Роботизация в селското стопанство

В днешния забързан свят селскостопанският сектор преживява забележителна трансформация, поставяйки началото на нова ера на производителност и ефективност в земеделието. В челните редици на тази революция са напредналите роботизирани технологии, които променят начина, по който икономиките подхождат към селското стопанство. Тези интелигентни машини не само рационализират традиционните земеделски практики, но също така се справят с предизвикателствата, породени от нарастващото глобално население и необходимостта от устойчиво производство на храни.

Текст: списание АгроБио Техника

Тъй като развитите икономики са изправени пред нарастващ натиск за увеличаване на селскостопанската продукция, без да се прави компромис с опазването на околната среда, интегрирането на роботиката в селскостопанските практики се оказва фактор, който променя правилата. От прецизно наблюдение на агрокултури до автономно прибиране на реколтата - роботите са водещи в максимизирането на селскостопанската производителност, насърчаването на устойчивостта и пробивите в бъдещето на земеделието в развитите нации. Нека се задълбочим в тяхното въздействие върху съвременното селско стопанство.

Селскостопански роботи за прибиране на реколтата

Брането е една от най-честите задачи за селскостопанските роботи. Всъщност в много развити страни, особено в сектора на градинарството, все по-голямо количество бране на плодове и зеленчуци се извършва с помощта на тези роботи. Въпреки че е доста досадна работа, прибирането на реколтата също изисква деликатен подход, тъй като плодовете и зеленчуците са силно податливи на одраскване, разкъсване и повреда. Специалисти са разработили сложен визуален хардуер и софтуер, така че роботите да могат лесно да разграничават различните части на културата като листа, стъбло и плод, след което да бъдат откъснати с помощта на роботски ръце или други уреди, спомагащи внимателното бране.

Роботите са екипирани с набор от сензори, включително камери, LiDAR (light detection and ranging) и инфрачервени сензори, които им позволяват да възприемат и влияят върху средата около тях. Тези сензори помагат на роботите да намират узрели плодове, да преценят качеството им и да се движат из посевите без да увреждат растенията. Сърцето на тези роботи се крие в техните сложни AI алгоритми. Чрез машинно обучение тези роботи могат да учат и да се адаптират към различни сортове култури, почвени условия и сезонни промени. Те непрекъснато подобряват практиките си за прибиране на реколтата въз основа на миналия опит, като гарантират ефективност и точност в задачите си.

Роботите за прибиране на реколтата в земеделието са оборудвани с роботизирани и специализирани захващащи устройства, пригодени за работа със специфични култури. Тези ръкохватки са проектирани да имитират сръчността на човешката ръка, позволявайки на роботите да берат плодове и зеленчуци деликатно, без да причиняват щети. Повечето селскостопански роботи са оборудвани с колела или вериги за ефективно придвижване през полето. Някои по-усъвършенствани модели могат дори да използват дронове или въздушни устройства за изследване и наблюдение на по-големи земеделски площи, позволявайки по-цялостен подход към прибирането на реколтата.

Ето и някои примери от практиката. Беритбата на марули остава сложна за роботи, поради крехката природа на растението и близостта му до земята. Но изследователи от университета Кеймбридж направиха пробив с Vegebot, прототип, задвижван от компютърно зрение. Ето как работи: една камера сканира марулята и показва палец нагоре или надолу за прибиране на реколтата. След това втора камера, разположена близо до острие, насочва инструмента за изваждане, без да смачква растението. Междувременно AI алгоритъм за машинно обучение „учи“ робота да избягва неузрели или болни марули.

Компанията FFRobotics също допринася за развитието в агрокултурните роботи. Тя разработва роботизиран комбайн за плодове за търговския пазар. Роботизираната система на компанията използва компютърно зрение, за да идентифицира зрели плодове и имитира движенията на човешка ръка, докато бере ябълки. Според уебсайта на компанията, роботизираният комбайн е 10 пъти по-бърз от хората-берачи. Въпреки че все още е в процес на разработка, компанията е получила финансиране от изследователската програма Horizon на Европейския съюз.

Селскостопански роботи за борба с плевелите

Ако някога сте се грижили за лична градина, добре знаете, че задължения като косене и борба с плевелите са едновременно важни и трудни. Търговски ориентираните земеделци също го знаят, но в огромен мащаб. Дори когато редуването на културите е възможно, много големи съоръжения разчитат поне донякъде на използването на хербициди. Но като се имат предвид фактите, че растенията могат да станат резистентни към средствата за унищожаване на плевели и че потребителите са все по-чувствителни към химически третираната храна, това едва ли е идеалното решение. А косенето е отнемаща време отговорност за големи ферми. Ето защо роботите за управление на плевели и косене, включително такива, които включват усъвършенстван AI, са привлекателна опция.

