У самому серці міста Ньюарк (штат Нью-Джерсі, США) знаходиться одна з найвищих технологічних ферм у світі. Крита вертикальна ферма AeroFarms, розташована просто під траєкторією польотів місцевого аеропорту Liberty, потопає в зелені. На багатоярусних вежах, що підіймаються до стелі, ростуть рукола, бок-чій, капуста, крес-салат і мікрозелень. Дрон розміром із фрисбі пірнає в цю агрозабудову і, виконавши завдання, вилітає. Про це у своєму блозі Nokia Bell Labs розповідає Kevin Fitchard, Lead Technology Content Editor, передає EastFruit.
Дрон пролітає перед лотками з листовою зеленню, спрямовуючи камеру високої роздільної здатності на ніжне листя в пошуках чогось незвичайного — жовтих плям, нерівномірних ділянок росту, ненормального розміру листя, довжини стебла або забарвлення. Дрон виконує оптичне сканування лотка за лічені секунди, але фокусується на одній ділянці, де зростання затримується у групі рослин. Алгоритми машинного навчання визначають, що ця невелика ділянка мікрозелені потребує дослідження, і генерується попередження, щоб можна було відправити фахівця AeroFarms.
Це чудове злиття сільського господарства, штучного інтелекту та машинного навчання, комп’ютерного зору, бездротових мереж та управління дронами стало результатом нового партнерства між AeroFarms та Nokia Bell Labs. AeroFarms є піонером у галузі вертикального землеробства, яке перетворює міські пейзажі на фермерські, вирощуючи культури у штабельованих ярусах в екологічно контрольованих умовах. Такий підхід до сільського господарства може змінити спосіб харчування світу.Зернові культури можна було б вирощувати у тих самих населених пунктах, у яких споживається більшість продукції. Вертикальні ферми не лише оптимізують площі, а й вимагають значно менше води, енергії, робочої сили та пестицидів, ніж традиційні ферми. Можна було б усунути величезні обсяги забруднення та заощадити паливо, оскільки фруктам та овочам більше не потрібно було б здійснювати довгий шлях від сільських ферм.
Інновація Nokia Bell Labs надає AeroFarms важливу частину вертикальної ферми: рішення безперервного моніторингу, яке може відстежувати зростання мільйонів рослин. Дрони можуть заглянути в найважчі куточки вертикальної ферми, покриваючи набагато більшу територію набагато швидше, ніж будь-яка людина. Комп’ютерний зір, навчений штучному інтелекту, може фіксувати дані про рослини аж рівня пікселів. Як частина запатентованої платформи AeroFarms для вирощування, ця технологія не тільки виявляє області поганого зростання, але й зрештою діагностує причини, чи то несправність іригаційних систем, чи неоптимальне освітлення. Цей щоденний, погодинний моніторинг усієї сільськогосподарської діяльності підвищить урожайність та підвищить ефективність, допомагаючи зробити вертикальне землеробство ще більш продуктивним.
«З кожним днем з’являється все більше і більше людей, яких потрібно годувати, оскільки населення світу зростає, що чинить величезний тиск на наше постачання продовольства, — каже Тьєррі Кляйн, віцепрезидент дослідницької лабораторії інтегрованих рішень у Nokia Bell Labs.- Разом з AeroFarms ми створюємо рішення для аналізу даних у режимі реального часу, яке дає нам можливість бачити та ідентифікувати взаємодію рослин на безпрецедентних рівнях та дозволяє нам максимально оптимізувати рівні сільськогосподарського виробництва. Ця технологія може змінити не лише сільське господарство, а й багато інших галузей».
Спостерігати та розуміти рослини
Добре організована синергія дронів, рослин та аналітики обумовлена одним вирішальним фактором: необхідністю для AeroFarms відстежувати стан мільйонів окремих рослин, багато з яких розташовані за 10 метрів від підлоги. За словами генерального директора AeroFarms Девіда Розенберга, компанії потрібно було складне, але ефективне рішення для комп’ютерного зору.
«Зі зображення можна отримати так багато інформації, – зазначає Розенберг. – Розмір за шириною, довжиною, довжиною стебла, співвідношенням довжини черешка, кольором, знебарвленням, плямистістю, надривами, кривизною – це приклади того, що може сприймати око. Насправді певні зображення можуть розкрити набагато більше. Вся ця інформація не тільки допомагає нам зрозуміти біологію рослин на новому рівні, але також допомагає нам бути найкращими фермерами, звичайно, динамічно коригуючи комерційне вирощування рослин у міру потреби».
