Jak będzie wyglądało rolnictwo przyszłości?

Czy roboty zastąpią rolników? Czy będziemy zużywać mniej nawozów? Czy uda się wyżywić rosnącą populację świata? Te pytania warto sobie zadać, obserwując szybko zmieniające się rolnictwo.

 

Dzięki rolnictwu przeszliśmy na osiadły tryb życia i mogliśmy rozwijać cywilizację w kształcie, jaki znamy. Przez stulecia większość populacji świata zajmowała się właśnie nim. Polska też długo była państwem rolniczym. Po I wojnie światowej z uprawy ziemi żyło ponad 70 proc. Polaków. Jeszcze w połowie lat 90. XX wieku 22 proc. pracowników zatrudnionych było w rolnictwie. Dziś to już niecałe 10 proc.

Jak to się dzieje, że mimo takich spadków zatrudnienia wciąż produkujemy dużo żywności? Polska jest wszak jednym z większych jej eksporterów na świecie – w 2018 roku była na 13. miejscu (i na 7. miejscu w Unii Europejskiej).

Na naszych oczach w rolnictwie odbywa się rewolucja. I nie jest to bynajmniej pierwsza taka zmiana.

Cztery rewolucje

Przyjmuje się, że uprawą roli ludzie zaczęli się zajmować ok. 10 tys. lat p.n.e. Rewolucje nadeszły znacznie później, na przełomie XIX i XX wieku. Nie znaczy jednak, że przez 12 tysięcy lat rolnictwo się w ogóle nie zmieniało – nigdy jednak w takiej skali i z takimi konsekwencjami.

Pierwsza (rolnictwo 1.0) rozpoczęła się pod koniec XIX wieku i wiązała się z wprowadzeniem maszyn napędzanych najpierw silnikami parowymi, a w kolejnych latach spalinowymi i elektrycznymi. Odciążyły one w pracy ludzi i zwierzęta, przyspieszyły i zmechanizowały ją.

Druga została nazwana zieloną, a jej początek to lata 50. XX wieku. Wiązała się z pojawieniem się na rynku stosunkowo tanich nawozów i pestycydów, nowych odmian roślin, a także specjalistycznych maszyn. Rolnictwo 2.0 to więc większa produktywność i wydajność, ale też początek problemów, które kojarzymy dziś z rolnictwem przemysłowym – zatruwanie środowiska, utratę bioróżnorodności.

Trzecia rewolucja wiązała się z szukaniem umiaru. Jak dawkować nawozy, by pomóc, ale i nie zaszkodzić? Hasłem rolnictwa 3.0 jest precyzja. Ulepszanie gatunków roślin uprawnych, by były bardziej odporne na szkodniki i choroby. Modyfikacja maszyn, by bardziej dokładnie prowadzić zabiegi agrotechniczne. I w końcu wykorzystanie sygnału GPS, który pozwolił na tworzenie np. map plonów.

Rozwój technologiczny jednak przyspieszał, więc teraz jesteśmy świadkami czwartej rewolucji.

Rolnictwo cyfrowe

Czwartą rewolucję napędzają najnowocześniejsze maszyny, sztuczna inteligencja, a przede wszystkim – dane. Praca współczesnego rolnika polega teraz bardziej na planowaniu i gospodarowaniu zasobami, a nie obsłudze maszyn i pracy na roli. Komputer czy tablet z odpowiednim oprogramowaniem jest równie ważny jak ciągnik.

Na tę rewolucję wpłynęło kilka czynników poza technologicznymi. Po pierwsze, zmiana klimatu. Branża rolnicza odpowiada w skali świata za 9 proc. emisji gazów cieplarnianych. Pochodzą one głównie z nawożonej gleby, z której ulatnia się m.in. podtlenek azotu, ale także z fermentacji jelitowej bydła (metan) i gospodarki odpadami zwierzęcymi, czyli nieprawidłowego przechowywania nawozów naturalnych.

