Использование ИИ в сельском хозяйстве может повысить глобальную продовольственную безопасность, но есть риски

По мере того, как население планеты со временем увеличивалось, модернизация сельского хозяйства стала преобладающим подходом человечества к предотвращению голода

Разнообразие механических и химических инноваций, появившихся в 1950-х и 1960-х годах, представляло собой третью сельскохозяйственную революцию. Внедрение пестицидов, удобрений и высокоурожайных сортов сельскохозяйственных культур, среди прочего, изменило сельское хозяйство и обеспечило надежное снабжение продовольствием многих миллионов людей в течение нескольких десятилетий. В то же время современное сельское хозяйство стало виновником глобального потепления, ответственным за одну треть выбросов парниковых газов, а именно двуокиси углерода и метана.

Фото: https://fruitnews.ru/

Тем временем инфляция цен на продукты питания достигает рекордно высокого уровня, а недоедание резко возрастает. Сегодня около двух миллиардов человек страдают от отсутствия продовольственной безопасности (где доступ к безопасной, достаточной и богатой питательными веществами пище не гарантируется). Около 690 миллионов человек недоедают. Третья сельскохозяйственная революция, возможно, исчерпала себя. И пока мы ищем инновации, чтобы безотлагательно возвестить четвертую сельскохозяйственную революцию, все внимание приковано к искусственному интеллекту (ИИ).

ИИ, который быстро развивался за последние два десятилетия, включает в себя широкий спектр технологий, способных выполнять когнитивные процессы, подобные человеческим, например, рассуждение. Он обучен принимать эти решения на основе информации из огромного количества данных.

Использование ИИ в сельском хозяйстве

Помогая людям в полях и на фабриках, ИИ может постоянно и непрерывно обрабатывать, синтезировать и анализировать большие объемы данных. Он может превзойти людей в обнаружении и диагностике аномалий, таких как болезни растений, и делать прогнозы, в том числе об урожайности и погоде. При выполнении нескольких сельскохозяйственных задач ИИ может полностью освободить производителей от труда, автоматизируя обработку почвы (подготовку почвы), посадку, внесение удобрений, мониторинг и сбор урожая.

Алгоритмы уже регулируют работу сетей капельного орошения, управляют парками роботов, следящих за почвой, и контролируют вездеходы, обнаруживающие сорняки, беспилотные тракторы и зерноуборочные комбайны. Увлечение перспективами ИИ создает стимулы делегировать ему дополнительные полномочия и автономию.

Эта технология провозглашается способом произвести революцию в сельском хозяйстве. Всемирный экономический форум, международная некоммерческая организация, продвигающая государственно-частное партнерство, поставила ИИ и сельскохозяйственных роботов на базе ИИ (называемых «агботами») в авангарде четвертой сельскохозяйственной революции.

Но при быстром и широком развертывании ИИ мы можем повысить продуктивность сельского хозяйства только за счет безопасности. В нашей недавней статье, опубликованной в Nature Machine Intelligence, мы рассмотрели риски, которые могут возникнуть при развертывании этих передовых и автономных технологий в сельском хозяйстве.

Фото: https://x-cite.io/

От хакеров до аварий

Во-первых, поскольку эти технологии подключены к Интернету, преступники могут попытаться их взломать. Разрушение некоторых типов агботов может привести к огромным повреждениям. Только в США эрозия почвы ежегодно обходится в 44 миллиарда долларов. Это стало растущей движущей силой спроса на точное земледелие, в том числе на роевую робототехнику, которая может помочь фермам управлять и уменьшать его последствия. Но эти рои роботов, контролирующих верхний слой почвы, полагаются на взаимосвязанные компьютерные сети и, следовательно, уязвимы для киберсаботажа и отключения.

Точно так же вмешательство в работу роботов, обнаруживающих сорняки, приведет к тому, что сорняки вырвутся наружу, что приведет к значительным затратам. Мы также можем столкнуться с помехами в работе опрыскивателей, автономных дронов или роботизированных комбайнов, что может нанести ущерб сельскохозяйственным работам.

За пределами фермы, с ростом цифровизации и автоматизации, целые цепочки поставок агропродовольственных товаров подвержены злонамеренным кибератакам. В 2021 году в США было зарегистрировано не менее 40 атак вредоносных программ и программ-вымогателей, нацеленных на производителей продуктов питания, переработчиков и упаковщиков. Наиболее заметной была атака программы-вымогателя на сумму 11 миллионов долларов США против крупнейшего в мире производителя мяса JBS.

Тогда есть случайные риски. Прежде чем робот отправляется в поле, его оператор дает ему указание определять определенные параметры и обнаруживать определенные аномалии, такие как вредители растений. Он игнорирует, будь то по своим механическим ограничениям или по команде, все другие факторы.

То же самое относится к беспроводным сенсорным сетям, развернутым на фермах, предназначенным для обнаружения и воздействия на определенные параметры, например, содержание азота в почве. Из-за неосмотрительного дизайна эти автономные системы могут отдавать предпочтение краткосрочной урожайности сельскохозяйственных культур, а не долгосрочной экологической целостности. Чтобы повысить урожайность, они могут применять на полях чрезмерное количество гербицидов, пестицидов и удобрений, что может оказать вредное воздействие на почву и водоемы.

Роверы и сенсорные сети также могут работать со сбоями, как это иногда случается с машинами, отправляющими команды на опрыскиватели и дозаторы агрохимикатов на основе ошибочных данных. И есть вероятность, что мы можем увидеть человеческую ошибку при программировании машин.

Фото: https://www.secuteck.ru/

Безопасность выше скорости

Сельское хозяйство является для нас слишком важной сферой, чтобы допускать поспешное развертывание мощных, но недостаточно контролируемых и часто экспериментальных технологий. Если мы это сделаем, результатом может быть то, что они интенсифицируют сбор урожая, но подорвут экосистемы. Как мы подчеркиваем в нашей статье, наиболее эффективным методом борьбы с рисками является их прогнозирование и предотвращение.

Мы должны быть осторожны в разработке ИИ для использования в сельском хозяйстве и должны привлекать к этому процессу экспертов из разных областей. Например, экологи-прикладники могли бы сообщить о возможных непреднамеренных экологических последствиях сельскохозяйственного искусственного осеменения, таких как истощение верхнего слоя почвы питательными веществами или чрезмерное использование азотных и фосфорных удобрений.

Кроме того, прототипы аппаратного и программного обеспечения должны быть тщательно протестированы в контролируемых средах (так называемых «цифровых песочницах»), прежде чем они будут развернуты более широко. В этих пространствах этичные хакеры, также известные как белые хакеры, могут искать уязвимости в безопасности.

Этот предупредительный подход может немного замедлить распространение ИИ. Тем не менее, он должен гарантировать, что те машины, которые выйдут из песочницы, будут достаточно чувствительными, безопасными и надежными. Полмиллиарда ферм, глобальная продовольственная безопасность и четвертая сельскохозяйственная революция висят на волоске.

Автор: Асаф Цахор, научный сотрудник Центра изучения экзистенциальных рисков Кембриджского университета