Представленные в настоящем сборнике материалы посвящены разработ-
ке новой парадигмы производства продукции растениеводства на основе ис-
пользования нового класса закрытых систем цифрового типа с программным
управлением и минимальным участием человека (синерготрон).
Общемировая тенденция сокращения площадей пахотных земель, общей
деградации природных экосистем и ухудшения качества потребляемой чело-
веком пищи приводит к необходимости пересмотра существующих подходов
к производству продукции растениеводства.
В своем развитии человек постепенно перешел от собирательства (сбора
дикорастущих съедобных растений) к отбору и выращиванию полезных рас-
тений. Впоследствии постепенно сформировались системы земледелия раз-
личной сложности, вначале примитивные (подсечно-огневая, лесопольная,
залежная и переложная), затем более совершенные (паровая, паропропашная,
зернотравяная и т. д.). Следующим крупным шагом стала идея выращивания
растений в защищенном грунте (укрытия, парники, теплицы), т. е. управления
большим количеством микроклиматических параметров, чем это возможно
в открытом грунте.
Проведенный анализ показывает, что в настоящее время крупное теплич-
ное производство овощной продукции гидропонным методом активно исполь-
зуется в развитых странах мира.
Однако, как показано в статьях настоящего сборника, как бы ни был в це-
лом прогрессивен переход к тепличному производству, имеются существенные
отрицательные моменты такого перехода (высокие энергозатраты, применение
высоких доз пестицидов, нерациональное использование воды, переработка
отходов, проблема ухудшения здоровья работников теплиц и др.). Проблемы
тепличного производства, а также классической модели вертикальных ферм
в значительной степени связаны с нарушением фундаментальных правил
функционирования управляемой агроэкосистемы, в частности отсутствием
замкнутости системы. Выращивание растений в открытом грунте — пример
незамкнутой системы с практически нерегулируемой средой обитания расте-
ний, в которой рост, развитие и урожайность растений почти всецело зависят
от непредсказуемых погодных условий. Отметим, что промышленные теплицы
и традиционные сити-фермы — пример полузамкнутой системы, где возмож-
ности управления средой значительно расширены.
Проведенные АНО «Институт стратегий развития» исследования показы-
вают, что только переход к следующему этапу — созданию закрытых цифровых
систем с программно-регулируемым микроклиматом и облачным управлени-
ем позволит обеспечить дальнейшее сбалансированное развитие сельского хо-
зяйства.
В мире сложных систем побеждают те из них, которые более закрыты вну-
три и открыты для взаимодействия с окружающей средой по сложному уни-
фицированному протоколу. В рамках известных подходов, старой парадигмы
развития общества и научных исследований, в том числе и в растениеводстве,
ресурсы и возможности приобретения новых знаний и технологий практиче-
ски исчерпаны.
Сегодня приходит понимание необходимости перехода к ноосферному
этапу развития сознания человека на планете Земля. Сейчас мы имеем уни-
кальную возможность быть творцами нового мира, а не зрителями. Для этого
нужно не только понимание происходящих процессов, но и решимость актив-
но изменяться в умах и в реальной жизни.
Одним из первых практических шагов в данном направлении является
разработка АНО «Институт стратегий развития» практического инструмента
управления факторами роста и развития растений с учетом синергетического
эффекта взаимодействия и взаимовлияния таких факторов. В институте создан
новый класс цифровых устройств закрытого типа для выращивания растений
и проведения научных исследований в области растениеводства, получивший
название «синерготрон».
Синерготрон (англ. — sinergotron) — класс цифровых устройств закрыто-
го типа для культивирования биологических объектов на основе программно-
управляемой внутренней среды и разработанного языка описания с обратной
связью по параметрам влажности, состава культивационных сред, температу-
ры, освещения, акустических воздействий разной частоты, газового состава,
движения воздуха и других, вне зависимости от времени года и климатических
условий, с существенной экономией ресурсов.
Полнота снятия информации о состоянии среды и полнота регулирования
всех условий среды в синерготроне значительно выше возможностей предыду-
щего класса устройств — фитотронов. Появляется возможность перейти от ли-
нейного управления ограниченным набором параметров среды к сложному
многомерному управлению комплексом факторов (нелинейная математиче-
ская модель с многомерной корреляцией). Тем самым, впервые появляется возможность управления синергией (взаимодействием факторов), что отражено
в названии устройства (синерготрон).
