АГРОБИО ТЕХНИКА - растениевъдство, животновъдство, биоенергетикагодина IV, брой 5, 2016

Използване на роботи в земеделието

Използване на роботи в земеделието

До 2050 година населението на света се очаква да нарасне до девет милиарда, но размерът на обработваемата земя, на която ще се отглеждат хранителни продукти, ще остане приблизително толкова, колкото е в момента. Затова, генетично модифицираните организми и управлението на отпадъците са само част от първостепенните решения на проблема. В същото време, производителността произтича от селскостопанските процеси, а някои модерни земеделски производители вече интегрират и най-новите технологии, за да се увеличи доходността им и да се намалят разходите. След 20 години, например, може да се очаква портокалите и царевицата да бъдат 100% посадени, отгледани и откъснати от роботи. Няколко европейски и американски фирми вече започнаха производството на миниатюрни роботи, способни да изпълняват значителна част от селскостопанската работа. Целта е да бъдат автоматизирани всички селскостопански процеси, които се извършват ежедневно от хората, както и да се намали недостига на работна ръка, заради тежкия физически труд и нежеланието на хората да работят като сезонни работници в селското стопанство.


Напредъкът в роботиката създава необходимостта да се промени и възприятието ни за това, което един робот е. Развитието на интелигентните автомобили и постоянно развиващите се компютърни програми, позволяват на машините да действат заедно с нас, а не против нас. В днешно време селското стопанство се е превърнало в едно високотехнологично предприятие, което по-голяма част от фермерите от XX век не са и предполагали, че ще съществува. В крайна сметка, това е било преди 100 години, когато обработката на почвата и насажденията, в селското стопанство в САЩ, са преминали от животните към двигателите с вътрешно горене.

През последните 20 години, глобалната система за позициониране (GPS), електронните сензори и други нови инструменти, са издигнали на още по-високо ниво селскостопанския сектор. Кабината на трактора включва компютърен дисплей, който показва работата на машината, както и експлоатационните характеристики на използвания прикачен инвентар. И това е само началото на технологичното развитие на селскостопанските машини. Самоходните машини и летящите роботи, които ще проучват и обработват културите, ще станат нещо обичайно във фермите, които са започнали да практикуват така нареченото прецизно земеделие.

Изследванията в областта на автономните превозни средства в селското стопанство започва още в началото на 1960 година, главно като разработване на автоматични системи за кормилно управление. Различно приложение на роботизираните приложения са разработени в селското стопанство, горското стопанство и градинарството, но има много малко научни изследвания за напълно автономни превозни средства в селското стопанство, като например, автоматизирано събиране на реколтата и полуавтономните трактори.

Има редица полеви операции, които могат да бъдат изпълнени от автономни превозни средства, давайки повече ползи, отколкото конвенционалните машини. Автономните платформи ще бъдат използвани за отглеждане и сеитба, плевене, прилагане на торове и химикали, напояване и прибиране на реколтата. По отношение на земеделските автономни превозни средства, са започнали проучвания за това, дали не би било по-ефективно да се заменят традиционните големи трактори с малки автономни машини. Тези превозни средства ще бъдат в състояние да работят до 24 часа на ден, през цялата година, без надзор и ща са в състояние да се държат разумно в полу-естествена среда в продължение на дълги периоди от време, при извършване на необходимата работа. Малките превозните средства ще оказват също по-малко въздействие върху околната среда, като ще се избегне прекомерното прилагане на химикали и торове, които изискват по-ниско използване на енергия с по-добър контрол, а освен това ще причиняват и по-малко отъпкване на почвата, поради по-ниското си тегло. Тези автономни превозни трактори ще дават възможност за по-малки частични инвестиции и по-ниски разходи за труд, което ще доведе до по-устойчива производствена система.

