Нови оранжерийни технологии Роботи, дронове, LoRa мрежи

Роботи, сензори и дронове са в готовност да помагат в оранжериите на производителите на пресни плодове и зеленчуци. Макар, че много хора се боят, че „роботите ще лишат от работа човеците“, истината е, че машините са замислени да отнемат само рутинната, повторяема и изморителна дейност. Така земеделците могат да използват времето си по-пълноценно за неща, за които по-рано все не им е достигало време, като например да планират подобрения и разширения на фермите си. 

Текст: списание АгроБио Техника

За малките и големите, органичните и „химизираните“ земеделски стопанства - роботите, сензорните технологии, интернетът на нещата, както и дроновете могат да се окажат ценен съюзник в бъдеще. При това в обозримо бъдеще! Налице е цял арсенал от възможности. Роботи могат да пръскат или да берат, сензори могат да следят химичния състав на почвата, а дронове да следят растежа и да дебнат за вредители.

Ограничени под покрива на оранжерията, роботите са лесно управляеми. Тук най-добре се усещат ползите от така нареченото „прецизно земеделие“ - метод, базиран на точни измервания и реагиране според промените на текущите обстоятелства и потребности.

Робот в оранжерията

Употребата на роботи в оранжерията вече се възприема като нещо естествено в някои страни по света. Според разнородните данни от малкото правени проучвания по темата, най-често използваните машини са роботите за пръскане. Втори по популярност са роботите за засаждане и беритба.

Като лидер в автоматизацията на оранжерийното производство се сочи Нидерландия, като 11% от парниците там използват роботи за някоя от своите земеделски дейности. Данните показват, че роботите-пръскачи се прилагат най-често - 24,7%.

Роботите за оран не са особено популярни при оранжериите – те са предпочитани главно за използване на открито. Все пак, ако подобни машини бъдат приложени в оранжерията, те могат да предложат икономия на енергия и важна грижа за работниците. 

Около 90% от енергията, използвана в земеделието е свързана именно с оран, сочат някои статистики. Това е причината, поради която се обръща все повече внимание на възможността за автоматизирано разораване. От друга страна, традиционно оранта в оранжерията е свързана с фактор на вреда върху човешкото здраве - запрашеност в закрито пространство, както и отделяне на вредни газове от двигателите с вътрешно горене. Ако обаче задачата се изпълнява роботизирано, рискът за хората намалява значително.

Роботите за засаждане са много ефективни в оранжерийни условия. В много случаи роботите преминават по дължина на реда и в процеса на движението си се разтваря бразда, в която след това спускат разсада. Немалко модификации пък разчитат на отваряне на гнездо в почвата чрез свредел. Съществуват дори концептуални модели, които предвиждат моментално поливане след поставянето на корена в почвата. Тъй като в оранжерията теренът е равен, а почвата рохкава и добре подготвена, машините могат да работят лесно и безаварийно и да засаждат по-бързо от работниците.

Роботите за пръскане са много желано решение за справяне с плевелите. В по-стария прочит това са самоходни контейнери с множество дюзи, които преминават между редовете с насажденията. Тази концепция обаче отстъпва място на роботите за прецизно пръскане.

Обичайно те разчитат на камера или набор от камери, с които сканират растенията. Разпознаването се осъществява чрез компютърен алгоритъм. Накратко, заснетият образ се сравнява в с предварително въведена база данни с образи на растения и в зависимост от съвпаденията с наличното описание, роботът разбира кой вид „вижда“. Следва пръскане на малка доза хербицид върху конкретното нежелано растение. По този начин се третират само плевелите, а плодоносните растения остават незасегнати. Спестяването на хербицидния разтвор достига до 90%, според производителите. Това на свой ред пести на фермера огромни финансови ресурси.

Макар, че спестяват средства и време, тези роботи не отговарят на нарастващата нужда на обществото от екологично чиста храна. Затова индустрията разработва други роботи – такива, които плевят прецизно. Роботите за плевене са сред най-желаните в земеделието, защото ръчното справяне с плевелите е досадна и тежка задача за всеки стопанин на оранжерия.

Плевящите роботи са доста разнообразни и разчитат на свредла или лопатки, за да преобръщат и преравят повърхностния слой на земята заедно с плевелите. За целта те използват отново компютърно зрение. Така познават полезните растения и ги заобикалят. Съществуват модели роботи, които проникват с помощта на своеобразни метли около стеблата на отглежданите растения, за да измитат дребните, новопоникнали плевели между тях.

Все по-актуално е захранването на роботите със соларна енергия – обичайно чрез колектор, монтиран отгоре. Предвид непостоянния характер на слънчевото греене, обаче задължително се разчита и на зареждане от електропреносната мрежа.

