Wenn es nach Girish Chowdhary geht, werden die Farmer in den Farmen des Mittleren Westens eines Tages Roboter in der Größe eines Beagles auf ihre Felder entlassen wie ein Rudel Jagdhunde, die Fasane scheuchen. Die Roboter, sagt er, werden im kühlen Schatten unter einer Vielzahl von Pflanzen herumhuschen, Unkraut jäten, Zwischenfrüchte pflanzen, Pflanzeninfektionen diagnostizieren und Daten sammeln, um Landwirten bei der Optimierung ihrer Farmen zu helfen.
Chowdhary, ein Forscher an der University of Illinois, arbeitet umgeben von Mais, einer der produktivsten Monokulturen der Welt. In den Vereinigten Staaten wurde die Maisindustrie im Jahr 2021 auf 82,6 Mrd Schlüsselfaktoren: Herbizide, Pestizide und Saatgut.
Die Agrarindustrie als Ganzes setzt darauf, dass die Welt den Wendepunkt erreicht hat, an dem die durch eine wachsende Bevölkerung verursachte verzweifelte Not, die wirtschaftlichen Realitäten der konventionellen Landwirtschaft und die fortschreitende Technologie zusammenlaufen, um eine sogenannte Präzisionslandwirtschaft zu erfordern, die darauf abzielt, den Input und die Kosten zu minimieren und Umweltprobleme, die damit einhergehen.
Kein Segment der Landwirtschaft ist ohne seine leidenschaftlichen Verfechter von Robotik und künstlicher Intelligenz als Lösungen für im Grunde alle Probleme, mit denen Landwirte heute konfrontiert sind. Das Ausmaß ihrer Visionen reicht von einer Technologie, die bestehende landwirtschaftliche Praktiken überlagert, bis hin zu einem umfassenden Umdenken in der Landwirtschaft, das Traktoren, Boden, Sonnenlicht, Wetter und sogar den Aufenthalt im Freien als Faktoren des landwirtschaftlichen Lebens eliminiert.
Aber die Versprechen der Präzisionslandwirtschaft wurden noch nicht erfüllt. Da die meisten der versprochenen Systeme nicht auf dem Markt sind, wurden nur wenige Endpreise festgelegt, und es gibt nur wenige reale Daten, die beweisen, ob sie funktionieren.
„Das Marketing rund um die Präzisionslandwirtschaft, dass es einen enormen Einfluss haben wird, dafür haben wir noch keine Daten“, sagt Emily Duncan, Forscherin am Department of Geography, Environment, and Geomatics an der University of Guelph in Kanada. „Um auf die Idee zurückzukommen, dass wir den Einsatz von Inputs reduzieren wollen, bedeutet Präzisionslandwirtschaft nicht unbedingt, dass wir insgesamt weniger verbrauchen werden.“
Trotzdem hofft Chowdhary, Mitbegründer und Chief Technical Officer von Earthsense, dem Unternehmen, das diese Roboter in Beagle-Größe herstellt, dass die Einführung seiner Roboter die Landwirte weit über die Präzisionslandwirtschaft hinaus antreiben wird, um über das Geschäft der Landwirtschaft nachzudenken ein ganz neuer Weg. Im Moment, sagt er, konzentrieren sich die meisten Landwirte auf den Ertrag und definieren Erfolg als mehr Anbau auf der gleichen Fläche. Das Ergebnis: Horizont an Horizont industrielle Monokulturen, die mit Chemikalien gesättigt sind und von massiven und immer teurer werdenden Maschinen gepflegt werden. Mit Hilfe seiner Roboter sieht Chowdhary stattdessen eine Zukunft kleinerer Farmen voraus, die mehr im Einklang mit der Natur leben und eine Vielfalt hochwertiger Pflanzen mit weniger Chemikalien anbauen.