GPS системи и системи за управление
GPS системата осигурява точна информация за местоположението на машината във всяка една точка, като изчислява разстоянието от най-малко три спътника, които са разположени в орбитата. Така земеделските машини с GPS приемници ще могат да бъдат лесно позиционирани в рамките на полето и ще могат да се коригират операциите, които извършват така, че да се максимизира производителността и ефективността. За пример може да бъде взето плодородието на почвата. Фермерът ще използва GPS приемник, за да намери предварително избрана позиция на полето за събиране на проби от почвите. След лабораторен анализ на пробите, ще се създава плодородна карта с географска информационна система, която по своята същност ще наподобява компютърна база данни за работа с географски данни и картографиране. След направата на картата, земеделецът ще може прецизно да дозира колко, и какви торове да се внесат в съответните части на парцела, от който са взети пробите. С това ще се направи още една крачка към развитието на прецизното земеделие.

Автоматичното ориентиране, което е базирано на GPS, насочва трактора много по-точно, отколкото човекът е в състояние да го направи. Опасенията за безопасността обаче, ограничават използването на напълно безпилотните по-малки машини. Използването на напълно самостоятелните или роботизирани полеви машини вече е започнало, заради реализираната висока печалба. Например, роботизирани машини се използват в лозарството и при някои плодове и зеленчуци. Тези машини успешно заместват хората, които извършват досадни задачи, като например, ръчно прибиране на зеленчуци. Използвайки сензорни технологии, роботизираните машини могат да откриват местоположението и размера на стъблата и листата на растенията, както и да информират за механичните процеси, които се извършват.

В областта на роботиката Япония е лидер и иноватор, а селското стопанство там се развива на по-малки по площ полета. Автономните машини вече навлизат все повече и в САЩ, особено в Калифорния, където се отглежда по-голямата част от специализираните култури. Развитието на летящите роботи дава възможност, проучванията, които земеделците правят на полето, да бъдат правени от безпилотно летателни апарати, които да притежават машинно зрение и захващащо устройство, наподобяващо човешка ръка. В момента, мониторингът за наличие на насекоми вредители изисква човекът да отиде до даденото място и да разгледа листата на растението за насекоми. Развиващите се технологии обаче, позволяват летящите роботи да извършат това действие без човешко участие.

Комбинациите от сензорни позволяват много бързо да се измерват фенотипните характеристики на хиляди растения, което позволява на земеделците и учените занимаващи се с генетика, да решат кои сортове да се включат или изключат в по-нататъшни изследвания, за да се подобрят културите. В селското и горското стопанство научните изследвания в областта на управлението на превозните средства е започнало в началото на 1960г. с фундаментални изследвания по проекти за автоматично управлявани системи и автономни трактори. Неотдавна, развитието на роботизирани системи в селското стопанство е било подложено на засилен интерес, което кара много експерти да проучат възможностите за разработване на по-рационални и приспособими превозни средства въз основа на поведенчески подход. А в съчетание с прилагането на нови сензорни системи, комуникационни технологии, системи за позициониране (GPS) и географски информационни системи (ГИС), са позволили на изследователите да разработят нови автономни превозни средства за култури с висока стойност в селското стопанство и градинарството, както и за управление на ландшафта.

Видовете автономни роботи
Роботът за бране на пипер cRops е нов проект, който е част от Седмата рамкова програма на Европейския съюз, която е фокусирана върху създаването на роботи за събиране на реколта от култури с висока стойност. Роботизираната платформа ще позволява целенасочено пръскане само на избрани цели и селективно бране на плодове. Роботите ще могат да откриват плода, да отчитат неговата зрялост, а след това да откъснат само узрелите плодове. Другата цел, която си поставят роботните инженери, е да се разработят методи за надеждно откриване и класификация на препятствия и други предмети, за да се позволи успешна автономна навигация и работа в насаждения и гори.

Масачузетската компания Harvest Automation също се е фокусирала върху парниковата и разсадниковата автоматизация, като е разработила роботи, снабдени с жироскопи, които могат много бързо да пренасят кофи или сандъчета с най-различен размер и да ги подреждат съвършено точно в редици на еднакво разстояние едно от друго. В момента пробните модели се тестват в 11 разсадника в САЩ, а в зависимост от модела, цената е съизмерима с цените на стандартната селскостопанска техника. Инвестицията за такъв робот може да бъде върната в рамките на около 2 години, тъй като може да работи по 24 часа, което замества работата на около 10 човека, като се избягва постоянното наемане и освобождаване на сезонни работници.

