09 ИЮНЯ / 2020
Производство

Интеллектуальный потенциал сельского хозяйства в России

"Умные" агротехнологий способны совершить в своем промышленном сегменте настоящий переворот.
Заведующий лабораторией "Информационного обеспечения точного земледелия" Агрофизического НИИ, доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент РАН Вячеслав Викторович Якушев рассказал нам о том, кто стоит у истоков цифровизации отечественного сельского хозяйства, что необходимо для успешного перехода на новый технологический уклад, и что мешает этому процессу.
— Вячеслав Викторович, расскажите о происхождении вашего интереса к точному земледелию. Как вы оказались в этой сфере?

— Начну издалека. По окончании Санкт-Петербургского государственного университета, тогда это был ЛГУ, факультет "Прикладная математика и процессы управления", я работал программистом и инженером. Потом хотел уехать в Европу, но там что-то не сложилось, и я остался без работы на какое-то время. А мой отец, который тогда был директором Агрофизического института, мне сказал: "У нас программистов не хватает, зарплаты маленькие. Приходи, пока работы нет, поможешь нам с внедрением точного земледелия". Я пришел и до сих пор здесь работаю.

Агрофизический институт был основан в 1932 году академиком А. Ф. Иоффе. Наш НИИ выделили из Физико-технического института. То есть мы "родились" в Физтехе, но с 32-го года стали самостоятельной организацией, потому что сельскохозяйственное направление — это отдельный "космос".

В 60-х — 70-х годах существовало направление в институте, которое называлось "программирование урожаев". Тогда как раз появились компьютеры. И западные отцы-основатели точного земледелия (это, по сути, цифровые технологии: робототехнические комплексы, программно-аппаратные комплексы и т.д.) абсолютно открыто ссылаются на работы советских ученых тех лет и, в том числе, на работы нашего института. То есть мы, по большому счету, этим занимаемся давно.

Потом случилась перестройка, нас отбросило лет на 20 назад, и где-то с 2000-го года мы возродили это направление в нашем институте. У нас собственный полигон есть — 500 гектаров земли, свое сельскохозяйственное предприятие. Мы на этих полях апробируем, внедряем, испытываем цифровые технологии точного земледелия, начиная с 2003-го года.

— Сельское хозяйство — довольно консервативный сектор промышленности. Зачем ему цифровизация?

— Правильнее все-таки говорить о переходе на новый технологический уклад, в котором, конечно, цифровые технологии занимают основное место. Какое-то время все были больны модернизацией, теперь — цифровизацией. Но эта мода пройдет, поверьте мне.
Чтобы понять, зачем сельскому хозяйству такие технологии, можно обратиться к истории. Тогда все встает на свои места. У нас же раньше все пахали лошадьми, а потом появился трактор. Он абсолютно изменил сельское хозяйство мира, которое с появлением двигателя внутреннего сгорания, то есть трактора, этих всех машин, перешло на новый технологический уклад, новый уровень. Сегодня никто лошадью уже не работает, все работают тракторами. А это повлекло за собой развитие промышленности, сельхозмашиностроения, развитие инженерной школы, появились новые специальности на селе: тракторист, механизатор, сварщик, слесарь и т.д. Всему этому надо учить. Возник целый пласт новых специальностей и новых отраслей, которые привели к изменению сельского хозяйства. Считается, что одно рабочее место в этом секторе дает примерно 15 рабочих мест в других отраслях.

— Получается, что переход к цифровым технологиям, технологиям точного земледелия, точного животноводства, — это такой же переход на новый технологический уклад. И здесь будут происходить практически те же самые процессы, появятся новые профессии, верно?

— Именно так. По сути дела, мы создаем на селе IT-кластер. Такого еще не было. Это для молодежи привлекательно и, на самом деле, позволяет во многих операциях устранять человеческий фактор. Всегда раньше считалось, что сельское хозяйство — "черная дыра", в которой исчезают деньги. Куда они уходят, непонятно. Это действительно так, потому что система очень сложная. Здесь нелегко обеспечить контроль. Сколько он туда удобрения внес — 400 тонн или 300? Кто это потом посчитает? А с помощью программно-аппаратных решений, с помощью роботизации мы можем буквально до килограмма все контролировать. Речь идет не о дополнительном контроле за "крестьянами". Им самим удобнее будет так работать.

