Klimaendringer: Roboter på gårder kan bekjempe utslipp og vokse mer mat

En robo-revolusjon kommer til fremtidens gård, og det kan kutte klimagasser og støtte en voksende global befolkning.

Forskere ved University of Florida publiserte et papir i tidsskriftet Science Robotics Onsdag kaller landbruket for å gjøre seg klar for fremtiden, med droner, autonome kjøretøy, sensorer og mer baner vei for bærekraft. Senthold Asseng, som skrev papiret sammen med Frank Asche, forteller Omvendt at disse teknologiene kunne løse en rekke problemer som traktorer som presser ned jord og reduserer plassen for luft og vann. Iowa State University fant at denne komprimeringen kan redusere utbyttet med 20 prosent alene.

"En betydelig økning i bærekraft vil komme fra å erstatte tungt maskineri med lette roboter og med droner overvinne jordkomprimeringsproblemet med moderne landbruk," sier Asseng. "Bærekraft vil også økes ved å optimalisere gjødsel og plantevernmidler for hver del av et felt og til tider hvor de er nødvendige, slik at tap med avrenning og utvasking vil bli minimert eller helt unngått."

Det kommer på en tid med stor bekymring for landbruket, som eksperter advarer om at klimaendringer kan presse noen stater til dramatisk å revurdere sine matkilder som avlinger begynner å mislykkes. Verdensbanken har advart om at 100 millioner mennesker kan bli presset inn i ekstrem fattigdom innen 2030, med matbrist høyt på listen over bekymringer. Rundt en milliard mennesker i verden blir sulten som 1,7 milliarder måler overvektige fra et høyt inntak av kalorier.

Parets disposisjon innebærer at roboter og droner tar til feltet for både komplette oppgaver og høstdata. Andre kilder, som satellitter og miniatyrsensorer, kan gi mer informasjon om feltets nåværende status. Denne informasjonen blir så matet til algoritmer og simuleringsmodeller for å forstå alle slags press, som værmeldinger, forbrukernes etterspørsel, markedskift. Dette vil gjøre det mulig for eksperter å ta beslutninger for å øke produksjonen, og kan til og med hjelpe beslutningstakere på høyere nivåer for å sikre landsomfattende matstabilitet.

Systemet kan bidra til å unngå å forstyrre økosystemet. Papiret merker at tusenvis av fisk blir drept i Mexicogolfen på grunn av overflødig gjødselvask i Mississippi-elven.

"Redusert nitrogengjødselstap vil redusere karbonutslipp," sier Asseng. "Omorganisering av arealbruk aktivert ved å ha mye mer fleksible droner og roboter til å delta i små områder, vil være et annet pluss for bærekraft ved å tillate å arrangere arealbruk i landskapet for å redusere skadedyr og sykdomspress. Samlet kan dette redusere energibruk og dermed også redusere karbonutslippene."

Nåværende bonde ville gi råd til lag om hvordan man skal håndtere disse fremtidige utposter, men lagene vil gradvis overgå til mer sentrale roller med datavitenskapere og programmerere som tar en viktigere rolle.

Selv om Asseng og Asches forskning hovedsakelig fokuserte på planteproduksjon, viser andre undersøkelser hvordan energiforbruket kan gjøre gårdene mer bærekraftige. Cochin International Airport i India brukte landet under sine solpaneler for å vokse 60 tonn grønnsaker i et år. Ideen er kjent som "agrofotovoltaikk", og forskere ved Tysklands Universitet i Hohenheim fant at det kunne øke effektiviteten av arealbruk med 60 prosent. Ved å bruke solenergi til å generere gårdens elektrisitet kan det bidra til å gjøre enda flere fremskritt.

"Robotene i fremtidige gårder kan drives av solenergi eller en fornybar energikilde," sier Asseng. "I det minste ville dette være ønskelig, men det er ikke en forhåndsforespørsel for systemet vi beskrev i dette papiret."

Når planeten beveger seg mot et worst case scenario for klimaendringer, kan en mer bærekraftig tilnærming nå være mer enn noensinne.

Les papirets introduksjon her:

I møte med den globale utfordringen å produsere mer mat på grunn av befolkningsvekst, er det nødvendig med radikal revurdering for å redusere de begrensninger som stilles av stadig svindende beitejord og ferskvann i et forandrende klima. Nylig har det vært gjennombrudd i å forbedre evnen og kostnadene til en rekke teknologier som er relevante for matproduksjonssystemer.Vi er allerede vant til ideen om autonome maskiner, som traktorer og skurtreskere, navigere seg opp og nedover et felt. Teknologiske fremskritt har utstyrte roboter og droner for å oppnå nøyaktige oppgaver og samtidig samle store mengder data. Strømmen, tettheten og oppløsningen av et bredt spekter av data fra satellitter forbedres kontinuerlig. Med lave kostnader for trådløs mikrosensorteknologi kan disse dataene viderekobles til fjernkontrollstasjoner, hvor "store data" generert i et bestemt matproduksjonssystem kan samles og analyseres. For eksempel, i et bestemt felt, kan data med en tidslig oppløsning av sekunder og romlig oppløsning av cm2 samles fra forskjellige nivåer av beskjærekuppet, fra jordoverflaten og fra undergrunnen. Disse dataene kan kobles til eksisterende systemer, simuleringsmodeller eller maskinlæringsalgoritmer for modellbygging for å optimalisere matproduksjon og ressursbruk. Mengder av gjødsel eller plantevernmidler for avlinger eller fôr til husdyr eller fisk kan beregnes i forhold til krav, vær og sesongprognoser, markedsutsikt og forbrukerbehov. On-demand, billig råd til feilsøking av næringsstoffer og anerkjennelse og behandling av ugress, sykdommer og skadedyr, kan nås på nettet fordi alle komponenter vil være koblet til internett.