03 06 24 Mano ukio prenumerata 2024 23 04 15 Gauti naujienas mobili žurnalas
Mano Ūkis 2023/02
Žemės ūkio robotai – ne tik pasėliams stebėti
  • Indrė BRUČIENĖ VDU Žemės ūkio akademija
  • Mano ūkis

Pasaulinė žemės ūkio robotų rinka sparčiai vystosi. Ūkininkavimas pasitelkus robotus leidžia sutaupyti iki 85 proc. vandens ir 50 proc. energijos sąnaudų, 40 proc. padidinti derlių ir iki 60 proc. sumažinti žmogiškąsias klaidas.

Prognozuojama, kad 2050 m. pasaulyje gyvens 9,6 mlrd. žmonių, kuriuos reikės išmaitinti. Mažėjantys ariamos žemės plotai, senkantys gamtos ištekliai, darbo jėgos poreikis ir didėjančios maisto gamybos sąnaudos lemia, jog žemės ūkio gamyba turi smarkiai išaugti. Darbo jėgos trūkumas labiausiai juntamas ekologiniuose ūkiuose, kuriuose daug rankų darbo. Žinant, kad ekologiškos produkcijos poreikis, ypač aukšto pragyvenimo lygio šalyse, auga, o derlius, palyginti su chemizuotais ūkiais, 25–50 proc. mažesnis, labai aktualūs yra sprendimai, kurie leistų užauginti gausų ir kokybišką ekologišką derlių. Problemas, susijusias su darbo jėga žemės ūkyje, dar labiau išryškino COVID- 19 pandemija, kai buvo uždarytos sienos ir apribotas darbuotojų judėjimas. Robotų ir skaitmeninės technologijos gali padėti išspręsti šiuos iššūkius.

Universalūs žemės ūkio robotai

Pasaulyje sukurta nemažai skirtingų tipų robotų platformų, kurios sėkmingai važinėja ir dirba ūkiuose. Dar daugiau jų mokslinių tyrimų etape ir dar nepasiekė tokio technologinės plėtros lygio, kai prototipas demonstruojamas jo veiklos aplinkoje. Robotizuotos žemės ūkio sistemos kuriamos nuo specializuotų, skirtų konkrečiai užduočiai ar tik tam tikram pasėliui, iki labai universalių, galinčių savarankiškai atlikti įvairius žemės ūkio darbus: rinkti duomenis, imti mėginius, sėti, kontroliuoti piktžoles, pjauti, purkšti, tręšti, nuimti derlių. Manoma, kad būtent šios robotinės sistemos pirmiausia atras savo vietą ūkiuose. Tokių robotinių žemės ūkio platformų pavyzdžiai: Robotti („Agrointelli“), OZ, Dino ir Orio („Naïo Technologies“), Thorvald („Saga Robotics“), SwarmBot („SwarmFarm Robotics“), AgBot („Agxeed“), E-Tract („Elatec“), FD20 („FarmDroid“), Robot One („Pixelfarming Robotics“), Dot („Raven Industries“) ir kt.

Orio. Jau beveik 20 metų autonominius lauko robotus kurianti Prancūzijos bendrovė „Naïo Technologies“ savo naujausią kūrinį – robotą Orio – pristatė pasaulinėje parodoje „Fira 2021“ Tulūzoje. Orio yra ketvirtasis šios gamintojos asortimentą papildęs modelis, kurį jau galima įsigyti. Visiškai elektrinis, daugiafunkcis autonominis žemės ūkio robotas gali būti naudojamas įvairioms operacijoms: sėti, ravėti eilutėse ir tarpueiliuose, duomenims rinkti, tręšti.

Iki 3 m darbinio pločio, palyginti nedidelio svorio (1 450 kg) Orio yra greitesnis (5,5 km/val.) ir gerokai galingesnis už savo mažesnįjį brolį Dino. Robotas gali būti komplektuojamas su keturiais (21,5 kWh) arba šešiais (32,3 kWh) ličio geležies fosfato akumuliatoriais ir turėti standartinę trijų taškų pakabą, todėl jo gale galima pritvirtinti padargus. Orio laukuose dirba itin tiksliai dėl įdiegtos orientavimo sistemos, pagrįstos pasaulinės padėties nustatymo sistema su realaus laiko korekciniu signalu (RTK GPS), taip pat platformoje įrengta daugybė jutiklių, leidžiančių dirbtiniu intelektu paremtą valdymą.

