Как в сельском хозяйстве роботизировать сбор плодов сообщение

Обновлено: 02.05.2024

За последние годы возросло число роботов, которые выполняют различные операции в агропромышленности. По прогнозам аналитической компании Transparency Market Research, к 2024 году доходы отрасли сельскохозяйственной робототехники вырастут примерно до 5,7 млрд долларов. Эксперты исследовательской компании Global Industry Analysts Inc отмечают, что с вероятностью в 76% умные машины заменят людей в фермерской работе через 20 лет.

Какие проблемы помогают решить агроботы?

По прогнозам демографов, растущая численность населения планеты к 2050 году достигнет 10 миллиардов человек. Для удовлетворения потребностей людей в пище производство сельскохозяйственной продукции должно увеличиться на 25%.

Глобальная миграция населения из сельских районов в города и пригороды повысила спрос на продовольствие в этих регионах. А отход населения от традиционных фермерских общин и передел бывших сельскохозяйственных угодий под промышленность и жилые помещения вызывает необходимость развития точного земледелия (система ведения сельского хозяйства с использованием современных технологий на всех этапах – прим. ред.).

Как развивается робототехника для сбора урожая за рубежом?

Итак, один из главных сегодняшних трендов в агропромышленной области – переход к точному земледелию. Такой подход дает компаниям повышение урожаев, экономию агрохимикатов и другие преимущества. Ключевой фактор роста рынка технологий точного земледелия – автоматизация и роботизация процессов. Следующая тенденция – автономность. Аграриев интересуют автономные роботы, которые принимают решения с высоким уровнем самостоятельности. Также успешно развиваются системы master-slave, которые позволяют одновременно управлять несколькими машинами.

В мире уже существуют сельскохозяйственные дроны, роботы для мониторинга и анализа состояния растений, опрыскивания, внесения удобрений, удаления сорняков и уборки урожая многих культур. Однако в последней области осталось много неохваченных направлений. Например, уборку зерновых или картофеля роботизировать проще, чем сбор фруктов. Это происходит из-за строгих технических требований к работе с последними. Во-первых, система видеофиксации должна определять степень зрелости фруктов. Иначе робот может сорвать неспелые плоды. К тому же, не все умные машины легко настроить для уборки разных сортов одной культуры.

Во-вторых, робот должен уметь срывать плоды так же аккуратно, как человек, чтобы не повредить их. Ведь одна царапина на помидоре может привести к быстрой порче всех овощей в коробке. Однако сложно создать мягкий и гибкий манипулятор, который способен аккуратно снять с грядок персики, томаты и клубнику разной формы.

Американский поставщик ягод Driscoll’s изменил принцип посадки растений специально для роботов. Грядки с клубникой размещают на специальных возвышениях, чтобы алгоритму проще было разглядеть ягоды.

Также интересное решение предложил британский изобретатель Ричард Дадли. Он разработал робота, который с помощью электромагнитного излучения находит самые спелые плоды клубники. Механизм анализирует растения с помощью микро-, радио-, терагерцового и инфракрасного излучения. Микроволны помогают измерить содержание воды в ягодах, а также делают листья визуально прозрачными для робота, поэтому он не обращает на них внимания.

Но в первую очередь компании уделяют внимание совершенствованию систем искусственного интеллекта и компьютерного зрения. Они позволяют роботу находить плод среди листьев и верно оценивать его степень зрелости. Разработкой агроботов для сбора урожая с использованием ИИ, компьютерного зрения и сенсоров занимается ряд зарубежных организаций: Agrobot, Abundant Robotics, FFRobotics, Dogtooth Technologies, Octinion и другие.

А в Японии робота научили собирать помидоры. Машина с ИИ, которую создали в компании Panasonic, трудится на одной из японских ферм. Робот срывает один помидор своей механической рукой каждые 6 секунд. Человек тратит на каждый помидор по 2-3 секунды, но работает в теплице только 3-4 часа. Робот же способен трудиться по 10 и более часов, в том числе и ночью.

Вот лишь некоторые из десятков умных машин, которые появились на службе сельского хозяйства в последние годы. Сейчас идет активная роботизация этой сферы во многих зарубежных странах. С усовершенствованием технологий ИИ и компьютерного зрения роботы для сбора урожая станут еще более надежной рабочей силой в теплицах и на полях.