Изменяя комплекс параметров внешних для каждого биологического объ-
екта условий в благоприятную для него сторону, можно добиться максимальной
реализации заложенной природой генетической информации, как правило,
большей частью нереализуемой по причине расходования энергоресурсов кон-
кретного объекта на адаптацию к неподходящим воздействиям. В синерготроне
реализованы возможности проведения широкого спектра испытаний, модели-
рования и создания природной или искусственной программно-управляемой
среды, активизации биологического потенциала объектов на основе примене-
ния новых цифровых технологий (большие данные, блокчейн, искусственный
интеллект, искусственная нейронная сеть и др.).
В отличие от открытых и полузамкнутых систем, обеспечение закрытой
среды в синерготроне дает возможность высокоточного управления параме-
трами культивирования в соответствии с периодами онтогенеза при ресурсном
комплектном обеспечении до начала каждого цикла. Управление осуществля-
ется с облака вычислений, которое обеспечивает авторизацию пользователя,
снятие информации с датчиков и ее обработку, использование данных для
многомерного воздействия комплекса параметров в отличие от локального
линейного способа регулирования ограниченного перечня факторов в тради-
ционных устройствах. Появляется возможность предотвратить проникновение
в закрытое пространство различных поллютантов, их распространение и на-
копление в конечной продукции.
Тип обработки информации в синерготроне принципиальным образом
отличается от фитотрона. Обработка информации в синерготроне выносит-
ся в облако с возможностью применения сложных схем хранения и обработ-
ки, тогда как в фитотроне — внутри каждого устройства, что затрудняет сбор
и анализ данных. Больше нет необходимости вносить сложные управляющие
системы в каждое устройство. Все отдельные синерготроны будут управляться
дистанционно из распределенного облачного центра.
Кроме ускорения процесса исследований, появляется возможность при-
менения математических методов записи и формализации данных, что об-
легчает решение задач информационного обмена. При наличии облачной
системы происходит мгновенный обмен информации, в том числе результа-
тов экспериментов в любой точке земного шара. Разработанный единый язык
описания внутренних и внешних процессов культивирования биологических
объектов упрощает обмен информацией о результатах экспериментов разными
исследователями мира и позволяет унифицировать полученные новые знания.
Технологические возможности синерготрона коренным образом отли-
чают его от традиционных способов работы с биологическими объектами
в микробиологии, сельском хозяйстве и других отраслях экономики. Не-
маловажно также отметить, что пользователи и обслуживающий персонал
находятся вне рабочей камеры синерготрона и не подвергаются воздействию
неблагоприятных условий, как в современных промышленных теплицах или
сити-фермах.
В целом можно уверенно говорить об инновационном универсальном
многофункциональном исследовательском и производственном комплексе
закрытого типа с функцией облачной обработки информации, что позволяет
формировать интеллектуальные растениеводческие системы знаний на основе
самообучающихся нейронных сетей. Этот уровень получения научных знаний
принципиально отличается от достигнутого в современной агронауке и соот-
ветствует шестому технологическому укладу.
В настоящем сборнике научных статей приводятся первые эксперимен-
тальные результаты по технологиям выращивания растений, полученные в си-
нерготроне. Эксперименты проводились по следующим направлениям:
• эффективность регуляторов роста растений и биопрепаратов различ-
ного происхождения;
• эффективность различных субстратов — почвозаменителей в закрытых
системах;
• эффективность различных составов питательных растворов;
• влияние режимов освещения на растения в закрытых системах;
• качество растительной продукции и ее антиоксидантных свойств;
• особенности дезинфекции закрытых систем для получения экологиче-
ски чистой продукции:
• развитие цифровой платформы в цифровой экономике: использование
цифровых технологий (большие данные, блокчейн, искусственный ин-
теллект, искусственные нейронные сети, облачные системы управле-
ния и др.) для выработки оптимальных программ управления культи-
вированием биологических объектов.
В дальнейшем Институт стратегий развития планирует продолжить публи-
кацию экспериментальных и теоретических материалов, полученных с помо-
щью нового исследовательского цифрового комплекса «Синерготрон». По мере
накопления экспериментальных материалов информация будет обрабатывать-
ся системами искусственного интеллекта синерготрона с формированием экс-
пертной базы по растениеводству для науки и производства.
Мы приветствуем любые формы сотрудничества и проведения совместных
научных исследований и практических работ.
С уважением,
директор автономной
некоммерческой организации
«Институт социально-экономических
стратегий и технологий развития»
П. А. Верник