Po drugie, utrata bioróżnorodności, która jest skutkiem m.in. wielkich, intensywnie nawożonych monokulturowych upraw.

Po trzecie, odpływ ludności ze wsi do miast, przemiany społeczne i idący za tym spadek liczby osób zatrudnionych w rolnictwie.

Rolnictwo 4.0 jest próbą odpowiedzi na te wyzwania. Daje rolnikowi – czy teraz już raczej przedsiębiorcy rolnemu – narzędzia, dzięki którym może prowadzić uprawy z wykorzystaniem jak najmniejszej ilości nawozów i środków ochrony roślin, mądrze wykorzystywać swoje zasoby, być przygotowanym na zmieniające się warunki (np. pogodowe).

Daje mu też przede wszystkim dane. Począwszy od pogodowych – dokładnych prognoz, ale też i historycznych – poprzez dokładne informacje o glebie, którą uprawia (np. jakie ma potrzeby nawozowe) po mapy plonów, którą tworzą jego maszyny (wyposażone w specjalne czujniki) przy wsparciu systemu GPS. Dzięki nim rolnik dokładnie wie, w której części pola np. pszenica daje wyższy plon, a gdzie trzeba ją wspomóc nawozami. Takie mapy, zwłaszcza jeśli tworzy się je przez kilka lat i można porównywać sezony, pozwalają bardzo precyzyjnie planować siew, nawożenie czy badanie próbek gleby. Dzięki temu można stosować minimalne dawki nawozów i środków ochrony roślin – co przynosi korzyść środowisku i finansom rolnika.

Precyzyjne maszyny

Oczywiście, rolnik nie powinien tego robić ręcznie, „na oko”. Potrzebuje odpowiednich urządzeń, które będą działać z nieludzką precyzją. Np. stosując wysiew punktowy, który „umożliwia aplikację nasionka dokładnie w tym miejscu, w którym chcemy – mówił w podcaście „O technologii na głos” Marek Szychta, główny specjalista ds. konstrukcji maszyn rolniczych i leśnych z Łukasiewicz – PIT. – Dzięki temu możliwe jest takie zaplanowanie wysiewu, że odległość ziarenka od ziarenka jest w odpowiedniej proporcji nie tylko, jeśli chodzi o rząd wysiewanych roślin, ale też – rząd do rzędu”.

Na polach coraz częściej spotykamy roboty. Dzielimy je na dwa rodzaje.

– Są roboty, które powstają poprzez uzbrojenie standardowego ciągnika rolniczego w osprzęt – precyzyjny GPS, sterowanie, napęd umożliwiający automatyczne poruszanie się tego pojazdu po polu – tłumaczy Marek Szychta. – Ten ciągnik jest agregowany z precyzyjnym narzędziem, stanowi pewnego rodzaju robota, który jest w stanie sam poruszać się po polu, a operator siedzący w kabinie tylko go kontroluje czy planuje trasę. Druga część to są roboty samojezdne, które nie posiadają kabiny, nie posiadają więc operatora. Człowiek komunikuje się z tym robotem zdalnie – planuje jego trasę, a robot już automatycznie czy autonomicznie jest w stanie poruszać się po polu.

Jako przykład pierwszego typu urządzeń może służyć automatyczny pielnik, który stworzyli naukowcy z Łukasiewicz – PIT we współpracy z firmą Expom. Można go stosować we wszystkich zielonych uprawach rzędowych, np. rzepaku, kukurydzy czy burakach cukrowych.

Wyposażony jest on w kamerę, która jest umieszczona w środku wybranej sekcji pielącej. Rejestrowany przez nią obraz trafia do komputera maszyny, w którym specjalny algorytm wykrywa rzędy roślin i przekazuje informacje do sterownika. Ten z kolei kontroluje położenie maszyny.

Z kolei w kabinie ciągnika umieszczony jest wyświetlacz, tak więc jadący nim rolnik może na bieżąco kontrolować proces pielenia. Panel jest wyposażony w najważniejsze i niezbędne funkcje – reszta odbywa się automatycznie.