Собирают ли роботы урожай в России?

На сегодняшний день сельскохозяйственные роботы все еще остаются редкостью в нашей стране. Их можно встретить только на самых модернизированных производствах. Россия пока отстает от зарубежных инноваций в данной сфере. Тем не менее, роботизацией сельского хозяйства в России интересуются и занимаются.

Мы спросили у представителей российских агрокомпаний, используют ли в их организациях сельскохозяйственных роботов для уборки урожая. Также мы поинтересовались планами компаний по внедрению таких инноваций.

«Это интересная тема, но в нашей компании не используют роботов для сбора урожая, – ответил Виктор Ментешов, начальник ИТ “Агро-Белогорье”. – Мы думаем над их внедрением, но конкретных планов у нас пока нет. В первую очередь, рассматриваем беспилотный комбайн для уборки зерновых культур. У нас есть сады, но я еще нигде не видел, чтобы робот собирал яблоки.

Роботы – специализированные технологии. Чтобы ввести их в производственный процесс, нужно менять подход к нему. Тем более, разработка умной машины должна быть не на этапе пилотного проекта, а в стадии промышленной эксплуатации. То есть для внедрения робота в производство нужно, чтобы он доказал возможность своего использования реальными результатами.

Автоматизация постепенно проникает в сферу сельского хозяйства как за рубежом, так и в России. Благодаря инновациям компании уже могут роботизировать посадку семян, обработку земли, разбрызгивание пестицидов, а также уборку зерновых культур. Но роботы-сборщики овощей, фруктов и ягод – по-прежнему редкость. Респонденты CFO Russia отметили, что не знают о массовом применении таких роботов в какой-либо из российских агрокомпаний и сами пока не собираются их внедрять. Такое решение во многом обусловлено новизной технологий, их недостаточным распространением и совершенством, и, следовательно, сложностью организации уборки урожая с помощью агроботов.

Timeweb - компания, которая размещает проекты клиентов в Интернете, регистрирует адреса сайтов и предоставляет аренду виртуальных и физических серверов. Разместите свой сайт в Сети - расскажите миру о себе!

Виртуальный хостинг

Быстрая загрузка вашего сайта, бесплатное доменное имя, SSL-сертификат и почта. Первоклассная круглосуточная поддержка.

Производительность и масштабируемые ресурсы для вашего проекта. Персональный сервер по цене виртуального хостинга.

Выделенные серверы

По мере того, как на планете растет популяция роботов, момент, когда машины станут основным производителем пищи - это лишь спор о времени, когда это станет очевидно. На картинках ниже показано, как может происходить робо-революция в сельском хозяйстве в период до 2050 года, почему она необходима, и каких результатов позволит добиться.

Сейчас фермерские хозяйства планеты дают порядка 360 млн тонн пищи в год. К 2050 году требуется обеспечивать не менее 1,2 млрд тонн пищи в год. Без роботов эта задача не может быть решена.

Если сегодня требуется обеспечивать продовольствием порядка 7 млрд человек, к 2050 году, если не случится серьезных войн, нужно будет снабдить продуктами питания население в количестве 8.9 - 9.7 млрд человек.

Сельскохозяйственное производст во является неэффективным, неоходимы существенные изменения, чтобы оно соответствовало будущим потребностям человечества. Использование роботов существенно повысит эффективность фермерства.

Сейчас фермеры должны ограничивать воздействие сельского хозяйства на климат, особенно на него влияет тяжелая сельхозтехника. Робототехника, спроектированная с прицелом на энергоэффективность, в перспективе сможет заменить тяжелую сельскохозяйственную технику.

Защита почвы

В настоящее время до 25% пригодной к земледелию земли на планете в значительной степени подверглось эрозии, водной деградации и потере биоразнообразия.

К 2050 году можно надеяться на восстановление до 54% поврежденных земель за счет использования экологических практик земледелия.

Уплотнение

До 90% энергии, которая сегодня тратится на культивацию, используется для восстановления состояния почвы, уплотненной тяжелой техникой.

