La population de la Terre a déjà dépassé la barre des 7,3 milliards et ne va pas s'arrêter là. D'ici 2050, 9,7 milliards de personnes devraient vivre sur la planète. Dans cette situation, la question de la nutrition vient au premier plan, car pour nourrir une population aussi énorme, il est nécessaire d'augmenter la production alimentaire à plusieurs reprises. Les agriculteurs et les ingénieurs travaillent déjà sur cette tâche et prévoient de la réaliser par le développement et la construction de fermes «intelligentes».
Au seuil de la quatrième révolution industrielle sur laquelle se situe l'humanité, de graves changements se produiront également dans l'agriculture, où les technologies des systèmes cyberphysiques, l'Internet des objets (IoT) et le cloud computing seront systématiquement introduits.
Les progrès technologiques peuvent être appliqués à presque toutes les étapes de l'agriculture, et les technologies déjà mises en œuvre peuvent être divisées en trois catégories principales, qui deviendront la base de l'agriculture «intelligente» - ce sont les robots autonomes, les véhicules aériens sans pilote (UAV) ou les drones, et divers capteurs IoT. Ci-dessous, nous parlerons davantage de chacun d'eux.
Des robots
Les robots disent que les humains seront remplacés depuis de nombreuses années, et progressivement ces prédictions se réalisent. L'agriculture n'est pas une exception, et étant donné que l'agriculture implique souvent une tâche laborieuse avec une certaine fréquence d'actions répétitives, c'est un environnement idéal pour la robotique.
Les exploitations utilisent déjà des robots agricoles pour diverses tâches - semis, arrosage, récolte et tri des cultures. La technologie «intelligente» continue de s'améliorer et, à l'avenir, augmentera le volume des produits agricoles et améliorera sa qualité en utilisant moins les ressources humaines.
Tracteur drone
Le tracteur est la base de toute ferme et il est clair qu'avec la tendance du développement des véhicules sans pilote dans le monde, les conducteurs de tracteur sont également les premiers à quitter leur cabine. Ils devront soit rentrer chez eux, soit se recycler en spécialistes qui saisissent des données cartographiques et définissent les limites des champs, ainsi que d'apprendre à programmer la trajectoire de mouvement à l'aide de programmes spéciaux et à déterminer d'autres paramètres du fonctionnement des tracteurs sans pilote.
Cependant, au fil du temps, les capacités des tracteurs sans pilote augmenteront et ils deviendront plus autonomes. Ils comprendront des caméras supplémentaires, des systèmes de vision par ordinateur, la navigation GPS, une connexion Internet pour la surveillance et le contrôle à distance, la technologie de balayage laser LIDAR pour détecter les obstacles et prévenir les collisions.
Selon les prévisions de CNH Industrial, qui a introduit le concept de tracteur sans pilote en 2016, un tel équipement pourra à l'avenir utiliser de manière indépendante les informations opérationnelles des satellites météorologiques pour déterminer automatiquement les meilleures conditions de travail, indépendamment des commandes humaines et de l'heure.
Semis
L'apparition de semoirs a remplacé le lourd travail manuel de l'homme, mais a laissé derrière lui quelques problèmes non résolus. Par exemple, avec leur aide, les champs sont souvent semés de manière dispersée, ce qui implique une imprécision et une forte consommation de semences. Pour une croissance optimale, les graines doivent être semées à la bonne profondeur et à la bonne distance les unes des autres.
Pour remplir ces conditions, une technologie de semis de précision est utilisée, qui comprend une technologie de géocartographie en combinaison avec des données de capteur sur la qualité du sol, sa densité, son taux d'humidité et sa fertilité aident à annuler le facteur de hasard. Avec leur aide, les graines ont les meilleures chances de germination, de croissance et donc de rendement.
À l'avenir, des semoirs de précision seront utilisés en conjonction avec des tracteurs sans pilote et des systèmes IoT qui transmettent des informations sur les progrès du semis à l'agriculteur. Ainsi, une seule personne pourra semer des champs entiers, en observant le travail de nombreuses machines utilisant la diffusion vidéo ou un panneau de commande numérique sur un ordinateur ou une tablette.
Arrosage et irrigation automatiques
L'irrigation goutte à goutte du sous-sol largement utilisée permet déjà aux agriculteurs de contrôler quand et combien d'eau les cultures reçoivent. En ajoutant des capteurs IoT surveillant les systèmes d'irrigation pour surveiller l'humidité du sol et la santé des plantes, les agriculteurs le rendront presque complètement autonome. L'intervention dans le processus ne sera requise qu'en cas de problème.