Dino buvo sukurtas iki 20 ha daržovių ūkiams. Orio gali būti naudojamas didesniuose ūkiuose visiems eilutėse auginamiems pasėliams: cukriniams runkeliams, bulvėms, salotoms, svogūnams, morkoms, kopūstams, porams, įvairioms žolelėms ir t. t.

E-Tract. Didelę patirtį specifinių elektra varomų mašinų srityje sukaupusi kompanija „Elatec“ (Prancūzija) siūlo autonominį žemės ūkio robotą E-Tract. Jis pasižymi dideliais galiniais ratais su varikliu kiekvienam jų, elektroniniu diferencialo valdymu, 3 taškų I kategorijos pakabinimo sistema, prie kurios galima kabinti standartinius padargus. Kartu su robotu gali būti siūlomas ravėjimo įrankis, sudarytas iš skirtingų noragėlių, skirtų mechaninei piktžolių kontrolei. Robotas taip pat gali turėti purškimo įrangą, kuri montuojama įvairiai tiek sijų, tiek bako išdėstymo požiūriu. Purkštuvo bako talpa apie 300 litrų. E-Tract turi vilkimo kablį ir gali traukti iki 500 kg masės priekabą.

Gamintoja išskiria šiuos roboto privalumus: mažesnį dirvos suslėgimą, mažesnį slydimą, didesnę vėžės trajektoriją, didelį vairavimo stabilumą, kontroliuojamą ir mažesnį posūkio spindulį.

E-Tract techninė specifikacija:

  • darbinis greitis nuo 0 iki 6 km/val.;
  • bendra masė su akumuliatoriais < 800 kg;
  • didžiausi gabaritiniai matmenys: ilgis 3 m, plotis 1,7 m;
  • ličio akumuliatoriai su automatiniu įkrovikliu;
  • darbinė temperatūra nuo -10 iki + 45 °C;
  • keliamoji galia 300 kg.

Robot One. Kompanijos „Pixelfarming Robotics“ (Nyderlandai) sukurtas išmanusis žemės ūkio robotas Robot One pritaikytas didelio masto ir biologiškai įvairioms aplinkoms. Jis skirtas daugiau kaip 40 rūšių augalams (šparaginės pupelės, morkos, cukriniai runkeliai, lubinai ir kt.). Su Robot One galima naudoti ir derinti kelis žemės ūkio padargus: kultivatorių, akėčias, plūgą. Kelių technologinių funkcijų derinimas vieno važiavimo metu leidžia taupyti laiką.

Saulės energija varomas robotas savarankiškai važinėja laukais. Ant stogo sumontuotos saulės baterijos važiuojant įkrauna akumuliatorių. Dėl elektrinės pavaros ir lengvos konstrukcijos robotas Robot One gali dirbti įvairiomis sąlygomis. Jis gali aptikti, klasifikuoti augalus ir sukurti 3D vietovės žemėlapį naudodamas kompiuterinę regą. Robotas išsiskiria dideliu tikslumu: dešimt roboto „rankų“ galima nustatyti ir judinti kiekvieną atskirai milimetro tikslumu ir priartėti prie augalo kuo arčiau jo nepažeidžiant. Roboto „rankos“ yra daugiafunkcės ir individualiai reguliuojamo eilučių pločio ir darbinio gylio, o jų padėtis gali būti keičiama realiuoju laiku.

SwarmBot. Australijos bendrovė „SwarmFarm Robotics“ yra viena iš pirmaujančių autonominių žemės ūkio robotų, skirtų augalininkystei, kūrimo srityje. Pagrindinė bendrovės idėja buvo sukurti mažų žemės ūkio mašinų būrį, kuris kaip bitės darbininkės „skraidytų“ po lauką. Įmonė 2015–2018 m. sukūrė 11 žemės ūkio robotų prototipų, kurie buvo naudojami piktžolėms purkšti javų ir medvilnės pasėliuose. 2018 m. bendrovė pradėjo komerciškai tiekti SwarmBot ūkininkams. Buvo pristatyta pirmoji SwarmBot 5 platforma, pavadinta Indigo, kuri turėjo 3 m žolės pjovimo agregatą.