Автономные роботрактора, как ожидается, будут меньше и более маневренными, а маршруты их движения оптимальными с точки зрения достижения максимальной эффективности и минимального повреждения почвы.

Случайный трафик и его негативное воздействие на почву

До 96% поля сегодня подвергается уплотнению шинами в "случайных перемещениях" по полю тяжелой сельхозтехники.

Летающие беспилотники, оснащенные системами технического зрения могут решать на поле самые различные задачи (анализ состояния растений, затопления, засоления, дисбаланс удобрений и т.п.), не оказывая на почву какого-либо воздейстия. С беспилотников можно проводить опрыскивание растений.

Управление затратами воды

В настоящее время в сельском хозяйстве используется много воды и химикалий. Кроме того, традиционные подходы к земледелию требуют применения большого числа ядохимикатов, как вносимых в землю, так и распыляемых с возуха для борьбы с вредителями.

В будущем появится возможность существенной экономии расхода воды, что уменьшит также расходы на снабжение и логистику. Роботы с микрокапельными распылителями могут обеспечить сокращение необходимых ядохимикатов на 99.99% за счет использования системы прицельной обработки растений, когда химикат наносится только на листья.

Посадка сельскохозяйственных культур

Современное сельское хозяйство требует от фермеров применения тяжелой сельхозтехники.
Растениеводство зачастую не является точным, плуг зачастую повреждает посевы даже при небольших отклонениях комбайна от курса.

В будущем ожидается переход на использование роев автономных микро-роботов, которые смогут работать на поле, как единая команда. Робот для работы на поле по-производительности будет превосходить человека примерно в 20 раз, одновременно работая быстрее и точнее.

Сбор урожая

В процессе посадки и сбора урожая фермерам требуются немалые трудовые ресурсы. Найм сезонных работников - немалая проблема для современных фермеров.

До 60% собираемого урожая не достигает качества, необходимого для его успешной продажи.

Собранные овощи и фрукты требуют сортировки по размеру и качеству, что увеличивает затраты времени и труда, приводя к росту стоимости урожая.

В перспективе роботы, специализированные для сбора урожая, сделают возможной работу без привлечения сезонных работников, что значительно упростит логистические процессы на ферме.

Роботы смогут в автономном режиме проводить предварительную оценку урожая, что позволит сбор плодов в нужном объеме и необходимого качества в заданный момент времени.

Уборочный робот способен осуществлять сортировку и упаковку собираемой культуры непосредственно в точке сбора, ускоряя процесс, повышая качество продуктов и снижая затраты труда людей.

Уже сегодня на отдельных фермах можно встретить сельскохозяйственных роботов, но большинство моделей все еще находятся на стадии "для поклонников высоких технологий", а не на этапе "для массового рынка". Если эти модели и прототипы станут более совершенными и доступными по цене, можно будет с уверенностью утверждать, что роботизация сельского хозяйства не заставит себя ожидать.

Сельскохозяйственная отрасль является перспективным рынком для внедрения разработок в области робототехники, поскольку использование подобных машин позволяет создавать высокоинтеллектуальное производство. В связи с этим в последние годы в агросекторе активизировалась работа по конструированию робототехнических устройств.

В основном такая техника предназначена для выполнения повторяющихся операций при возделывании различных сельскохозяйственных растений. При этом главная цель ее применения в аграрной отрасли состоит в замене человеческого труда, минимизации вредного воздействия химических средств на людей и окружающую среду, а также в повышении производительности предприятий и урожайности возделываемых культур.

Помимо этого, универсальная платформа способна перемещать полезный груз до 150 кг, а ее генератор — обеспечивать энергией непрерывную работу в течение 24 ч при одной заправке топливом. Основная идея создания такого устройства заключается в том, что фермер может купить только одну платформу и несколько необходимых ему модулей, а другие дополнения он сможет брать в аренду у специализирующейся на этом организации. Сегодня фирмой-изготовителем проводятся испытания робота в реальных условиях, а также осуществляется разработка варианта универсальной платформы меньшего размера и набора сменных модулей к ней. Такие маленькие аппараты могут действовать в составе групп, почти не уступая в производительности более крупным экземплярам.

