Нано, био, смарт и не только: современные технологии в 20 понятиях

Наука в сельском хозяйстве – это творчество с ювелирной точностью!

Нано, био, смарт и не только: современные технологии в 20 понятиях

Сельское хозяйство становится модным — во многом благодаря растущей прибыльности. А еще потому, что теперь фермеры и аграрии больше напоминают ученых из секретных лабораторий, а инновации делают их работу гораздо эффективнее. За последние годы Россия вошла в топ-15 стран с наибольшим количеством IT-стартапов в сельском хозяйстве, а применение новых технологий помогло собрать в 2016 и 2017 годах рекордные урожаи. Как это вышло, объясняем

1.

Чтобы понять, как работает новое сельское хозяйство в России, расскажем, в каких условиях оно развивается в мире последние несколько лет.

Цель — нулевой голод. Сегодня в мире производится гораздо больше продовольствия, чем человечество физически способно потребить. При этом каждый девятый житель планеты ежедневно голодает, а каждый третий страдает от разной степени недоедания. Нулевой голод — комплекс мер от Всемирной продовольственной программы ООН. Он призван значительно улучшить ситуацию с питанием на планете к 2030 году, в том числе благодаря устойчивому развитию в сельском хозяйстве. Россия играет не последнюю роль в этом процессе, являясь одним из лидеров по экспорту продовольствия. А федеральный проект «Экспорт продукции АПК» по увеличению поставок за границу призван поддерживать стабильность на мировых рынках продовольствия.

Новая аграрная революция. Аграрные революции — это нововведения, которые поднимают сельское хозяйство на новый уровень. На предыдущих этапах люди перешли от собирательства к возделыванию полей, начали культивировать растения из других регионов, освоили химикаты для удобрений и борьбы с вредителями, а также постоянно совершенствовали орудия труда. Под новой аграрной революцией понимают внедрение в сельское хозяйство IT-технологий, которые сократят объем ручного труда и повысят урожайность. Биотехнологии, технологии переработки, логистики, управления фермами — если хотя бы одно из этих направлений будет внедрено массово, в перспективе пяти лет прибыльность агропромышленного комплекса России может увеличится на 500 млрд рублей (по оценке Центра развития финансовых технологий РСХБ).

Умное фермерство. Применение в сельском хозяйстве цифровизации, автоматизации и других технологий значительно (от 20% и больше) сокращает издержки на удобрения, топливо и другие затраты, одновременно увеличивая производительность. По расчетам Grand View Research, рынок умного фермерства в России составляет пока не более 1,5% от мирового (лидеры — США, Германия, Китай и Индия). Но аналитики полагают, что благодаря цифровизации сельского хозяйства агропромышленный комплекс России может совершить мощный скачок вперед.

Рост показателей. По данным Росстата, российский сельскохозяйственный сектор интенсивно растет уже несколько лет подряд (еще одно подтверждение — сокращение импорта). Быстрее всего развивается производство зерна (в 2017 году страна достигла 40-летнего рекорда по сбору), свеклы, сахара, тепличных овощей, свиноводство и производство говядины. При этом в рейтинге богатейших людей России попадает все больше бизнесменов, заработавших именно на сельском хозяйстве. 

Экспорт. В 2016 году Россия впервые стала лидером по экспорту зерна, затем на год уступила позицию США (лидер отрасли), но в 2018 году экспортировала более 40 млн тонн пшеницы, тем самым побив рекорд мирового рынка за последнюю четверть века. Интересно, что в 2019 году страна стала ведущим поставщиком шоколада в Китай, поставив собственный рекорд по экспорту кондитерских изделий — 1,4 млрд долларов. 

2.

Там, куда приходят современные технологии, ручной труд обычно заменяется роботизированным и роль человека в производственном процессе меняется. А как все обстоит в сельском хозяйстве?