„Das Größte, was wir tun können, ist es den Landwirten zu erleichtern, sich auf den Gewinn und nicht nur auf den Ertrag zu konzentrieren“, schrieb Chowdhary in einer E-Mail an Undark. „Management-Tools, die dazu beitragen, die Kosten für Düngemittel und Herbizide zu senken und gleichzeitig die Bodenqualität zu verbessern und den Ertrag hoch zu halten, werden den Landwirten helfen, durch grundlegend nachhaltigere Techniken mehr Gewinn zu erzielen.“
Die Roboter von Chowdhary können Landwirten helfen, Kosten zu senken, indem sie unter anderem Unkraut jäten, das mit Mais konkurriert. Jahrhundertelang zähmten Bauern Unkraut mit Hacken und Pflügen. Der Zweite Weltkrieg brachte die moderne chemische Industrie hervor, und die von ihr produzierten Herbizide ließen die Landwirte Unkräuter als kein Problem wahrnehmen, was den Boden unter Feldfrüchten wie Mais unnatürlich kahl ließ und den Ertrag pro Hektar enorm erhöhte, was die landwirtschaftliche Wirtschaft revolutionierte.
Die Natur ist jedoch hartnäckig, und zwangsläufig haben sich Unkräuter entwickelt, die Herbiziden widerstehen. Um dies zu kompensieren, mischen die Lieferanten starke und immer teurer werdende Herbizid-Cocktails und verändern das Saatgut genetisch, um es chemisch resistent zu machen. Dieses landwirtschaftliche Wettrüsten fängt Landwirte in einem Kreislauf steigender Kosten ein, bedroht wertvolle Wasserressourcen und funktioniert nur so lange, wie der Iowa-Bauer Earl Slinker es ausdrückt: „Sie gehen raus und sprühen es ein Jahr lang und es bringt nichts.“ Das Ergebnis ist laut Slinker eine geringere Ernte, was in der Landwirtschaft mit geringen Gewinnmargen eine Katastrophe bedeuten kann.
Die Frage, die all dem Theoretisieren zugrunde liegt, ist sowohl wirtschaftlicher als auch kultureller Natur: Werden die Landwirte einkaufen?
„Die Herausforderung besteht darin, den Landwirten die Vorteile aufzuzeigen und die Einführung dieser Dinge einfach zu machen“, sagt Madhu Khanna, die Technologieeinführung am Department of Agriculture and Consumer Economics der University of Illinois studiert. „Bei den meisten dieser Technologien sind die Vorteile ungewiss.“
IN DER LANDWIRTSCHAFT IST DIE gängige Weisheit, dass der Ausgang des Wettlaufs um den Bauernhof der Zukunft durch klare wirtschaftliche Entscheidungen bestimmt wird. Wenn Robotik und künstliche Intelligenz wirtschaftlich sinnvoll sind, wird sich der Markt entwickeln. „Landwirte und Züchter sind da sehr schlau“, sagt Baskar Ganapathysubramanian vom Artificial Intelligence Institute for Resilient Agriculture der Iowa State University. „Aus Hardware- und Software-Perspektive, wenn es ein klares Leistungsversprechen gibt“, fügt er hinzu, „werden sie sich dafür entscheiden.“
Die Wachstumszahlen deuten darauf hin, dass die Landwirte den potenziellen Vorteilen fortschrittlicher Technologie gegenüber aufgeschlossen sind. Insgesamt gaben Landwirte im Jahr 2020 fast 25 Milliarden US-Dollar für Traktoren und andere landwirtschaftliche Geräte aus. Während Covid-19 die Einführung der Robotik verlangsamte, wird erwartet, dass landwirtschaftliche Betriebe weltweit die Technologie schneller in ihren Betrieb integrieren als der industrielle Markt – Steigerungen von 19,3 Prozent und 12,3 Prozent , jeweils über fünf Jahre. Das globale Forschungsunternehmen MarketsandMarkets schätzt, dass die Ausgaben für Roboter von fast 5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021 auf fast 12 Milliarden US-Dollar im Jahr 2026 steigen werden. Ein Ergebnis dieses Optimismus ist laut CropLife, einer US-Agrarwirtschaftspublikation, dass das dritte Quartal 2021 von mehr Wagnis geprägt war Kapitalinvestitionen in landwirtschaftliche Technologie-Startups als je zuvor: mehr als 4 Milliarden US-Dollar.