У нас на хозяйстве такой случай произошел: я настроил распределитель минеральных удобрений, все откалибровал (вопрос калибровки здесь важен), поехал, внес удобрения, у меня получилась цифра — сколько я внес. Говорю нашему агроному: "Вот, смотри, я вот столько внес". Он отвечает: "Ничего себе, у тебя точное земледелие! На 75 килограммов расхождение с тем, что я тебе отгрузил со склада". Я думаю, действительно, 75 килограммов — это много для нашего поля в 40 гектаров. В чем же дело? Как же так, неужели техника подвела? Оказывается, — я с ребятами потом поговорил, — мешок один при погрузке продали какому-то мужику, который мимо проезжал, а половину мешка забрали себе на огород — ровно 75 килограммов получилось. И потом мне мужики говорят: "Это как, компьютер за всем следит?" Я им: "Абсолютно за всем". А они: "Что ж ты раньше нам не сказал?!"

Вопрос мониторинга агротехнических операций при внедрении "умных" технологий снимается буквально автоматически. Здесь же и топливо, и качество агротехнической операции: вспашки, посева, внесения удобрений, обработки посевов и т.д. То есть мы переходим на новый технологический уровень, где все полностью под контролем руководителя. И тогда получается, что "черная дыра" не такая уже и черная.

— Какие еще вопросы будут решены благодаря этому?


— Если взять все виды человеческой деятельности, которые наносят вред, — и нефтянку рассмотрим, и пластмассы, и прочее, — самая вредная отрасль — сельское хозяйство. Возьмём весь вред антропогенного воздействия за 100%, сельскохозяйственная доля — порядка 70%. Получается, что это самое вредное производство для планеты. С одной стороны. С другой стороны, его нельзя закрыть, потому что мы тогда будем голодать и умрем. Значит, нам нужно решать одновременно две разнонаправленные задачи: с одной стороны, нам нужно повысить урожайность, чтобы было больше еды, а у нас, как известно, около 800 000 человек ежегодно голодает на планете. С другой стороны, необходимо снизить экологические риски. Технологии точного земледелия позволяют решать оба вопроса параллельно.

Это происходит за счет того, что мы подходим к объекту управления, то есть к посеву или к полю, не одинаково, как раньше. Раньше, например, было так: вот поле, вносим удобрение — 200 килограммов на гектар, — и поехали его везде одинаково разносить. Как показывает практика и научные исследования, каждое поле неоднородно. Каждый квадратный метр, грубо говоря, требует своей дозы или своей нормы высева, в общем, различных параметров агротехнической операции. Человек этот нюанс контролировать физически не может, потому что не будешь же ты каждый метр менять настройки трактора, а робот может.

С появлением GPS-приемников, GLONASS-приемников, то есть с появлением систем глобального позиционирования, когда мы точно знаем до сантиметра, где находится наш трактор, когда у нас есть цифровая карта поля, и мы знаем, где, сколько нужно чего внести, трактор едет и автоматически меняет дозу. Это называется "дифференцированное внесение". Наши многолетние полевые опыты промышленного масштаба показали, что "умные" технологии позволяют повысить урожайность (в разных культурах по-разному — от 15 до 40%). Одновременно с этим мы снижаем затраты ресурсов — удобрений, например, того же ГСМа. И, самое главное, повышаем качество. Если мы, например, повышаем качество зерна, это сразу другой ценовой сегмент и выход в зону рентабельности. Вот такая история.

— Вячеслав Викторович, расскажите, пожалуйста, откуда берутся специалисты такого профиля и кто их обучает?

— Сегодня, к сожалению, с этим большая проблема. Специальных курсов в аграрных ВУЗах страны практически нигде нет. Пионерами в этом деле, можно сказать, была Тимирязевская академия. У них есть Центр точного земледелия в составе Полевой станции. Они там проводили обучение. Но, насколько мне известно, станция сейчас переживает не лучшие времена.

Сейчас в стране лидером в этом смысле является Кубанский государственный аграрный университет. Там есть Центр прогнозирования и мониторинга по точному земледелию. Они обучают не только студентов, но и специалистов из АПК: агрономов, механизаторов, инженеров. Но в целом по стране системной подготовки таких специалистов нет. И это большая проблема. Нужно вводить соответствующее образование.

Мы давно уже об этом говорим по всем возможным каналам, но дело продвигается медленно. Пока так. А кадры, конечно, нужны.

— Кого бы вы назвали педагогом с большой буквы в этой сфере?

— Я назову тех, кто стоял у истоков возрождения этого направления, именно современной части. Понятно, что программированием урожайности многие занимались, в том числе, ученые из нашего института. Например, мой отец — академик Якушев Виктор Петрович, а ещё Рунов Борис Александрович, который, к сожалению, скончался. Герой Советского Союза, он был большим энтузиастом этого дела. В свою бытность Борис Александрович являлся заместителем министра сельского хозяйства Советского Союза и тогда уже понимал, что такое направление деятельности перспективно, и на всех уровнях старался это доказывать.