Але щоденне фотографування мільйонів рослин — це найскладніше логістичне завдання. Рослини не можуть рухатися перед камерою. Тому камера має рухатися. Nokia Bell Labs розробила систему мобільних камер із використанням дронів, які можуть досягати кожної рослини на критих вертикальних фермах AeroFarms. Крім того, створюється система управління, яка дозволяє дронам працювати автономно, але при цьому працювати в унісон. Ця система гарантує, що кожному дрону будуть призначені свої конкретні завдання моніторингу, і ці завдання не перекриваються. Коли дрон потребує підзарядки, платформа-диригент направляє дрон до зарядної станції й призначає новий дрон для виконання цих завдань.
Nokia Bell Labs та AeroFarms зіткнулися з ще однією логістичною перешкодою. Дронам потрібно було робити десятки тисяч зображень щодня, але армія ботаніків не могла б переглядати стільки даних у режимі реального часу.Використовуючи штучний інтелект, Nokia Bell Labs розробила технологію машинного зору, яка може збирати ботанічні дані до рівня окремих рослин, використовуючи сегментацію за розміром листя, кількісну оцінку та сканування на основі пікселів для виявлення узгодженості та варіацій у зростанні рослин та прогнозування врожайності. Хмарна платформа обробки здатна запускати необхідні передові алгоритми та дозволяє вченим AeroFarms використовувати нові навчальні інструменти машинного навчання, створені Nokia Bell Labs для покращення та адаптації системи з часом.
«Наш конвеєр відеоаналітики є закінченою наскрізною модульною системою, — сказав Пол Вілфорд, старший директор Nokia Bell Labs Drones and Robotic Research. – Кожен елемент налаштований та оптимізований для хмарної реалізації з управлінням мережею. Наші аналітичні механізми надають миттєві результати рослинникам та вченим AeroFarms».
Вийти за межі рослинництва
У рамках свого багаторічного партнерства AeroFarms та Nokia Bell Labs вже досягли важливої віхи, розробивши та випробувавши випробувальну систему з використанням поточних комерційних сортів сільськогосподарських культур AeroFarms. Тепер ця система готова до масштабування для всіх культур AeroFarms та майбутніх критих вертикальних ферм, включаючи два об’єкти, заплановані в Данвіллі, Вірджинія, та Абу-Дабі, ОАЕ.
Але Nokia Bell Labs не зупиняється на вирощуванні у приміщенні. Комплексна система спроєктована так, щоб бути гнучкою та модульною, що підтримує низку інших додатків промислового моніторингу.Великі внутрішні об’єкти, такі як фабрики, склади та розподільчі центри, потребують інспекції, управління запасами та оптимізації процесів. Автономні дрони забезпечують безпечний, масштабований та економічний спосіб задоволення цих потреб. Так само як сільськогосподарський дрон може виявити мляве зростання на грядці капусти, інвентарний дрон може перерахувати товари на полицях великого магазину, знайшовши в процесі недоречні предмети, або дрон, що контролює об’єкти, може оглянути склад на предмет витоків та інші проблеми з обслуговуванням.
Проте дрони — це лише один із компонентів інтегрованого рішення, яке у майбутньому сформує промислову аналітику. Приватні бездротові мережі 4G/5G від Nokia забезпечують надійне з’єднання з необхідною малою затримкою, щоб забезпечити точне керування цими «роями» дронів та забезпечити можливість передачі величезних обсягів даних, які вони збирають. У хмарі розміщується аналітика та надається можливість обробки для аналізу всіх даних зображень та датчиків, отримання корисних відомостей та управління розумним прийняттям рішень.
«Вертикальне землеробство – це лише початок, – упевнений Кляйн. – Можливості такої масштабованої, інтелектуальної та повністю автономної платформи безмежні. Ми з нетерпінням чекаємо на можливість залучити широку екосистему партнерів і клієнтів, щоб ми могли використовувати наші технології для вирішення унікальних завдань, з якими вони стикаються».
Фото: AeroFarms та Nokia Bell Labs
