Сообщение инновации в сельском хозяйстве
Обновлено: 08.07.2024
Датчики изменяют сельское хозяйство, позволяя в режиме реального времени отслеживать и диагностировать состояние выращиваемых культур, скота и сельскохозяйственных машин. Нужные продукты питания можно получить, используя генетические данные, или вообще начать производство мяса непосредственно в лаборатории. Автоматизация с помощью крупных и мелких роботов дает возможность контролировать зреющий урожай и ухаживать за ним. Инжиниринг обеспечит сельскому хозяйству новые средства, новые места и даже новые области экономики. В обзоре представлены рассчитанные экспертами даты, когда каждая технология будет жизнеспособной с научной точки зрения, когда в нее начнут активно инвестировать венчурные капиталисты, и когда технология станет финансово жизнеспособной.
В растениеводстве это прежде всего датчики воздуха и почвы, в животноводстве – температурные датчики, датчики движения, которые позволят в реальном времени увидеть, понять и оценить ситуацию на поле или внутри фермы. Такие датчики были научно обоснованы уже в 2013 году, активно получали инвестиции с 2015, а к 2016 году эта технология стала финансово жизнеспособной.
Датчики телематики сельхозоборудования на тракторах, комбайнах, других машинах и устройствах, позволяющие предупреждать механизаторов и механиков о том, что вскоре может произойти поломка. Научное обоснование технология получила в 2013 году, инвестиции - в 2016 году, а финансовую жизнеспособность в 2017 году.
Биометрия сельхозживотных с помощью ошейников с GPS, которые могут автоматически определять и передавать жизненно важную информацию в режиме реального времени. Технология получила научное обоснование в 2017 году, инвестиции с 2018, финансово жизнеспособной технология станет к 2020 году.
Датчики урожайности позволяют применять дифференцированное внесение удобрений, а также определять состояние посевов по всему полю, например, с помощью инфракрасного света. Научная идея получила подтверждение в 2015 году, стала мейнстримом в 2018 году, а в 2019 году станет и финансово жизнеспособной технологией.
Датчики работоспособности для мониторинга вибраций и общего состояния материалов в зданиях, фермах и другой инфраструктуре. Возможность напрямую передавать важную информацию прямо в бригады технического обслуживания. Научное обоснование технология получает сейчас, ожидается, что работы будут завершены к 2021 году. С 2025 года ожидается активное инвестирование, а к 2027 году - полная финансовая жизнеспособность этого направления.
Создание новых штаммов животных и растений для лучшего удовлетворения биологических и физиологических потребностей. Отказ от генетически модифицированных продуктов питания. Научное обоснование технология получила в 2016 году, активное инвестирование запланировано на 2021 год, финансовая жизнеспособность технологии будет достигнута в 2022 году.
Возможность регулирования переменной скорости для отдельных технологических операций на сельхозмашинах. Предварительное вычисление формы поля с учетом производительности различных узлов сельхозтехники обеспечит точность и дифференцированность выполнения отдельных операций. Научная жизнеспособность направления была обоснована в 2013 году, активное инвестирование началось в 2014 году, в 2016 году технология стала финансово жизнеспособной.
Быстрое итеративное селекционное разведение сельхозживотных. Анализ продуктивности потомства на генном уровне позволяет точно определить характеристики будущего потомства, а также предложить алгоритм улучшения характеристик потомства. Научная жизнеспособность технологии доказана в 2014 году, основные инвестиции начались в 2017 году, к 2018 году технология стала финансово жизнеспособный.
Сельскохозяйственные роботы или агботы. Автоматизация сбора фруктов, вспашка полей, уход за почвой, прополка, посадка, орошение и другие необходимые технологические операции. Научная жизнеспособность доказана в 2018 году, основное инвестирование предполагается в 2020 году, достижение финансовой жизнеспособности - в 2021 году.
Точное земледелие, основанное на наблюдении и реагировании возникающих полевых изменений. Благодаря спутниковым снимкам и датчикам фермеры могут оптимизировать издержки при большей сохранности ресурсов. Понимание изменчивости культур, анализ данных о геолокации и с различных датчиков максимально автоматизирует процесс принятия решений для сельхозпроизводителя. Научное подтверждение технология получила в 2019 году, активное инвестирование ожидается в 2023 году, финансовая жизнеспособность - в 2024 году.
Роботизированные фермерские рои - комбинация десятков или сотен сельскохозяйственных роботов с тысячами микроскопических датчиков, которые вместе могли бы отслеживать, предсказывать, выращивать и собирать урожай практически без вмешательства человека. Научная жизнеспособность направления, как ожидается, будет доказана в 2023 году, основное инвестирование и финансовая жизнеспособность запланированы на 2026 год.
