Умное хозяйство

Как искусственный интеллект меняет агропромышленный комплекс

Сельское хозяйство давно простилось с образом архаичного производства — ему на смену пришли модернизация и инновации. Беспилотные комбайны убирают с полей пшеницу, спутники передают фермерам данные о готовности урожая, а дроны выискивают сорняков и вредителей. Цифровые технологии выполняют самые разные задачи, а объединяет их искусственный интеллект, без которого модернизация была бы невозможна. Рассказываем, чем ИИ занимается на пастбищах и фермах и какое будущее ждет российский агропромышленный комплекс.

Мы регулярно прибегаем к помощи алгоритмов — например, когда смотрим прогноз погоды, ищем билеты или просто хотим отдохнуть. Это такая же часть нашей жизни, как одежда и обувь, автомобили и смартфоны. Тем не менее искусственный интеллект, так глубоко проникший во все сферы нашей жизни, до сих пор может вызывать недоверие и страх. В проекте «ИИ спешит на помощь» мы рассказываем, на что способны современные технологии с использованием ИИ, где они приносят наибольшую пользу и почему не стоит бояться восстания машин. Материал подготовлен совместно с федеральным проектом «Искусственный интеллект» нацпроекта «Цифровая экономика».

Старый новый голод

С давних пор войны, эпидемии, стихийные бедствия, а также резкий рост населения и неразумное правление лишали людей продовольствия. Так, в 1315 году проливные дожди и продолжительные наводнения повлекли за собой Великий голод. По всей Европе погибли миллионы людей — один только город Иперн во Фландрии (ныне Бельгия) потерял 10 процентов своих жителей. Понемногу ситуация начала меняться в XVII веке. В странах Европы, преимущественно Англии и Голландии, были введены дополнительные налоги, которые сподвигли крестьян повышать урожайность и отправлять его на продажу. На вырученные деньги они покупали товары для ухода за полями, что повышало производительность труда.

Изменения на этом не закончились: во второй половине XX века в сельском хозяйстве произошла зеленая революция. Высокоурожайные сорта культур, минеральные удобрения и пестициды повысили эффективность возделывания земли. Производство зерновых увеличилось втрое, а площадь обрабатываемых угодий — на 30 процентов. Однако проблем с продовольственной безопасностью и недоеданием зеленая революция не решила.

В 2020 году до 811 миллионов человек столкнулись с голодом, а 2,37 миллиарда — почти каждый третий в мире — недоедали или не имели доступа к качественной еде. По прогнозам экспертов к 2050 году население Земли увеличится еще на 2 миллиарда. Чтобы прокормить человечество, сельскохозяйственное производство должно вырасти на 70 процентов.

Обратной стороной развития сельского хозяйства стали проблемы с экологией. «Нынешний рацион питания и методы производства еды, необходимой, чтобы прокормить 7,6 миллиарда человек, приводят к деградации наземных и водных экосистем, истощению водных ресурсов и изменению климата», — писали в 2019 году исследователи Джозеф Пур и Томас Немечек. На сельское хозяйство приходится 23 процента от антропогенных выбросов парниковых газов и 92 процента пресной воды, потребляемой каждый год.

Поскольку большая часть пригодных для земледелия угодий уже обработана, необходимо пересмотреть подходы и методы ведения хозяйства и найти решения, которые позволят снизить нагрузку на экологию. Очевидно, что сельское хозяйство нуждается в модернизации. Хорошим подспорьем для изменений могут стать цифровые технологии, в частности искусственный интеллект.

Индустрия 4.0 на пастбищах и фермах

Глава и основатель Всемирного экономического форума Клаус Шваб утверждает, что мы стоим на пороге новой промышленной революции и всем нам пора готовиться к грядущим изменениям. В книге «Четвертая промышленная революция» он пишет, что развитие и внедрение цифровых технологий открывает новые возможности в хранении и обработке информации. По мнению Шваба, интернет вещей, искусственный интеллект, роботизация и биотехнологии повлекут фундаментальные изменения в системах производства, логистики и потребления. Экономика не будет прежней, и сельское хозяйство не исключение.

Идею о четвертой промышленной революции (еще один вариант — индустрия 4.0) предложил не Клаус Шваб. Однако именно он популяризовал ее, и теперь эта концепция ассоциируется с ним.

В 2018 году Всемирный правительственный саммит в сотрудничестве с консалтинговой компанией Oliver Wyman опубликовал отчет «Сельское хозяйство 4.0 — будущее сельскохозяйственных технологий». Он посвящен влиянию глобальных трендов на продовольственную безопасность и устойчивость сельского хозяйства. Авторы считают, что использование точечного земледелия, интернета вещей и больших данных поможет АПК повысить эффективность в условиях роста населения и климатических изменений.