Една концепция, привлякла огромно внимание в последно време, е индивидуалното унищожаване на всеки плевел с помощта на мини-мълния. За целта роботът носи в себе си добре заредена батерия. По този начин, при правилно разпознаване на полезните растения, се постига максимална ефективност на унищожаването на плевелите, без да се докосват плододайните насаждения. Въпросната концепция е напълно реалистична, разглеждана в контекста на очакваното бъдеще, в което автомобилите, камионите и селскостопанската техника ще се задвижват от електромотори. Технологията вече се изпитва в редица ферми във Великобритания. Очаква се да бъде достъпна през 2021 година. С това разработчиците се надяват да поставят началото на еволюционна пост-глифозатната ера в земеделието.

Роботите за пренос на продукти са друга категория оранжерийни роботи, които стават все по-популярни в парниците по цял свят. Класическата технология разчита на своеобразна поточна линия, която изнася набраната продукция между редовете в оранжерията до нейния изход. Новият прочит на тази система включва роботи с нисък център на тежестта. Те могат внимателно да вземат щайгите с набрани плодове и да ги откарват навън, движейки се например по релси. Това налага на стопаните на оранжерията да спазват определено отстояние между редовете, за да има място за релсовите трасета.

Друг вид роботи са тези за пренареждане, често използвани в оранжериите за цветя и разсади. Тяхната задача е постоянно да разместват саксиите. Целта е да се осигурят най-добрите условия за всяко растение от гледна точка на светлина, топлина и други условия на обкръжаващата среда. И във фермите за саксийни цветя, и в оранжериите за разсад, е важно всяко коренче да получава достатъчно топлина, светлина и вода, за да расте добре. Понякога разположените в краищата насаждения или пък тези до вратата страдат поради хлад или течение. Затова роботите грижливо разместват саксиите така, че да няма слабо развиващи се растения.

Роботите-берачи са най-голямото предизвикателство за разработчиците на автоматика в земеделието. Въпреки напредъка в технологията, повечето разработки досега се реализират значително по-бавно. Налице са роботи за бране на домати, пипер, ягоди. С помощта на компютърно зрение роботите разпознават зрелите плодове и дори могат да оценяват степента на тяхната зрялост. Например, ако доматът е узрял на 80%, алгоритъмът изчислява, че този плод трябва да бъде откъснат. Берачът поднася механизирана ръка-кошница към домата, а друга механизирана ръка с ножица прерязва дръжката. 

Ключов проблем за роботите-берачи остава голямото разнообразие, което съществува сред всички сортове при всяка култура. Всеки сорт се характеризира със собствена променливост на размера на плода, своя форма, светлоотразяваща способност, нюанса в цвета и признаците при зрялост. Друг проблем остава видимостта към плодовете. В реалната среда в парника плодът може да се окаже скрит от листата на растението.

Поради тези фактори роботите-берачи се развиват с различен темп за различните сфери на земеделието. Най-голямо усилие се влага в разработването на роботи за бране на ягоди. Така е, защото на много места, където този вид плодове се отглежда, периодът на беритбата е дълъг. Много усилия за разработване на роботизирани берачи се влагат и в посока събиране на продукцията от оранжерии за домати. 

Роботите-картировачи са друг клас оранжерийни роботи. Тяхната задача е да гледат с помощта на компютърното си зрение и да преброяват отглежданите растения в парника, като правят и карта на насажденията. За малката ферма това изглежда ненужно, но за големите оранжерийни комплекси е важно да се знае колко са наличните корени, за да се прогнозират добивите. По-същественото е, че на база изготвените карти, с прецизна локализация може да се програмира движението на всички останали роботи – например тези за пръскане против вредители, за бране и др. 

снимка: Sweeper

Сензори и LoRa мрежи

Сензорите не са новост в селското стопанство. Те помагат на много фермери да следят параметрите на вътрешния микроклимат в парниците си и да автоматизират управлението на системите за контрол на този микроклимат – напояването, проветрението, отоплението.

За момента отглеждането на повечето оранжерийни култури се управлява най-вече въз основа на лични наблюдения и инстинкт. Според изследователите, сензорите могат да доразвият и разгърнат усета и наблюдателността на фермера. Така например, когато забележи цветни петна по листата на своите насаждения, фермерът знае, че става дума за недостиг на дадени микроелементи в почвата и може да добави този микроелемент в торовата смес. Това обаче значи, че растенията са преживели известно време в условия на дефицит и съответен стрес. При наличието на сензори за състава на почвите не се стига дотам. Фермерът знае за дефицита още преди да са се появили петна по листата. Тоест, реактивният метод на отглеждане ще бъде заменен от проактивен подход.

