Áldás vagy átok? Robotok a mezőgazdaságban (1.) – Zöldségtermesztés

Az élet legkülönfélébb területein találkozunk velük; a termelő-szolgáltató szervezetek egyre gyakrabban alkalmaznak az élőmunka helyett robotokat, különböző feladatok elvégzésére. A korai elgondolások szerint a robot jól helyettesítheti az embert a különösen nehéz, veszélyes és nagy pontosságot igénylő monoton feladatok elvégzése során. (Érdekes szójáték: a „robot” a szláv nyelvekben a nehéz, monoton munkát, illetve munkavégzést jelenti.)

A robotok olyan elektromechanikai (mechatronikai) szerkezetek, amelyek kialakításuk révén és előzetes beprogramozás után alkalmasak önálló munkavégzésre. A számítógép által „felügyelt” önálló munkavégzésre használt robotok mellett találkozhatunk az ún. „kobotok”-kal is, amelyek az emberrel együttműködve (kooperálva) látnak el bizonyos feladatokat.

Az ipari termelésben a robotok alkalmazásának ma már tekintélyes múltja van. Az alkalmazást részben gazdasági megfontolások, részben pedig kényszerítő körülmények indukálják. Utóbbiak sorából kiemelhető az egyre inkább tetten érhető munkaerőhiány.

Várható volt, hogy a robotizáció térnyerése előbb-utóbb eléri a mezőgazdaságot is. Ez megtörtént, s ma már arról számolhatunk be, hogy a mezőgazdálkodás több területén akár üzemszerűen dolgozó robotokkal is találkozhatunk. (Jól mutatja a helyzetet például az is, hogy az Agrofórum egyik legutóbbi – 2019/6. – számában is több cikkben említik a robotokat. Jóri J. István gyomirtó, Szalay László pedig almaszüretelő robotokról közöl információkat.)

Cikksorozatunkban önkényesen választott példákkal mutatjuk be, hogy a mezőgazdálkodás különböző területein milyen robotokkal találkozhatunk, amelyek közül néhány, akár már a közeli jövőben is megjelenhet a hazai gazdaságokban is. Sorozatunk első részében a zöldségtermesztésben alkalmazott robotok közül mutatunk be néhányat.

Üvegházi robotok

Az üvegházi robotok kifejlesztésében Hollandia nagyhatalomnak számít. Bizonyára összefügg ez azzal, hogy a holland termesztési kultúra hagyományosan magas hozamokat produkál az üvegházakban is és a „nagy termés” betakarítása jelentős munkaerőt igényel. Vélemények szerint jelenleg a teljes termelési költség több, mint 30%-át az élőmunkával kapcsolatos kiadások jelentik. Ez a körülmény nyilvánvalóan nagy hatással van a termelők versenyképességére, gazdálkodásuk eredményességére. Ezzel együtt az igazi probléma: egyre nehezebb megfelelő munkaerőt találni, olyan dolgozókat, akik tudnak is és akarnak is dolgozni a nem éppen ideális üvegházi munkakörülmények között. E miatt, szinte kényszerből, a figyelem egyre inkább fordult a robotizáció irányába. Wageningenben mintegy 60 kutató vesz részt az Agrofood Robotics részleg munkájában. Az egyetem kutatója, Erik Pekkeriet szerint 10-20 éven belül a monoton, nehéz mezőgazdasági munkák zömét robotok végzik majd. A robotok, amelyek képesek a nap 24 órájában, a hét 7 napján ellátni a beprogramozott feladatokat. Igaz, hogy a robotok ma még általában lassabban dolgoznak, mint az emberek, de ezt a nap 24 órájában tehetik, így az „időveszteség” kiegyenlítődik.„Az üvegházak magas hőmérséklete és páratartalma, a szabadban végzendő munka időjárásnak kitettsége, a hűtőházak hidegsége nem igazán vonzó perspektíva a mai munkavállalóknak.” A holland mezőgazdasági szektor például sokáig erősen támaszkodott a lengyel munkavállalókra, azonban a legutóbbi időkig a lengyel munkaerő egynegyede – Pekkeriet szerint – hátat fordított a mezőgazdasági szektornak. Mivel az irodalmakból megismerhető robotok nem tűntek alkalmazhatónak a magas termelékenységű holland gazdálkodók számára, ezért a Wageningen-i Egyetem üvegházi kertészettel foglalkozó munkatársai 1996-tól kezdtek el foglalkozni a növényházi robotok fejlesztésével, a Holland Mezőgazdasági, Élelmiszeripari és Halászati Minisztérium jelentős támogatásával.

