Дронове и роботи за залесителни дейности

Ще отнемат ли роботите и дроновете работните места на човеците? По този въпрос хай-тек индустрията спори вече няколко години. През това време в гората се крие един от най-разумните отговори на дилемата. Там роботи и дронове могат да отменят човека в една от най-тежките и изморителни но неотменими и неотложни задачи - залесяването. Залесяването е важен процес за опазване на околната среда и за подобряване на качеството на живот на платената. Затова в тази статия на списание Инфрабилд се спираме на перспективите, които развитието на съвременните технологии предлагат в тази област.

Текст: списание Инфрабилд

Всяка пролет и есен хиляди хора по света доброволно се втурват към хълмовете, за да засаждат дървета. Мотивира ги желанието да опазят природата. Само през есента на 2019г. бяхме свидетели на няколко емблематични кампании. Турция взе амбициозно решение да посади 11 милиона дървета за един ден - на 11 ноември. Етиопия обяви засаждането на 350 милиона дървета наведнъж, защото е сред страните, най-тежко засегнати от глобалното изменение на климата. За нейния подвиг се твърди, че е световен рекорд. Индия обеща да засади 200 милиона дървета.

В САЩ влиятелни звезди на YouTube започнаха кампания за финансиране, с която привлякоха над 20 милиона долара за засаждането на 20 милиона дървета чрез залесителна фондация. В България доброволческата инициатива Гората.БГ засади над 200 хиляди дървета, като специален фокус бяха подаряването на „комплекти за засаждане“ на деца от училища и детски градини и раздаването на медоносна растителност в подкрепа на пчелите. Е, при това положение, щом още от 2015г. има роботи, които даже умеят да правят пици, то защо да не може роботи да садят дървета? Необходимостта от залесяване и презасаждане на дървета никога не е била по-спешна.

Фактори на спешността

Статистическите цифри винаги са дразнещи, но те могат да ни помогнат да си представим какво се случва, когато става дума за обезлесяване – посредством понятия, които са лесни за разбиране. А именно – да добием идея за мащаба на проблема. Нашата планета губи по 15 милиарда дървета годишно. Това е еквивалентно на едно футболно игрище на всеки 1,4 секунди. Ако приемем, че всяка година по света се засаждат по около 5 милиарда нови дръвчета и фиданки, новината е крайно обезсърчителна. При темпо от 15 милиарда изчезващи дървета на година – разликата е три пъти, но, уви, не в полза на гората.

Промяната на климата също налага да се засаждат колкото се може повече дървета. Учените по цял свят са единодушни, че планетата се затопля и то с безпрецедентни темпове. Засаждането на милиарди дървета по света е най-добрият и в същото време най-евтиният начин да се поглъща въглеродният двуокис от атмосферата, обявиха учени през 2019г. С растежа си дърветата поглъщат и съхраняват въглеродния диоксид от атмосферата. Това намалява глобалното затопляне. Анализът на учените е установил, че на света има 1,7 милиарда хектара „безлесни земи“, върху които естествено биха пораснали 1,2 трилиона дървета.

Пожарите в Амазонието в средата на 2019г. и в Австралия в края на 2019г. направиха залесяването още по-спешно, след като унищожиха рекордна площ гори, а с това – и животните в тези лесове. В амазонските гори, според последни данни, изпепелени около 906 хиляди хектара гора в рамките на около 40000 огнища. Бедствието е важно в глобален мащаб. Амазонието – 60% от което се намира в Бразилия – е най-голямата тропическа гора в света. Смята се за изключително богатство от гледна точка на биологичното разнообразие, защото там има много уникални видове растения и животни. От гледна точка на климата гъстата джунгла е безценна – тя абсорбира огромно количество въглероден диоксид от света. Затова учените казват, че запазването на Амазонка е жизненоважно за борбата с глобалното затопляне.

„Огненият сезон“ в Австралия също бе чудовищен. Опожарени са 18,6 милиона акра земя. Не е известно каква част от тях са горски територии, но мнозина специалисти се опасяват, че пожарът нямаше да е толкова опустошителен, ако не беше извънредно сухото и топло време – отново резултат от промяната в климата. Екосистемните услуги са още една причина човечеството да се стреми към възстановяване на горите. Като такива се определят услугите, които природата осигурява на човека, или с други думи - удобства, на които разчитаме благодарение на околната среда.

Например, наличието на горска растителност има „задържащ“ ефект за водата при силен дъжд. Ако ги няма дърветата, водата би се оттекла бързо и прииждането й би отнесло мостове, пътища и стотици сгради по пътя си, дори цели селища. Опазването от наводнения е пример за екосистемна услуга. Намаляването на ерозията, морската храна, отдихът и почивката са други видове екосистемни услуги. В опит да измери по разбираем начин стойността на тези удобства човекът се опитва да остойности тези екосистемни услуги - да им придаде парична стойнoст. Това обаче е много трудно. Според едно старо проучване от 1997г., публикувано в сп. „Nature”, стойността на екосистемните услуги и природния капитал в света варира между 16–54 трилиона щатски долара на година, средно по 33 трилиона долара на година.

