Уборка урожая: машины вместо людей

Автоматизированный сбор злаков и картофеля стал привычным на продвинутых фермах. Однако уборка плодов с нежной оболочкой (виноград, земляника и т.д.) и орехов все еще производится вручную. Во-первых, механические руки роботов могут повредить нежные плоды. Одна царапина на собранном томате может привести к скорой порче всей коробки с этими овощами. Во-вторых, существует риск того, что роботы сорвут неспелые плоды. Кроме того, практически невозможно настроить параметры робота для эффективной уборки разных сортов одного и того же фрукта. Решить проблему помогут системы ИИ и компьютерного зрения, которые позволят роботу оценивать размер и качество плодов.

Масштабы роботизации уборки

По оценкам Goldman Sachs, объем глобального рынка технологий точного земледелия к 2050 году достигнет $240 млрд. Ключевым фактором роста рынка станет автоматизация и роботизация процессов. Аналитики консалтинговой компании Euromonitor полагают, что сочетание технологий робототехники, искусственного интеллекта и аналитики для точного земледелия станет одной из лучших возможностей для роста отрасли.

В декабре 2016 года Tractica опубликовала результаты исследования, согласно которым поставки сельскохозяйственных роботов вырастут с 32 тыс. единиц по итогам 2016 года до 594 тыс. единиц в 2024 году. К 2024 году выручка от поставки сельскохозяйственных роботов составит $74 млрд.

В апреле 2017 года аналитики Grand View Research опубликовали результаты исследования, согласно которым объем рынка сельскохозяйственных роботов достигнет $8,82 млрд к 2025 году. Среднегодовые темпы прироста сегмента в течение прогнозного периода составят 24,7%. В то же время объем мирового рынка сельскохозяйственной техники к 2025 году достигнет $243,4 млрд.

Фермеры, опрошенные аналитиками международной консалтинговой компанией Alpha Brown, сообщили, что главными препятствиями на пути внедрения роботов при уборке урожая стали либо дорогостоящие технологии, либо размер угодий, на которых эффективно справляются люди.

Эксперты добавляют, что увеличение численности населения в сочетании с нехваткой продовольствия во всем мире и высокая стоимость рабочей силы наряду с дефицитом квалифицированных кадров ускорят развитие рынка роботов для уборки урожая, а отсутствие технических знаний, высокая стоимость роботов и их технического обслуживания станут драйверами для роботизации ферм.

По данным Международного совета по защите природных ресурсов, почти 7% урожая не убирается с полей из-за низких рыночных цен на агропродукцию и высокие затраты на ее уборку.

Как развитые страны остаются без фермеров

Проблемы США: спад рождаемости в Мексике и ужесточение миграционного законодательства

На штат Калифорния приходится около половины свежих фруктов, овощей и орехов, производимых в США. 2017 год выдался крайне трудным в этом штате. Многие мексиканцы работают на фермах в Калифорнии.

В течение многих лет калифорнийские фермеры использовали труд иммигрантов, в том числе и тех, кто пребывал в США незаконно. Год от года поток сельскохозяйственных рабочих сокращается. Применение роботов и машин для уборки урожая год от года растет. Согласно данным калифорнийской Ассоциации виноградарей, порядка 80% винограда в Калифорнии собирается машинами. Стоимость механического сбора винограда дешевле на 50-60%% дешевле, чем ручной сбор. При этом минимальная стоимость труда фермеров в Калифорнии до 2022 года останется на уровне $15 в час.

Объем сельскохозяйственной отрасли США оценивается в $45 млрд. Средняя годовая зарплата в США в сфере сельского хозяйства составляет $23,7 тыс. или $11 в час. Зарплата в $20 в час не является стимулом для привлечения персонала.

Даже в Мексике на фоне снижения рождаемости наблюдается нехватка работников в сфере сельского хозяйства. В США стимулировать использование робототехники будет и снижение рождаемости в Мексики, и ужесточение миграционного законодательства, предложенного президентом Трампом, а также обязательное повышение минимальной заработной платы для сотрудников в сфере агропрома.

С проблемами сталкиваются и европейские страны.

Проблема Великобритании: Выход из Еврозоны

В Великобритании после проведения референдума о выходе из Европейского Союза стоимость фунта стерлингов заметно упала, поэтому прием иностранных рабочих стал настоящей проблемой. Граждане Великобритании такую физически тяжелую работу выполнять не готовы.