Создание закрытых экологических систем, которые не зависят от обмена веществ вне системы. Такие замкнутые экосистемы способны превращать отходы в кислород, пищу и воду, чтобы поддерживать формы жизни, населяющие систему. Такие системы уже существуют в небольших масштабах, но технологические ограничения не позволяют им масштабироваться. Научная жизнеспособность технологии получила подтверждение в 2015 году, основные инвестиции в это направление ожидаются в 2020 году, финансовая жизнеспособность - в 2021 году.
Синтетическая биология - программирование живых систем с использованием стандартизированных частей по аналогии с тем, как сегодня программируются компьютеры с использованием стандартизированных библиотек. Конечная цель - способность проектировать, создавать и восстанавливать инженерные биологические системы, которые обрабатывают информацию, манипулируют химическими веществами, производят материалы и структуры, производят энергию, обеспечивают пищу, поддерживают и улучшают здоровье человека и его окружения. Научная жизнеспособность доказана в 2013 году, основные инвестиции ожидаются в 2023 году, возможная финансовая жизнеспособность технологии будет достигнута в 2024 году.
Вертикальное земледелие как естественное продолжение городского сельского хозяйства. Вертикальные фермы будут культивировать растения или животных в специализированных или смешанных небоскребах в городских условиях. Используя методы, подобные стеклянным домам, вертикальные фермы увеличивают естественное освещение. Обеспечение круглогодичного растениеводства, защиту от непогоды, поддержку городской продовольственной автономии и снижение транспортных расходов. Научная жизнеспособность будет окончательно достигнута в 2023 году, инвестирование и проект, и достижение его финансовой жизнеспособности ожидаются к 2027 году.
Сельское хозяйство является одной из крупнейших и наиболее важных отраслей на планете. Благодаря применению автоматизации, цифровизации, искусственного интеллекта и других технологий фермеры могут сокращать издержки на топливо, удобрения и многие другие затраты. Цифровизация сельского хозяйства дает возможность развиваться и повышать производительность. Сегодня мы расскажем вам о нескольких самых известных современных технологиях в сельском хозяйстве. Берите на заметку!
Искусственный интеллект
С каждым годом все больше компаний внедряют технологии искусственного интеллекта. Сюда относятся различные программные обеспечения, а также роботизированные комплексы, которые существенно улучшают и облегчают жизнь фермера. Искусственный интеллект – это большие данные, машинное обучение и многие другие технологии, о которых мы поговорим в нашей статье.
Автоматизация
Благодаря нее фермеры автоматизируют и упрощают производственные, технологические и бизнес-процессы. Вместе с этим увеличивается производительность работы. Автоматизацию применяют в животноводстве и земледелии. Например, существуют устройства автоматического создания микроклимата, отопления и вентиляции, системы водоснабжения, поточные системы первичной обработки молока. Уже появились роботы, которые сами доят и кормят коров, убирают за животными.
Что касается растениеводства и земледелия, то некоторые приборы могут анализировать вегетативный уровень растений, количество удобрений, почвенные пробы. Созданы навигационные GPS-системы, мониторы и карты урожайности, датчики влажности и температуры воздуха, грунта. Машины уже могут спокойно полоть сорняки и собирать урожай без участия человека, а некоторые системы – следить за количеством полива и посева.
Беспилотники
Наиболее перспективным направлением применения технологии использования дронов является сельское хозяйство. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) используют для планирования и контроля этапов сельскохозяйственного производства, для химической обработки посевов и различных растений. Фермер может в любое время получить необходимую информацию и проанализировать различные процессы в сельском хозяйстве.
Летающие беспилотники могут орошать плантации, оценивать состояние здоровья растений, анализировать засаженные культурами участки. Комбайны-беспилотники способны вспахивать поля, сеять и убирать урожай.
Internet of Things (от английского – интернет вещей) – это сеть умных гаджетов, которые помогают фермерам контролировать важную информацию о поле и растениях. Например, датчики определяют температуру воздуха, качество почвы, повышение урожайности, делают прогнозы на будущие посевы. Благодаря интернету вещей биологи изучают геномы и микроклимат, тем самым улучшая качество получаемого урожая. Фермеры также могут использовать спутниковые снимки для мониторинга сельскохозяйственных операций и определять местоположение техники. Датчики могут помочь и в животноводстве – они следят за биоритмами и активностью животных.
Машинное обучение
Компьютерное зрение
Камеры записывают происходящее и анализируют, что происходит на местности. В растениеводстве компьютерное зрение может распознать заболевания растений, выявить их признаки или же распознать вредителей по данным аэрофотосъемки. Это делается благодаря сверхточным нейронным сетям, которые являются основным подходом к компьютерному зрению. При этом программа орошает только те участки, которые в этом нуждаются.
