеждат само зелени зеленчуци като маруля и билки, тъй като те използват малко количество вода и са сравнително лесни за отглеждане на закрито чрез хидропоника, благодарение на бързото си развитие. "Част от работата, която вършим, е свързана с отглеждането не само на зеленолистни зеленчуци", казва Греъм. "Не можеш да нахраниш света с маруля.“

За да се справят наистина с продоволствената несигурност, вертикалните ферми трябва да разширят предлагането си, а това означава да намерят начин да вкарат опрашителите във високотехнологичните ферми на закрито. Около една трета от културите, които консумираме, се нуждаят от опрашители като пчели и прилепи, за да растат. Трудно е да се свърши тази работа във вертикална ферма, тъй като опитомените медоносни пчели, едни от най-популярните опрашители за търговските производители, трудно се ориентират при изкуствена светлина, а ръчното опрашване е изключително трудоемко и следователно скъпо. За да решат този проблем, изследователите работят върху роботизирани опрашители повече от десетилетие. Но такива опрашители едва наскоро навлязоха в университетите и търговските предприятия.

Пчели ботове на помощ

Ботовете не са нещо ново за фермите. От средата на 20-ти век изследователите проучват начини за автоматизиране на селското стопанство, включително трактори с автоматизирано управление. През 80-те и 90-те години на миналия век инженерите започват да разработват устройства за специфични задачи, като роботизиран комбайн за пъпеши и роботи за бране на домати. Понастоящем компаниите разработват автономни роботи за прибиране на реколтата от различни продукти, а някои устройства могат да изпълняват и допълнителни задачи, включително плевене, пръскане с пестициди и наблюдение за болести. Изкуственият интелект помага на повечето от тези инструменти да организират и обработват информацията от вградените в тях сензори - често мултиспектрални камери, които могат да улавят разликите във видовете светлина, отразявани от растенията. Тези разлики дават информация за състоянието на културите, като например зрялост на плодовете или признаци на повреди.

Въпреки че повечето изследвания в областта на селскостопанските машини все още се фокусират върху роботите за бране на продукция, все повече екипи вече се стремят да автоматизират и опрашването, казва Махла Неджати, научен сътрудник в Университета на Окланд в Нова Зеландия, който работи върху роботиката и системите с изкуствен интелект, насочени към селското стопанство. В рамките на своята докторантура Неджати разработва система за компютърно зрение за автономен робот за бране на киви и ябълки, предназначен за овощни градини. В крайна сметка колегите ѝ стигат до разкритие: тъй като вече са събирали с робот, би било "по-добре да започнат по-рано с опрашването", казва Неджати.

Сега учени и фирми от цял свят се борят с най-добрите начини за проектиране и внедряване на робоопрашители. Това не е лесна задача, казва Ю Гу, роботист от Университета на Западна Вирджиния, който разработва шестраменна машина за опрашване, наречена StickBug. За да се създадат широко използваеми опрашители, "мисля, че е голям проблем, че има толкова много видове цветя и толкова много видове земеделски условия", казва той.

Някои изследователи пренесоха работата си извън академичните среди и навлязоха на пазара. Сидхарт Джадхав, който преди това е изучавал аеродинамика на дронове в Националния университет на Сингапур, основава през 2019 г. компания, наречена Polybee. Той и колегите му адаптират широкодостъпни мини дронове за различни видове земеделски дейности на закрито, включително вертикални ферми и оранжерии. Софтуерът на Polybee, задвижван от изкуствен интелект, инструктира дроновете, оборудвани със сензори за цветни камери, които измерват ключови за производителите признаци, да летят в близост до растенията. След това дроновете внимателно смущават въздуха около тях, за да вибрират цветята, когато условията в оранжериите (като температура и влажност) са оптимални за опрашване, казва Джадхав. Тази дейност разклаща прашеца от цвета и дава начало на процеса на оплождане.

Понастоящем Polybee продава своята система за опрашване на търговски оранжерии за домати в Австралия. (В сравнение с много други хранителни култури опрашването на доматите е сравнително лесно, тъй като цветовете на растенията имат както мъжки, така и женски части.) Екипът е провел опити и с компании за вертикално отглеждане на закрито, казва Джадхав, въпреки че "все още нямаме много търговски вертикални ферми, които да отглеждат плодови култури в голям мащаб“.

