23 10 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2019/05
Žemės ūkio robotai – jau ne mokslinė fantastika
  • Prof. dr. Egidijus ŠARAUSKIS VDU Žemės ūkio akademija
  • Mano ūkis

Žemės ūkio gamybos procesai yra sudėtingi, imlūs darbui ir dažniausiai unikalūs kiekvienai augalų rūšiai. Kiekvieną gamybos proceso technologinę operaciją veikia daugybė skirtingų veiksnių, įskaitant dirvožemio ir augalų savybes, keliamus reikalavimus, aplinką, klimato sąlygas, vartotojų pageidavimus, tinkamų sprendimų priėmimą, ūkio galimybes ir turimas priemones. Siekiant sumažinti žmogaus daromas klaidas, padidinti žemės ūkio technologinių operacijų efektyvumą, patikimumą ir tikslumą, žemės ūkyje pradedami naudoti robotai.

Žemės ūkio robotų paklausa nuolat auga ir ją skatina daugybė globalių veiksnių: visuotinis gyventojų skaičiaus augimas pasaulyje, didėjantis apsirūpinimo maistu poreikis, mažėjantis dirbančiųjų skaičius žemės ūkyje, sudėtingi ir daug fizinio darbo reikalaujantys žemės ūkio darbai, dideli kaštai, politiniai iššūkiai, klimato kaita, sparti kitų pramonės šakų robotizacija ir t. t. Todėl tiksliųjų žemės ūkio technologinių procesų valdymo įrenginių ir robotų naudojimo poreikis įgauna vis didesnį pagreitį. Tai reiškia, kad žemės ūkyje nuo standartinių technologinių gamybos procesų taikymo metodų pereinama prie individualių, kuriuose labiau atsižvelgiama į kiekvienai augalų rūšiai numatytus agrotechnikos reikalavimus. Individualios robotizuotos sėjos, tręšimo, pesticidų naudojimo ir ligų kontrolės galimybės didina tikslumą, taupo lėšas ir mažina neigiamą poveikį aplinkai.

Robertas Saikas (Rober Saik), rašantis knygas apie ateities žemės ūkį, sako, kad robotai retai daro klaidas, vadovaujasi GPS palydovų, fotoaparatų arba filmavimo kamerų tiksliais duomenimis, kad būtų išvengta nenumatytų kliūčių ir būtų išspręstos tokios žemdirbystės problemos, kaip piktžolės, kenkėjai ar augalų ligos.

Roberto Saiko, knygų apie ateities žemės ūkį autoriaus, teigimu, žemės ūkyje yra tam tikrų darbų, kurie gali būti nuobodūs, nešvarūs, o kartais ir pavojingi. Todėl tokias darbo vietas ūkiuose ateityje galės užimti robotai.

Autonominiai traktoriai

Autonominių traktorių naudojimas yra žemės ūkio ateitis. Jie padeda žemdirbiams pasiekti tikslumą ir išvengti operatorių nuovargio. Autonominiai traktoriai sudaro sąlygas žemdirbiams automatizuoti savo veiklą ir taip iki minimumo sumažinti visas galimas klaidas, atsirandančias dėl darbuotojų, dirbančių su žemės ūkio mašinomis. Be to, šių mašinų naudojimas leidžia optimizuoti žemės ūkio produkcijos gamybą su mažesniais ištekliais, bet didesniu darbo našumu.

Autonominiai traktoriai gali būti aprūpinti automatinėmis tiksliosios sėjos sistemomis, kurios leidžia nustatyti optimalų sėklų skaičių, kurį gali leisti išsėti konkretus ūkis. Sėjos tikslumas pagal sėklų santykį su dirvožemyje esančiomis maisto medžiagomis užtikrina maksimalų augalų derlių. Ūkininkas taip gali tausoti išteklius ir išvengti nereikalingų atliekų, susidarančių dėl per didelio sėklų kiekio. Autonominiai traktoriai gali būti aprūpinti jutikliais, kurie renka informaciją ir duomenis apie daugelį su ūkiu susijusių sričių. Gaunami duomenys gali būti susiję su dirvožemiu, jo derlingumu, piktžolių ir kenkėjų buvimu dirvožemyje. Šių jutiklių surinktų duomenų analizė sudaro galimybę ūkininkui priimti ūkiui naudingiausius sprendimus.