Поэтому в Соединенном Королевстве разрабатывают роботов. Один из них способен убирать очень нежные плоды малины. Прототип роботизированной руки, разработанный доктором и преподавателем робототехники в университете Плимута, Мартином Стойленом (Martin Stoelen), может быть приспособлен для сбора других фруктов и овощей.

«Малина – один из наиболее сложных плодов. Если мы сможем роботов научить сбору малины, то сможем научить их собирать и другие нежные плоды», – рассказал профессор. 

Сейчас он и его исследовательская группа в университете Плимута разрабатывают робототехнические рукоятки для сбора малины, цветной капусты и томатов в хозяйствах Великобритании и Китая. Свой выбор разработчики объяснили тем, что эти агрокультуры широко распространены в мире.

По словам Мартина Стойлена, в основе разработки – роботизированная рука с поддержкой технологии «переменной жесткости». «Деликатность» уборки настраивается в зависимости от убираемой агрокультуры.

Проблема Германии: Высокая инфляция, рост стоимости энергоносителей и зарплат в отрасли

Сельское хозяйство Германии пребывает в кризисе из-за инфляции. Стоимость фруктов и овощей в 2017 году заметно выросла (примерно на 21%), что привело к самому высокому росту темпа инфляции за последние четыре года в стране (2,2%). Проблему усугубляет и рост цен на энергоносители, а также изменения в законах о минимальной оплате труда в сельскохозяйственной отрасли. Для малых хозяйств затраты на персонал становятся непомерно высокими.

Многие немецкие компании переместили производства по выращиванию огурцов в Восточную Европу и Индию. Чтобы вывести производство огурцов из кризиса, немецким компаниям потребуется роботизировать выращивание и сбор этих агрокультур. 

Ученые Берлинского института Фраунгофера в партнерстве с европейскими компаниями в рамках проекта CATCH (сокращение от «Сбор огурцов» и «Зеленые полевые эксперименты») создают роботизированную систему сбора урожая, в том числе огурцов.

Роботизированная система с двумя рукавами сможет вне зависимости от погоды убирать по 13 огурцов в минуту, не уступая по производительности человеку. Машина подражает движениям руки человека, но главной задачей для нее станет обнаружение зеленых плодов среди зеленой листвы. Некоторые спелые огурцы из-за схожести цвета системы компьютерного зрения могут не заметить.

Чтобы исправить ситуацию, испанская CSIC-UPM в рамках проекта CATCH разработали систему камер. Тесты показали, что камеры могут заметить примерно 95% спелых огурцов. Сейчас проходят дополнительные испытания CATCH.

Четвертая аграрная революция

В условиях нехватки рабочей силы задача робототехники и автоматизации – компенсировать дефицит кадров и выполнять работу за человека в некомфортной для него среде. Например, сбор винограда происходит в предрассветные часы или вечером исключительно в сухую погоду, когда температура воздуха относительно комфортна для человека. Роботы могут убирать урожай вне зависимости от времени суток, опираясь на технологии компьютерного зрения и ночного видения. Стоимость работы машин в крупных хозяйствах значительно ниже, чем у людей. К тому же один робот может заменить сразу нескольких сотрудников.

Пока ученые разрабатывают роботизированные руки, способные собирать урожай, не повреждая его, селекционеры выводят сорта ягод и фруктов для машинной уборки. К примеру, исследования Oregon Blueberry Farm & Nursery показали рост спроса на чернику с более твердой кожурой. Компания на протяжении 40 лет выращивает эту ягоду, и последние 10 лет занимается генетикой.

«Мы, как заводчики, должны идти в ногу с технологиями. Мы должны выводить новые сорта с более толстой кожей, которые машины смогут собрать, не повредив», – рассказывал в интервью Fresh Fruit Portal менеджер по продажам Oregon Blueberry Farm & Nursery Дуг Маккэнн.

Джин Мюнстер, управляющий партнер Loup Ventures, сравнил роботизацию сельского хозяйства с революционными изменениями столетней давности в отрасли, когда появились новые сельхозмашины, минеральные удобрения, средства химической защиты растений и высокоурожайные сорта агрокультур. «Я уверен, что сельское хозяйство станет самой крупной отраслью для применения робототехники и автономных технологий. К примеру, в сельском хозяйстве, в отличие от испытаний самоуправляемых автомобилей на дорогах общего пользования, не нужно получать разрешения. Следовательно, эти технологии в отрасли будут развиваться более быстрыми темпами», – отметил эксперт.