Людмила Владимировна Орлова из Самары активно продвигает тему, в том числе, и в обучении. Из Кубанского государственного университета — профессор Труфляк Евгений Владимирович, доктор наук. Этот человек, пожалуй, лучше всех знает, что сейчас происходит в технологиях точного земледелия в стране. Он регулярно проводит мониторинг, патентный поиск, знает предмет на системном уровне.

Ещё есть Трубников Алексей Владимирович из ООО "Агроноут", другие выдающиеся специалисты из академической среды и агробизнеса. Не сказать, что их очень много, но пара десятков видных людей найдется.

— Если говорить о технических специалистах в этой сфере, кого бы вам хотелось выделить отдельно?

— В нашем институте из технических специалистов есть Петрушин Алексей Федорович, кандидат наук. Большой специалист в плане бортовой электроники, техники, беспилотных летательных аппаратов. Беспилотники мы в 2003-м году делали сами. Сейчас их можно покупать, только ленивый этого не делает.

У нас в институте работает Герман Сергеевич Айвазов, который когда-то участвовал в съемках военных баталий кинорежиссера Ю. Н. Озерова. Там не только настоящие самолеты, но и модели летали. Герман Сергеевич — инженер, он создал несколько самолетов, которые могут брать на борт камеры, в том числе, инфракрасные. С его помощью мы начинали использование беспилотников в сельском хозяйстве.

Сейчас мы применяем беспилотники-дроны питерской компании "Геоскан". В самой фирме, кстати, много хороших инженеров. Есть еще люди, которые занимаются мехатроникой. Например, в Чебоксарах работает такой специалист — Сергей Анатольевич Васильев. Речь о направлении, обеспечивающем разработку "умных" сельскохозяйственных орудий с применением робототехники, сенсоров, датчиков и специализированного программного обеспечения.

Кого еще могу выделить, — сегодня это, пожалуй, лидеры России в своей области, которые занимаются изготовлением и даже модернизацией старых сельскохозяйственных опрыскивателей и разбрасывателей для точного земледелия, — ребята из Новосибирска (ООО "Системы точного земледелия", директор — Скрынник Борис Сергеевич). Насколько я знаю, они пришли из авиационной промышленности. Это специалисты высокого уровня, мы сами их технику используем. Да, может быть, она не такая красивая, как бортовые компьютеры на Западе, но, главное, это свои, отечественные.

— Вячеслав Викторович, раз речь зашла о западных коллегах, давайте поговорим о том, какова емкость международного рынка "умных" агротехнологий, и какое место на нем занимает Россия? Каков наш потенциал, учитывая тот факт, что, к примеру, российских программистов признают одними из лучших в мире?

— Да, абсолютно верно. Например, наш питерский ИТМО часто занимает первые места по программированию в мире. И специалисты по математическому моделированию у нас одни из лучших. Это, как правило, советская школа, потому что современная школа таких специалистов уже не выпускает, но советские люди еще живы.

Что касается объемов рынка, могу назвать конкретные цифры. Я в свое время участвовал в рабочей группе Национальной технологической инициативы. Это государственная программа венчурного финансирования, задуманная Путиным. Он инициировал ее в 2014-ом году. Где-то в 2016-2017-ом годах мы подготовили дорожную карту в рамках НТИ — платформу "Фуднет", так называется направление. И там есть пять сегментов: умное сельское хозяйство, ускоренная селекция, новые источники сырья, доступная органика и персональное питание.

"Умное" сельское хозяйство — это мы: точное земледелие, цифровизация и т.д. Размер мирового рынка на 2015-й год составлял порядка 46 миллиардов долларов. Сейчас среднегодовой рост рынка — примерно 12%. Значит, в данный момент его емкость составляет около 80 миллиардов долларов. К 2035 году, по данным аналитических консалтинговых агентств и по данным рабочей группы "Фуднет" НТИ, это будет примерно 480 миллиардов долларов. Речь об огромном рынке с ежегодным приростом в 12%.

Пандемия, конечно, внесет свои коррективы. Но, в принципе, это динамично развивающийся мировой рынок. Нельзя сказать, что они далеко от нас ушли. Все-таки сельское хозяйство во многом инерционно. Пока старое оборудование не израсходует свой ресурс, никто не будет покупать новое.