„So wenige Menschen haben Erfahrung mit der Landwirtschaft“, sagt Joe Anderson, Agrarhistoriker und Professor an der Mount Royal University in Calgary. „Sie gehen davon aus, dass es mehr Stasis gibt als je zuvor. Es gibt viele Neuerungen. Es gab viele Veränderungen.“
Die Traktoren, die riesige Geräte über fruchtbare Felder ziehen, verfügen über eine Technologie, die selbst die fortschrittlichsten Autos überholt hat. Viele werden per GPS gesteuert und folgen Pfaden, die über Jahre des Pflanzens und Erntens vorgezeichnet wurden, was den Landwirt in der klimatisierten, mit Video ausgestatteten Kabine nicht viel mehr als einen Passagier macht.
„Sie setzen Ihren ersten Pass und die nächsten werden gleich folgen“, sagt Slinker, der 500 Morgen außerhalb von Grundy Center, Iowa, bewirtschaftet. „Ich ziehe einfach ein bisschen Keith Jarrett an und lehne mich zurück und reise über das Feld.“
Im Herbst navigiert die Erntemaschine selbst entlang dieser Spuren und erfasst und zeichnet die Produktivität jedes Quadratfußes Feldes auf. Diese Daten können verwendet werden, um zu berechnen, wie viel von welcher Hybridsaat nächstes Jahr gepflanzt werden sollte, um zu bestimmen, wie stark es gedüngt werden sollte, um sein volles Potenzial auszuschöpfen, und um kleine Flächen zu identifizieren, die nicht produktiv genug sind, um rentabel gepflanzt zu werden.
„Wenn ich innehalte und an einen autonomen Traktor denke, scheint das ein wirklich großer Sprung zu sein“, sagte Sarah Schinkel, die die Technology Stack Innovation Group von John Deere leitet, auf der National Farm Machinery Show im Februar, „aber wenn ich innehalte und darüber nachdenke es und wie viel Automatisierung bereits Teil unserer Ausrüstung ist, vielleicht ist es kein so großer Sprung.“
Deere bringt dieses Jahr eine limitierte Version seines ersten vollautonomen Traktors heraus, mit einer größeren Verfügbarkeit im Jahr 2023 und darüber hinaus. Im Gegensatz zur Kleinroboter-Vision von Forschern wie Chowdhary handelt es sich um eine Neuauflage des beliebten Traktors Model 8R des Unternehmens, der 14 Tonnen wiegt. Es fügt sich nahtlos in das bestehende Agribusiness-Modell ein, aber selbst mit diesem Einführungsvorteil erwartet niemand einen schnellen Übergang. Landmaschinen haben eine erstaunlich lange Lebensdauer, zumindest im Vergleich zu Konsumgütern wie Autos. Moderne Traktoren laufen routinemäßig 4.000 Stunden, und ein gut gewartetes Modell kann 10.000 – oder etwa 25 Jahre – halten.
„Auch wenn Sie vielleicht denken, dass Sie an neuen Robotergeräten interessiert wären“, sagt Scott Swinton, ein angesehener Professor an der Abteilung für Landwirtschaft, Ernährung und Ressourcenökonomie der Michigan State University, „hängt viel davon ab, wo Sie sich in der Abschreibungs- und Nutzungszyklen für die Ausrüstung, die Sie haben. Wir sehen also eine viel langsamere Akzeptanz als in der Genetik oder Chemie.“
Und noch etwas: Kritiker bemerken, dass die Robotik, selbst wenn sie weit verbreitet ist, einige der zugrunde liegenden Unzulänglichkeiten der konventionellen Landwirtschaft nicht beheben wird.
„Wenn wir an diese globale Herausforderung denken, alle zu ernähren, ist unser derzeitiges System nicht dafür ausgelegt“, sagt Duncan. „Die Lösung besteht nicht darin, noch mehr Technik darauf zu werfen. Es geht darum, das System zu hinterfragen.“
Der Mais- und Sojabohnen-Reihenkultursektor im Mittleren Westen macht nur einen Bruchteil der gesamten Landwirtschaft aus, die in den USA im Jahr 2020 auf über 205 Milliarden US-Dollar geschätzt wurde. Vieles davon bezeichnen die Landwirte als Gartenbaukulturen – Obst, Gemüse und andere Produkte.