Като пример може да посочим LaserWeeder на Carbon Robotics използващ AI и компютърно зрение, за да управлява контрола на плевелите за специални култури. Косачките са в състояние да разграничат посевите от плевелите и след това да използват лазерна технология, за да унищожат плевелите, без да причиняват щети на културите. Компанията казва, че нейната технология може да подобри качеството на културите, като същевременно намали разходите.

Scythe Robotics произвежда автономни електрически косачки, за да гарантира, че поддръжката на посевите е ефективна и устойчива. Косачката M.52 на компанията е оборудвана с дузина сензори, които позволяват 360-градусово възприятие, както и усъвършенстван изкуствен интелект, който прави възможно машината да навигира около препятствия.

Агрокултурни роботи в оранжериите

Заедно с въвеждането на селскостопански роботи на полето, едно от следващите големи постижения в автоматизацията на земеделието ще бъде въвеждането на полето в самите роботи - изцяло роботизирани парници. Има няколко стартиращи фирми, които помагат да се засади семето на бъдещето на роботизираната оранжерия. Не всичко може да се отглежда по този начин, но при определени култури подобренията са поразителни. Тези компании обещават драстично намаляване на количеството използвана вода - между 90 и 95 процента по-малко за еквивалентен добив на реколта и могат да се похвалят с контролирана вътрешна среда, която елиминира нуждата от пестициди.

Bowery Farming например, подрежда слоеве от тави, всяка пълна със зеленчуци, в традиционния формат за вертикално отглеждане в своите ферми на Източното крайбрежие на САЩ. Компанията използва роботика, изкуствен интелект и светодиоди за отглеждане на листни зеленчуци и билки. В съоръженията на Bowery Farming собствена операционна система и сложен набор от сензори събират данни и поддържат свръхпрецизен баланс на вода, температура, хранителни вещества и влажност. В същото време екип от вертикални роботизирани фермери помагат при прибирането и наблюдаването на реколтата.

Вътре в това, което Iron Ox описва като „първата в света автономна ферма“, два свързани с облака робота наблюдават растежа на зеленолистни като римска и маслена маруля, китайско зеле, къдраво зеле и рукола, както и разнообразие от билки. То представлява пространство от 8000 квадратни фута, приличащо повече на изследователска лаборатория, отколкото на земеделско поле. Цялата продукция се отглежда в тежки хидропонни шушулки. Използвайки компютърно зрение и сензори като свои „очи“, един робот върши тежкото повдигане, транспортирайки капсулите през съоръжението. Вторият анализира и бере отделните растения. Всичко това се случва под високоефективни LED светлини и под зоркия поглед на дузина роботи и учени на място. Iron Ox започва производство в родния си град Сан Карлос, Тексас и продуктите на компанията вече се предлагат в няколко щата в западните и южните региони на страната.

Дронове за заснемане или засаждане на семена

Въздушните изображения могат да спестят много време на фермерите, като им дадат визуализация на посевите от птичи поглед. По този начин те могат бързо да придобият представа за здравето на растителността, проблемите с насекомите, плановете за напояване и растежа на плевелите. Дори им позволява да определят от точно колко пестициди се нуждаят от културите.

Земеделските стопани могат да използват различни абонаментни услуги за достъп до тези ценни изображения на своите полета – термални, инфрачервени и NDVI (нормализиран индекс на растителната разлика) , но немного компании са се потопили в изцяло безпилотните летателни апарати. Това най-вероятно се дължи на ограниченията на авиационната администрация спрямо автономните дронове, които изискват пилотите да бъдат незабавно готови да поемат контрола над дрон. Малките безпилотни летателни апарати също трябва да се държат в рамките на линията на видимост на пилота, когато са във въздуха.

На практика вече съществуват такива компании. Ето някои от тях, които доказват, че има място за прогрес, що се отнася до селскостопански изображения, засаждане на семена и засяване. American Robotics е eдна от няколкото компании, които правят забележителни пробиви в областта на агротехнологиите. Това е именно и екипът зад Scout, дрон за въздушни изображения, който отговаря на т.нар. модел „дрон в кутия“.