Залесяване с роботи

Автоматизираното засаждане на дървета не е новост. Засега обаче то разчита на силно човешко участие. Една от най-популярните системи за автоматизация представлява садилна конструкция, която се „влачи“ чрез трактор из терена за залесяване. В конструкцията е предвидено място за човек или двама. Машината автоматично отваря бразда, залесителите през равен интервал спускат фиданките в нея, след това машината затваря браздата. Друг често срещан вариант е своеобразен багер, които с механизираната си „лапа“ отваря яма в земята, спуска фиданката в дупката и с обратно движение на „лапата“ я затрупва с пръст. Движенията се контролират от водача на машината. Повечето средства за автоматизация на залесяването представляват малко или много вариации и модификации на тези два варианта.

Стремежът на технологичната общност обаче е да развие технологията дотам, че да не е необходима каквато и да е човешка намеса. В края на 2019 година Huawei – китайска компания, известна повече с произвежданите от нея смартфони – показа прототип на робот-залесител, който работи без човешка намеса. С помощта на свредел той отваря яма, сам спуска фиданката в ямата, после заравя. Роботът изглежда очарователно, но има един проблем – с малкия си размер и малките си колелета той може да бъде ефективен само на равно – например в нива.

През 2015 година двама инженери от Университета във Виктория се прочуха с проектирания от тях робот Tree Rover, който също напълно автономно сади дървета. Четириколесното возило носи на гърба си машина, която забива в земята садило: острието се забива и разтваря, а в отвореното пространство се спуска тръба; по тръбата се спуска фиданка в отворената дупка; с прибирането нагоре на садилния механизъм фиданката бива заровена от пръстта.

Организираната от момчетата кампания за набиране на дарения в Indiegogo събра над 6000 долара за старт на производството на машината. През 2018 година обаче създателите на Tree Rover признаха, че машината не е особено използваема в настоящия си вид и има нужда от сериозна модификация. Причината е същата: подобен уред може да работи на равен терен, на нива, но не се справя с тежки терени с голям наклон, скали, храсталаци, пънове и други препятствия – с две думи на терени, каквито са повечето зони, нуждаещи се от залесяване, у нас.

Едно от възможните решения бе демонстрирано от концептуалният „робот-залесител“, проектиран от Института по дизайн Умеа в Швеция. Роботът има четири механизирани крака, чупещи се на две места, с които може да ходи подобно на паяк. Ходилата му представляват омекотени кръгли „възглавници“, които разпределят тежестта на машината върху по-голяма площ, за да не затъва. Съществуват и аналогични разработки с шест крака.

Теренът – предизвикателство пред роботите

Ник Бърч, един от дизайнерите на TreeRover, казва, че тежкият терен е най-големият проблем. „Една от основните причини, поради които все още са нужни хора за саденето, е свързана с навигацията на терена“, каза Бирч. „Особено в планините има много стръмни склонове. Много от тези места... имат и много пънове. Роботите-плантатори трябва да се ориентират в това пространство и е доста трудно да програмирате робот, който да прави това“.

Движението по пресечен терен е сериозен проблем за роботите и то не само за вида, предназначен за засаждане на дървета. Усъвършенствани роботи като Cheetah на MIT и хуманоида Atlas на Boston Dynamics са в състояние да изследват терен на открито, но и те все още са в експериментална фаза. През повечето време, когато се сблъскват с дори дребни препятствия, роботите просто падат настрани. Ерик Бринкман, координатор на специални проекти за Brinkman & Associates Reforestation, която всяко лято засажда дървета в Канада, казва, че засаждането на дървета изисква и преценка на място по отношение на това къде из целия терен е най-подходящо да засадим. Това е непосилно за робота. „Може да се наложи да засадите на по-високо място, на по-ниско място, на по-сухото място встрани от някакво препятствие, или пък на петно, което поддържа топлината през зимата и прохлада през лятото“, каза Бринкман. „В зависимост от терена и мястото има огромен спектър от спецификации.“

Често пъти при залесяване местата, на които на теория би трябвало да се постави фиданка, са неподходящи. Например, там може да има скала, подаваща се над пръстта, или храст, или вече поникнало дърво от друг вид. В подобни ситуации лесовъдите преценяват, за всеки конкретен случай, как да постъпят – да запазят храста (защото и той е нужен на природата – това е долният „етаж“ на гората), да заобиколят скалата и др. Независимо от технологичния напредък за момента обаче не може да се каже, че има готов, действащ робот, който може да засажда дървета съвсем сам, вместо хората, на тежък терен.

