Der Weg zu einer effizienten, rentablen und sicheren autonomen Landwirtschaft

Die autonome Farm ist mehr Realität als Fiktion und hat sich weiterentwickelt und bedeutende Fortschritte in der Technologie beschleunigt.

1962 erfand der niederländische Züchter Cornelis Sieling den ersten autonomen Traktor – den Agri-Bot. Der Agri-Bot war eine primitive, aber effektive Erfindung, die es ermöglichte, ein Feld in beide Richtungen zu pflügen, ohne sich umdrehen zu müssen. Dies war der weltweit erste vollautomatische autonome Pflugschlepper – mit einem Tastrad in der Furche zur Navigation. Cornelis hatte keinen Bordcomputer oder IoT-Sensoren (Internet of Things), um seine Position am Ende einer Reihe anzuzeigen. Er führte keine Analysen zur Pflugtiefe oder Bodenverdichtung durch. Tests, Analysen und Innovationen waren alle sehr mechanisch und wurden durch physische Beobachtung durchgeführt. 1962 musste sich ein Züchter mit dem Land, der Ernte und den Maschinen, auf die wir uns verlassen hatten, um unsere Produkte auf den Markt zu bringen, die Hände schmutzig machen. Während der Agri-bot die erste derartige Innovation seiner Art war, diente er eher als Katalysator für die Umwandlung von landwirtschaftlichen Betrieben in landwirtschaftliche Labors und bereitete die Voraussetzungen für das vor, was wir als autonome Farm bezeichnen. Im Folgenden werden wir einige der Herausforderungen erörtern, denen wir als Gesellschaft gegenüberstehen, die Art und Weise, wie sich die Landwirtschaft durch Experimente und Innovationen weiter verändert, um diesen Herausforderungen zu begegnen, die Auswirkungen solcher Innovationen auf die Menschheit und die technologischen Möglichkeiten, die bestehen, um mehr Autonomie zu ermöglichen Landwirtschaft.

Aktuellen Schätzungen zufolge leben noch immer rund 800 Millionen Menschen in Hunger. Bis 2050 wird die Weltbevölkerung fast 10 Milliarden Menschen umfassen. Die Agrarindustrie muss 70 % mehr Nahrungsmittel auf einer schrumpfenden landwirtschaftlich rentablen Landmasse produzieren, da sich Bevölkerungszentren in ländliche, landwirtschaftliche Flächen ausbreiten. Erschwerend kommt hinzu, dass Züchter heute bis zu 40 % ihrer Zeit mit der Reparatur und Vorbereitung von Geräten verbringen können. Eine alternde Erzeugerbevölkerung, zunehmende Urbanisierung und abnehmendes Interesse am Leben auf dem Bauernhof erhöhen auch die Anforderungen an Erzeuger und Familien, länger zu arbeiten. In Kanada zum Beispiel wird schätzungsweise bis 2030 eine landwirtschaftliche Arbeitskrise mit 123.000 Arbeitsplätzen eintreten, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass 25 % der Erzeuger bis 2025 65 Jahre oder älter sein werden verbinden Sie den kollektiven Unternehmergeist von Erzeugern, Partnern und Forschern – ermöglicht durch Technologie, geleitet von wahren opportunistischen Imperativen, die das Zeitalter der Landwirtschaft 4.0 herbeiführen werden (Ag 4,0).

Ag 4.0 ist im Kern das Teilen von Daten durch Dinge (Geräte, Sensoren, Kommunikationsnetzwerke), um die Fähigkeit dieser Dinge zu verbessern, durch Verbindung und Zusammenarbeit Effizienz zu erzielen. Ag 4.0 bietet die Möglichkeit, Kosten zu senken, die Effizienz zu verbessern, Abfall deutlich zu reduzieren und qualitativ hochwertige, sichere und gesunde Produkte vom Erzeuger bis zum Verbraucher zu liefern (Tabelle.). Die Erstellung, Sammlung und Nutzung dieser Daten kann dem Erzeuger helfen mit Erkenntnissen und Möglichkeiten für umfassende Innovation und Automatisierung. Der Einsatz von künstlicher Intelligenz, Architekturen für die Erfassung und Verarbeitung von Daten in Echtzeit und IoT-Standards, die die Kommunikation von Gerät zu Gerät ermöglichen, haben die schnelle Entwicklung und Automatisierung in der Landwirtschaft beeinflusst. Die heutigen landwirtschaftlichen Betriebe verwandeln sich schnell in hochmoderne landwirtschaftliche Labors, und neue Technologien, die wenig menschliches Eingreifen erfordern, kommen in Sicht, die dazu beitragen werden, diese Herausforderungen weiter anzugehen.