Сензорите позволяват мониторинг в реално време. Информацията води до вземането на решения на ранен етап, за да се спестят заболявания по растенията, дефицити и други проблеми. Това осигурява постоянни благоприятни условия за културите, за да се гарантират по-високи добиви, по-добро качество на продукцията, по-голяма устойчивост и по-ефективно използване на енергията, водата и хранителните вещества. 

Ново развитие в областта на сензорните системи са LoRa мрежите. Съкращението е от Long Range (дълго разстояние). Става дума за сензори, които могат да предават данни на дълги разстояния при изключително ниска консумация на енергия.

С технологията за LoRa мрежи безжични сензори могат да изпращат данни от фермата до т.нар. изчислителен облак в интернет чрез частни или публични мрежи, така че фермерите да имат лесен достъп до данни за състоянието на оранжериите си. Данните могат да се предават на разстояния до 15км от сензори с батерии, които имат толкова ниска консумация на енергия, че могат да работят в продължителност до 10 години. Това означава по-ниски разходи за поддръжка и експлоатация на сензорните мрежи.

В същото време сензорите спестяват много усилия и човешки труд. Може да се следи влагата в почвата, съставът й, температурата на въздуха, влажността му и т.н. Чрез сензорите в оранжерията, фермерите могат да наблюдават микроклимата по всяко време, без значение къде се намират – докато са в склада, в офиса, докато путуват из страната или извън нея. Могат да автоматизират системите за напояване, отоплението и охлаждането, а също така и наторяването. Възможно е да се следят процесите в складовете и халетата, машините за обработка на насажденията, дори да се осъществява пряко наблюдение върху метеорологичните условия извън оранжериите, за да прецизират дейностите вътре – например затваряне на врати при проливен дъжд с цел предпазване от наводняване.

Дроновете в оранжерията

Навярно за мнозина би изглеждало странно да се пускат летящи дронове в оранжерия. Те обаче имат някои полезни приложения, които оранжерийните производители си струва да обмислят. Пръскането е една от дейностите, които, подобно на роботите, може да се автоматизира чрез дрон. Макар, че тази практика е по-популярна и приложима в откритите поля и овощни градини, в парника също има потенциал за пръскане чрез дронове, като по този начин пестят време и човешки труд.

Безопасната проверка на конструктивните компоненти е сред нещата, които дроновете могат да правят. Повечето собственици на оранжерии разчитат на човешки труд за инспектирането на улуци, покривни материали, кабели, мотори, вентилатори. Нерядко достъпът до тях е труден и работата е бавна. Дронът обаче литва и оглежда за секунди, а всичко видяно се запечатва на видео. Работата на хора по поддръжката и инспектирането на компоненти в оранжериите непрестанно крие риск от злополука – например падане от стълба. Намесата на дрона може да спести тази опасност.

Нанасянето на засенчващ разтвор върху оранжерията е друга процедура, която може да се извършва чрез дрон и има основание да се смята, че резултатът ще е отличен. Все пак не много ферми могат да си позволят наемането на самолет, който да извършва тази процедура.

Изследванията и мониторингът на насажденията е темата, за която най-много се говори, когато става въпрос за приложението на дроновете в оранжерията. Разработките разчитат основно на компютърно зрение, за да разпознават вредители или признаци на болест – петна, точици, подвиване на листа и т.н.

Това обаче е и областта, в която дроновете засега са най-слаби. Предизвикателството при мониторинга на културите е в многообразието от растения и различните проблеми, които могат да възникнат по тях. Нужна е наистина голяма база данни и сериозен изкуствен интелект, за да може машината да разпознава различните болести, които могат да засегнат даден вид - напр. недостиг на хранителни вещества, заразяване с вредители, воден стрес. Засега използването на дронове в това направление би било полезно като предупреждение на производителя, че „нещо не е наред“ и растителността се нуждае от внимание.

За целите на продажбите и маркетингът, земевладелецът може да се възползват от дроновете в оранжерията – аспект, който остава подценен. Всички земеделски предприятия могат да събират аеро-фото-кадри от своите производствени пространства и да използват тези гледки за търговски изложения, социални медии и бизнес-уебсайтове. Перспективата, предлагана от изображенията, направени на тези ниски височини, е забележителна, и кара зрителя да потръпне. Има и други приложения на дроновете в оранжериите, които можем да очакваме в идните години. Изкуственото опрашване е една от тях.

В близко бъдеще дроновете ще имат и още една роля във фермата - да вземат набраната продукция и да я доставят до потребителите. Предвид способността на съвременните товарни летателни апарати да носят до 4 тона полезен товар, това означава, че наземният транспорт на плодове и зеленчуци може пълноценно да бъде заменен от дроновете.