پهپاد‌های کشاورزی

این مطلب یکی از مقالات پرونده ویژه «چشم‌انداز فناوری در سال 2015» است. برای دریافت کل این پرونده ویژه اینجا را کلیک کنید.

 شکل 1: پهپاد ساخت شرکت 3D Robotics بر فراز زمين‌های کشاورزی کوند

رايان کوند کشاورزی از اهالی سان‌فرانسيسکو است؛ اما نه يک کشاورز معمولی، بلکه اپراتور پهپاد نيز است و او تنها نيست. او يکی از کشاورزان پيش‌گامی است که می‌خواهد با بهره‌گيری از وسيله‌ای که زمانی در زمره فناوری‌های هوانوردی نظامی به‌شمار می‌آمد، و با استفاده از تصويرهای هوایی تهيه ‌شده توسط آن،‌ محصول بهتری پرورش دهد. اين نمونه‌ای از جریان مهمی است که در آن حس‌گرها و فناوری‌های روباتيک به‌صورت گسترده‌تر مورد استفاده قرار می‌گيرند تا برای افزايش دقت در کشاورزی از بزرگ‌داده‌ها بهره ببرند. از نظر کوند و کشاورزانی مانند او که شمارشان رو به ‌افزايش است، «پهپاد» پلتفرم کم‌هزينه دوربين (عکس‌برداری) هوایی است؛ چه اين پهپادها هواپيماهای کوچک ثابت‌بال و چه چهارپروانه‌ (کوادکوپتر) و گونه‌های ديگری از بال‌گردهای چندتيغه‌ای باشند. اين هواپيماها به سامانه‌های خلبانی خودکار مجهز هستند و از جی‌پی‌اس و يک دوربين ساده کوچک استفاده می‌کنند که به‌وسيله خلبان خودکار راهبری می‌شود. نرم‌افزاری که روی زمين مورد استفاده قرار می‌گيرد، می‌تواند عکس‌های هوایی را در کنار هم قرار دهد و يک نقشه موزاييکی واضح پديد بياورد. هواپيماهای سنتی کنترل از راه دور با امواج رادیویی را بايد يک نفر از روی زمين راهبری کند، اما در پهپاد کوند تمام فرآيند پرواز، از برخاست تا فرود را خلبان خودکار (که شرکت 3D Robotics آن ‌را ساخته ‌است) انجام می‌دهد. نرم‌افزار اين سيستم برای مسير پروازی برنامه‌ريزی می‌کند تا گستره هرچه وسيع‌تری از زمين‌های کشاورزی او را پوشش دهد و دوربين را به‌ گونه‌ای کنترل می‌کند که عکس‌های آن برای تحليل‌های آتی بهينه‌ باشند. 

امروزه، زمين‌های کشاورزی با بهره‌گيری از شگفتی‌های مهندسی در حال دگرگونی هستند. اين برآيند چندين سال خودکارسازی و استفاده از نوآوری‌های ديگری است که با هدف پروردن غذای بيش‌تر با نيروی کار کم‌تر صورت گرفته ‌است.

اين ديد از ارتفاع کم (از چند متر تا 120 متر بر فراز زمين که ارتفاع مجاز برای هواپيماهای بی‌سرنشين است و به مجوز اداره هوانوردی فدرال نياز‌ی ندارد) چشم‌اندازی را پيش‌ روی کشاورزان قرار می‌دهد که تا پيش از اين به ‌آن دسترسی نداشتند. اين‌ گونه عکس‌‌برداری در مقايسه با تصويربرداری‌‌های ماهواره‌ای بسيار ارزان‌تر است و وضوح بيش‌تری هم دارد. از آن‌جا که پهپاد زير ابرها پرواز می‌کند، مانعی را پيش رو ندارد و هميشه در دسترس است. همچنين، تهيه اين عکس‌ها بسيار ارزان‌تر از عکس‌های بریده ‌شده‌ای است که با هواپيماهای سرنشين‌دار گرفته می‌شود و برای هر ساعت پرواز آن‌ها بايد هزار دلار هزينه شود. کشاورزان می‌توانند با کم‌تر از
 هزار دلار يک پهپاد بخرند. 

 شکل 2: اين تصوير گياهان موجود در زمين‌ها را با پرتو فروسرخ نشان می‌دهد تا سطوح سبزينه (کلروفيل) آن‌ها مشخص باشد.

سر بر آوردن اين پهپادهای کوچک و ارزان که کار کردن با آن‌ها نيز آسان است، بيش‌تر نتيجه پيش‌رفت‌هایی است که در حيطه فناوری به‌دست آمده‌ است: حس‌گرهای کوچک MEMS (شتاب‌سنج، ژيروسکوپ، جاذبه‌سنج و اغلب فشارسنج)، ماجول‌های کوچک جی‌پی‌اس، پردازنده‌های بسيار توان‌مند، و طيفی از راديو سيستم‌های ديجيتال. اکنون به‌لطف کاربرد گسترده آن‌ها در اسمارت‌فون‌ها و اقتصاد فوق‌العاده در گستره اين صنعت، اين قطعه‌ها ‌در حال بهتر و ارزان‌تر شدن بی‌سابقه‌ای هستند. خلبان خودکار پهپاد نرم‌افزار ويژه‌ای را به‌کار می‌گيرد که اغلب برنامه‌های منبع بازی هستند که گروه‌هایی مانند DIY Drones که مؤسس آن بوده‌ام، آن ‌را تهیه کرده‌اند و نه برنامه‌های گران‌قيمتی که صنايع هوافضا تهيه کرده است. پهپادها می‌توانند سه ‌گونه ديد دقيق را فراروی کشاورزان قرار دهند. 