— Давайте коснемся "узких" мест в точном земледелии…


— Его можно условно разделить на три этапа: сбор данных — это спутниковые снимки, беспилотники, информация со всевозможных датчиков, карты урожайности электронные и так далее; обработка полученных данных и принятие решений, — это в специальных программных продуктах осуществляется; и выполнение уже принятых решений на поле: внесение удобрений, например, масса разных агротехнических операций. Первый и третий этапы достаточно серьезно развиты во всем мире, а вот второй этап — анализ данных и принятие решений — развит, с нашей точки зрения, слабо. И это как раз дает России шанс вырваться вперед, то есть занять достойную долю рынка в плане продуктов программного обеспечения и интеллектуальных систем для "умного" сельского хозяйства. И здесь как раз наши программисты пригодятся, математическое моделирование пригодится, — вся эта школа.

По большому счету, замысел НТИ — продвинуться в этом вопросе. Там пока все заглохло, но, как мне кажется, двигаться нужно именно в этом направлении. Речь о программных аппаратных комплексах для анализа данных, для поддержки принятия решений с элементами искусственного интеллекта и Интернета вещей.

Система искусственного интеллекта основана на знаниях. Есть такой большой раздел — "инженерия знаний". Соответствующих специалистов тоже никто не готовит. Что-то есть в некоторых местах, в ИТМО, например, в Политехе, насколько я знаю, было раньше. Среди подвижников — Гаврилова Татьяна Альбертовна, одна из ведущих специалистов не только России, но и мира. Она как раз занимается инженерией знаний. А сельскохозяйственная наука, агрономия — непаханое поле с этой точки зрения, потому что все знания хранятся, в основном, в виде текстов и регламентов, представляющих собой слабо структурированные данные. Я считаю, что именно в это направление должны прийти люди, которые занимаются инженерией знаний и построением интеллектуальных систем. Надеюсь, что будут разработаны государственные программы, привлекающие таких специалистов.

— Как обстоят дела с финансовым аспектом?

— Все это дорого, конечно. Но здесь мы можем создавать уникальные продукты, потому что в России очень много почвенно-климатических зон. От Калининграда до Сахалина у нас абсолютно разнообразные почвенно-климатические условия, и если мы научимся моделировать продукционный процесс в каких-то условиях для каждой зоны, фактически мы будем создавать цифровой продукт, адаптированный для разных регионов мира. Речь об экспортно ориентированном продукте огромной прибавочной стоимости. То есть мы, по большому счету, готовы выходить на рынки знаний, если можно так выразится.

В целом, направление вот такое, и, я думаю, что можно оптимистично смотреть на этот рынок — на рынок интеллектуальных систем и программных продуктов для точного земледелия. Он может стать нашим. И сюда надо бы государственные усилия прилагать, потому что это экспортно ориентированная отрасль.

Вы игру "Танки" знаете? Компания, которая эту игру разработала, продает этих виртуальных танков на большую сумму, чем наш ВПК продает реальных танков. Сетевые рынки — это интересно. Они могут и углеводороды, по большому счету, затмить. Рынок интеллектуальных систем и программно-аппаратных комплексов для сельского хозяйства — это огромная экспортная перспектива.

— Насколько государство активно в поддержке ваших начинаний?

— Вот смотрите: что нам нужно? Разработать технологию и ее внедрить. Внедрение подразумевает покупку. Конечный потребитель должен ее купить. У нас конечный потребитель — сельскохозяйственные предприятия. Это слабые клиенты, потому что они все закредитованы по самую крышу и никогда не будут вкладывать деньги в опытно-конструкторские работы, в разработку прототипов и внедрение, тем более, в научно-исследовательскую работу, которая неизвестно к чему приведет. Значит, должно вкладываться государство.
Одним из препятствий к разработке "умных" агротехнологий является их недофинансирование. Например, существует такой тракторный завод — глобальная корпорация John Deere (США). У них есть два научно-исследовательских центра в Европе и в Америке. Так вот эти два центра в один день тратят на исследования два миллиона долларов. Подчеркну, ежедневно! Комментарии излишни, как говорится.

— Печально, что сельскохозяйственная наука финансируется в нашей стране по остаточному принципу.

— И это основная причина, по которой нет разработок, готовых к внедрению. Но давайте представим себе, что научно-исследовательская работа будет финансироваться в полном объеме. Даже при нынешнем финансировании какой-то результат научно-исследовательской работы есть. Вот только сразу внедрить его в производство невозможно. Нужен этап опытно-конструкторских работ, создание прототипа, его внедрение, испытание, масштабирование и только потом пойдут продажи.

