На передовой «умного» земледелия: как технологические достижения меняют облик сельского хозяйства

Меняющийся сельскохозяйственный ландшафт

Сельскохозяйственный сектор Японии сталкивается с острой нехваткой рабочей силы, вызванной старением и сокращением фермерского населения страны. С 2015 года количество фермеров в стране сократилось на 22,4%, в то время как их средний возраст за тот же период увеличился на 0,8 года, достигнув 67,8 лет. Поскольку ожидается, что в будущем эти тенденции будут только прогрессировать, критически важным для выживания и развития отрасли становится так называемое «умное земледелие» - ведение сельскохозяйственных работ с использованием роботов и других трудосберегающих технологий.

Ученые из других стран также исследуют высокотехнологичные решения для борьбы с тяжелыми последствиями изменения климата, включая засуху и потерю пахотных земель в результате опустынивания, а также для удовлетворения растущих потребностей увеличивающегося населения планеты в продовольствии. По мере развития технологий умное земледелие превращает сельское хозяйство из практики, в значительной степени зависящей от опыта и интуиции производителей, в отрасль, управляемую данными, что открывает возможность привлечения в процесс более широкого круга участников. Ниже я расскажу о взрывном росте популярности умного земледелия в Японии и других странах и рассмотрю ближайшие перспективы этой отрасли.

Увеличение производства за счет более точных данных

Определяющей характеристикой умного земледелия является использование технологий для лучшего планирования и управления урожаем. Умное земледелие включает использование спутниковых изображений для определения характеристик почвы, мониторинга развития растений и оценки урожайности, а также анализ данных о погодных условиях для управления урожаем и использование беспилотных летательных аппаратов и высокотехнологичных комбайнов. Вооруженные этими инструментами, производители смогут самостоятельно разрабатывать более эффективные методы ведения хозяйства, такие как точное использование сельскохозяйственных химикатов - пестицидов и удобрений, экономящих время и энергию при одновременном повышении урожайности.

Еще одна важная особенность умного земледелия - это его способность приносить пользу отдельным фермерам и целым сельскохозяйственным кластерам за счет повышения производительности и усиления экономического влияния производителей. Так фермеры, выращивающие рис, могут использовать карты в реальном времени, основанные на данных спутниковых снимков, для более точного мониторинга уровня азота в ювенильных растениях по мере их развития, а затем вносить удобрения по мере необходимости. Производители также могут использовать спутниковые технологии для определения количества белка в зернах риса - важного показателя вкуса, помогающего узнать оптимальное время сбора урожая. Корректировка подходов в соответствии с последними данными ведет к увеличению урожайности и росту качества продукции при сохранении стабильного урожая от сезона к сезону. Упростится контроль за определенными качествами и характеристиками урожая, открывая путь на общенациональные рынки сбыта региональным брендам риса и другим нишевым фермерским продуктам.

Брендинг сельскохозяйственной продукции - выгодная перспектива для производителей, поскольку позволяет продемонстрировать региональные товары более широкому кругу потребителей как в Японии, так и за рубежом. Умное земледелие помогает местным производителям создавать и поддерживать свои бренды, предоставляя им больший контроль над такими факторами, как качество и урожайность, и позволяя лучше удовлетворять потребности и запросы покупателей. Более того, фермеры в этих районах могут использовать такие умные технологии, как моделирование роста на основе информации о погоде и дистанционное зондирование посевов, обеспечивая координацию времени сбора и отгрузки урожая. Современные технологии пригодятся и для связи с дистрибьюторами и перерабатывающими предприятиями, что гарантирует стабильные поставки продукции и снижение логистических расходов.

Японские фермеры уже имеют доступ к широкому спектру данных о таких факторах, как погодные условия, типы почвы, условия роста растений и управление урожаем. Однако информация разбросана по разным платформам, и до недавнего времени у производителей не было возможности получить простой и экономически эффективный доступ к этим разрозненным данным. Чтобы исправить ситуацию, Национальная организация по исследованию сельского хозяйства и вопросов продовольствия разработала и запустила в 2019 году платформу для обмена  сельскохозяйственными данными. Эта платформа получила название Wagri. Wagri - это слово-гибрид, состоящее из японского термина wa, гармония, и слова agri, сельское хозяйство. Wagri собирает и систематизирует сельскохозяйственные данные, разбросанные по различным базам данных и веб-сайтам. Система обеспечивает фермерам недорогой доступ к специализированной государственной и проприетарной информации, относящейся к управлению посевами, а также к данным, получаемым от IT-вендоров и производителей сельскохозяйственного оборудования.

Автономное земледелие

Еще один ключевой аспект умного земледелия - автоматизация сельскохозяйственного оборудования. Наша команда при лаборатории робототехники транспортных средств Университета Хоккайдо участвовала в разработке первого в Японии полностью самоуправляемого трактора, который поступил в продажу в 2018 году. В отличие от существующих тракторов и рисопосадочных машин с дистанционным управлением, эта модель оснащена датчиками и программным обеспечением, позволяющим ей автоматически останавливаться при обнаружении препятствия, а также другими функциями, позволяющими безопасно управлять ею без участия человека. Несмотря на свою автономность, роботы-тракторы могут работать только в том случае, если рядом находится человек, который следит за их работой.

Благодаря технологическому прогрессу ассортимент автоматизированной сельскохозяйственной техники на рынке продолжает расширяться. Среди новых предложений - самоуправляемая косилка для ухода за растительностью на насыпях между полями, и робот, который подрезает и собирает листья на чайных кустах. Представители промышленности, ученые университетов и правительственные органы уже ведут разработку следующего поколения автономной техники, тесно сотрудничая в области создания полевых роботов с дистанционным управлением, которые будут способны к полностью независимому перемещению.