В скором времени фирма Kubota также планирует начать продажи в Японии автономного трактора AgriRobo, выполняющего обычные процессы без оператора и с использованием GPS. Для его управления в сотрудничестве с фирмой Topcon и Канзасским государственным университетом было разработано программное обеспечение, с помощью которого перед началом операций создается рабочий план. Сочетание сонара и сканера обеспечивает безопасное обнаружение неподвижных и мобильных препятствий. Системы контроля и безопасности гарантируют, что машина не будет выполнять опасные маневры. Фирмой ведутся также работы по созданию зерноуборочных комбайнов и автономных аппаратов для возделывания риса.

Компания Fendt постепенно развивает проект создания автономных аграрных устройств под названием MARS, то есть Mobile Agricultural Robot Swarms — система мобильных сельскохозяйственных роботов. Программа была профинансирована Европейским союзом при содействии университета г. Ульме, который занимался разработкой аппаратов на спутниковой системе навигации для посадки кукурузы. Основная идея данного проекта заключается в производстве малогабаритного многофункционального робота, который будет работать автономно на электроприводе и управляться дистанционно за счет облачных технологий. Основополагающими в программе являются, в том числе, экологические факторы — снижение повреждения почвы, уменьшение выбросов углекислого газа в атмосферу и максимально бесшумные операции. Согласно планам компании, роботы будут переправляться на поле с помощью специального транспортного модуля, использующегося в качестве зарядного устройства и семенного бункера. Каждое устройство применяет специальное программное обеспечение, интерфейс которого позволяет задавать параметры поля, норму заделки семенного материала, густоту посадок, месторасположение культур и количество работающих машин. Параметры и данные сохраняются в облачном сервисе. Как заявляют представители Fendt, подобное решение дает возможность выполнять последующую почвообработку более точно и с меньшими финансовыми вложениями.

Компания Agrirobo совместно с Технологическим институтом и Университетом наук о жизни и окружающей среде в польском городе Вроцлаве также подготовила роботизированную систему обработки сельхозугодий Agribot. Машина представляет собой агрегат с двигателем мощностью 55 кВт и четырьмя независимыми движителями. Конструкция обеспечивает высокую проходимость по почве и малый радиус разворота, что позволяет механизму действовать в стесненных условиях. Спереди и сзади находятся стандартные узлы для навески разных орудий. Например, сзади может крепиться емкость для средств защиты растений, спереди — оборудование, выполняющее распыление рабочей жидкости. Управление роботом дистанционное, благодаря чему отсутствует риск вредного воздействия агрохимических препаратов на организм оператора. Для определения координат используется система GPS, а оценка производится с точностью до одного сантиметра. Ориентироваться на поле позволяют дополнительные датчики, а многие манипуляции осуществляются в автономном режиме. Робот способен реализовывать большинство основных операций — внесение средств защиты и удобрений, обрезку деревьев, кошение и другие.

ТОЧНОСТЬ И КОНТРОЛЬ

Созданный инженерами из австралийского университета робот Ladybird, то есть "божья коровка", работает на солнечных батареях. Название было продиктовано внешним сходством этих зарядных устройств с крыльями летающего насекомого. Механизм оснащен системой лазерного наведения и интегрированным автоматизированным манипулятором, с помощью которого можно собирать урожай. В задачи машины входят контроль над процессом выращивания овощей на всех стадиях, обнаружение вредителей, а также удаление сорных культур при необходимости. Сорняки робот уничтожает при помощи не только гербицидов, но и традиционных ножей, микроволнового излучения и лазерных лучей. Оборудованный датчиками и камерами аппарат может с точностью до квадратных сантиметров производить опрыскивание химикатами, пересчитывать растения по одному и добираться до труднодоступных мест.