Contrôle des mauvaises herbes
Cette partie du travail autrefois manuel est désormais confiée à des robots. Vrai, jusqu'à présent seulement comme une expérience. par exemple, un robot de terrain BoniRob. Il se déplace sur le terrain à l'aide d'un satellite et de localisateurs laser tout en utilisant des caméras et une technologie d'apprentissage automatique. Le robot évalue les semis et enlève les mauvaises herbes.
Le cultivateur automatisé Smart Farm a également trouvé sa place à la ferme. Il se déplace à l'aide d'un tracteur équipé d'un système de visualisation. Il reconnaît le colorant fluorescent sur les semis et distingue ainsi les cultures des mauvaises herbes. Les mauvaises herbes sans marqueur sont détruites.
Les exploitations agricoles équipées de ces robots et d'autres, de tracteurs sans pilote et de systèmes IoT seront en mesure de fonctionner presque seules.
Récolte
La rapidité, le beau temps et l'efficacité sont importants pour la récolte des cultures. Les agriculteurs utilisent une variété de machines de récolte, dont beaucoup peuvent être automatisées. Il suffit d'adapter la technologie des tracteurs téléguidés et d'équiper les moissonneuses-batteuses et autres équipements de récolte de capteurs avancés, ainsi que de capteurs IoT connectés à Internet. Les machines pourront démarrer automatiquement le travail dès que les conditions idéales pour la récolte arriveront.
Les avancées technologiques sont particulièrement utiles pour la récolte de fruits et légumes délicats, qui nécessitent une approche plus délicate. Les ingénieurs travaillent déjà sur de tels systèmes. Par exemple, Panasonic a créé un prototype de robot pour la récolte automatisée de tomates. À l'aide de caméras et d'un algorithme pour analyser la couleur et la forme, il peut reconnaître les fruits et identifier les tomates matures.
Le robot Panasonic cueille les tomates en les coupant de la tige, mais les ingénieurs tentent également de créer des robots qui peuvent saisir doucement les fruits et légumes sans endommager leur peau délicate.
Abundant Robotics a choisi une voie différente: leur prototype de cueilleur robotique de pommes, qui est testé aux États-Unis, fonctionne sur le principe d'un aspirateur et aspire les fruits mûrs, les trouvant en utilisant la vision par ordinateur.
Ce ne sont que quelques exemples de dizaines de robots prometteurs qui prendront bientôt la relève, libérant les gens du dur labeur.
Véhicules aériens sans pilote
Quel fermier ne voudrait pas voir ses champs vue aérienne? Si, auparavant, pour la photographie aérienne de terres agricoles, il fallait recourir aux services d'un hélicoptère ou d'un petit avion, vous pouvez désormais faire de même à l'aide de drones équipés de caméras. Et il faudra beaucoup moins d'argent pour cela.
Les technologies de traitement d'image ne sont pas immobiles, et aujourd'hui des systèmes d'UAV avec une grande variété de caméras sont disponibles sur le marché - du standard au plus avancé, avec la prise en charge de la résolution ultra-haute, la possibilité de filmer dans le spectre infrarouge ou ultraviolet et même en mode hyperspectral.
Les données obtenues à l'aide de drones permettent d'évaluer l'état des cultures agricoles et la qualité des sols, de planifier les superficies ensemencées, d'optimiser l'utilisation des ressources et des terres. Des enquêtes régulières sur le terrain aident également à sélectionner les plans de plantation et d'irrigation, à cartographier les terres agricoles et à d'autres aspects de l'agriculture.
Cependant, les drones sont utiles non seulement pour leurs capacités photo et vidéo. D'autres cas d'utilisation incluent le semis et la pulvérisation.
Plusieurs entreprises et groupes de scientifiques travaillent sur des drones qui, à l'aide d'air comprimé, peuvent disperser des capsules contenant des graines et des engrais. En particulier, de tels projets utilisant des drones sont mis en œuvre par DroneSeed et BioCarbon. Leur objectif est le reboisement, mais cette méthode n'est pas difficile à adapter pour planter diverses cultures. Une flotte de drones sous le contrôle de capteurs IoT et de logiciels pour le travail autonome pourrait planter des plantes dans des endroits qui leur conviennent idéalement dans les meilleures conditions pour une croissance plus rapide et des rendements élevés.
En outre, les drones peuvent être utilisés pour pulvériser des cultures. Avec l'aide du GPS, des systèmes de mesure laser et du positionnement par ultrasons, les drones peuvent facilement ajuster l'altitude et la zone de vol en tenant compte de paramètres tels que la vitesse du vent, la topographie et la géographie. Cela permet aux drones de pulvériser plus efficacement, avec une plus grande précision et moins de pertes.
