В самом сердце города Ньюарк (штат Нью-Джерси, США) находится одна из самых высокотехнологичных ферм в мире. Крытая вертикальная ферма AeroFarms, расположенная прямо под траекторией полетов местного аэропорта Liberty, утопает в зелени. На многоярусных поднимающихся к потолку башнях растут руккола, бок-чой, капуста, кресс-салат и микрозелень. Дрон размером с фрисби ныряет в эту агрозастройку и, выполнив задачу, вылетает. Об этом в своем блоге на Nokia Bell Labs рассказывает Kevin Fitchard, Lead Technology Content Editor, передает EastFruit.
Дрон пролетает перед лотками с листовой зеленью, направляя камеру высокого разрешения на нежные листья в поисках чего-то необычного — желтых пятен, неравномерных участков роста, ненормального размера листьев, длины стебля или окраски. Дрон выполняет оптическое сканирование лотка за считанные секунды, но фокусируется на одном участке, где рост задерживается в группе растений. Алгоритмы машинного обучения определяют, что этот небольшой участок микрозелени нуждается в исследовании, и генерируется предупреждение, чтобы можно было отправить специалиста AeroFarms.
Это замечательное слияние сельского хозяйства, искусственного интеллекта и машинного обучения, компьютерного зрения, беспроводных сетей и управления дронами стало результатом нового партнерства между AeroFarms и Nokia Bell Labs. AeroFarms является пионером в области вертикального земледелия, которое превращает городские пейзажи в фермерские, выращивая культуры в штабелированных ярусах в экологически контролируемых условиях. Такой подход к сельскому хозяйству может изменить способ питания мира. Зерновые культуры можно было бы выращивать в тех же населенных пунктах, в которых потребляется большая часть продукции. Вертикальные фермы не только оптимизируют площади, но и требуют гораздо меньше воды, энергии, рабочей силы и пестицидов, чем традиционные фермы. Можно было бы устранить огромные объемы загрязнения и сэкономить топливо, поскольку фруктам и овощам больше не нужно было бы совершать долгий путь от сельских ферм.
Инновация Nokia Bell Labs предоставляет AeroFarms важную часть вертикальной фермы: решение для непрерывного мониторинга, которое может отслеживать рост миллионов растений. Дроны могут заглянуть в самые труднодоступные уголки вертикальной фермы, покрывая гораздо большую территорию гораздо быстрее, чем любой человек. Компьютерное зрение, обученное искусственному интеллекту, может фиксировать данные о растениях вплоть до уровня пикселей. Являясь частью запатентованной платформы AeroFarms для выращивания, эта технология не только выявляет области плохого роста, но и в конечном итоге диагностирует причины, будь то неисправность ирригационных систем или неоптимальное освещение. Этот ежедневный, почасовой мониторинг всей сельскохозяйственной деятельности повысит урожайность и повысит эффективность, помогая сделать вертикальное земледелие еще более продуктивным.
«С каждым днем появляется все больше и больше людей, которых нужно кормить, поскольку население мира растет, что оказывает огромное давление на наше снабжение продовольствием, — говорит Тьерри Кляйн, вице-президент исследовательской лаборатории интегрированных решений в Nokia Bell Labs. — Вместе с AeroFarms мы создаем решение для анализа данных в режиме реального времени, которое дает нам возможность видеть и идентифицировать взаимодействие растений на беспрецедентных уровнях и позволяет нам максимально оптимизировать уровни сельскохозяйственного производства. Эта технология может изменить не только сельское хозяйство, но и многие другие отрасли».
Наблюдать и понимать растения
Хорошо организованная синергия дронов, растений и аналитики обусловлена одним решающим фактором: необходимостью для AeroFarms отслеживать состояние миллионов отдельных растений, многие из которых расположены в 10 метрах от пола. По словам генерального директора AeroFarms Дэвида Розенберга, компании требовалось сложное, но эффективное решение для компьютерного зрения.
«Из изображения можно получить так много информации, — отмечает Розенберг. — Размер по ширине, длине, длине стебля, соотношению длины черешка, цвету, обесцвечиванию, пятнистости, надрывам, кривизне — это примеры того, что может воспринимать глаз. На самом деле, определенные изображения могут раскрыть гораздо больше. Вся эта информация не только помогает нам понять биологию растений на новом уровне, но также помогает нам быть лучшими фермерами, конечно, динамически корректируя коммерческое выращивание растений по мере необходимости».