Автоматизация. На современных фермах роботы кормят и доят коров, убирают за животными и следят за их здоровьем. В полях машины без участия человека пропалывают сорняки и собирают урожай даже таких деликатных культур, как клубника и помидоры, а в зернохранилищах роботы следят за температурой и влажностью собранных плодов.

Беспилотники. Летающие беспилотники «патрулируют» сельскохозяйственные местности, находят засушливые районы и орошают плантации, самостоятельно оценивают состояние здоровья растений, находят и анализируют участки, где культуры растут лучше всего. Есть еще беспилотные комбайны, которые автономно ездят по полю (напоминают больших роботов-пылесосов), вспахивают поля, сеют и убирают урожай. Человеку достаточно лишь привезти комбайн к стартовому участку поля, а вечером — забрать.

IoT-датчики. Взаимосвязанная сеть умных гаджетов, которые собирают различные показатели и помогают человеку строить прогнозы на их основе. В полях датчики собирают данные о погодных условиях и состоянии почв, в теплицах самостоятельно регулируют влажность, температуру и полив. Датчики на ошейниках и бирках скота следят за биоритмами и активностью каждого животного. Еще датчики помогают определять местоположение сельскохозяйственной техники и выстраивать оптимальную логистику.

Машинное обучение. Это метод, при котором искусственный интеллект собирает множество данных, анализирует их и выдает на их основе самостоятельные выводы. В Австралии, например, с помощью машинного обучения прогнозируют урожаи кофе (для этого ИИ собирает и анализирует огромный объем данных о климате, минеральном составе и температуре разных слоев почвы). В животноводстве технологию тоже используют: проанализировав данные электронных ошейников, можно спрогнозировать репродуктивный период коровы или спланировать смену рациона.

Искусственный интеллект. ИИ — это главный помощник фермеров из мира IT. Он использует машинное обучение, большие данные, компьютерное зрение и другие технологии. В результате получается комплексная система, которая подмечает, что во время дождя увеличивается расход топлива, а при снижении средней температуры на полградуса уменьшается урожай.

Компьютерное зрение. Это способность камер не только записывать видеоряд, но и понимать, что на нем происходит. Умные камеры умеют различать на видео нужные объекты и собирать о них данные. Так, дроны, пролетая над полем, могут рассмотреть каждый колосок — чтобы найти те, что повреждены вредителями. В рыбных хозяйствах Норвегии по этому же методу ищут морских вшей, а в Китае выявляют свиней, зараженных восточноафриканской чумой. Компьютерное зрение помогает орошать только те участки почвы, которые в этом нуждаются (это помогает избежать перелива), а при автоматизированном сборе урожая не трогать плоды, которые еще не дозрели.

3.

Технические инновации — лишь часть агрокультуры 2.0. В сельском хозяйстве появляется все больше технологий, которые позволяют эффективнее обрабатывать почву, совершенствовать селекцию и увеличивать урожаи.

Селекция. Генная инженерия помогает культивировать растения со специфическими свойствами, которые сложно вывести традиционным методом селекции. Например, добавить сельскохозяйственным культурам полезные свойства других растений, бактерий и животных. Работает это так. С помощью ферментов бактерий исходную ДНК растения расщепляют в нужных участках и внедряют туда ген другого организма с нужными свойствами.

Система нулевой обработки почвы. В традиционном земледелии перед началом сезона поля принято вспахивать, но это приводит к эрозии и деградации почвы. Чтобы этого избежать (особенно в засушливых районах), стебли от предыдущего урожая оставляют на полях для создания специального покрытия — мульчи. А после с помощью специальных сеялок посев проходит в мульчу в точно рассчитанном количестве — таком, который необходим для оптимального полива. Такой метод спасает от эрозии, мешает росту сорняков и повышает плодородность почвы, если раз в 3–4 года чередовать ее с традиционной обработкой.