Žemės ūkyje autonominiai traktoriai leidžia dirbti ilgiau, nes išnyksta nuovargis, kurį patiria darbuotojai, dirbantys su įprastais traktoriais. Ūkininkas gali naudoti savo ūkio žemėlapius ir kontroliuoti autonominius traktorius, kad jie galėtų dirbti net ir naktį. Vienas iš pagrindinių privalumų, susijusių su tokių traktorių naudojimu ūkyje, yra tai, kad jie sumažina visus neigiamus dalykus, galinčius įvykti dėl žmogaus darbo. Be to, autonominiai traktoriai leidžia dirbti net ekstremaliomis oro sąlygomis, ko nebūtų galima atlikti, jeigu traktorių valdytų žmogus.

Didžiausieji žemės ūkio technikos gamintojai jau parengę autonominių traktorių prototipus. Kai kurios mašinos su elektriniais arba vidaus degimo varikliais jau pristatytos visuomenei, tačiau daugelis autonominių traktorių pasirodys netolimoje ateityje.

Išmanus ūkis

Žemės ūkis jau nebėra toks, kur ūkininkas eina paskui arklių traukiamą žagrę arba stovi prie seno nuolat gendančio traktoriaus, nors dar nemažai būtent tai įsivaizduoja. Dabartinis žemės ūkis yra modernus verslas, integruojantis naujausias technologijas ir technines priemones.

Siekiant užtikrinti našią, efektyvią ir tausojančią žemės ūkio produkcijos gamybą, įvairių šalių ūkininkų ūkiuose diegiamos išmaniosios technologijos. Automatizuotas duomenų surinkimas iš žemės dirbimo, sėjos, pasėlių priežiūros ir derliaus nuėmimo mašinų, dirvožemio, augalų, sandėliavimo sistemų, dar įvertinus meteorologines sąlygas, serviso paslaugas, sudaro sąlygas automatizuoti sprendimų priėmimą ir sumažinti galimą riziką. Naujausi techniniai pasiekimai, kaip robotai, dirbtinis intelektas, nuotoliniai jutikliai, duomenų surinkimo ir analizavimo sistemos, žemės ūkį daro išmanų, kuriame ne tik atskiri technologiniai procesai, bet ir visas ūkio valdymas tampa išmanus ir automatizuotas.

AGCO ir „Agrointelli“ pateikia technologines schemas, kaip pradiniai duomenys iš visų mechanizuotų ir automatizuotų technologinių procesų turėtų suplaukti į centrinį biurą, kuriame informacija būtų apdorojama, priimami sprendimai ir grąžinama vykdymui.

Robotai

Gyvulininkystėje robotų naudojimas sparčiai auga, tačiau augalininkystėje perėjimas prie robotizuotų technologinių procesų nėra labai paprastas. Nors ir yra žinoma, kad taikant robotizuotas technologijas galima dirbti tiksliau ir efektyviau, tačiau ta nauda dar nėra gana didelė, kad atsvertų didelio darbinio pločio ir greičio žemės ūkio mašinų našumą. Pastaruoju metu ši problema sprendžiama mažų žemės ūkio robotų pavidalu, kurie gali dirbti laukuose visas 24 valandas per parą. Tokie robotai gali prisitaikyti prie reikalaujamos situacijos ir dirbti be didesnių žmogaus įsikišimų.

Piktžolių kontrolė ir tikslusis purškimas yra viena iš sričių, kurioje žemės ūkio robotai yra bene reikalingiausi. Įvairių šalių mokslinių tyrimų grupės iš Vageningeno, Kvinslando, Sidnėjaus, Osnabriuko universitetų ir kt., vienos arba kartu su įmonėmis, per pastaruosius 10 metų jau sukūrė ne mažai robotų prototipų, kuriuose įdiegė modernias įvairių rūšių piktžolių kontrolės sistemas, leidžiančias sumažinti naudojamų herbicidų kiekius.

Danijos mokslininkai jau prieš gerą dešimtmetį tyrė roboto Hortibot pritaikymą žemės ūkiui. Šis pusiau autonominis robotas yra navigacinė platforma, sukurta atlikti skirtingoms žemės ūkio technologinėms operacijoms, tokioms kaip mechaniškai pašalinti piktžoles arba tiksliai nupurkšti jas herbicidais. Nors iš pirmo žvilgsnio tai gali atrodyti gana paprasta užduotis, tačiau mokslininkai pastebi, kad piktžoles tinkamai atskirti nuo kitų naudingų augalų yra sunku, tai daug tyrimų reikalaujantis procesas. Žemės ūkio robotai kol kas dar yra pradiniame vystymosi etape, tačiau tiek mokslininkai, tiek ir gamybininkai tikisi, kad galiausiai jie leis sumažinti ūkininkų naudojamų herbicidų kiekį, taupys išlaidas ir švarins aplinką.