„Die wichtige Unterscheidung besteht zwischen stark mechanisierten Feldfrüchten wie Mais und Gartenbaukulturen, die einer besonderen Behandlung bedürfen“, sagt Swinton. „Sie haben einen höheren Wert und können höhere Investitionen in die Ausrüstung tolerieren. Es handelt sich um Geräte, die Gemüsekulturen jäten, einige Roboter, die beispielsweise Spargel oder Brokkoli ernten, einige Roboter, die Baumfrüchte pflücken. Diese befinden sich alle in Bereichen, in denen Sie qualifizierte Arbeitskräfte benötigen, und Arbeitskräfte können schwer zu bekommen sein.“
Das Problem ist, dass das Pflanzen und Ernten von Gartenbaukulturen so einfach von Menschen-Flummox-Robotern gehandhabt wird. George Kantor, Forschungsprofessor am Robotics Institute von Carnegie Mellon, sagt, dass es notwendig sein wird, Farmen an Roboter anzupassen. Betrachten Sie, schlägt er vor, die unauffällige Handlung, einen Apfel zu pflücken. Was ein menschlicher Arbeiter fast ohne Gedanken vollbringen kann, ist für eine Maschine fast unmöglich. Jedes Obststück zu finden, seinen Reifegrad einzuschätzen und durch ein Gewirr aus Blättern und Ästen zu greifen, um es vorsichtig vom Baum zu pflücken – es sei einfacher, sagt er, den Baum zu trainieren als den Roboter. Im Falle von Äpfeln bedeutet das, den Obstgarten in das zu formen, was er „Fruchtwände“ nennt.
„Ihre Baumkronen sind darauf trainiert, im Wesentlichen ein zweidimensionales Objekt zu sein“, sagt Kantor. „Es ist eine Wand, an der ein Bündel Äpfel hängt. Wir haben nichts, was den Apfelbaum deines Großvaters ernten könnte, das in das Blätterdach greifen und einen Apfel pflücken könnte. Aber diese Fruchtwände sind ein viel einfacheres Problem.“
WO DER Arbeitskräftemangel am größten ist, gewinnt die Robotik am schnellsten an Boden. Robert Hagevoort, Molkereispezialist und Professor an der New Mexico State University, sagt, die Natur der Milchwirtschaft mache ihre Arbeitskrise zu einer der schlimmsten in der Landwirtschaft. Kühe müssen zweimal am Tag gemolken werden, sagt er, jeden Tag, was einen Lebensstil schafft, der sich für junge Menschen, die sich für eine Karriere entscheiden, nur schwer verkaufen lässt. Der Arbeitskräftemangel trägt zum Rückgang der Zahl der Milchviehbetriebe bei.
„An manchen Orten“, sagt er, „verkaufen einige der Produzenten, die Land für die Landwirtschaft pro Hektar gekauft haben, es am Ende pro Quadratfuß für die Immobilienentwicklung.“
Die Robotik hat einigen Milchbauern eine Rettungsleine geboten. Aber entgegen der idealisierten Vision von kleineren, lokaleren Familienbetrieben hat die Robotik die Molkerei in Richtung größerer Betriebe gedrängt.
„Wenn Sie in die Landwirtschaft gegangen sind, weil Sie Ihr eigenes Ding machen und alleine sein wollten, wie es mein Vater tat“, sagt Christopher Wolf, Professor für Agrarökonomie an der Cornell University, „das ist nicht mehr der Job. Es ist eine andere Fähigkeit. Sie werden Teil eines Managementteams.“
Wolf wuchs in Wisconsin zu einer Zeit auf, als 150 Kühe eine große Herde waren, die aber noch von einer einzigen großen Familie bewältigt werden konnte. Das Hinzufügen von Robotern zur Milchwirtschaft schafft die gleichen potenziellen Skaleneffekte wie bei industrialisierten Reihenkulturen wie Mais und Sojabohnen. Ein einziger Melkroboter kann über 60 Kühe versorgen, und der zweite Melker ist billiger als der erste und der dritte billiger als der zweite. In fortschrittlichen Melkständen können Dutzende von Melkern miteinander verbunden und von nur wenigen Technikern verwaltet werden, die in vorhersehbaren Acht-Stunden-Schichten arbeiten und kaum Kontakt zu den Kühen haben.