Залесяване от въздуха

През 2016г. се разчу идеята за садене на дървета чрез самолети. Със самолети могат да се засаждат по над милиард дървета на година, обявиха авторите на предложението. Идеята е да се използват стари, „пенсионирани“ бойни самолети, които да летят и да изхвърлят на земята семенни конуси. Самолетите така или иначе са проектирани да изстрелват малки обекти към земята, защото някога са „сеели“ мини. Сега могат да вкарат в употреба същите механизми, за да сеят дървета. Така самолетите ще лекуват отслабнали или болни гори или места, които са унищожени от комерсиалния дърводобив.

„Флотилия от неизползвани и изведени от експлоатация самолети C-130 Hercules, първоначално създадени за изхвърляне на сухопътни мини, може да бъде въведена в експлоатация като лесовъди“, написа Guardian. Lockheed Martin и Aerial Forestation са изровили тази „стара, ръждива идея“ от бившия пилот на RAF във Великобритания Джак Уолтърс.

Самолетите могат да бъдат оборудвани да посаждат по 900 000 дървета на ден. „Тъй като по света има 2500 самолета от модела C-130, които стоят неизползвани в 70 различни страни, тази идея може да засади много малки фиданки“. „Възможностите са невероятни“, казва Питър Симънс, представител на Lockheed Martin. "Можем да летим на 300 метра при 130 възела, засаждайки повече от 3000 семена в минута в целия пейзаж - точно както правехме с мините, но в случая всяка шишарка съдържа фиданка. Това прави 125 000 дървета за всеки сорт и 900 000 дървета за един ден.“

Залесяване с дронове

Идеята за засаждане с помощта на дрон също циркулира в общественото пространство усилено през последните две години. Безпилотните летателни апарати се усъвършенстваха до степен, в която могат да превозват до 4 тона полезен товар. Освен това могат да бъдат програмирани да летят на „рояци“, извършвайки една задача посредством координирани едновременни действия. Тогава защо да не садят дървета?

Най-новото предизвикателство дойде от канадска новостартираща фирма, която се зарече, че ще засади един милиард дървета до 2028 година – изцяло чрез дрон. Екипът на Flash Forest обяви, че е разработил технология, с която може да засажда по 100 хиляди дървета на ден. Изглежда като да е помислено за всичко: използват се семена от 8-9 различни растителни вида, за да не се получават монокуптури; семената са покълнали и обвити в капсула, която съдържа хранителни вещества, за да помогне първоначалния растеж на фиданката, както и специална гъбичка в помощ на растежа. Според страницата KickStarter, компанията използва пневматична машина, прикрепена към дрон, за да изстрелва капсулите. Преди залесяването теренът се картира с помощта на дрон-картировач. Следват го БЛА с пневматичните садила, а по-нататък теренът се наобикаля от трети апарат с камери за мониторинг.

Друга фирма за залесяване с дрон е Dendra. По-рано тя се казваше BioCarbon Engineering. В по-старото си амплоа тя вече има един реализиран мащабен проект за залесяване с дрон – в Мианмар, което й дава основание да има по-голяма увереност. Сега работи и на територията на Обединеното кралство и Австралия. Фирмата настоява, че използва изкуствен интелект в работата си с терени за залесяване. Всеки неин дрон може да сади по 100 хиляди дървета на ден.

Droneseed е друга инициатива за засаждане с дронове. Техните безпилотни летателни машини се движат координирано в „рояк“. Според описанията на фирмата, всеки от нейните дронове може да засажда по 2 дървета в секунда – доста повече от най-ловкия и бърз в засаждането човек. Специален фокус в работата на Droneseed е възстановяването на унищожени горски масиви – опожарени или опустошени от сеч, лавини, свлачища. Казват, че 10 дрона, управлявани от двама оператори, могат да засадят до 350 хиляди дървета за ден.

Семена, фиданки и бомби

При залесяването с робот се счита за по-удачно да се използват готови за садене фиданки. При първите съобщения за идеята за садене с дрон или самолет ботаници и лесовъди бяха в шок. Ако семената се изстрелват към земята, няма ли да пострадат? По-новите концепции за саденето с дрон имат отговор на този въпрос. Налице са различни подходи за опазването на семената в процеса на засаждане.

Най-често се говори за т. нар. „конуси“ - контейнери, подобни на шишарки, които имат здрава и твърда обвивка и се забиват в земята благодарение на заострената си форма. Всяка подобна капсула е биоразградима и след няколко дена се разтваря от влагата в земята. Пакетчетата съдържат тор и дори влага, за да се гарантира, че дървото ще се вкорени. Друг вариант са т. нар. семенни бомби. Обикновено представляват своеобразни „кюфтета“ от пръст и тор, добре омесена с различни растителни семена. При тях дори не е нужно да се забиват, те просто се разпиляват.