Технологии точного земледелия. Участки одного поля могут иметь разные свойства, а значит, и возделывать их нужно по-разному. Спутники и дроны собирают 3D-карты, наносят на них информацию о химическом составе почвы и предыдущих культурах. Анализируя данные с каждого участка, аграрии могут поливать и удобрять их локально — с точностью до пары сантиметров. Такой подход способен сэкономить хозяйству до 30% расходов на семена, удобрения и топливо.

Органическое производство. Это отказ от воздействия на растения, почву и животных синтетическими удобрениями, пестицидами и ветеринарными препаратами. Один из главных его принципов — замыкание круга животноводства и растениеводства, когда отходы каждой сферы становятся подкормкой для другой. Благодаря этому почвы дольше остаются плодородными и меньше болеют, а сами фермеры сильно экономят на воде и энергии.

Биопестициды. Так называют препараты для борьбы с вредителями, которые не наносят урона ни самой культуре, ни окружающей среде в целом. В их основе феромоны насекомых, экстракты растений, бактерии, грибы или вирусы, которые могут мешать размножению вредителей или заражать насекомых.

Биоремедиация. Способ очистки воды или почвы с помощью растений, грибов, насекомых и других организмов. Для этого в место загрязнения (например, на место разлива нефти) высаживают специальные бактерии: они воспринимают топливо как пищу и перерабатывают его, превращая в воду и безвредные газы.

4.

В современном животноводстве также активно используется интернет вещей и роботизация, но все же главное — это биотехнологии.

По оценке Министерства сельского хозяйства, в 2019 году объем российского рынка информационно-компьютерных технологий в агропромышленности достиг 360 млрд рублей, а к 2026 году может вырасти в пять раз.

Гуманное отношение к животным. Это новый стандарт, который подразумевает заботливое и этичное отношение к животным. В основном такой подход используют в небольших фермерских хозяйствах, но и для крупных предприятий Минсельхоз США пытается вводить стандарты. Гуманное отношение подразумевает проживание животных в естественной среде: например, коровы находятся на вольном выпасе, а не в откормочных боксах, им не купируют хвосты, не обрезают рога и не клеймят.

Нанобиотехнологии. Это симбиоз микробиологии и технологий. Цель — не анализировать и лечить весь организм целиком, а работать с отдельными клетками. Для этого в организм внедряют наночастицы, которые, добравшись до цели, проверяют состояние клеток и при необходимости доставляют лекарство.

Наномедицина. Суть направления в том, что для исследования и лечения заболеваний врачи вживляют в организм микродатчики, которые собирают информацию о его работе и забирают нужные образцы. Их вводят через слизистую, кровеносную или пищевую системы. В роли «транспорта» вместо искусственно созданного чипа используют также сами клетки живого организма (биомиметика), а еще белки, вирусы, молекулы ДНК и РНК.

Искусственное мясо. Это мясо, ради которого не убивают животных. Искусственное мясо бывает двух видов. Первое создается на молекулярном уровне из мышечных волокон настоящих животных, а растительное полностью состоит из сои, риса, подсолнечника и других растений. Кроме гуманизма, такой аналог привлекает в перспективе более дешевым производством, возможностью решить проблему мирового дефицита еды и меньшим уроном экологии за счет сокращения использования воды и выбросов углекислого газа.

5.

За умным сельским хозяйством — будущее

К 2050 году население планеты увеличится на треть, и производство продовольствия должно вырасти пропорционально. Поэтому все большее внимание привлекают технологии умного земледелия, а умелый аграрий растет в цене. Специализированные компании все чаще попадают в бизнес-инкубаторы и получают гранты. За 10 лет различные фудтех-стартапы привлекли 23,6 миллиарда евро, и за последние годы финансирование увеличилось в три раза. Биотехнологии, автоматизация переработки, логистики, управления фермами — если хотя бы одну из этих технологий внедрять массово, то прибыльность российского агропромышленного комплекса может вырасти более чем на 500 миллиардов рублей в перспективе пяти лет.