Ag. 4.0 erfordert diese Dinge autonom, vernetzt und koordiniert sein. Autonome Ausrüstung hat die Fähigkeit, unabhängig von anderen Ausrüstungen, Menschen, Tieren, Feldfrüchten und anderen Objekten zu handeln, die mit dem primären Arbeitsziel dieser Ausrüstung konkurrieren. Autonome Geräte sind reich an Sensoren und Kameras, die alle Feedback an eine Plattform für künstliche Intelligenz (KI) auf dem Gerät oder am IoT-Edge liefern. Es ist notwendig, die Komplexität dieser Deep-Learning-Algorithmen kontinuierlich zu optimieren und redundante Onboard-/On-Sensor-Systeme zu unterhalten, um optimierte Ergebnisse zu liefern und ein Sicherheitsnetz für unvorhergesehene Ereignisse bereitzustellen:ein Mensch im Weg einer Ausrüstung, der Ausfall eines anderen Teils der Ausrüstung im Feld oder ein plötzlicher Sturm, der die Ausrüstung dazu zwingen könnte, die Aktivitäten einzustellen.

In verbundenen Plattformen nutzt die Ausrüstung Onboard-Sensoren, um extern zu kommunizieren und Edge-Computing-Funktionen (externe Sensoren) zu nutzen. Solche Edge-Geräte analysieren kontinuierlich Umgebungseigenschaften (z. B. Luft, Boden, Wasser, Standort) und stellen diese Analyse dem KI-Modell einer Ausrüstung bereit, um sicherzustellen, dass die Ausrüstung (z. B.) innerhalb der identifizierten Grundstücksgrenzen bleibt. Außerdem müssen Sensoren nicht gegenüber dem Feld isoliert werden. Ein Züchter kann Kleidung mit eingebetteten Sensoren tragen, die seine genaue Position und relative Position zu allen Geräten angibt, um seine Sicherheit zu gewährleisten. Haustiere und Vieh können aus dem gleichen Grund Sensoren tragen. Während autonome Geräte eine Person erst „sehen“, wenn es möglicherweise zu spät ist, „weiß“ ein vernetztes Fahrzeug, wo sich sensortragende Geräte oder Personen befinden, unabhängig davon, wo die Geräte betrieben werden.

Schließlich wird der wahre Sprung zur automatisierten Farm die Umgebung sein, in der die Geräte ihre Aktivitäten mit anderen Geräten koordinieren. Sobald die Verbindung hergestellt ist, ist der letzte bekannte Standort eines Gerätes wichtig, falls es deaktiviert werden sollte, indem eine Warnung an den Erzeuger gesendet wird, während gleichzeitig selbst die Versendung eines Ersatzfahrzeugs und ein Arbeitsauftrag für die Reparatur an einen Verkäufer angefordert werden. Sobald die Geräte verbunden sind, erfordert der Tsunami der verfügbaren Daten eine Plattform, die sie verwalten, synthetisieren und dann in der Lage ist, den Erzeugern, Investoren, Partnern und den Geräten selbst eine Geschichte durch Analysen zu erzählen. Stellen Sie sich Wettersensoren vor, die Rückmeldungen an Geräte liefern, wenn die Wahrscheinlichkeit eines Gewitters nur einen Teil der Farm betrifft, und den Betrieb auf diesem Feld unterbricht, während die Geräte an anderer Stelle weiterlaufen können.

Echte Konnektivität entsteht, wenn sowohl autonome als auch vernetzte Geräte ganzheitlich arbeiten. Die Ausrüstung wird nicht nur wissen, wo sie sich befindet, und in der Lage sein, selbst zu diagnostizieren und zu verstehen, wo sie sich in Bezug auf andere autonome und verbundene Teile auf der Farm befindet, sondern sie wird auch Zugriff auf andere relevante Informationen haben. Wenn die Bewässerung voraussichtlich eingeschaltet werden soll, damit sie das Gebiet vor der Bewässerung verlassen kann, nehmen Sie Informationen von KI-Systemen, die erkennen können, wo zusätzliche Bewässerung erforderlich ist oder zusätzliches Pflügen erforderlich ist, um Unkraut und Schädlinge zu bekämpfen. Die Landwirtschaft wird auch während der Vegetationsperiode zu einem 24×7-Betrieb. Tageslicht und Müdigkeit werden nicht mehr zu Arbeitshemmnissen.

Die autonome Farm ist mehr Realität als Fiktion und hat sich seit Cornelis weiterentwickelt und bedeutende Fortschritte in der Technologie beschleunigt. Unternehmen wie John Deere haben autonome landwirtschaftliche Geräte entwickelt und verfeinert, die von satellitengesteuerten und gesteuerten Maschinen bis hin zu vollständig autonomen Geräten reichen, die automatische Anpassungen in Echtzeit basierend auf eingebetteten Luft-, Boden- und Feuchtigkeitssensoren vornehmen können. Während die autonome Entwicklung von Ag 4.0 reift, werden Innovationen zu einer neuen Entwicklung hin zu Ag 5.0 führen, bei der sich die Ergebnisse auf verbundene und koordinierte Plattformen konzentrieren werden. Die Farm wird schnell zur „App“. Diese Entwicklung wird der Fahrplan sein, der die globalen Verbraucherbedürfnisse nach Lebensmitteln mit den Bedürfnissen der Erzeuger in Bezug auf Effizienz, Rentabilität, Gesundheit und Sicherheit in Einklang bringt.