Įmonė „Deepfield Robotics“, bendradarbiaudama kartu su įmonėmis „Bosch“ ir „Amazone“ bei Osnabriuko universiteto mokslininkais, sukūrė žemės ūkio robotą Bonirob, kuris sugeba piktžoles nuo kitų augalų atskirti pagal lapų formą, spalvą, dydį. Robotas leidžia padidinti darbo efektyvumą ir kartu tausoti aplinką, nes piktžolės naikinamos mechaniškai, o ne cheminėmis medžiagomis – herbicidais. Greta pagrindinės funkcijos, šis robotas dar gali atlikti ir tam tikrą augalų ir dirvožemio monitoringą, tai yra stebėti pasėlio formavimąsi, kenkėjų atsiradimą, vertinti maisto medžiagų ir drėgmės poreikį.

Žemės ūkio technikos gamybos įmonė „Kongskilde“, bendradarbiaudama su Pietų Danijos universitetu, sukūrė robotą Kongskilde Robotti. Jis gali būti pritaikytas mechaninei piktžolių kontrolei ir kitoms žemės ūkio technologinėms operacijoms atlikti.

Danijos įmonė „Agrointelli“, kartu su Pietų Danijos universiteto mokslininkais, sukūrė žemės ūkio robotą Robotti – autonominę žemės ūkio mašiną, turinčią panašias galimybes kaip ir nedidelės galios traktorius, tačiau technologines operacijas atliekančią be vairuotojo. Prie roboto gali būti kabinamos įvairios mašinos, pvz., mechaninė arba pneumomechaninė sėjamosios, piktžolių kontrolės ir tarpueilių dirbimo kultivatoriai ir t. t. Šis robotas gali dirbti autonomiškai arba gali būti valdomas rankiniu būdu per planšetinį kompiuterį. Autonominis valdymas bet kada gali būti nutraukiamas, pereinant prie rankinio valdymo. Robotti sveria apie vieną toną, kėlimo galia siekia iki 750 kilogramų.

Navigacija be GPS

Gera navigacijos sistema yra vienas iš pagrindinių žemės ūkio robotų naudojimo reikalavimų. Todėl pradedant žemės ūkio robotų gamybą labai svarbu numatyti, kokiu principu robotas bus valdomas praktinėmis lauko sąlygomis. Automatizuota sistema turi sugebėti įvertinti pasėlių lauko formą, skirtingus tarpueilių pločius, įvairaus tiesumo eilutes, atstumus tarp augalų ir kitus galimus nuokrypius.

Robotų diegimas žemės ūkyje pasiteisina, jeigu:

  • išlaidos naudojant robotus yra mažesnės negu taikant įprastines mašinas;
  • padidina gamybos apimtis, pajamas, sudaro galimybę tapti konkurencingesniems;
  • pagerėja žemės ūkio produkcijos kokybė;
  • sumažina netikrumą, leidžia lengviau priimti sprendimus, optimizuojančius gamybos procesą arba jo dalį;
  • robotas atlieka pavojingas užduotis, kurių negalima atlikti rankiniu būdu.

Standartinės GPS sistemos ne visada tai gali užtikrinti, todėl Vageningeno universiteto (Olandija) mokslininkai sukūrė kitokiu principu veikiančią navigaciją, pagal kurią robotas vadovaujasi ne GPS funkcijomis, bet iš 2D lazerinio skenerio gaunama informacija. 2D lazerinis skeneris, sumontuotas ant LMS111 roboto važiuoklės, skenuoja, renka ir filtruoja reikiamą informaciją, būtiną pasėlių priežiūros technologinėms operacijoms vykdyti.

Robotų poreikio prognozės

Įvairių šalių žemės ūkio technikos rinkos prognozės rodo, kad artimiausius dešimtmečius žemės ūkio robotų paklausa augs dideliais tempais. Dr. Khaša Ghafarzadehas (Khasha Ghaffarzadeh) pateikia dvidešimties metų (2018–2038) pasaulio rinkos įvairių robotų kategorijų prognozes. Išskiriamos tokios kategorijos: melžimo robotai, mobilūs autonominiai mažieji žemės ūkio robotai, autonominiai traktoriai, robotai padargai, šviežių vaisių rinkimo robotai ir žemės ūkio dronai. Manoma, kad 2028 m. bus parduodama apie 700 tūkst. traktorių su autonominiu arba įprastiniu traktoriaus valdymu, sumažės autonominio ir įprastinio traktoriaus kainų skirtumas, todėl autonominiai traktoriai bus paklausūs. Prognozuojama, kad jau 2038 m. bus parduota apie 40 tūkst. visai autonominių traktorių. Šį procesą spartins mažėjanti automatinės įrangos kaina. Apskritai prognozės leidžia manyti, kad traktorių su tam tikro autonomiškumo lygiu rinka sieks apie 24 milijardus eurų.