Особое место отводится искусственному интеллекту — технологии, в основе которой лежат машинное обучение и анализ данных. ИИ способен выполнять простые когнитивные задачи, предсказывать возможное развитие событий и принимать решение на основе огромного массива данных. Однако этим его возможности не исчерпываются.

ИИ-босс, спутники и беспилотные комбайны

Фермеры все больше делегируют искусственному интеллекту дополнительные полномочия: алгоритмы следят за состоянием почвы, регулируют работу сетей капельного орошения, находят сорняки и даже управляют комбайнами. Например, компания Cognitive Pilot с 2020 года внедрила более 1000 умных автопилотов на комбайны для уборки урожая в 35 регионах России.

При этом создавать новые машины не пришлось — достаточно было модернизировать существующий парк, подключив к ним систему автономного управления. Она устроена довольно просто. Стереорейка — блок из двух камер, модулей навигации и связи GSM — видит поле и окружающие объекты. Эти данные передаются в компьютер, где их обрабатывает нейронная сеть. После компьютер принимает решение, что нужно сделать дальше: подрулить для точного следования вдоль кромки или остановиться, если рядом препятствие. Команда передается на исполнительный механизм — гидравлику, и комбайн ее выполняет.

За счет применения беспилотных комбайнов Cognitive Agro Pilot, например, АПХ «Залесье» сэкономил более 500 миллионов рублей за уборочную, а благодаря сравнительно невысокой цене оборудования — 5 процентов от стоимости комбайна, что составляет около 950 тысяч рублей. Затраты окупились за первый сезон использования системы.

«Чем продуктивнее используется техника, тем более эффективно устроен бизнес-процесс, — говорит руководитель департамента разработки беспилотных средств Cognitive Pilot Юрий Минкин. — Основной показатель эффективности — процент использования режущей кромки [лезвия комбайна. — Прим. N + 1]. Когда работает человек, который устает уже через пару часов монотонной работы, погрешность составляет метр-полтора, а если за дело взялась беспилотная система — 1–2 см (менее 1 процента). Это значит, что машине требуется меньше проходов, меньше расходуется топлива, а время на уборку сокращается».

Один из основных трендов развития сельского хозяйства — точечное земледелие, которое может увеличить производство продуктов питания на 50 процентов в течение следующих 30 лет. Чтобы снизить издержки и повысить эффективность, аграрии используют цифровые технологии — они помогают отслеживать урожайность и создавать карты местности с помощью GPS и датчиков на месте. Некоторые данные фермеры получают от спутников. Летая на высоте около 35 тысяч километров, они передают информацию в режиме реального времени, которую обычно собрать непросто, — от влажности почвы до грядущих погодных аномалий.

Данными со спутников пользуются как крупные агрохолдинги, так и мелкие фермеры, а обрабатывает искусственный интеллект. Он подсказывает, как наиболее эффективно возделывать землю и какие ресурсы на это потребуются. Обращаясь к данным со спутников, британские фермеры заметили снижение затрат и повышение качества и объема продукции. Не стоят в стороне и российские аграрии. Например, компания «Совзонд» внедрила технологии космического мониторинга земли в Волгоградской, Воронежской и Тамбовской областях. Сейчас эта система находится на последнем этапе тестирования.

Место для искусственного интеллекта нашлось и в животноводстве. Растущий спрос на продукты питания и развитие цифровых технологий могут сделать животноводство более централизованным и эффективным.

Яркий пример — управление молочными фермами с помощью искусственного интеллекта. В 2019 году компания «Мустанг» предоставила систему, которая помогает с менеджментом хозяйства: прогнозирует производство молока, следит за здоровьем коров и эффективностью всего производства. «...благодаря системе искусственного интеллекта мы смогли найти оптимум по рентабельности производства, — говорит заместитель генерального директора АО СХП „Вощажниково“ Олег Долинной. — ИИ позволяет увидеть, сколько денег мы тратим на корма для производства 1 кг молока, и делает это ежедневно в режиме онлайн».

Агропромышленный комплекс может стать драйвером роста российской экономики. Протяженная агроклиматическая карта, ускоренная модернизация ключевых агрохолдингов, большой потенциал для повышения эффективности работы малых форм хозяйствования и наличие инфраструктурной поддержки создают хороший фундамент. Но для полной картины не хватает общего научно обоснованного, системного видения будущего на базе форсайта и представления о том, какое место в нем отводится АПК.