Robot na polu

Do drugiej grupy możemy zaliczyć Polskiego Robota. Został on stworzony przez konsorcjum, w skład którego weszły dwa instytuty Sieci Badawczej Łukasiewicz – Poznański Instytut Technologiczny i Instytut Lotnictwa oraz firma Unia.

Robot jest kompleksowym narzędziem do uprawy kukurydzy. Sieje, pieli, prowadzi opryski i dozuje środki ochrony roślin oraz nawozy. Wykorzystuje najnowsze rozwiązania technologiczne, m.in. oparte o sztuczną inteligencję i sieć sensorów, które pomagają mu zbierać dane z otoczenia (m.in. zasobność i wilgotność gleby, kondycja roślin, ich potrzeby nawozowe, temperatura i wilgotność otoczenia).

Wszystko robi automatycznie (choć ma możliwość zdalnego sterowania), trzeba mu jedynie wgrać plan pracy oraz mapę pola. Umie rozpoznać, co jest kukurydzą, a co chwastem (dzięki kamerom i wyuczonym algorytmom sztucznej inteligencji). Chwasty zresztą sprawnie usuwa, z rzędów kukurydzy, jak i z przestrzeni pomiędzy nimi. Potrafi również sam ocenić stopień zachwaszczenia. W trakcie pracy tworzy mapę potrzeb nawozowych i zasobności gleby w składniki mineralne, dlatego może dostosować dawkę nawozu do danej rośliny.

Robot rozpoznaje też przeszkody. Gdy np. gdy na polu pojawi się zwierzę lub człowiek, wydaje sygnał świetlny i dźwiękowy. Gdy to nie skutkuje – zatrzymuje się i wysyła informację do swojego operatora.

(Chcesz się dowiedzieć więcej o robocie? Posłuchaj podcastu „O technologii na głos” z Jackiem Wojciechowskim z Łukasiewicz – PIT, zarządzającym zespołem konstruktorów urządzenia).

Co dalej?

Czy to największa rewolucja? Trudno powiedzieć. Z naszej perspektywy – tak, bo nie znamy innego rolnictwa niż zmechanizowane. Sto lat temu największą rewolucją było pojawienie się na polu maszyn, które odciążyły zwierzęta i ludzi. Nikt wtedy nie śnił o modyfikowanych genetycznie gatunkach ani o mapach potrzeb nawozowych. Podobnie jak my nie potrafimy sobie wyobrazić tego, co może nadejść za sto lat.

Na razie jest jednak sporo pytań. Czy roboty zastąpią rolników? Czy za 10, 20 lat na polach zobaczymy jeszcze pracujących ludzi? Czy zaniknie wiedza rolnicza – ta wyniesiona ze szkół, książek, doświadczenia przy uprawie roli? Czy nowym pokoleniom będzie chciało się ją zdobywać, jeśli maszyny będą wiedziały i umiały wszystko? A jeśli maszyny się zepsują, odmówią posłuszeństwa – czy będziemy jeszcze umieli zaorać, posiać, pielęgnować? Co z danymi, które zbierają i analizują maszyny?

– Obecnie nikt nie kontroluje tego, kto tak naprawdę ma dostęp do tych danych i czy te dane nie są gdzieś gromadzone i przetwarzane przez państwa, by na tej podstawie szacować ilość plonów w danym kraju i ich ceny, i dzięki temu skuteczniej spekulować ceną – ostrzega Marek Szychta. I dodaje jeszcze jedną kwestię: – Na ile jesteśmy w stanie podejmowanie decyzji przekazać algorytmom, które są uczone na podstawie zbieranych danych? Na ile będzie to bezpieczne i kto będzie ponosił odpowiedzialność za te decyzje?

 

***

Zobacz ofertę Łukasiewicz – PIT w zakresie badań i rozwoju technologii maszyn rolniczych.