В агропромышленном центре технологических инноваций Advesva компании Agrobot был разработан роботизированный комбайн для выращивания и сбора урожая клубники Agrobot SW6010. Его конструкция включает 14 или 60 манипуляторов с мелкими металлическими корзинами, мощный компьютер и цветовые датчики, которые распознают спелую клубнику среди зеленых листьев и игнорируют незрелые ягоды. Агрегат имеет два рабочих модуля для контроля и упаковки, а также четыре управляемых колеса для обеспечения маневренности. Размеры и большой угол поворота колес отлично подходят для работы как внутри теплиц, так и снаружи. Система сбора контролирует набор манипуляторов, способных найти клубнику и распределить ее в зависимости от размера и степени зрелости. Анализируется каждая ягода, причем процесс среза осуществляется с необходимыми точностью, плавностью и чувствительностью. Специальная система сразу упаковывает урожай. В приводе робота используется двухцилиндровый дизельный двигатель мощностью 21 кВт. Испытания показали, что применение данного устройства обеспечивает 50% снижения цены свежей клубники и до 90% — промышленной для производства пюре и йогуртов.

Британский производитель сельхозтехники Garford Farm Machinery создал специальный модуль контроля для трактора Robo-pilot, в котором интегрированы две системы — Robocrop и автоматического управления с помощью информации о локальном местонахождении. Назначение первой программы — вождение машины без участия оператора при междурядной обработке пропашных культур. Устройство включает видеокамеру, бортовой компьютер, навеску с механизмом гидравлического бокового смещения и датчик скорости. Обрабатываемая культура перед агрегатом фиксируется с помощью видеокамеры. Изображение анализируется компьютером в целях обнаружения высокой концентрации зеленого пигмента, указывающего на наличие объекта. За счет широкого обзора камеры и обработки нескольких рядов одновременно достигается оптимальная центральная фиксация. Полученный результат сравнивается с сеткой делений, соответствующей расстоянию междурядья. Данная информация используется для точного размещения рабочих органов и их дальнейшего перемещения с помощью гидравлики. Поскольку система Robocrop работает с несколькими рядами, обеспечивается высокая степень точности даже при сильном зарастании сорняками. Более того, устройство может самостоятельно осуществлять управление высокоскоростным культиватором задней навески, отвечая за движение трактора и оборудования полностью без участия человека. Скорость движения обычно составляет до 12 км/ч, но данное значение может быть увеличено. Консоль быстрого доступа соединена с системой Robo-pilot, имеет сенсорный дисплей с понятными символами и удобными функциями, что упрощает использование агрегата.

В течение ближайшего года компания предполагает провести серию тестовых внедрений AgroBot и отработку основных операций в беспилотном режиме за счет использования сценариев автономных действий. На следующих этапах испытаний создатели планируют протестировать системы в разных погодных условиях, оценить возможности диспетчеризации и кооперативной работы с несколькими аналогичными машинами на одной территории. Кроме того, запланированы оптимизация процесса управления и упрощение интерфейса.

Отечественная компания Cognitive Technologies провела в Республике Татарстан испытания беспилотных тракторов с системой компьютерного зрения собственной разработки. По оценкам специалистов, стоимость подобного программно-аппаратного комплекса составляет не более 15% от общей цены машины. Технику пока не планируют оснащать лидаром, потому что это существенно увеличит ее стоимость. На ней предполагается устанавливать устройства компьютерного зрения, включающие в себя стереопару — систему из двух камер, снимающих видео с разрешением Full HD. Кроме этого, в комплектацию входят навигационный и инерционный датчики ГЛОНАСС и GPS, а также вычислительный блок.

Семейство техники реализует концепцию автоматизированного сельскохозяйственного производства на основе последовательной разработки и внедрения серии мобильных автономных роботов. Каждый из них будет выполнять отличный от других набор агротехнических операций. Совместное применение всех механизмов обеспечит полный функционально замкнутый цикл, причем аграрий сможет приобретать и внедрять каждого робота отдельно либо все семейство сразу. Аппараты могут использоваться одновременно с имеющимися в хозяйстве машинами и средствами автоматизации. Преимуществом AgroMultiBot в процессе сельскохозяйственного производства станет замещение до 25 человек на поле. При этом будет обеспечиваться дополнительный сбор 30–50% урожая, остающегося на поле при традиционной уборке. Таким образом, уже сегодня разработаны и вполне успешно тестируются различные роботизированные машины для сельского хозяйства как зарубежного, так и отечественного производства. Дальнейшее развитие данного направления будет способствовать более широкому внедрению таких устройств в аграрную отрасль, в том числе и в нашей стране.

Читайте также: