Правильные пчелы: современные фермы не смогут обойтись без пчелоботов

Сегодня роботы выполняют множество видов работ. В сельском хозяйстве, например, автоматические косилки, сеялки, системы орошения заменили ручной труд. Но как насчет тех участников процесса земледелия, что не являются людьми? Научный журналист Молли Глик рассказывает о бурно развивающейся индустрии роботов-опылителей, которые нужны для создания закрытых ферм в городских, а в будущем и внеземных условиях.

На вертикальных агрофермах специальное освещение и искусственный интеллект позволяют растениям, плотно расположенным на высоких стеллажах, расти в помещении при минимальном вмешательстве человека. Это основная цель их создателей. Однако, несмотря на громкие обещания обеспечить местные рынки свежими продуктами, эти системы пока не позволяют прокормить растущее население Земли без ущерба для климата. Ситуацию могут переломить пчелоботы — роботы-опылители.

В 2012 году в Сингапуре открылась первая в мире вертикальная ферма для коммерческого использования. В последующие годы появилось больше предприятий. Крупные игроки, такие как Infarm и AeroFarms, десять лет получали сотни миллионов долларов. Некоторые эксперты утверждают, что с помощью гидропоники, а также искусственного интеллекта, позволяющего тщательно следить за ростом растений и расходом воды, эти футуристические фермы смогут решить проблему мировой продовольственной безопасности, не затрачивая при этом огромные земельные и водные ресурсы, характерные для традиционных производств.

Однако за последний год, из-за общемирового роста цен на энергоносители и инфляцию, дела многих подобных ферм пришли в упадок. Осенью этого года компания Infarm объявила об увольнении более половины своих сотрудников, а компания AeroFarms недавно заявила о банкротстве. Возможно, причина еще и в том, что ассортимент растений, выращенных на этих фермах, весьма ограничен: большинство из них производят только зелень, поскольку она потребляет мало воды и ее легко выращивать в закрытом пространстве с помощью гидропоники. Но накормить весь мир одним латуком не получится.

Чтобы расширить выбор растений, фермам нужны опылители. Выполнить эту работу на вертикальной ферме довольно сложно, поскольку домашние медоносные пчелы, являющиеся одними из самых популярных опылителей, с трудом ориентируются в условиях искусственного освещения, а опыление вручную требует больших затрат времени и средств. Для решения этой проблемы ученые уже более десяти лет работают над созданием роботов-опылителей.

Роботы не в новинку для сельского хозяйства. С середины XX века эта отрасль значительно автоматизировалась. В настоящее время компании разрабатывают автономных роботов для уборки урожая, а некоторые устройства могут выполнять и дополнительные задачи, такие как прополка, опрыскивание пестицидами и мониторинг заболеваний. Искусственный интеллект помогает большинству этих устройств организовывать и обрабатывать информацию, получаемую от встроенных датчиков, которые способны улавливать различия в типах света, отражаемого растениями. По этим различиям можно судить о состоянии урожая, например, о спелости плодов или признаках их повреждения.

Кроме сбора урожая, все большее число специалистов стремится автоматизировать и опыление, по словам Махлы Неджати, научного сотрудника Оклендского университета, работающего над робототехникой и системами искусственного интеллекта для сельского хозяйства. Ученые и компании по всему миру пытаются найти оптимальные способы разработки и внедрения роботов-опылителей. По словам Ю Гу, специалиста по робототехнике из Университета Западной Вирджинии, который разрабатывает шестирукую машину-опылитель под названием StickBug, это не простая задача. «Большой проблемой является то, что существует очень много разных цветов и большое разнообразие сельскохозяйственных условий», — говорит он.