Между полетите Scout се помества в защитена от атмосферни влияния кутия, където се самозарежда и обработва чрез периферно изчисление всички данни, които е събрал. За да изследва полèтата, горната част на кутията се отваря и напълно автономният дрон излита, използвайки изкуствен интелект, за да начертае и проведе маршрута си. По време на мисии, които могат да бъдат планирани или стартирани при поискване, Scout събира данни за стреса на културите, които фермерите могат да използват през целия жизнен цикъл на културата.

Всеки пилот на дрон, който иска да управлява устройство, което тежи повече от 55 паунда при излитане, трябва да подаде иск за специално освобождаване от FAA (Федералната авиационна администрация към Министерство на транспорта на САЩ). Това означава, че земеделските производители, които не са го направили, а искат да разпръснат семена с дрон върху своята площ, са ограничени от това колко килограма семена могат да разпръснат наведнъж. Но все пак редица производители са разработили дронове, продавани специално за тази цел.

UAV Systems International продава два типа дрона, които разпръскват семена и торове, един с капацитет на товара от около четири паунда и друг с приблизително 11 паунда. И двете имат обхват на полета от две мили и ограничение от 20 минути, според компанията. UAV също така предлага дронове за пръскане на растения и дронове за наблюдение, които инспектират здравето на растенията.

Ползи от агророботите

Интеграцията на роботите в аграрните практики носи многобройни ползи. Една от тях е повишената ефективност. Агророботите могат да работят неуморно и денонощно, като значително повишават ефективността на земеделието. Те не се изморяват и не изискват почивки, което води до по-бързи и постоянни резултати в сравнение с ръчния труд. Друго преимущество е спестяването на разходи. Докато първоначалната инвестиция в селскостопански роботи може да е значителна, дългосрочните ползи включват намалени разходи за труд и повишена производителност, което ги прави рентабилни в дългосрочен план. Няма как да пропуснем да споменем характерните за роботите прецизност и качество. Тези роботи могат да бъдат програмирани да прибират реколтата при оптимална зрялост, да отстраняват плевелите по възможно най-безопасен начин и да създават възможно най-благоприятни условия за растенията, осигурявайки продукция с по-високо качество и минимизирайки отпадъците.

Използването на AI и сензори им позволява да вземат решения, базирани на данни, за възможно най-добър резултат. Агророботите са и решение на недостига на работна ръка. Тъй като много региони са изправени пред недостиг на селскостопански работници, роботите представляват жизнеспособно решение на този неотложен проблем, като гарантират, че реколтата се прибира ефективно и навреме. Друго предимство е устойчивостта. Чрез оптимизиране на техниките за прибиране на реколтата, отстраняване на плевелите, намаляване на отпадъците и други селскостопански практики, роботите допринасят за устойчиво земеделие. Освен това, тези роботи могат да помогнат за минимизиране на употребата на вредни химикали и пестициди, допълнително насърчавайки екологичното земеделие. В допълнение адаптивността на агророботите позволява на фермерите лесно да мащабират своите операции. Независимо дали става въпрос за малка семейна ферма или голямо търговско земеделско предприятие, тези роботи могат да бъдат интегрирани в различни земеделски съоръжения.

Предизвикателства и перспективи

Въпреки споменатото по-горе, е важно да се признаят някои предизвикателства, свързани с роботите в селското стопанство. Такова може да се окаже високата първоначална инвестиция. Разходите за закупуване и поддръжка на селскостопански роботи могат да бъдат значителни, което затруднява по-малките фермери да възприемат тази технология. Друга пречка може да е и техническата сложност. Работата и поддръжката на тези сложни машини може да изисква специализирани знания и умения, което представлява предизвикателство за фермерите, които не са добре запознати с технологиите. Също така агророботите едва ли са подходящо решение за ферми с разнообразие на културите.

Разработването на роботи, които могат ефективно да боравят с широка гама от култури с различни форми, размери и текстури, остава техническо предизвикателство. Някои култури все още може да изискват ръчен труд поради деликатния им характер. Да не забравяме и някои регулаторни и етични опасения. Както при всяка нововъзникваща технология, може да има опасения относно безопасността, отговорността и етичните последици, свързани с използването на автономни машини в селското стопанство.

Въпреки тези предизвикателства агророботите представляват обещаващо бъдеще за земеделската индустрия. Тъй като технологията продължава да се развива и става все по-достъпна, можем да очакваме да видим още по-усъвършенствани и ефективни селскостопански роботи, които ще трансформират начина, по който произвеждаме и консумираме селскостопански продукти, като в крайна сметка ще допринесат за един по-устойчив и продоволствено сигурен свят.