Bendrovės siūlomas sprendimas – autonominė žemės ūkio platforma, valdoma jutiklių, prie kurios galima pasirinkti konkrečias taikomąsias mašinas ir atlikti įvairius žemės ūkio darbus. Pavyzdžiui, pasėlių apsaugos robotas užtikrina tikslų apsaugos produktų naudojimą, taip gerokai padidindamas operacijos efektyvumą. Apdorodamas kiekvieną piktžolę atskirai, robotas gerokai sumažina ūkiuose naudojamų herbicidų kiekį, taip pagerindamas žemės ūkio tvarumą ir poveikį aplinkai. Universalūs SwarmBot gali dirbti savarankiškai arba kooperuotai būriuose. Skirtingai nei daugelį kitų žemės ūkio robotų, juos prižiūrėti ūkininkui gana paprasta.

Bendrovė skelbia, kad jos autonominiai žemės ūkio robotai sėkmingai apdorojo apie 1 mln. ha, dirbo 55 tūkst. val. ir sumažino pesticidų sąnaudas maždaug 580 tonų. „SwarmFarm Robotics“ taiko išperkamosios nuomos verslo modelį: robotai nuomojami už maždaug 70 tūkst. JAV dolerių per metus, o po trejų metų dėl sparčios technologijų pažangos robotas pakeičiamas be papildomų išlaidų ūkininkui.

Dot. Tai mobili dyzelinu varoma U formos robotinė platforma, suprojektuota kaip universali autonominė transporto priemonė. Juo galima vežti padargus ir atlikti bet kokią užduotį, kurią leidžia atlikti pasirinktas padargas: nuo šieno preso, sėjamosios ir trąšų barstytuvo iki akmenų rinktuvo ar mėšlo skleistuvo. Ūkininkas nuotolinio valdymo pulteliu pastato Dot šalia norimo žemės ūkio padargo, pavyzdžiui, sėjamosios, o tada keturios hidraulinės „rankos“ pakelia ir pritvirtina. Dot kol kas dar nepakeičia kombaino, tačiau gali jam padėti iškraunant ir transportuojant nuimtą derlių.

Šios autonominės robotinės platformos koncepciją 2014 m. sugalvojo ir sukūrė ūkininkas ir „Dot Technology Corp.“ savininkas Norbert‘as Beaujot (Norbertas Božo), kartu su bendrove „Seed Master“ (Kanada). Pirmasis mašinos prototipas sukurtas 2017 m., o 2019 m. pradėta oficiali Dot platformų prekyba. 2020 m. „Raven Industries Ltd.“ tapo Dot prekės ženklo savininke.

Autonominė mašina gali pasiekti iki 20 km/val. didžiausią greitį ir dirbti visą parą, sustodama pasipildyti dyzelino ar sėklų ir trąšų. Galimas kintamos normos technologijų naudojimas, pvz., pagal dirvožemio žemėlapius. Robotinę platformą varo 4,5 l tūrio Cummins QSB4.5 Tier 4F dyzelinis variklis, išvystantis 173 AG. Kiekvienas iš keturių 500/70R24 dydžio Dot ratų gali suktis savarankiškai. Ratai sumontuoti ant lankstų ir valdomi hidrauliškai, todėl mašina gali judėti į priekį tiek platesniu, tiek siauresniu šonu.

Prieš išvažiuojant į lauką būtina kruopščiai suplanuoti maršrutą ir įvesti visas kliūtis lauke. Dot turi daugybę saugos priemonių, įskaitant kameras, šviesos jutiklius ir radarus, kurie stebi aplinką. Jei mašina aptinka objektą, kurio nebuvo žemėlapiuose, ji sustoja ir apie tai praneša operatoriui. Bendrovė didžiulį dėmesį skiria tam, kad užtikrintų, jog klientai gautų reikiamą aptarnavimą ir įranga veiktų. Specialistų komanda yra pasirengusi šalinti gedimus ir diagnozuoti su programine įranga ar IT susijusias problemas per atstumą.

Viena iš robotinės platformos ypatybių yra tai, kad ji gali dirbti bendradarbiaujant kelioms mašinoms vienu metu tame pačiame arba skirtinguose laukuose. Šio sprendimo privalumas – nenutrūkstamas darbas sugedus vienam iš įrenginių. Įdomu, kada Dot pamatysim Europos ūkininkų laukuose?