Повечето проекти за залесяване разчитат на семенното разнообразие. Капсулите и семенните бомби съдържат семена от различни растителни видове, за да не се получават монокултурни насаждения. Добрата практика е видовете да се определят от професионалисти - лесовъди за всяко конкретно място. В някои случаи са по 8-9 вида за терен. В някои случаи, както е в проекта на канадската инициатива за милиард дървета, семената дори са покълнали. Те са в пакет от биоразградими материали, най-често на база целулоза.

Почвата – най-важният фактор

Както и при засаждането с помощта на робот, залесяването чрез самолет или дрон е затруднено от терена – но не заради наклона или непроходимостта, а заради състоянието на самата почва. Тя е критична за успеваемостта на проектите за садене „от въздуха“, предупреждават лесовъди. Повечето идеи за садене на дървета със самолет или дрон идват от страни като Канада, където огромните пустеещи терени за залесяване представляват мочурливи или най-малкото влажни региони, с мека почва, в която е лесно да се забие всичко – включително семенна „бомбичка“. Идеята за засаждане с дрон или самолет е лесно приложима в такива региони с торфища и меки почви като Амазонието, Индонезия, екваториалните територии.

В страни като България обаче не е така. Земята, нуждаеща се от залесяване у нас, е суха, каменлива, твърда. Това би обрекло на неуспех опитите за засаждане с дрон поради две причини. От една страна, в почва, в която дори търнокоп трудно се забива, конусите със семена е малко вероятно да влязат в земята. От друга страна проблем е сушата. Без достатъчно влага семената нямат особени шансове да се развият и пораснат. 

Показателно е, че един от малкото успешни проекти за залесяване на гора чрез дрон досега е реализиран в Мианмар (известна още като Бирма) – това е проектът на BioCarbon Engineering, понастоящем Dendra. С цел спасяване на местната екосистема група селяни от делтата на реката Иравади от години сади дървета – първо са засадени 2,7 милиона мангрови дървета на ръка, а сега това се прави с БЛА. Тоест дроновете, разработени от BioCarbon Engineering, са отменили процеса по садене. За общността сега остава да се грижи за поникналите дървета. Мангровите дървета обаче живеят във вода – буквално. Те обитават плитчините по крайбрежията. Дроновете изстрелват семената в мекото дъно на крайбрежната вода, където семенните конуси лесно се забиват.

Перспектива

Автоматизираното залесяване с роботи, самолети и дронове без човешка намеса в крайна сметка има потециала да помогне на много от важните проекти за залесяване по света. Дори и в страни с трудни терени тези нови машини могат да намерят приложение дори сега, за да помагат поне частично. Занапред пък подходящата конфигурация от автономни машини действително ще съумее да отмени човека на полето. Дроновете си остават незаменимо средство за предварителен оглед и картиране на терени, в които предстои залесяване. Чрез камери, локационни данни и геоинформационни карти те могат да съставят прецизни „карти“ на зоните за залесяване.

След тях, според условията, саденето ще се изпълнява от залесители или от машини. Все по-често обаче на терен ще идват „плантаторите“ - роботи, самолети или дронове. Задвижвани от 4 или 6 крака, роботите ще могат да ходят като паяци дори по неравни терени. Дроновете пък, въоръжени с камери и алгоритми за изкуствен разум, ще могат да преценяват за всяко място дали е подходящо за посаждането на дръвче. Накрая, за да е дългосрочен ефектът, самолети и дронове ще се грижат за поливането на младите фиданки, растителната защита и мониторинга на залесените терени.

Възпитателен ефект

И докато машините без съмнение могат да облекчат работата на горските стопанства по залесяването и възстановяването на горски терени, участието на доброволци ще продължи да играе ключова роля в опазването на горите – не толкова заради мащабите на засаждане, колкото заради възпитателния ефект. За младите хора и особено за децата това е възпитателно преживяване. То създава чувство на съпричастност и грижа. „Има смисъл да искаме, да търсим промяна у младите хора, човек по човек, чрез преживяването,“ убеден е Никола Рахнев, основател на доброволческата залесителна инициатива Гората.бг и носител на отличието Будител на годината за 2019 година.

Казва, че когато човек зарови ръце в твърдата и суха земя и осъзнае как нежните, крехки фиданки порастват в тази тежка среда, той разбира величието и силата на природата. Преживяването е най-убедителният начин да разберем ценността на всяко растение, убеден е залесителят. „Когато човек постои на слънце в горещ пролетен ден и се измори, или пък го обрули вятърът – за да засади едва 5-6 фиданки – тогава той оценява колко „скъпо“ е всяко дърво в природата“, казва Рахнев. Това дава надежда, че идните поколения ще ценят повече от нас всяко дърво и ще борят с незаконната сеч, горските пожари и обезлесяването в полза на земеделието.