Можно получить специальность, о которой многие не догадываются

В аграрных вузах много факультетов. Среди ожидаемых направлений вроде агротехнологий, почвоведения, агробизнеса, землеустройства и биотехнологий иногда можно встретить и необычные. Например, можно выучиться на ихтиолога-рыбовода или технолога деревообработки, стать кинологом или профессиональным наездником лошадей или выбрать благородную профессию ветеринара. Как сказал академик Павлов, врач лечит человека, а ветеринар — человечество!

После учебы не будет проблем с поиском работы

По данным исследования HeadHunter, агрономы входят в число самых дефицитных профессий. Поэтому выпускникам сельскохозяйственных академий может быть легче найти работу. Студенты вуза нередко находят работу во время учебной практики.

Работать придется не столько с лопатой, сколько с роботами

Подсчитано, что рынок IT в сельском хозяйстве России в 2019 году достиг 360 миллиардов рублей и к 2026 году увеличится более чем в пять раз. Сельское хозяйство занимает четвертое место по возможности автоматизации среди всех отраслей экономики, опережая строительство, страхование и торговлю. Цифровизация должна удвоить рост производительности, а еще избавить работников от рутинных задач. Сельскохозяйственные роботы автоматически вспахивают, поливают и мониторят поля, вносят удобрения, доят коров и собирают урожай — и часто делают это эффективнее, чем человек. Например, коптеры-опрыскиватели могут дешевле и быстрее бороться с сорняками вроде борщевика.

Аграриям предстоит решать глобальные проблемы

Искоренение нищеты и голода — цель номер один в Декларации тысячелетия ООН. В 2015 году мировое сообщество утвердило программу «Нулевой голод»: она обещает обеспечить продовольственную безопасность и улучшить питание людей. Для этого организация в том числе предлагает развивать инновации в сфере сельского хозяйства. Например, внедрять сады интенсивного типа, когда деревья приносят плоды не через шесть-восемь лет после посадки, а уже через год-два.

На аграриев ложится большая ответственность по спасению экологии

Сельское хозяйство остается одним из главных экономических двигателей планеты. При этом в своем нынешнем виде оно колоссально влияет на состояние окружающей среды. Из-за этого ООН называет рациональное использование природных ресурсов одной из своих главных целей и призывает аграриев искать такие способы, чтобы еда доставалась нам с меньшим уроном для экологии.

Аграрии ставят прорывные научные эксперименты в лабораториях

Современные агрономы и фермеры во многом инноваторы. Они выращивают мясо в пробирке, с помощью технологий определяют, чего не хватает почве для всхода урожая, и придумывают новые форматы фермерства. Например, в этом году в Санкт-Петербургском аграрном университете организовали лабораторию светокультуры: студенты и преподаватели разрабатывают технологии выращивания растений в помещениях, где полностью контролируется микроклимат, включая температуру и свет.

Здесь найдется место даже для нейросетей и big data

Казалось бы, зачем нейронная сеть, например, в курятнике? Современные системы с помощью машинного зрения позволяют отслеживать состояние поголовья. В случае с птицами программа обучается на сотнях особей — на видео фиксируются их поведение и звуки, которые они издают в здоровом состоянии, а также все отклонения от нормы. Потом такая система наблюдения позволит на ранних стадиях диагностировать заболевания у птиц. А анализ больших данных, собранных с метеостанций, датчиков в полях, спутников и дронов, позволяет фермерам прогнозировать урожай, определять стадию его вызревания и в режиме онлайн видеть, требуется ли полить или удобрить посевы.

Можно уехать жить ближе к природе

Жители мегаполисов во всем мире все чаще хотят сменить бешеный ритм и суету на умиротворение деревни. При этом некоторые энтузиасты пытаются сделать жизнь в селе интереснее и придумывают разные социальные инициативы: например, местные предприниматели создают свои придумывают, как развивать туристический потенциал, — и это лишь несколько примеров.