Друг вид роботизирана машина е роботът за бране на домати, който е разработка на Panasonic. С новоразработените сензори и технология за обработка на изображения, роботът може да преценява цвета, формата и местоположението на плода. Изключително прецизен, той не оставя никакви следи върху откъснатия домат, а ако бъде свързан и с другите функции е възможно и сам да събира доматите в кошници, които също автоматично да сменя, когато се напълнят. С това роботът дава възможност да се автоматизира целият процес по прибирането на реколтата.

Френският изобретател Кристоф Милот е създател на самоходен робот-гроздоберач, който извършва още резитба на лозята, премахване на младите филизи и мониторинг на почвата и лозата, дали са здрави. Роботът, който се казва Wall-Ye, е способен да обере гроздето от 600 растения дневно. Той е снабден с жироскоп, както и с GPS модул, който помага за определяне на местонахождението, като е снабден и със система за защита от крадци.

Австралийски изследователи пък са разработили робот, който е предназначен да пази добитъка, влизайки в ролята на кучетата, който го правят в момента. Този вид робот обаче, е все още във фаза планиране, но отчетените резултатите на прототипа са много добри. Използват се 2D и 3D сензори, както и глобалната технология за позициониране, с която се задава мястото, където кравите трябва да отидат. Темпото на предвижване на робота е съобразено с това на кравите, като им позволява спокойно ходене. В скоро време обаче едва ли ще влезе в експлоатация.

Друга иновация в роботиката е роботракторът Greеnbot, чийто производител е холандка компания, която първа въвежда безпилотен трактор, който е представен и на изложението Агритехника в Германия. Роботът е подходящ за озеленяването и градинарството, и по-конкретно за действията, които се повтарят ежедневно. Софтуерът на машината е разработен от Probotiq, а хардуерът от Conver. От техническа гледна точка, машината притежава четирицилиндров двигател Perkins с мощност 103к.с., а задвижването е хидростатично, с по един двигател на всяко колело, като има общо четири режима на управление. В Холандия вече се правят тестове на роботракторът за почистване на растителността около дърветата в овощна градина.

Роботът LettuceBot, който обработва полета с марули, свежи плодове и зеленчуци, е друга иновация, която е разработена от инженерите Jorge Heraud и Lee Redden и е тествана от Blue River. Изобретението премахва ненужните листа от нивите за времето, за което това биха свършили около 20 работника, като целта е да се поеме тежкия ръчен труд. Роботът е произведен с компютърни сензори, фина електроника и GPS система, а чрез камери и видео разпознаване открива излишните растения и ги премахва, като в същото време обогатява почвата и унищожава вредителите.

Испанската фирма Agrobot пък представи първият прототип способен да бере ягоди. Инженерът Juan Bravo е заявил, че тестовете, проведени на площи в САЩ, са били успешни. Роботът е бил използван през лятото в Калифорния, където се произвеждат 40% от общото количество ягоди, които се произвеждат в държавата. Установено е, че роботът намалява разходите за събиране на реколтата с 50% за пресни ягоди и с около 90% за промишлени ягоди, които се използват за производството на пюрета и кисели млека. Двадесет и четирите ръце, които има роботът, са координирани от оптичен сензор, като самостоятелно преценява, на базата на размер, цвят и качество, кои ягоди да бъдат откъснати, а след това ги поставя на конвейерна лента, където те се опаковат.

Бъдещето и роботизираните машини
Въпреки твърдението на мнозина, че внедряването на технологиите ще остави стотици хора без работа, селскостопанското производство се развива с много бързи темпове. През последните няколко десетилетия толкова се е развило, че е трудно да си представим как ще изглежда след още няколко десетилетия. Затова не трябва да се изненадваме, ако след 10 години, докато минаваме покрай земеделските площи, видим да лети малък хеликоптер, който се намира над полето и се спуска към определен вид култура, използвайки роботизирано устройство за захващане, с което да извършва манипулации по листата й или да търси насекоми вредители, а след това да се отправи към следваща част от полето, която предварително му е зададена за обработка.