Сельское хозяйство приближается к пороговому моменту, когда новая волна технологий спровоцирует революцию, сопоставимую с механизацией промышленности в 20 веке. Термин «сельское хозяйство 4.0» означает, что эта революция постепенно заменит ручной труд, позволит внедрять информационные технологии в фермерские хозяйства и создавать все более взаимосвязанные цепочки поставок продовольствия.
Чтобы лучше понять последствия, два академика IBERS из университета Аберистуайта подготовили доклад для Farming Connect. В этом докладе лектор по животноводству Кейт Уильямс и эксперт по агротехнике д-р Питер Вуттон-Бирд описывают технологии, которые могут стать движущей силой этой революции. Они полагают, что это будет в значительной степени полезно как для прогрессивных фермеров, так и для общества в целом, и принесет пользу не только в плане производства продовольствия, но и в плане изменения климата и здоровья населения мира.
Развитие сельского хозяйства будет в значительной степени зависеть от развития географических информационных систем (ГИС), дистанционного зондирования (ДЗЗ) и глобальных систем позиционирования (GPS). В сочетании с такими показателями, как урожайность, качество и распространенность заболеваний, они могут указывать на наиболее подходящие мероприятия на данном участке. Помимо оказания помощи в управлении фермерскими хозяйствами, они могут быть использованы потребителями для определения происхождения продукции.
Это реальная отправная точка для сельского хозяйства 4.0. Точное сельское хозяйство работает, используя данные различных сенсорных технологий для повышения точности и эффективности ведения сельского хозяйства. В зависимости от характера задачи вмешательство человека может больше не потребоваться. Сенсоры могут варьироваться от технологий визуализации до ГИС и датчиков оборудования. Другие, такие как интеллектуальные датчики сельскохозяйственных культур, могут анализировать такие переменные, как вода, электропроводность почвы, высота, содержание органического вещества, азот в почве и рН. Потенциальные области применения многочисленны, например, уведомление производителей о неожиданных заморозках. Калифорнийские фермеры, выращивающие спаржу, используют интеллектуальные сенсоры для удвоения урожая при одновременном сокращении потребления воды на 6%. Внутрихозяйственные данные могут быть использованы для планирования движения сельскохозяйственных грузов, чтобы уменьшить уплотнение почвы. Уборка урожая может быть улучшена за счет синхронизации движения транспортных средств. На полевом уровне экологические данные могут быть использованы для обеспечения надлежащего уровня удобрений, экономии средств и сокращения загрязнения окружающей среды. В сочетании с разработками в области автоматизации, эта информационная революция вполне может привести к тому, что сельское хозяйство не будет трудоустроено или почти не будет занято людьми.
Для внедрения точного земледелия необходимы новые аппаратные и программные средства, включая роботы. Они варьируются от систем с ограниченной мобильностью, таких как роботизированные доильные залы, до AgBot, которые выполняют полевые задачи, такие как посев семян, прополка или опрыскивание. Некоторые, конечно, уже есть на рынке. Роботы для уборки навоза, управляемые с помощью смартфона, уже несколько лет используются в Coleg Llysfasi , Ruthin. Имеются также автоматизированные системы выпаса скота на пастбищах. Они используют бот-пары на солнечной энергии для перемещения линий электрооборудования ограждений, взаимодействуя друг с другом через Bluetooth для максимального использования пастбищ. Кормораздатчики могут быть запрограммированы на подачу различных кормовых смесей скоту в заданное время, а прополка AgBots может автоматизировать утомительные действия, такие как боронование. Такой тип искусственного интеллекта (ИИ) приведет к еще большей эффективности и может привести к появлению новых методов ведения сельского хозяйства, основанных исключительно на данных.
Способность устройств работать в автоматическом режиме будет определяться их способностью взаимодействовать как друг с другом, так и с центрами хранения и обработки данных. В качестве управляющих этими устройствами будущим фермерам потребуются системы, которые позволят им собирать и анализировать данные, а также инициировать выполнение задач. Такие системы управления, поддерживаемые «Интернетом вещей», уже находятся в стадии разработки, такие как Agrivi или BovControl. Они существуют также и для таких совместных цепочек поставок, как Farmers Web. Эти системы взаимодействуют с облачными хранилищами данных для архивации, получения и сравнения данных. В будущем эти данные будут интегрированы с данными инвентаризации, финансового и бизнес-планирования, чтобы дать фермерам общее представление об их бизнесе.
Независимо от наличия роботов и искусственного интеллекта, сельскохозяйственная техника будет продолжать совершенствоваться. Современные тракторы уже оснащены современными бортовыми компьютерами для обработки данных GPS, ГИС и ДЗЗ. Следующим шагом являются полностью автономные или контролируемые тракторы без водителя, оснащенные датчиками и камерами для мониторинга состояния и здоровья растений. Поскольку в будущем сельскохозяйственная техника, вероятно, будет оснащаться более широким ассортиментом принадлежностей, что сделает ее более крупной и тяжелой, разрабатываются новые компоненты, такие как высокогибкие шины и более эффективные двигатели.
Необходимость снижения зависимости от ископаемых видов топлива в сочетании с новыми потребностями в электроэнергии со стороны компьютеров, роботов и устройств, скорее всего, приведет к увеличению потребностей в электроэнергии на фермах. Эта мегатенденция к электрификации окажет фундаментальное влияние на сельское хозяйство, что может привести к изменениям в структуре, распределении и даже в размерах фермерского бизнеса. Электрификация, вероятно, будет возможна с помощью целого ряда технологий. Наряду с микрогенерацией на основе возобновляемых источников энергии свою роль будут играть регенеративная энергетика, районные энергетические сети и модернизация энергосетей. Сельскохозяйственное оборудование тоже готово к работе на электричестве. Такие производители тракторов, как John Deere, уже представили на выставке гибридные сельскохозяйственные машины с электрогенераторами, превращая полностью электрические машины в реальность.
Если фермерские хозяйства станут более зависимыми от возобновляемых источников энергии, технологии накопления энергии также станут более важными. Миллиарды тратятся на разработку аккумуляторов. Это сочетает в себе все элементы точного земледелия, автоматизации, связи и электрификации, но в другом производственном контексте. Это наиболее контролируемая форма ведения сельского хозяйства, использующая гидропонику и низкоэнергетические светодиоды для обеспечения всех потребностей растений. Складывая растения в несколько слоев, система увеличивает площадь выращивания на единицу площади. Для максимизации производства вертикальные фермы могут точно регулировать такие элементы, как длины волн света, концентрации питательных веществ, уровни и температуру воды. Такие фермы могут располагаться параллельно с возобновляемыми источниками энергии и технологиями переработки отходов. Таким образом, питательные вещества могут быть рециркулированы, тепловая энергия улавливается повторно, а отходы, такие как CO2, повторно утилизируются.