Но ежедневная фотосъемка миллионов растений — это сложнейшая логистическая задача. Растения не могут двигаться перед камерой. Поэтому камера должна двигаться. Nokia Bell Labs разработала систему мобильных камер с использованием дронов, которые могут достигать каждого растения на крытых вертикальных фермах AeroFarms. Кроме того, создается система управления, которая позволяет дронам работать автономно, но при этом работать в унисон. Эта система гарантирует, что каждому дрону будут назначены свои конкретные задачи мониторинга, и что эти задачи не перекрываются. Когда дрон нуждается в подзарядке, платформа-«дирижер» направляет дрон к зарядной станции и назначает новый дрон для выполнения этих задач.
Nokia Bell Labs и AeroFarms столкнулись с еще одним логистическим препятствием. Дронам нужно было бы делать десятки тысяч изображений каждый день, но армия ботаников не могла бы просматривать столько данных в режиме реального времени. Используя искусственный интеллект, Nokia Bell Labs разработала технологию машинного зрения, которая может собирать ботанические данные вплоть до уровня отдельных растений, используя сегментацию по размеру листьев, количественную оценку и сканирование на основе пикселей для выявления согласованности и вариаций в росте растений и прогнозирования урожайности. Облачная платформа обработки способна запускать необходимые передовые алгоритмы и позволяет ученым AeroFarms использовать новые учебные инструменты машинного обучения, созданные Nokia Bell Labs для улучшения и адаптации системы с течением времени.
«Наш конвейер видеоаналитики представляет собой законченную сквозную модульную систему, — сказал Пол Уилфорд, старший директор Nokia Bell Labs Drones and Robotic Research. — Каждый элемент настроен и оптимизирован для облачной реализации с управлением по сети. Наши аналитические механизмы предоставляют мгновенные результаты растениеводам и ученым AeroFarms».
Выйти за пределы растениеводства
В рамках своего многолетнего партнерства AeroFarms и Nokia Bell Labs уже достигли важной вехи, разработав и испытав испытательную систему с использованием текущих коммерческих сортов сельскохозяйственных культур AeroFarms. Теперь эта система готова к масштабированию для всех культур AeroFarms и будущих крытых вертикальных ферм, включая два объекта, запланированных в Данвилле, Вирджиния, и Абу-Даби, ОАЭ.
Но Nokia Bell Labs не останавливается на выращивании в помещении. Комплексная система спроектирована так, чтобы быть гибкой и модульной, поддерживающей ряд других приложений промышленного мониторинга. Большие внутренние объекты, такие как фабрики, склады и распределительные центры, нуждаются в инспекции, управлении запасами и оптимизации процессов. Автономные дроны обеспечивают безопасный, масштабируемый и экономичный способ удовлетворения этих потребностей. Точно так же, как сельскохозяйственный дрон может обнаружить вялый рост на грядке капусты, инвентарный дрон может пересчитать товары на полках большого магазина, найдя в процессе неуместные предметы, или дрон, контролирующий объекты, может осмотреть склад на предмет утечек и другие проблемы с обслуживанием.
Однако дроны — это лишь один из компонентов интегрированного решения, которое в будущем сформирует промышленную аналитику. Частные беспроводные сети 4G/5G от Nokia обеспечивают надежное соединение с необходимой малой задержкой, чтобы обеспечить точное управление этими «роями» дронов и обеспечить возможность передачи огромных объемов данных, которые они собирают. В облаке размещается аналитика и предоставляется возможность обработки для анализа всех данных изображений и датчиков, извлечения полезных сведений и управления разумным принятием решений.
«Вертикальное земледелие — это только начало, — уверен Кляйн. — Возможности такой масштабируемой, интеллектуальной и полностью автономной платформы безграничны. Мы с нетерпением ждем возможности привлечь широкую экосистему партнеров и клиентов, чтобы мы могли использовать наши технологии для решения уникальных задач, с которыми они сталкиваются».
Фото: AeroFarms и Nokia Bell Labs