شکل 3: يکی از پهپادهای ساخت شرکت PrecisionHawk که به چند حس‌گر برای تصويربرداری از زمين‌های کشاورزی مجهز است.

نخست، يک برش از ارتفاع که می‌تواند الگوهای موجود از مشکلات گندزدایی گرفته تا تنوع خاک و حتی آفت‌ها و قارچ‌ها را آشکار کند. دوم، دوربين‌های هوایی می‌توانند تصاوير چند طيفی بگيرند و داده‌های دريافتی از پرتوهای فروسرخ و نيز طيف‌های مرئی را ثبت کنند. با ترکيب اين داده‌ها می‌توان چشم‌اندازی از آن برش پديد آورد که تفاوت‌های موجود بين گياهان سالم و آسيب‌خورده را نشان دهد که با چشم غيرمسلح ديدنی نيست. سرانجام، يک پهپاد می‌تواند هر بخش از زمين را هر هفته، هر روز يا حتی هر ساعت بپايد. با ترکيب اين عکس‌ها يک انيميشن زمانی پديد می‌آيد که تغييرهای صورت پذيرفته در آن بخش زمين، از جمله مشکلات يا موقعيت‌های موجود برای مديريت بهتر زمين را نشان می‌دهد. اين بخشی از روندی است که در حيطه روبه‌رشد کشاورزی داده راهبر جريان دارد. امروزه، زمين‌های کشاورزی با بهره‌گيری از شگفتی‌های مهندسی در حال دگرگونی هستند. اين برآيند چندين سال خودکارسازی و استفاده از نوآوری‌های ديگری است که با هدف پروردن غذای بيش‌تر با نيروی کار کم‌تر صورت گرفته ‌است. تراکتورها به‌صورت خودکار دانه‌های گياهان را در چند سانتی‌متری مکان معینی می‌کارند و دستگاه‌های دروگری که به‌وسيله جی‌پی‌اس راهبری می‌شوند، محصولات را با دقتی برابر درو می‌کنند. شبکه‌های بی‌سيم توان‌مند داده‌های گردآوری‌شده درباره آبياری خاک و شاخص‌های زيست‌محيطی را برای تحليل به سرورهای راه‌دور می‌فرستند. چه می‌شد اگر برای سنجش محتوای آب موجود در خاک امکانات کامل‌تری در دسترس بود و در تشخيص‌ گندزدایی و مشکل آفت‌ها توان‌مندی‌های دقيق‌تری داشتیم و هر روز يا حتی هر ساعت با چشم‌اندازی کلی از مزرعه خود روبه‌رو بودیم؟

پهپادهای کشاورزی در حال تبدیل شدن به وسيله‌ای مانند ديگر وسيله‌های کاربردی هستند و گفت‌وگو درباره آن‌چه می‌توان با کمک آن‌ها انجام داد، آغاز شده ‌است. 

 این مزایا به اندازه کافی گویای وضعیت نیستند؛ انتظار می‌رود تا سال 2050 جمعيت زمين به 9.6 ميليارد نفر برسد و همه اين انسان‌ها به غذا نياز دارند. فرآيند کشاورزی به‌صورت ورودی، خروجی است. اگر بتوانيم ورودی‌ها (آب و آفت‌کش‌ها) را کاهش دهيم و خروجی را ثابت نگه داريم، خواهيم توانست يکی از چالش‌های بزرگ را از سر راه برداريم. پهپادهای کشاورزی در حال تبدیل شدن به وسيله‌ای مانند ديگر وسيله‌های کاربردی هستند و گفت‌وگو درباره آن‌چه می‌توان با کمک آن‌ها انجام داد، آغاز شده ‌است. ريان کوند می‌خواهد کم‌تر آبياری کند، کم‌تر از آفت‌کش‌ها بهره ‌ببرد و سرانجام محصول بهتری پرورش دهد. داده‌های بيش‌تر و بهتر می‌تواند استفاده از آب و مواد شيميایی را در محيط‌ زيست و غذای ما کاهش دهد. اين‌ گونه به ماجرا بنگريد که آن‌چه کار خود را به‌عنوان يک فناوری نظامی آغاز کرد، می‌تواند سرانجام به‌عنوان وسيله‌ای در خدمت فناوری سبز اسم و رسم بيش‌تری بيابد، و فرزندان ما در حالی بزرگ خواهند شد که پرواز دادن روبات‌ها بر فراز مزرعه‌ها برای‌ آن‌ها مانند کار با ماشين‌های گردروبی زمين است.

بازيگران اصلی
3D Robotics
ياماها
PrecisionHawk

چرا مهم است
پايش محصول‌های کشاورزی از فاصله کم می‌تواند چگونگی استفاده از آب و مديريت آفت‌ها را بهبود دهد.

دستاورد
پهپادهای مجهز به ‌دوربين که به‌سادگی می‌توان آن‌ها را به‌کار برد و کم‌تر از  هزار دلار قيمت دارند.