Конечно, внедрение готовых продуктов или услуг идет уже сейчас, но это пока только крохи. Понятно, что наши сельхозпредприятия закредитованы, тем не менее то, что повысит эффективность их работы, рентабельность, они купить могут. Вот только научно-исследовательская работа (НИР) у нас тоже финансируется слабо. А этот этап разработки между результатом НИР и внедрением не финансируется вообще никем. Инвесторы называют такую фазу "долиной смерти".

Все говорят о цифровизации, но средства вкладываются неэффективно, на мой взгляд. По данным Счетной палаты, отчет которой был опубликован 7 февраля 2019-го года, наибольший объем ассигнований на гражданскую науку из средств федерального бюджета приходится на Минобрнауки России — 172,0 млрд рублей или 41,8%. Российскому фонду фундаментальных исследований выделено 22,2 млрд рублей или 5,3%, НИЦ "Курчатовский институт" — 18,6 млрд рублей или 3,7%, РАН — 4,1 млрд рублей или 0,95%. В то же время бюджет "Сколково" — порядка 120 миллиардов рублей, "Роснано" — 150 миллиардов рублей, а результатов ощутимых нет. Эту ситуацию нужно исправлять.

— Вячеслав Викторович, насколько мне известно, вы являетесь автором нескольких запатентованных изобретений. Имеют ли они отношение к точному земледелию? Расскажите о них подробнее.

— Да, они связаны с точным земледелием. Один патент касается удобрений, это нанотехнологии. Если мы берем маленький углеродный шарик наноразмера, можно внутрь него, как в грузовик, загрузить нужный груз и доставить его в клетку растения. Таким образом, есть возможность с помощью микродоз регулировать рост растения.

Еще два патента связаны с техническими решениями в области проведения агротехнических операций: внесения удобрений, посева и контроля этих технических манипуляций. И еще есть несколько свидетельств о регистрации программного обеспечения. Вот, в принципе, наша основная работа, — мы создаем программное обеспечение в институте и пользуемся им, но это, можно сказать, прототипы. Для коммерческого ПО нужны совсем другие подходы, другие люди. У нас бюджетная организация и просто нет средств на это, а привлечь достаточные инвестиции пока не получается. Впрочем, в прошлом году мы совместно с Почвенным НИИ им. Докучаева, компанией "Уралхим" и другими научными организациями выиграли грант на 60 миллионов рублей на два года. Согласитесь, это не тот масштаб инвестиций, которые позволили бы сделать прорыв. Надеюсь, это только начало.
Мы, конечно, и сами не дорабатываем какие-то моменты. Но нам, честно говоря, и людей-то не взять, которые этим займутся. У нас средняя зарплата инженера-программиста — 25 000 р. Хочется, как говорится, но выше головы не прыгнешь.

— Получается, что ваши разработки используются только в рамках Агрофизического НИИ, или они все-таки выходят за его пределы?

— В Ленинградской области есть организация "Ленплодовощ", в которую входит более двадцати хозяйств. В каждом хозяйстве, так или иначе, внедрены наши разработки, что позволило существенно повысить их урожайность. Показатели урожайности овощей в некоторых хозяйствах Ленинградской области выше, чем, например, в соседней Финляндии. Другое дело, что у нас площадей под овощи не так много. Если сравнивать с советским временем, то их вообще нет. А технологии да, они есть и внедряются. Только на поток это не поставлено.

Внутри научно-исследовательских организаций тоже много проблем, в том смысле, что мы могли бы внедрять свои разработки шире, но, к сожалению, из-за инерционности системы это у нас не получается. Чтобы поставить результаты НИР на коммерческие рельсы, должны быть специальные люди. Но они же не исследователи, а значит, не попадают под действие указа президента. Инженера мы можем взять на работу с зарплатой 15000 - 25 000 рублей. Придет энтузиаст какой-то один из сотни, поработает год и уйдет, потому что невозможно на такие деньги жить. Какой приход, такой и доход. А прихода нет. Это как в известной книге: "Утром деньги — вечером стулья".

Наука, вообще, дело затратное. Мы надеемся, что ситуация изменится, и приложим к этому все усилия. Оптимизма не теряем, потому что и понимание приходит потихоньку, в том числе к чиновникам, и многие хотят внедрять "умные" агротехнологии. Государственная машина неповоротлива, поэтому наша задача — везде и всем рассказывать о существующих в отрасли проблемах. Я думаю, тренд мы изменим.
Автор: Наталия Астахова

Фотография предоставлена Агрофизическим НИИ

Энциклопедия промышленности России