Во всех отраслях производственной сферы, даже в таких классических, как агрономия и животноводство, находится место новым, интересным подходам и техническим решениям. Стартапы в сельском хозяйстве оживляют, ускоряют, а порой и полностью меняют представление о направлениях в частности и об отрасли в целом.
Особенности стартапа в сельском хозяйстве
Главной особенностью сельских стартапов, как, впрочем, и любых других, является отсутствие гарантий окупаемости вложений и капитализации доходов.
Какие проекты наиболее востребованы? В век распространения пестицидов и ГМО особым спросом пользуются такие решения сельскохозяйственного сектора, как экологически чистые продукты, а также предложения, снижающие влияние специфических факторов — сезонности, погодных условий.
Особенности стартапов в России
10 лучших стартапов в сельском хозяйстве
Мировая практика насчитывает более 150 стартапов в сельском хозяйстве, которые сумели перерасти в крупный (с капитализацией более 1 миллиарда долларов) бизнес. Среди них технологии для повышения эффективности ведения хозяйства: программное обеспечение, датчики, средства аэросъемки, каналы дистрибуции с привлечением интернет-ресурсов, технологические исследовательские инструменты и оборудование.
Рассмотрим несколько проектов, которые были названы самыми инновационными на ежегодно проводимом саммите ForbesAgTech (в 2017 году он проходил 28–29 июня в Калифорнии), выделены аналитической компанией CBInsights и отмечены потребителями в виде регулярных закупок.
- Программное обеспечение AgCode — разработка компании Glenwood (Миннесота). Инновация помогает хозяйствам, занимающимся возделыванием виноградников, управлять производством:сохранять полевые данные в единой базе, отслеживать урожайность, природные условия, степень зрелости винограда и затраты по каждому сотруднику. Другими словами, компьютерная программа позволяет наладить эффективную работу и оперативно принимать необходимые меры.
- Система Sample6 — программное обеспечение и инструменты для тестирования растений на предмет наличия в них пищевых патогенных веществ (пока это самая быстрая в мире система — вещества обнаруживаются по истечении 6 часов с момента попадания).
- BrightFarms— проект по созданию теплиц в городских условиях в непосредственной близости с точками реализации. Выращенные с минимальным воздействием на окружающую среду продукты в течение 24 часов после сбора урожая круглый год доставляются в местные супермаркеты.
Согласно исследованию компании Deloitte, 89% представителей агропромышленных комплексов видят необходимость повышения экономической эффективности путем автоматизации ключевых процессов. Рассмотрим пять изобретений, способных перевести сельское хозяйство на новый уровень.
Аэропоника — это процесс выращивания растений в воздушной среде без использования почвы. Удобрения и полив поступаю прямо к корням в виде аэрозоля. Поэтому аэропоника является самым безопасным и экологически чистым способом выращивания сельхоз культур естественным способом.
Эта технология известна уже 40 лет, однако компания Green IQ создала удобный комплекс на основе аэропоники для выращивания зелени в промышленных масштабах. Это специальные многоярусные контейнеры с интеллектуальной системой управления, которая следит за температурой и влажностью воздуха, количеством солнечных лучей, получаемых зеленью за день, контролирует полив растений и вентиляцию воздуха в теплице и собирает данные о работе всего оборудования.
Кроме автоматизированности, аэропоника позволяет эффективно использовать пространство. Например, Green IQ обещают, что с 1м2 их теплиц можно собрать урожай как с обычных 4м2. Также, культуры в среднем растут в 2-2,5 раза быстрее, чем при земельном выращивании, поэтому это еще и экономия времени.
Пустынная саранча — самый опасный перелетный вредитель в мире. Колонии интенсивно размножаются, быстро перемещаются на дальние расстояния и съедают все на своем пути. В худшем случае это коснется 20% всей суши на Земле.
Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН инициировала создание eLocust3 — приложения для мониторинга и оперативного выявления саранчи пустынной. В приложении последние наработки в области информационных, коммуникационных и спутниковых технологий объединены в единую систему мониторинга и раннего предупреждения.
Система состоит из надежного планшета и специально разработанного программного обеспечения, которое позволяет производить мониторинг в труднодоступных и удаленных местах, где нет интернета. Полевой персонал собирает данные и передает их в реальном времени через спутник с поля в свои национальные саранчовые центры, прежде чем передать их в Информационную службу пустынной саранчи (DLIS) в штаб-квартире Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН в Риме.
