Klimatförändringar: Robotar på gårdar kan bekämpa utsläpp och växa mer mat

En robo-revolution kommer fram till framtidens gård och det kan minska växthusgaser och stödja en växande global befolkning.

Forskare vid University of Florida publicerade ett papper i tidningen Science Robotics Onsdagen uppmanar jordbruket att göra sig redo för framtiden, med droner, autonoma fordon, sensorer och mer banar vägen för hållbarhet. Senthold Asseng, som skrev papperet tillsammans med Frank Asche, berättar Omvänd att dessa tekniker kan lösa ett antal problem som traktorer som trycker ner marken och minskar utrymmet för luft och vatten. Iowa State University fann att denna komprimering kan minska avkastningen med 20 procent ensamt.

"En väsentlig ökning av hållbarheten kommer från att ersätta tunga maskiner med lätta robotar och med dronor övervinna jordförpackningsproblemet för modernt jordbruk, säger Asseng. "Hållbarhet kommer också att ökas genom att optimera gödselmedel och bekämpningsmedel för varje sektion av ett fält och ibland där de behövs, så förluster med avrinning och utlakning kommer att minimeras eller helt undvikas."

Det kommer i en tid med stor oro för jordbruket, eftersom experter varnar för att klimatförändringen skulle kunna driva vissa stater för att dramatiskt ompröva sina livsmedelskällor då grödorna börjar misslyckas. Världsbanken har varnat för att 100 miljoner människor kunde drivas till extrem fattigdom år 2030, med matbrist högt på listan över problem. Omkring en miljard människor i världen blir hungriga som 1,7 miljarder mått övervikt från ett högt intag av kalorier.

Parets disposition involverar robotar och droner som tar till fältet för både kompletta uppgifter och skörddata. Andra källor, som satelliter och miniatyrsensorer, kan ge mer information om fältets aktuella status. Denna information matas sedan till algoritmer och simuleringsmodeller för att förstå alla slags tryck, som väderprognoser, konsumenternas efterfrågan, marknadsförändringar. Detta gör det möjligt för experter att fatta beslut för att öka produktionen och kan till och med hjälpa beslutsfattare på högre nivåer för att säkerställa rikstäckande livsmedelsstabilitet.

Systemet kan hjälpa till att undvika störning av ekosystemet. I papperet konstateras att tusentals fisk dödas i Mexikanska golfen på grund av överflödig gödningsmedel som tvättas i Mississippi.

"Minskade utsläpp av kvävegödselmedel kommer att minska koldioxidutsläppen", säger Asseng. "Att omorganisera markanvändningen med hjälp av att ha mycket mer flexibla dronor och robotar för att delta i små områden kommer att vara ett annat plus för hållbarhet genom att möjliggöra arrangemang av markanvändning i landskapet för att minska skadedjurs- och sjukdomspress. Sammantaget kan detta minska energianvändningen och därmed minska koldioxidutsläppen."

Den nuvarande bonden skulle ge råd om hur man bäst kan hantera dessa framtida utposter, men lag skulle gradvis övergå till mer centraliserade roller med datavetenskapare och programmerare som tar en viktigare roll.

Även om Asseng och Asches forskning huvudsakligen fokuserade på växtproduktion visar andra undersökningar hur energianvändningen skulle göra jordbruken mer hållbara. Cochins internationella flygplats i Indien använde marken under sina solpaneler för att odla 60 ton grönsaker om ett år. Tanken är känd som "agrophotovoltaics", och forskare vid Tysklands universitet Hohenheim fann att det skulle kunna öka användningen av markanvändningen med 60 procent. Användning av sol för att generera gårdens el skulle kunna bidra till ytterligare framsteg.

"Robotarna i framtida gårdar kan drivas med sol eller någon förnybar energikälla", säger Asseng. "Det skulle åtminstone vara önskvärt, men det är inte en förfrågan på det system vi beskrivit i detta dokument."

Med planeten att flytta mot ett worst case scenario för klimatförändringarna, skulle en mer hållbar strategi kunna behövas nu mer än någonsin.

Läs papperets introduktion här:

Mot bakgrund av den globala utmaningen att producera mer mat på grund av befolkningstillväxt behövs en radikal omprövning för att mildra de begränsningar som uppstår genom att alltid sänka odlingsmark och färskvatten i ett föränderligt klimat. Nyligen har det varit genombrott i att förbättra kapaciteten och kostnaderna för en rad teknologier som är relevanta för livsmedelsproduktionssystem.Vi är redan vana vid idén om autonoma maskiner, som traktorer och skördetröskor, navigerar upp och ner på ett fält. Tekniska framsteg har utrustade robotar och droner för att uppnå exakta uppgifter och samtidigt samla in stora mängder data. Strömmen, densiteten och upplösningen av ett brett spektrum av data från satelliter förbättras ständigt. Med låga kostnader för trådlös mikrosensorteknik kan dessa data vidarebefordras till fjärrkontrollstationer, där "stora data" som genereras i ett visst livsmedelsproduktionssystem kan samlas in och analyseras. I ett visst fält kan data med en tidsmässig upplösning av sekunder och rumslig upplösning av cm2 samlas från olika nivåer av grödakanelen, från markytan och från underjorden. Dessa data kan kopplas till befintliga system, simuleringsmodeller eller maskininlärningsalgoritmer för modellbyggnad för att optimera livsmedelsproduktion och resursanvändning. Mängder gödselmedel eller bekämpningsmedel för grödor eller foder för boskap eller fisk kan beräknas i förhållande till krav, väder och säsongsprognoser, marknadsutsikter och konsumentbehov. På begäran kan billiga råd för felsökning av näringsämnen och erkännande och behandling av ogräs, sjukdomar och skadedjur fås på webben eftersom alla komponenter kommer att vara anslutna till internet.