Автономные полевые роботы, подключенные к системе удаленного мониторинга, могут значительно повысить эффективность земледелия. Роботы будут самостоятельно перемещаться между грядками и даже полями, а человек на станции мониторинга будет одновременно управлять их деятельностью на разных участках. Последние исследования посвящены широкомасштабному использованию полевых роботов, оснащенных технологиями 5G и ИИ. Они используют изображения высокой четкости для выполнения точных задач, таких как целенаправленное внесение удобрений и быстрое выявление и удаление больных растений и вредителей. Это лишь верхушка айсберга с точки зрения потенциала этих технологий. Граничные вычисления, позволяющие быстро анализировать информацию, передаваемую по сетям 5G, открывают новую эру умного земледелия, делая возможным создание сложных систем, необходимых для управления многочисленными группами полевых роботов.

Растущий экспортный потенциал

Большая часть усилий в Японии и других странах направлена на разработку роботов для уборки таких культур, как клубника, помидоры и спаржа, которые традиционно собирают вручную. Для эффективного функционирования автономных комбайнов необходимы три элемента: точность оценки, управление и вождение, причем наиболее важными являются первые два. Разработка роботов, способных определять степень спелости плода или другого продукта, и точно определять его положение, представляет собой сложную техническую задачу.

Кроме того, существует проблема, связанная с тем, что после сбора урожая плоды необходимо быстро отсортировать таким образом, чтобы не повредить их. При этом рынок клубники и других элитных японских фруктов в странах Азии и Океании продолжает расти. Японская сельскохозяйственная промышленность возлагает надежды на внедрение роботов-сборщиков урожая, которые позволят садоводам удовлетворить ожидаемый рост спроса.

Автономный электромобиль опрыскивает деревья в фруктовом саду (© Ногути Нобору)

Наряду с сельскохозяйственной продукцией у Японии появляется все больше возможностей и для экспорта самих технологий умного земледелия. Одна из областей, в которой она имеет преимущество, - это разработка небольших самоходных тракторов. Японские фермы, как правило, более компактны, чем обширные участки сельскохозяйственных угодий за рубежом, и поэтому меньше нуждаются в крупногабаритном оборудовании. В Северной Америке и Европе использование крупногабаритных тракторов и комбайнов стало предметом пристального внимания из-за количества потребляемого топлива и пагубного воздействия на посевы из-за уплотнения почвы. Фактически, до 90% энергозатрат на эксплуатацию тракторов приходится на необходимость рыхления затвердевшей почвы, что делает небольшие модели и модели, работающие на электричестве, привлекательными для фермеров, желающих снизить накладные расходы. Существует также проблема перемещения крупного, громоздкого оборудования между полями, особенно в свете правил дорожного движения в некоторых странах, запрещающих использование таких транспортных средств на дорогах общего пользования.

В 2017 году британский Университет Харпера Адамса использовал небольшой трактор японской сборки в своем проекте Hands Free Hectare, целью которого было создание полностью автономного цикла выращивания сельскохозяйственных культур, от обработки земли до сбора урожая, на участке площадью 100 кв.м. В программе используются сильные стороны автономных сельскохозяйственных роботов, а конечной целью является создание масштабируемой системы. В Северной Америке и Европе стремление к автоматизации направлено на повышение качества сельскохозяйственных культур, при этом наибольшая потребность существует в роботах, способных выполнять задачи, которые не под силу обычному оборудованию и могущих заменить особенно дорогостоящий и затратный по времени ручной труд. Особый интерес вызывает разработка систем с использованием небольших электрифицированных транспортных средств, которые являются энергоэффективными и простыми в обслуживании, не слишком уплотняют почву, безопасны и недороги в управлении и могут работать в любую погоду. Аналогичным образом, во всем мире ведется разработка систем, способных координировать группы небольших роботов для выполнения сверхточных сельскохозяйственных работ.

Автономные тракторы готовы приступить к совместной обработке поля (© Ногути Нобору)

Адаптация технологий к конкретным потребностям

У умного земледелия множество достоинств, которые безусловно оценят японские фермеры. К ним относятся решение проблемы нехватки рабочей силы, сохранение и передача сельскохозяйственных ноу-хау в цифровом формате, снижение производственных затрат, повышение качества и объема урожая, содействие переходу от подхода «product-out», когда стандарты продукции устанавливаются производителем, к стилю «market-in», учитывающему потребности потребителей, а также увеличение привлекательности фермерства. Однако переход не произойдет в одночасье: потребуется время, чтобы убедить производителей в том, что инвестиции в умные системы выгодны для их бизнеса и обязательно окупятся. Это особенно актуально для районов, где сельскохозяйственные культуры и методы ведения сельского хозяйства развивались в зависимости от местных условий, что делает необходимым адаптацию технологий умного земледелия к региональным потребностям.

Невозможно отрицать, что умное земледелие прогрессирует с невероятной скоростью. Чтобы идти в ногу со временем, такие заинтересованные стороны, как местные органы власти, центры развития и распространения сельскохозяйственных знаний в каждой префектуре, Союз сельскохозяйственных кооперативов Японии и производители должны внимательно следить за новыми разработками в быстро меняющейся области умного земледелия.

Фотография к заголовку: футуристическое изображение команды сельскохозяйственных роботов, ухаживающих за полем (предоставлено Ногути Нобору)

Статьи по теме

• Дать выжить сельскому хозяйству Японии: состояние дел и задачи, связанные с использованием труда иностранцев
• Проблемы экспорта японского риса
• Японское сельское хозяйство: реальность и утопия
• Вкуснейший рис с террасных полей