Sunku atsispirti didelių ir galingų autonominių traktorių pagundai, tačiau mažų žemės ūkio robotų paklausa taip pat didės. Nors jie dažnu atveju yra mažiau produktyvūs, palyginti su tradicinėmis žemės ūkio mašinomis, tačiau sėkmės raktas yra jų eksploatavimas. Taip yra todėl, kad operatoriaus nebuvimas leidžia užtikrinti nuotolinį ir autonominį mašinų valdymą. Maži žemės ūkio robotai taps komerciškai patrauklūs vidutinės trukmės laikotarpiu. O šiuo metu kaip tik ir esame šio laikotarpio pradžioje, nes daugelis robotų pavyzdžių yra tik prototipo arba ankstyvajame komercinių bandymų etape. Tikimasi, kad šių produktų iki 2028 m. rinka bus didesnė kaip 800 mln. eurų, o 2038 m. paaugs iki 2,2 milijardų eurų.

Ar robotai pakeis žemės ūkio specialistus?

Žemės ūkis nuolat modernėja, techninis ir technologinis išsivystymas kyla į vis aukštesnį lygį. Ūkininkai ir žemės ūkio bendrovės įsigyja naujausią techniką, diegia efektyvesnes, našesnes ir tvaresnes technologijas. Jeigu prieš 20–30 metų beveik kiekvienas gabesnis traktorininkas sugebėdavo traktorių išardyti iki varžtelio ir jį vėl iš naujo surinkti, dabar daugelio darbų atlikti jau nėra galimybės, tam reikalinga specifinė serviso įranga ir, žinoma, žinios.

Dabartiniu metu labai svarbu sugebėti išnaudoti naujos technikos galimybes. O tam reikia inžinerinių žinių. Tad mokymasis tampa nuolatiniu procesu, nes įsigijus naują mašiną arba įrenginį jame jau gali būti įdiegti kiti nauji technologiniai sprendimai, naujesni kompiuteriai, patobulintos programos, išmanūs valdymo principai. Nespėjant įsisavinti naujausių technologinių darbo procesų, dažnu atveju naujausia mašina arba įranga neatliks to, ko iš jos buvo tikimasi įsigyjant ir ką ji iš tikrųjų galėtų atlikti.

Robotai ir kitos automatinės mašinos, žinoma, labai palengvina žemdirbių darbą. Tačiau be žmonių jos taip pat nedirba. Tik naudodamas automatizuotą įrangą ir robotus žmogus gali pats nesėdėdamas mašinoje ją valdyti nuotoliniu būdu. Jeigu anksčiau žemės ūkio inžinieriai buvo reikalingi tik žemės ūkio įmonėse, tai dabar nemažai inžinierių reikia žemės ūkio technikos pardavimo, konsultavimo ir serviso įmonėms. Žemės ūkio technikos progresas padidino mašinų galią, iškėlė reikalavimus kokybei ir eksploatacijai. Tad nėra jokios abejonės, kad žemės ūkio inžinierių ir kitų specialistų poreikis išliks didelis. Ir žinių bagažas turės būti stiprus, nes neužteks vien siauro profilio specifinio pasirengimo – geras inžinierius privalės turėti visą teorinių ir praktinių agronominių, informacinių ir inžinerinių žinių kompleksą.

***

  • Žvelgiant į ateitį, žemės ūkiui visada bus reikalingi darbuotojai, tačiau jau gerokai aukštesnio išsilavinimo lygio.
  • Be žemės ūkio inžinierių ir agronomų nebus galimybės apsieiti, tik ateityje jie nebūtinai turės dirbti laukuose, patys imti mėginius ar atlikti kitus fiziškai sunkius darbus.
  • Bus automatizuoti technologiniai procesai, įdiegti išmanūs jutikliai, duomenų rinkimo ir analizavimo programinės įrangos, robotai ir t. t.
  • Technologinių procesų kūrimą, diegimą, analizavimą, valdymą ir sprendimų priėmimą galės atlikti žemės ūkio specialistas, turintis inžinerinių, informacinių ir agronominių žinių.