Жизнь в селе — это воздух почище и стресса поменьше

В крупных промышленных городах воздух сильно загрязнен: в нем содержатся вредные вещества, которые повышают риск развития сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. Более того, в городе еще ужасно громко: по данным 2018 года, около трети горожан в России страдают от чрезмерного шума. Вдалеке от транспортных развязок и железных дорог такой проблемы не будет. Плюс пребывание на природе — за пределами городов — помогает расфокусировать внимание и снять напряжение.

Можно организовать собственную ферму или экопоселение

Хотя в российском агропромышленном комплексе, как и во всем мировом сельском хозяйстве, создается все больше крупных технологичных предприятий, остается место и для маленьких фермерских хозяйств, которые выращивают овощи, птицу, производят мед, молочную продукцию и так далее. Причем в России вклад фермеров в создание сельхозпродукции вырос с 1% в 1992 году до 14% в 2019 году.

Параллельно в России начал набирать популярность тренд на экопоселения. Сейчас в стране около 300–400 поселений самых разных концепций: есть поселения программистов, родовые поместья, ЗОЖ-сообщества и аграрные кластеры.

А можно развивать сельский туризм…

Агротуризм в России постепенно набирает популярность. Например, в южные регионы туристы приезжают, чтобы побывать на винодельнях, чайных плантациях и в рыбных хозяйствах. В центральных регионах местные предприниматели открывают конные клубы, страусиные фермы, сыроварни, пасеки. А на Дальнем Востоке и за Уралом ставку делают на природу и культуру: устраиваются экспедиции на Камчатку или этнографические туры в Сибирь. В ближайшее время развитие агротуризма станет еще более системным: Минсельхоз планирует разработать стратегию его развития. И в гостях нехватки не будет: по прогнозам, внутренний аграрный туризм совсем скоро вырастет на 1–2 миллиона человек в год.

…или придумать какой-то другой бизнес

Аграрии могут за счет государства компенсировать расходы на строительство производственных помещений, покупку сельскохозяйственной техники и приобретение семян, а начинающие фермеры — попасть в акселератор, научиться вести бизнес и получить грант на развитие собственного хозяйства.

Разработки АПК можно использовать не только в сельском хозяйстве

Точное земледелие позволяет с помощью GPS и дронов планировать посев и повышать урожайность, программное обеспечение в теплицах позволяет удаленно следить за урожаем, автоматизированные системы сами кормят животных. Но принцип работы этих технологий тот же, что и в других отраслях, их можно использовать не только в сельском хозяйстве. Например, если студент научился работать с условной системой датчиков, следящих за коровами в хлеву, он может использовать свои навыки и знания для внедрения умной системы по подсчету машин на парковке. Но верно и обратное: огромное количество технологий, уже давно используемых в других сферах, можно интегрировать в АПК.

Ведение агробизнеса можно уместить в смартфон

Сельское хозяйство переживает цифровую трансформацию. Например, разработана экосистему для фермеров. Сервисы предоставляют аграриям доступ к современным цифровым технологиям для управления фермой, позволяют найти клиентов и повысить рентабельность бизнеса, удаленно подать заявку на льготное кредитование, мониторить поля, определять состояние здоровья растений по фотографии — и это далеко не полный список.

Агротехнологии сегодня — это творчество с ювелирной точностью

Учеба в аграрном университете временами напоминает посещение художественной мастерской. Например, составление карт и чертежей. это особенный процесс: ты одновременно и художник со своими мыслями и идеями, и математик, которому важно быть предельно точным и не ошибаться даже на один миллиметр.

Если будете жить в городе, тоже не останетесь без работы

В последние годы фермы все чаще появляются внутри больших городов. Например, на таких фермах в Лондоне выращивают зелень, разводят животных, а еще учат рациональному потреблению. Востребованным направление становится и в России: в аграрных университетах уже появляются профильные лаборатории.

3