Некоторые разработки уже вышли на рынок. Сиддхарта Джадхав в 2019 году основал компанию Polybee, которая адаптируют широко распространенные мини-дроны для различных видов сельскохозяйственных работ в закрытых помещениях, включая вертикальные фермы и теплицы. Программное обеспечение Polybee, работающее на основе искусственного интеллекта, направляет дроны, оснащенные датчиками с цветными камерами, рядом с растениями. Когда условия внутри теплицы (например, температура и влажность) становятся оптимальными для опыления, мини-дроны создают плавные колебания воздуха вокруг себя, вызывая вибрацию цветов. Это вытряхивает пыльцу из цветка и запускает процесс опыления.

Сегодня компания Polybee поставляет своих искусственных пчелок в Австралию, где они опыляют томаты в теплицах. По словам Джадхава, команда также провела испытания с компаниями, занимающимися вертикальным выращиванием растений в закрытых помещениях, хотя пока просто нет большого количества коммерческих вертикальных ферм, выращивающих фруктовые культуры в национальных масштабах.

Израильская компания Arugga также продает роботов для томатных теплиц. Бродячий наземный робот Polly перемещается между рядами растений и подает импульсы для опыления. Процесс происходит в основном автономно, но операторы-люди должны перемещать Polly между рядами. По словам Эйтана Хеллера, соучредителя компании и вице-президента по развитию бизнеса, со временем Arugga может заняться вертикальным земледелием, но только в том случае, если этот рынок станет более прибыльным.

Использование роботов-опылителей дает весомые преимущества. Например, оно снижает распространение инфекций между растениями, поскольку пчелы могут распространять болезни, наносящие большой ущерб фермам. Уже более двух десятилетий ученые всего мира предполагают, что шмели могут быть переносчиками опасных инфекций, которые делают томаты непригодными к продаже. Разведенные в теплицах пчелы также могут вылететь наружу и заразить диких пчел, обитающих поблизости, численность которых и без того стремительно сокращается, что во многом связано с такими факторами, как изменение климата, урбанизация и использование пестицидов. Это особенно губительно для растений, которые зависят от внешних опылителей, поскольку они не могут прибегнуть к механическим заменителям. По словам Неджати, роботы лучше всего работают в закрытых помещениях, где могут перемещаться в среде с четкой структурой и избегать непредсказуемых погодных условий и температур.

Будущее роботов-пчел

Компании Polybee и Arugga уже освоили опыление томатов, но они продолжают работать над модификацией роботов для работы с другими видами растений. Polybee проводит испытания с клубникой, а Arugga утверждает, что их инструменты можно адаптировать для работы с множеством других культур, таких как клубника и черника.

После сотрудничества с целым рядом специалистов, включая энтомологов и садоводов, специалисты компании убедились, что некоторые ягоды, вероятно, выиграют от прямого взаимодействия с небольшими беспилотными летательными аппаратами.

Независимо от вида плодов, роботы должны работать аккуратно, чтобы не повредить цветки, которые, как правило, очень хрупкие. По словам Ю Гу, процесс опыления можно сравнить с «роботизированной хирургией». Он считает, что на данный момент метод воздушного потока дронов, скорее всего, будет ограничен работой с несколькими растениями одновременно, а не с отдельными: «трудно работать с такой точностью».

Вряд ли какой-либо вид сельского хозяйства в закрытом помещении сможет полностью заменить поля, на которых люди работали тысячелетиями. Вертикальные фермы могут дополнить выращивание культур на открытом воздухе, не занимая при этом много места. Например, они могут быть построены на заброшенных участках земли или станут популярны там, где есть дефицит природных ресурсов — в космосе. Грэм, который также занимается исследованиями производства продуктов питания, считает, что роботы-опылители могут быть особенно полезны в этой среде. Хотя ученые уже планируют доставить в космос живых насекомых для работы в качестве опылителей и поедания отходов, металлические аналоги насекомых, скорее всего, будут жить дольше (обычная рабочая пчела живет всего несколько недель). Космонавты смогут даже напечатать эти инструменты в трехмерном формате на месте.

«Сейчас идет проработка возможных вариантов, и, в конечном итоге, как и в большинстве других областей, космическое земледелие, вероятно, будет представлять собой некий гибрид», — считает Грэм.

Источник