„Wenn man so aufgestellt ist, kann man auch Urlaub machen“, sagt Wolf. „Ich kannte Milchbauern, die aufwuchsen und seit 20 Jahren keinen Urlaub mehr gemacht hatten.“
Am äußersten Ende der Roboterlandwirtschaft stehen die Entwickler, die fast jeden Aspekt der traditionellen Landwirtschaft vollständig aufgeben. Iron Ox, ein kalifornisches Start-up, das gerade eine Kapitalspritze in Höhe von 53 Millionen US-Dollar aus dem Breakthrough Energy Ventures-Fonds von Bill Gates erhalten hat, baut hochwertige frische Produkte in vollständig kontrollierten Innenräumen an.
„Die meisten Ansätze zur Automatisierung von Teilen der Landwirtschaft sind ein Roboter, der eine Operation ausführt“, sagt Brandon Alexander, CEO des Unternehmens. „Der Grund, warum das nicht gelungen ist, ist, dass Pflanzen letztendlich komplexe Dinge sind. Wenn Sie es wirklich automatisieren wollen, müssen Sie den gesamten Prozess von Grund auf für die Automatisierung entwerfen.“
Das wird wahrscheinlich zuerst in einem Agrarsektor geschehen, in dem es nur wenige Traditionen zu ändern, eine sehr kleine installierte technische Basis, die ersetzt werden muss, und eine hohe potenzielle Rendite gibt – was eine ziemlich treffende Beschreibung der embryonalen Cannabisindustrie ist. Legales Cannabis ist bereits die fünftwertvollste Ernte in den USA, und die Produzenten übernehmen neue Technologien auf eine Weise, wie es traditionelle Landwirte nicht tun.
„Es gibt keine starke Tendenz, rückwärts zu schauen, wie die Ernte produziert wird“, sagt Kantor. „Die andere Sache ist natürlich, dass wir über hochwertige Pflanzen sprechen. Trauben sind hochwertige Nutzpflanzen, Blattgemüse sind hochwertige Nutzpflanzen, aber Cannabis spielt in einer ganz anderen Liga. Es wird viele interessante Technologien vorantreiben.“
Eine Studie der University of Illinois schätzt, dass die Kosten für Saatgut, Düngemittel, Herbizide und andere landwirtschaftliche Betriebsmittel für die Mais- und Sojabohnenproduktion zwischen den Pflanzsaisons 2020 und 2022 um über 30 Prozent steigen werden. Die Studie prognostiziert, dass die Rendite pro Acre – ungefähr das Äquivalent des Bruttogewinns – für Mais von 378 $ auf 61 $ pro Acre im Jahr 2022 sinken wird.
„Aus Sicht der Landwirte wissen sie, dass sie Hilfe brauchen“, sagt Alexander. „Der durchschnittliche Erzeuger erkennt, dass sich etwas ziemlich Drastisches ändern muss, wenn wir eine wachsende Bevölkerung ernähren wollen.“
Aber laut Terry Griffin, Ökonom für Anbausysteme an der Kansas State University, gehen Ökonomen zu oft davon aus, dass Landwirte sich wie Unternehmen verhalten werden, obwohl sie sich oft eher wie Verbraucher verhalten. „Verschiedene Menschen messen Wert unterschiedlich“, sagt Griffin. „Einige Betriebsführung geht darauf aus, die größte Nettorendite zu erzielen. Einige möchten vielleicht die neueste Ausrüstung oder die besten Umweltmetriken. Für jeden Einzelnen ist es ein anderes Wertversprechen.“
Khanna nennt einen weiteren Faktor, der oft vergessen wird: die Wahrnehmung der Verbraucher. Wenn die Verbraucher beispielsweise mehr Pflanzen fordern, die ohne den heutigen starken Einsatz von Chemikalien produziert werden, könnte dies die Einführung von Robotik vorantreiben.