Продовольственная и сельскохозяйственная организация ФАО ООН предупреждает, что надвигается мировой продовольственный кризис. АПК может стать национальной точкой роста и плацдармом для занятия значимых позиций на мировых рынках, обеспечения нашего суверенитета в широком смысле — от продовольственного до технологического.

Экономист и директор Центра научно-технологического прогнозирования ИСИЭЗ НИУ ВШЭ Александр Чулок

Страх инноваций и надежда на будущее

Конкуренция усилилась, потребители предъявляют больше требований к продукции, а производители всеми способами хотят максимизировать прибыль. Это причины, из-за которых началась цифровизация российского АПК. В авангарде этого процесса находились крупные холдинги — те, кто был готов инвестировать в цифровые технологии. Следом подтянулись и малые хозяйства. Однако цифровизация столкнулась с системными трудностями, преодолеть которые можно только совместными усилиями бизнеса, научных центров и государства:

  • Кадры. Конечно, чтобы внедрить технологию, нужны компьютеры с определенной вычислительной мощностью. Но также нужны и люди, которые будут задавать задачи для искусственного интеллекта. Начальник отдела экономики инноваций Института аграрных исследований НИУ ВШЭ Надежда Орлова считает, что российский АПК столкнулся с дефицитом квалифицированных кадров. Причины просты: это низкий престиж аграрных профессий, устаревшие образовательные подходы в аграрных университетах и слабая связь образовательного процесса с практикой.
  • Уровень цифровой зрелости. Агропромышленный сектор — крайне консервативная область экономики. Для цифровой трансформации АПК необходима поддержка государства: предоставление субсидий, масштабирование и распространение цифровых технологий в основных секторах, повышение цифровой грамотности работников. Уровень цифровой зрелости влияет на восприимчивость и эффективность применения искусственного интеллекта. Чтобы искусственный интеллект эффективно работал, высокий уровень цифровой зрелости должен быть не только у IT-евангелистов, но и у подрядчиков и потребителей.
  • Общий уровень развития АПК в России. Недостаточная инновационная активность на фоне слабого взаимодействия между участниками бизнес-цепочки — угроза для развития АПК, считают эксперты ИСИЭЗ НИУ ВШЭ. Александр Чулок отмечает, что низкий уровень инновационной активности характерен для российской экономики в целом — уже более 10 лет он не превышает 12 процентов (в 2021 году, по данным ИСИЭЗ НИУ ВШЭ, он составил 11,9 процента), хотя для зарубежных компаний он достигает 30–40 процентов. Это говорит о бо́льших возможностях и потенциале роста.
  • Многоукладность АПК. В российском агропромышленном комплексе технологии прошлого века соседствуют с цифровыми, что во многом отражает структуру российской экономики. Когда у компаний относительно одинаковый уровень технического развития, им проще вводить инновации. В обратном случае возможны проблемы, которые могут привести к стагнации и потере эффективности. Александр Чулок приводит аналогию со школой: «Представьте, что вы попали в класс, где есть двоечники и отличники. Учителю предстоит решить нетривиальную задачу — построить программу так, чтобы она была интересна и тем и другим и в итоге не сделала бы всех троечниками».
  • Социальная роль. Искусственный интеллект повышает производительность труда и снижает издержки. Дроны распыляют пестициды на фермах, а датчики следят за экологической и экономической устойчивостью хозяйства. Правда, техника нуждается в обслуживании — таким образом цифровизация создает новые рабочие места для высококвалифицированных людей.

Однако эти трудности цифровизацию не останавливают. В 2021 году использование анализа больших данных, промышленных роботов и искусственного интеллекта в сельском хозяйстве выросло на треть. Сегодня большая часть операций автоматизирована, что позволило сократить объем ручного труда. А в недалеком будущем технологии с применением искусственного интеллекта смогут управлять системами орошения, ухаживать за животными и контролировать технику в режиме реального времени.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
По пути с IT

Какая специальность вам подходит и требует ли она техническое образование

Начать работать в IT никогда не поздно, даже если вы не получили соответствующее образование. Но легко все равно не будет: хорошая зарплата и интересные проекты достаются только большими усилиями, а многочисленные курсы, обещающие «легкий старт» для всех, вызывают справедливое недоверие. Вместе с компанией CUSTIS, где в технической работе занято 11 процентов сотрудников без профильного образования, мы подготовили профориентационный тест. Он поможет разобраться в основных специальностях, а Иван Ястребков, руководитель центра обучения и развития персонала в CUSTIS, расскажет, какие требования сфера IT предъявляет к образованию сотрудников и на какие условия работы вы можете рассчитывать.