Par exemple, la société chinoise DJI a créé le système de drone Agras MG-1 spécifiquement pour la pulvérisation des cultures. Le drone comprend une capacité de 10 litres qui peut être remplie de pesticides liquides, d'herbicides ou d'engrais. La vitesse de vol maximale de l'Agras MG-1 est de 40 km / h, la portée et l'altitude maximales sont de 1 km et 150 m. Le radar micro-ondes permet au drone de maintenir la bonne distance des cultures et d'assurer une pulvérisation uniforme. Selon le fabricant, Agras MG-1 peut fonctionner en modes autonome, semi-autonome ou manuel.
Drones pour la surveillance et l'analyse en temps réel
Une autre fonction utile des drones est la possibilité de les utiliser pour effectuer une surveillance à distance et analyser l'état des champs et des cultures qui y poussent. Plusieurs drones peuvent remplacer une armée entière de travailleurs. Les gens n'auront pas besoin de se déplacer constamment dans les champs pour évaluer visuellement l'état des semis.
En recevant ces données sur Internet, les agriculteurs ne pourront aller aux champs que pour des raisons urgentes qui nécessitent vraiment une attention particulière et ne perdront pas de temps à examiner des plantes saines.
Cependant, alors que les drones agricoles sont loin d'être parfaits. La portée et le temps de vol de la plupart des modèles sont inférieurs à ce dont les agriculteurs ont besoin. Même les drones les plus «robustes» peuvent passer dans les airs pendant environ une heure seulement, puis ils doivent recharger les batteries.
De plus, les drones agricoles mordent toujours. Par exemple, l'achat d'un des modèles Precision Hawk Lancaster les plus avancés aujourd'hui coûtera 25 000 $. Bien sûr, il existe des drones moins chers, mais leur équipement est souvent modeste et ne comprend pas de matériel photo et vidéo avancé ni de matériel de pulvérisation nécessaire aux agriculteurs.
Ferme connectée: capteurs et Internet des objets
Les robots et drones agricoles autonomes apporteront de nombreux avantages aux agriculteurs, mais les technologies IoT feront de la ferme véritablement «intelligente» de l'avenir.
Le terme «Internet des objets» fait référence au concept d'un réseau informatique d'objets physiques («objets») équipé de technologies intégrées d'interaction et d'échange de données entre eux et avec l'environnement externe. Les technologies IoT sont déjà mises en œuvre dans la pratique sous la forme d'appareils intelligents à domicile avec prise en charge des assistants vocaux numériques, des équipements médicaux intelligents et des équipements industriels.
Dans les fermes intelligentes, des capteurs seront introduits à chacune des étapes de la production de silos et dans tous les types d'équipements. Les capteurs de terrain collecteront des données sur les niveaux d'éclairage, les conditions du sol, l'irrigation, la qualité de l'air et les conditions météorologiques. Les informations seront envoyées à l'agriculteur ou directement aux robots agricoles dans les champs. Des groupes de robots équipés de leurs propres capteurs et équipements de navigation sillonneront les champs et répondront aux signaux qu'ils reçoivent concernant le besoin de désherber, d'arroser, d'élaguer ou de récolter. De plus, des drones suivront les champs depuis les airs, générant des cartes qui serviront de guide aux robots et aideront les agriculteurs à planifier de nouveaux travaux agricoles. Toutes ces innovations augmenteront la production agricole et la qualité des aliments.
La société d'analyse BI Intelligence prévoit que le nombre d'appareils IoT utilisés dans l'agriculture passera de 30 millions d'unités en 2015 à 75 millions en 2020. On prévoit également que d'ici 2050, les fermes intelligentes produiront 4,1 millions de mesures par jour, contre 190 000 en 2014.
Armés d'un ensemble croissant de données provenant d'équipements et de capteurs intelligents, ainsi que de technologies de réseau pour l'échange d'informations, les agriculteurs pourront voir tous les aspects de leurs entreprises agricoles, comprendre quelles plantes sont saines, lesquelles ont besoin d'attention, quels champs ont besoin d'être arrosés et où il est temps de collecter la récolte.
Dans ce matériau, seule la pointe de l'iceberg est affectée - la culture des cultures. Pas moins d'opportunités pour les technologies avancées dans le domaine de l'élevage. Si chaque ferme devient intelligente, alors l'objectif d'une augmentation de 70% de la production alimentaire deviendra réalisable.