„Wir unterschätzen die Verbraucher“, sagt sie in Bezug auf die Rolle, die sie bei der Schaffung dieses Marktes spielen können. „Da die Nachfrage nach nachhaltig produzierten landwirtschaftlichen Produkten steigt, wird es eine stärkere Verlagerung hin zur Dokumentation dessen geben, was die Landwirte tun. Die Politik wird das auch tun, aber ein Großteil der Veränderungen wird durch den Druck der Verbraucher und des Marktes vorangetrieben.“
„Ich glaube nicht, dass es in Zukunft ein Landwirtschaftsmodell geben wird, aber es gibt einen Trend, sich vom industriellen Landwirtschaftsmodell abzuwenden“, sagt Hermine Dace, Politikanalystin am Tony Blair Institute for Global Change in London . „Traditionelle Landwirtschaft wird es weiterhin geben, aber weniger. Die Robotik wird traditionellen Landwirten dabei helfen, Inputs präziser anzuwenden und die Umweltauswirkungen der Landwirtschaft zu verringern sowie Kosten zu sparen.“
Nidhi Kalra, ein leitender Informationswissenschaftler bei der Rand Corporation, einer Denkfabrik für öffentliche Politik, sagt, dass der aktuelle Moment in der Landwirtschaft an den Gartner-Hype-Zyklus erinnert, eine Formulierung für die Einführung neuer Technologien: „Im Grunde kommen neue Technologien hinzu, Träume sind immens zu aufgeblasen, diese Technologien stürzen ab und die Leute sagen, es sei Müll – und dann kommst du aus dem Tal und die Technologie beginnt, nützliche Dinge in der Welt zu tun.“
Wenn sie recht hat, wird die heutige aufgeregte Vorfreude auf die kommende Roboterutopie der Landwirtschaft unweigerlich der Ernüchterung weichen, da scheinbar weltverändernde Ideen sehr wenig bedeuten.
Kantor glaubt, dass es bereits drei oder vier Roboterwellen gegeben hat. In den 1950er Jahren schuf Walt Disney Tomorrowland, die erste wirklich anschauliche Demonstration dessen, was sehr menschliche Roboter eines Tages tun könnten. Es sorgte für viel Aufregung, aber was aus dieser Zeit herauskam, waren Industrieroboter, die an Fabrikhallen festgeschraubt waren und eine einzige Routineaufgabe erfüllten. Seitdem gab es ungefähr jedes Jahrzehnt eine neue Technologie, die weitere Möglichkeiten eröffnete. Er nennt Personal Computer, Geldautomaten und Einkaufskioske.
„Jetzt befinden wir uns in einer Welle der selbstfahrenden Autos und der Landwirtschaft, und sie wird zurückgehen“, sagt er. „Ich stelle es mir gerne als Gezeiten vor – Wellen, die an den Strand gespült werden, und es gibt viel Aufregung, und dann gehen die Wellen zurück, und ein oder zwei Dinge bleiben zurück und sind nützlich.“
Letztendlich wird es darauf ankommen, was die Landwirte wählen. Auf seiner Farm in Iowa hält sich Slinker für ziemlich typisch. Er ist nicht auf dem neuesten Stand der Technik, aber er übernimmt, was für ihn sinnvoll ist und was er gesehen hat, funktioniert für Landwirte, die er kennt. Aber er wird auch einige Dinge behalten, auch wenn es nicht ganz rational ist.
Und so hält er neben den modernen Geräten, mit denen er seinen Hof bewirtschaftet, an einem alten Traktor fest, der seinem Vater gehörte. Dieser Traktor ist vielleicht nicht Teil der Milliarden-Dollar-Berechnungen, die in seinem Namen von Menschen angestellt werden, die mehr Zeit in Forschungslabors und Konferenzräumen verbringen als auf dem Bauernhof, aber er sollte es sein. Es ist praktisch, um kleine Lasten zu transportieren, ohne Stunden mit seinen größeren, teureren Traktoren zu verbringen. Und es erinnert Slinker, sagt er, daran, warum er überhaupt zur Landwirtschaft gekommen ist, und das möchte er bewahren.