Robotų spiečiaus koncepcija

Robotų spiečiaus (kitaip robotų būrio ar flotilės) koncepcija numato, kad pasikliauti vienu autonominiu mašinos vienetu, kuris atliktų visą užduotį dideliame lauke, yra neefektyvu. Vietoje vienos didelės ir sunkios žemės ūkio mašinos naudojant kelias mažesnes autonomines robotines platformas pasiekiamas didesnis efektyvumas ir užtikrinamas sklandus darbo procesas be prastovų. Tačiau tai įmanoma tik bendradarbiaujant tarpusavyje. Turi būti užtikrinta, kad kiekvienas robotas veiktų atsižvelgdamas į kitų robotų elgesį ir aplinką, ir, pavyzdžiui, atsiradus gedimui, pakeistų „komandos draugą“. Ypač robotų veikimas būryje naudingas, jeigu reikia laikytis griežtų terminų ar nuimti derlių selektyviai.

Pagrindinės priežastys, skatinančios robotų spiečiaus ūkininkavimo praktiką, yra mažėjantis ūkio darbuotojų skaičius, tvarūs augalininkystės metodai siekiant aplinkos tvarumo, galimas neigiamas dirvožemio sutankinimo poveikis naudojant didesnę ir sunkesnę žemės ūkio techniką, didėjantis ūkininkavimo operacijų dydis ir augantis vidutinis ūkininkų amžius. Robotų platformos, tokios kaip SwarmBot, Dot, Guss ir kitos, yra pavyzdžiai, kad robotai gali bendradarbiauti būryje.

„Guss Automation“ yra Kalifornijoje (JAV) įsikūrusi autonominių mobiliųjų purškimo robotų, skirtų žemės ūkiui, gamintoja. Guss autonominis mobilusis purkštuvas gali autonomiškai išpurkšti žemės ūkio chemikalus soduose ar vynuogynuose. Robotas aptinka norimą medį ir išpurškia konkretų medžiagos kiekį, nepriklausomai nuo jo aukščio ar lajos dydžio. Tai sumažina medžiagų sąnaudas ir jų nunešimą purškiant.

Bendrovė „Fendt“ dar 2014 m. pradėjo kurti žemės ūkio robotų spiečiaus koncepciją (angl. Mobile Agricultural Robot Swarms, MARS). Šiandien mažų robotų, veikiančių būriais kaip komanda, ir debesų kompiuterija pagrįstas sistemos valdymas yra žinomas kaip Xaver. Robotų sistemą sudaro nuo 6 iki 12 vienetų. Ši sistema gali būti naudojama labai tikslios kukurūzų sėjos darbams atlikti, stebėti ir dokumentuoti. Pavyzdžiui, išsaugoma tiksli kiekvienos sėklos įterpimo vieta ir sėjos laikas. Vėliau ši informacija gali būti panaudota atliekant tręšimo ar apsaugos produktų paskleidimo procesus. Atsižvelgiant į įvestus parametrus ir robotų skaičių, su šia sistema galima pasiekti maždaug 1 ha/val. našumą.

Kiekvienas robotas turi integruotą sėjos agregatą ir yra varomas elektra. Disko formos sėjos įtaisas suprojektuotas taip, kad noragai paruošia dirvoje duobutes sėkloms įterpti ir vėl jas užžeria. Nedidelis (65 kg) jų svoris lemia aukštą saugumo lygį ir nereikšmingą (apie 200 g/cm2) dirvos suspaudimą. Bendrovė ateityje robote planuoja įdiegti išmaniąją sėjamąją, kuri leis keisti sėklų įterpimo gylį ir slėgį, atsižvelgiant į realiuoju laiku nustatomą dirvos drėgmę, temperatūrą, humuso kiekį ir augalų liekanas.

Pagrindiniai kriterijai, skatinantys naudoti robotų spiečius, yra tvarumas, našumas ir tikslumas. Juos lengva pritaikyti prie įvairaus dydžio ūkių, o tai kitas labai svarbus šių sistemų aspektas. Tad mažų, paprastų ir palyginti nebrangių robotų būriai turi potencialo pakeisti tendenciją, jog žemės ūkyje naudojamos vis didesnės mašinos. Tačiau kyla klausimas, kaip toli esame nuo šio naujo ūkininkavimo būdo.