После тестирования системы было сложно измерить результаты, потому что не все потери урожая происходят из-за саранчи. Но в 2013 году благодаря eLocust удалось локализовать шесть значительных вспышек чумы и не дать им перерасти в эпидемию. Во время чрезвычайной ситуации 2003–2005 годов в Западной и Северо-Западной Африке понадобилось 570 миллионов долларов США, чтобы взять ее под контроль. Ежегодная стоимость профилактики в зоне ЧС составляет 3,3 миллиона долларов. Поэтому деньги, потраченные в 2003-2005 годах, были эквивалентны 170 годам профилактического контроля.
Transport Genie создало систему сенсоров для транспортных средств, которые оценивают условия птиц во время перевозки. Система предусматривает контроль температуры и влажности, уровень двуокиси углерода и аммиака, вибрации кузова и температуры поверхности. Также, анализируется поведение водителя. При нарушении условий транспортировки, предупреждение автоматически отправляется заинтересованным сторонам.
Датчики передают информацию в режиме реального времени с помощью спутников, поэтому система работает бесперебойно даже в удаленных местах. Она может использоваться переработчиками для улучшения условий содержания птиц во время погрузки, перевозки и в птичниках.
F5 PMM — cистема предиктивной аналитики от Factory5 вовремя замечает критическое состояние того или иного узла комбайна и оповещает об этом оператора машины. Это позволяет не проводить излишние технические осмотры, а производить вмешательство тогда, когда это действительно необходимо.
Система формирует перечень рекомендуемых работ и оценивает качество их устранения, показывает общий коэффициент технической готовности комбайна. Это поможет приблизить его к единице к моменту зерноуборочного периода и эффективно использовать технику.
Чтобы такое стало возможным, F5 PMM использует все накопленные данные о комбайне, анализирует их, выстраивает закономерности и использует их для предсказания будущего. Результаты этой работы система выдает оператору на понятном ему языке в наглядном визуальном формате.
F5 Explorum — это платформа для распознавания объектов на снимках дистанционного зондирования земли. Система на базе компьютерного зрения и искусственного интеллекта анализирует ортофотопланы, определяет и выделяет границы зарослей борщевика меньше чем за минуту (на фотографиях разрешением 256 Мп). Она обучена на тысячах фотографий и умеет дообучаться в процессе работы.
F5 Explorum интегрируется в любые системы, frontend-интерфейс через веб-приложение и QGIS, и работает следующим образом:
1) Ортофотоплан поступает в программу.
2) Заранее обученные нейросети анализирует его и распознают объекты на фото.
3) Они же выделяет границы зарослей борщевика и отдельно стоящих сорняков и выдают ортофотоплан с четкими границами.
Тестовые испытания системы показали точность распознавания борщевика на ортофотопланах более 95%. Комплексная система, которая выявляет территории, зараженные борщевиком, определяет плотность сорняка, прокладывает маршруты обработки и подбирает эффективные гербициды, сэкономит 20-30% средств агрохимии. Система, также, ускоряет обработку участков более чем в два раза.
Так выглядит современная сельхозтехника в представлении обывателя
Так выглядит современная сельхозтехника на самом деле
Автономная сельхозтехника
Раз уж мы заговорили о беспилотном транспорте, то грех не упомянуть и беспилотную сельхозтехнику. Её зачатки появились почти 60 лет назад – в 1962 году голландский инженер Корнелис Зилинг создал первый автономный трактор Agri-Robot для вспахивания полей. Естественно, ни о какой электронике тогда речи и не шло – автоматическая смена борозды была реализована посредством двух щупов-колес спереди и сзади. Технология была уже вполне рабочей, хотя и подходила она больше для полей правильной прямоугольной формы.
Kubota X Tractor
John Deere Autonomous Electric Tractor
Case IH Autonomous Magnus Concept
Система погодного мониторинга Fujitsu
Аэрофотосъемка, которая еще тридцать лет назад считалась очень дорогим удовольствием и которую могли себе позволить только военные и крупные госструктуры, стала уже вполне обыденным элементом нашей повседневной жизни. Мы каждый день пользуемся картами Google и Yandex и уже привыкли к тому, что открытый доступ к спутниковым снимкам любого уголка земного шара – это что-то само собой разумеющееся. С точки зрения сельского хозяйства, это незаменимый инструмент для контроля над своими угодьями, а также для исследования потенциальных участков под засев. Но бесплатные сервисы обновляют картинку, как правило, один-два раза в год, чего достаточно для обычных пользователей, но не для аграриев. К тому же и их функционал очень скудный – кроме простой съемки, в них ничего нет.
Спутниковая фотография сельхозполей из сервиса Google Maps. Можно увидеть границы полей и их относительную заполненность, но не более того
Спутниковый снимок с наложенным показателем нормализованного дифференциального вегетационного индекса (NDVI)
Беспилотник для аэрофотосъемки
Заключение
Читайте также: