Rolnictwo precyzyjne Zwalczanie chwastów za pomocą sztucznej inteligencji mogłoby ograniczyć stosowanie herbicydów, ale napotyka przeszkody związane z kosztami

Lasery sterowane sztuczną inteligencją, roboty uprawowe i precyzyjne opryskiwacze mogłyby ograniczyć zużycie herbicydów i nakład pracy ręcznej w gospodarstwach rolnych. W nowym przeglądzie analizuje się ich potencjał, uwzględniając jednocześnie wysokie koszty, ograniczenia w wykrywaniu chwastów oraz ryzyko, że chwasty mogą się przystosować, aby uniknąć zwalczania.

Postępy w technologii zwalczania chwastów mogłyby zmniejszyć zależność od herbicydów i pracy ręcznej, jednak najnowszy przegląd przeprowadzony przez Uniwersytet Mississippi i Uniwersytet Cornell wskazuje, że narzędzia te wiążą się również z wysokimi kosztami i potencjalnymi wyzwaniami.

Lasery, roboty i precyzyjne opryskiwacze mogą stanowić „trzecią rewolucję” w zwalczaniu chwastów – stwierdził Stephen Duke, profesor naukowy w Narodowym Centrum Badań nad Produktami Naturalnymi Uniwersytetu Mississippi (Ole Miss). „W ciągu ostatnich 100 lat miały miejsce dwie rewolucje w zwalczaniu chwastów: pojawienie się syntetycznych herbicydów oraz upraw odpornych na herbicydy” – powiedział. „Wydaje mi się, że kolejną rewolucją będzie precyzyjne zwalczanie chwastów oparte na sztucznej inteligencji. Ma to potencjał, by radykalnie zmienić sposób, w jaki zarządzamy naszymi uprawami”.

Duke i Lynn Sosnoskie, profesor nadzwyczajny w Szkole Integratywnych Nauk o Roślinach na Uniwersytecie Cornell, opisali potencjalne korzyści i wyzwania związane z robotycznym zwalczaniem chwastów w artykule przeglądowym opublikowanym w czasopiśmie „Engineering”. Naukowcy skupili się na trzech nowych technologiach: laserach sterowanych sztuczną inteligencją, robotycznych kultywatorach oraz precyzyjnych opryskiwaczach.

Każda z trzech technologii przeanalizowanych przez naukowców opiera się na analizie obrazu w czasie rzeczywistym w celu wykrywania chwastów w rzędach upraw. Po wykryciu chwastu maszyna może albo naświetlić go wiązką światła o dużej mocy, albo spryskać herbicydem, albo mechanicznie usunąć go z gleby.

„Istnieje wiele powodów, dla których warto rozważyć alternatywne technologie zwalczania chwastów” – powiedział Sosnoskie. „Jednym z nich jest bezpieczeństwo upraw. Zajmuję się uprawami specjalistycznymi, a owoce i warzywa mogą być bardzo wrażliwe na środki chwastobójcze, które mogą opóźniać wschody lub powodować uszkodzenia lub zahamowanie wzrostu roślin”.

„Akceptujemy ten poziom uszkodzeń roślin, ponieważ potrzeba zwalczania chwastów jest o wiele ważniejsza. Okazuje się jednak, że dzięki technologii precyzyjnej możemy zapobiec przedostawaniu się części, a czasem nawet całości herbicydu na uprawę”.

Jak powiedział Duke, dla rolników ekologicznych, którzy nie stosują syntetycznych herbicydów, lasery i zrobotyzowane uprawy mogłyby pomóc w usuwaniu chwastów z dużych pól uprawnych bez konieczności wykonywania intensywnej pracy fizycznej.

„Rolnicy ekologiczni nie dysponują skutecznymi narzędziami do zwalczania chwastów” – powiedział. „W dużej mierze polegają na pracy ręcznej, która staje się coraz droższa i coraz trudniej jest znaleźć pracowników”.

Ograniczenie stosowania herbicydów mogłoby również zmniejszyć narażenie na działanie substancji chemicznych w gospodarstwach rolnych. Badania wskazują, że coroczne opryskiwanie upraw dużymi ilościami herbicydów może szkodzić lokalnemu ekosystemowi.

„To rozwiązanie mogłoby przynieść korzyści również osobom pracującym w tych gospodarstwach” – powiedział Sosnoskie. „Mniejsze narażenie, ochrona pracowników, potencjalnie mniej pozostałości na uprawach i mniejsze przedostawanie się substancji do środowiska – z wdrożeniem tej technologii wiąże się wiele zalet i korzyści”.

Jednak korzyści te wiążą się z potencjalnymi wadami, w tym z kosztami. Niektóre komercyjne mechaniczne i zrobotyzowane systemy zwalczania chwastów mogą kosztować około 75 000 dolarów lub więcej, podczas gdy systemy laserowe mogą kosztować ponad 1 milion dolarów.

„Mam znajomego w Niemczech, który jest konsultantem dla europejskich rolników” – powiedział Duke. „Zna on rolnika ekologicznego z Holandii, który kupił jedną z robotycznych maszyn do laserowego usuwania chwastów za ponad milion dolarów. Powiedział, że zaoszczędziło mu to tyle kłopotów, że kupił drugą, ale nie dla wszystkich będzie to takie proste”.

„Niektórzy z tych rolników, którzy uprawiają rośliny o wysokiej wartości, mogą sobie pozwolić na taki wydatek, ale wielu z nich nie ma takiej możliwości”.

Naukowcy stwierdzili, że choć ceny maszyn umożliwiających bardziej precyzyjne stosowanie herbicydów prawdopodobnie spadną wraz z upowszechnianiem się tej technologii, to nadal mogą one wiązać się z ryzykiem sprzyjania ewolucji i rozprzestrzenianiu się chwastów odpornych na herbicydy. Dodały one, że wielu rolników boryka się z problemem chwastów odpornych na herbicydy, a zmniejszenie ilości stosowanych herbicydów i bardziej precyzyjne opryskiwanie raczej nie rozwiąże tego problemu.

„Nie oznacza to, że każdy chwast jest odporny na każdy herbicyd, ale istnieje wiele chwastów odpornych na herbicydy” – powiedział Duke. „Stało się to naprawdę poważnym problemem”.

Podobnie nadmierna uprawa gleby – na przykład za pomocą zrobotyzowanej glebogryzarki – może wpływać na jakość gleby, a wiele modeli sztucznej inteligencji wykorzystywanych w systemach wykrywania żywych organizmów jest szkolonych wyłącznie pod kątem konkretnych upraw lub w określonych warunkach środowiskowych.

„Wiele z tych firm skoncentrowało się przede wszystkim na zachodniej części Stanów Zjednoczonych, ponieważ w Arizonie, Kalifornii, Oregonie i Waszyngtonie uprawia się ogromne ilości warzyw, ale klimat tam jest zupełnie inny niż, powiedzmy, na południowym wschodzie” – powiedział Sosnoskie. „Współpracowałem z firmą, której pierwotny algorytm ciągle pomijał jeden konkretny gatunek chwastu: ambrozję zwyczajną. Okazało się jednak, że w Kalifornii nie występuje ten sam gatunek ambrozji”.

„Oznacza to, że jeśli hodowca warzyw z Mississippi, Alabamy lub tego regionu zechce wdrożyć tę technologię, musimy zadbać o to, by została ona dostosowana do tego środowiska i tych chwastów”.

„Same chwasty również mogłyby ewoluować w odpowiedzi na tę technologię” – powiedział Sosnoskie. Jeśli chwasty przypominające uprawy – zjawisko zwane mimikrą upraw – przetrwają, mogłyby się rozmnażać i tworzyć kolejne chwasty przypominające uprawy.

Z biegiem czasu może to sprzyjać chwastom zdolnym do uniknięcia maszyn przeznaczonych do ich niszczenia – powiedział Sosnoskie.

„Twierdzę po prostu, że fakt, iż dysponujemy tą technologią, nie oznacza, że jesteśmy wolni od chwastów” – powiedziała. „W przypadku zwalczania chwastów zawsze musimy zastanawiać się, jak chwasty zareagują lub jak będą próbowały «wygrać». Musimy podchodzić do tych problemów w sposób proaktywny”.

Artykuł oryginalny: Zarządzanie chwastami wspomagane sztuczną inteligencją z wykorzystaniem herbicydów, laserów i robotycznych kultywatorów: możliwości, ograniczenia i niezamierzone konsekwencje; Inżynieria; DOI:10.1016/j.eng.2026.08.020