Базираната в Израел компания Arugga също продава ботове за оранжерии за домати. Нейният робот, който се движи по земята и е наречен Поли, се движи между редовете с растения и подава въздушни импулси, за да стимулира опрашването. Процесът е предимно автономен. Засега обаче човешките оператори трябва да придвижват Polly между редовете с помощта на таблет. Arugga може евентуално да започне да се занимава с вертикално земеделие, но само ако този пазар стане по-печеливш, казва Ейтан Хелер, съосновател на компанията и вицепрезидент по бизнес развитието.

Все пак, ако роботизираните опрашители се окажат подходящи за вертикалните ферми, те биха могли да предложат множество предимства. От една страна, те биха могли да намалят инфекциите между растенията, тъй като пчелите могат да разпространяват болести, които нанасят големи щети на фермите. В продължение на повече от две десетилетия учени от цял свят предполагат, че пчелите могат да разпространяват вируси върху незаразени преди това домати, което може да ги направи непродаваеми. Разработените с търговска цел пчели, разположени в оранжериите, могат също така да се измъкнат навън и да заразят дивите пчели наблизо, които вече преживяват бърз спад, до голяма степен свързан с фактори като изменението на климата, урбанизацията и употребата на пестициди. Това е особено вредно за растенията, които разчитат на тези външни опрашители, тъй като те не могат да се възползват от собствените си механични заместители. Според Неджати ботовете се справят най-добре на закрито, където могат да се движат в силно структурирана среда и да избягват непредсказуемото време и температури.

Какво следва за пчелите роботи?

Въпреки че Polybee и Arugga твърдят, че са се справили с опрашването на домати, те все още работят по модифицирането на продуктите си, за да работят с други видове растения. В момента Polybee провежда изпитания с ягоди, а Arugga твърди, че инструментите ѝ могат да бъдат пригодени за работа с много други култури, като ягоди и боровинки.

Но всяко растение е свързано със свои собствени трудности, казва Гу. Въпреки че Arugga планира да използва своя метод с пулсиращ въздух за различни видове плодове, Гу и колегите му са установили, че някои сортове може да изискват директен контакт с роботите, подобен на естествения метод, използван от пчелите. След като си сътрудничи с редица експерти, включително ентомолози и градинари, той смята, че някои видове горски плодове, например, вероятно имат полза от опрашване чрез контакт. Греъм е съгласен, че някои плодове вероятно биха имали полза от пряко взаимодействие с роботи, може би малки безпилотни самолети.

Независимо от плода, ботовете ще трябва да работят внимателно, за да не повредят цветята, които обикновено са деликатни. Гу сравнява процеса на опрашване с "роботизирана хирургия" и казва, че засега методът на въздушния поток на дроновете вероятно ще бъде ограничен до работа с няколко растения едновременно, а не с отделни индивиди. "Растенията, които се нуждаят от прецизно опрашване, [се] нарушават от въздушния поток", казва той. "Трудно е да се работи толкова прецизно.“

Дори роботизираните опрашители да спасят вертикалните ферми от остаряване, малко вероятно е който и да е вид земеделие на закрито да замени изцяло полетата, на които хората са разчитали в продължение на хилядолетия. Но Гу предполага, че вертикалните ферми биха могли да допълнят културите, отглеждани на открито, без да заемат твърде много място. Например, те могат да бъдат изградени върху изоставени парчета земя. "Това е допълнителен начин за правене на нещата", казва Греъм. "Трябва да преосмислим земеделието в условията на климатичните промени и нарастването на населението, но на [вертикалните ферми] не трябва да се гледа като на конкурентни - защото не са.“

Вертикалните ферми биха могли да помогнат и на друго място, което не разполага с природни ресурси - космическото пространство. Греъм, който също така изследва производството на храни на „последната граница“, казва, че роботите-опрашители могат да бъдат особено полезни в тази среда. Макар че учените вече планират да пренесат живи насекоми в космоса, за да работят като опрашители и да се хранят с отпадъци, металните аналози на насекомите вероятно ще имат по-дълъг живот от тях. Астронавтите биха могли дори да ги произвеждат на 3-D принтер извън планетата.

"Космосът е интересна област, защото нищо не е изключено", казва той. "Всичко се обмисля и в крайна сметка - както повечето неща - [космическото земеделие] вероятно ще бъде някакъв хибрид.“

Източник: Scientific American