Robotų privalumai ir iššūkiai juos diegiant

Automatizavimo ir technologijų potencialas žemės ūkyje yra labai didelis. Žemės ūkio užduotys kartojasi, yra pavojingos ir dažnai reikalauja daug laiko ir fizinių pastangų, todėl jos yra idealus automatizavimo objektas. Tad tokias kasdienes žemės ūkio užduotis, kaip pasėlių stebėjimas, sėja, ravėjimas, purškimas, tręšimas, ūkiuose atliekantys robotai artimoje ateityje daugelio nebestebins. Be to, robotų diegimas žemės ūkyje ne tik sumažina išlaidas, gamybos sąnaudas, bet ir pagerina žemės ūkio užduočių tvarumą ir nuoseklumą.

Robotų tikslumas, naudojant chemines medžiagas, sumažina aplinkosaugos problemas ir jų žalingą poveikį žmonėms. Taip pat leidžia padidinti augalų derlių ir užtikrinti, kad jis būtų nuimtas laiku. Maži ir lengvi robotai, palyginti su tradicinėmis žemės ūkio mašinomis, mažiau sutankina dirvožemį, sudaro galimybę dirbti labai skirtingomis ir kintamomis aplinkos sąlygomis. Skirtingai nei tradiciniai traktoriai, robotai dažnai varomi elektra įkraunama baterija, todėl jų naudojimas labai prisideda ir prie CO2 emisijų mažinimo. Kitas robotų privalumas – jie gali dirbti 24 val. per parą, jiems nereikia atostogų, nedarbingumo dienų ar pertraukų, o žmonės pavargsta ir nuobodžiauja, todėl jų produktyvumas mažėja.

Kartu su išmaniosiomis technologijomis atsiranda poreikis kurti naujas darbo vietas ir pritraukti kvalifikuotų darbuotojų (projektuotojų, gamintojų, serviso specialistų). Ypač tai turėtų prisidėti prie jaunosios kartos atėjimo į žemės ūkį, kuri domisi technologijomis paremtomis profesijomis. Naujos technologijos ir sprendimai išryškina ir paslaugų, infrastruktūros, agrotechnikos valdymo skirtumus, kuriems reikalingi nauji įgūdžiai, todėl atsiveria galimybės žinių sistemai ir konsultavimo paslaugoms.

Tačiau yra ir nemažai veiksnių, ribojančių robotų diegimą ir plėtrą žemės ūkyje. Visų pirma, tai siejama su kompiuterinio raštingumo stoka, motyvacijos keistis, žinių ir pasitikėjimo trūkumu. Specialistų, kurie gerai išmanytų technologijas, poreikis ir šių technologijų susiejimas tarpusavyje – dar keli iššūkiai, su kuriais susiduriama. Dar yra labai daug vietovių, kuriose prastas ryšys ar jo visai nėra, ar ūkių, kuriuose nesukurta reikalinga infrastruktūra robotams sėkmingai eksploatuoti. Be to, netinkamas sprendimų priėmimas ar nepakankamas naudojamų algoritmų efektyvumas (nustatyti ligas, aptikti piktžoles, selektyviai naudoti herbicidus ar kitus pesticidus, įvertinti derlių ir t. t.) lemia, kad žemės ūkio robotai ir juose naudojamos programos turi būti tobulinamos. Kita vertus, tradicinis ūkininkavimas daugelį metų buvo siejamas su rankų darbu, todėl kasdien matyti laukuose dirbančius robotus bus kultūrinis ir emocinis pokytis.

***

Pasaulinė žemės ūkio robotų rinka nuo 4,9 mlrd. JAV dolerių 2021 m. turėtų išaugti iki 11,9 mlrd. JAV dolerių 2026 m., o metinis augimo tempas turėtų siekti beveik 20 proc. Rinkos augimui įtakos turi didėjantis gyventojų skaičius, darbo jėgos trūkumas, augantis darbo užmokestis. Robotikos diegimą žemės ūkyje skatina ir dirbtinio intelekto, mašininio ir giliojo mokymo, kompiuterinės regos, duomenų analizės ir prieinamumo, padėties nustatymo technologijų pažanga. Prognozuojama, kad žemės ūkio robotų, skirtų lauko augalams, rinkos augimo tempas per prognozuojamą laikotarpį bus didžiausias – 2026 m. užims apie 40 proc. rinkos.

Šaltinis – tyrimų agentūros „Markets and Markets“ duomenys