Kutatásaik során paprika-, uborka- és paradicsomszedő robotok kifejlesztésére fókuszáltak az EU által, az „FP7 EU”-ban finanszírozott CROPS-projekt keretében. A nagy nemzetközi együttműködésben 2010 és 2014 között megvalósult projekt egyik szakmai vezetője Dr. Jan Bontsema világosan leszögezte, hogy „Az ember egy intelligens lény, akit nagyon nehéz helyettesíteni robottal.” (A szükség azonban – ott is – nagy úr!) A robotok használata kapcsán azt is kiemelik, hogy a termény szennyezésének veszélye kisebb, mint a kézi munkavégzés esetén.

Paprikaszedő robot

Az 1. képen látható paprikaszedő robot a növények között, kötött sínpályán mozog. A termény megtalálásához speciális kamerákat használ. Miután megtalálta a terményt, következik a színelemzés annak megállapításához, hogy kellően érett-e a termény. Amennyiben a paprika szedésre érett, működésbe lépnek a robot kígyó-szerű karjai, melyek megfogják, s gyengéden rögzítik a terményt. Ezt követi a szárról való leválasztás, amelyet egy csapódó körkés végez el. A levágott paprika egy rugalmas falú csőben esik le a gyűjtőtartályba.

1. kép Paprikaszedő robot
(Fotó: CROPS project)

A fejlesztő munka során számos olyan kérdés merült fel, amelyeket más iparágakban nem tapasztaltak. Az általunk is ismert és hangoztatott „mezőgazdasági sajátosságok” a robotok számára is különleges feladatot jelentenek. Az élő anyagok – úgy a növényzet és annak termése – hajlamos a mechanikai sérülésekre és emiatt különleges kezelést igényelnek. A robotoknak strukturálatlan környezetben kell dolgozniuk, amelyben az állandóság kizárható. Nincs két egyforma adat, nincs két egyforma jellemző. A robotnak kedvezőtlen klimatikus viszonyok között kell dolgoznia, magas hőmérséklet és páratartalom, továbbá kedvezőtlen fényviszonyok mellett.  Uborkaszedő robot A fejlesztőmunka további eredményei közül – a részletes működési leírást mellőzve – említhető az uborkaszedő robot (2. kép), amely egyedenként érzékeli a terményt és a megfelelő érettségű egyed kiválasztása után eltávolítja azt a növényi szárról. A kísérletek során az érett uborkák 95%-át kiválasztották és 75%-át sikeresen betakarították.

2. kép Példa az uborkaszedő robotra
(Forrás: Vineland’s Automation Cluster)

Paradicsomszedő robot

Az izraeli székhelyű METOMOTION cég többcélú robotrendszert fejlesztett ki a munkaerőigényes üvegházi feladatok ellátására. A fejlesztési projektre az EU HORIZON 2020 kutatási és innovációs programja keretében került sor. A GRoW (Greenhouse Robot Worker) első alkalmazása üvegházi paradicsom szelektív betakarítására történt (3. kép).

3. kép A GRoW paradicsomszedő robot munka közben
(Forrás: https://metomotion.com/ )

A GRoW a legmodernebb robotikai és automatizálási technológiát tartalmazza:

• Fejlett 3D-s látásrendszer és gépi látás algoritmusai az érett paradicsomok azonosítására és helyzetmeghatározására.
• Több, egyedi tervezésű robotkar.
• A szabadalmaztatott vég-effektor a károsodásmentes betakarítás, illetve begyűjtés érdekében.
• Autonóm járószerkezet a meglévő infrastruktúrához való zökkenőmentes igazodáshoz.
• Fedélzeti számítógéprendszer.

A GRoW könnyen adaptálható más üvegházi feladatok elvégzéséhez is, beleértve a további zöldségfélék betakarítását, a metszést, a beporzást, az állományfigyelést stb.

A kutató-fejlesztő szakembereket alapvetően az motiválta, hogy a növekvő munkaerőköltségek és a képzett munkavállalók felvételének és megtartásának nehézségei miatt a termelők olyan technológiákat keresnek, amelyek csökkentik a költségeket és javítják a termelés hatékonyságát. A robotrendszerrel az üvegházakban magas színvonalon („high tech”) gazdálkodókat célozzák elsődlegesen. Abból indultak ki, hogy a világ üvegházi zöldségtermesztő területe meghaladja a 450 ezer hektárt. Ennek mintegy 10%-át teszik ki az elsősorban Észak-Európában található intenzív növényházak. Kalkulációjuk szerint hektáronként egy GRoW robotot feltételezve erről a célpiacról több, mint egymilliárd dollár bevételre lehet számítani.

A METOMOTION becslése szerint a betakarításhoz kapcsolódó munkaerőköltségek akár 50%-os csökkenését is eredményezhetik a robotok, a termelő számára pedig három év alatt várható a befektetés megtérülése.

Szabadföldi robotok

Hasonlóan az üvegházi termesztéshez, szabadföldön is a betakarítási feladatokra fókuszálnak a fejlesztők. Ennek illusztrálására tekintsük a következő két területet.

Brokkoli betakarító robot

A hollandiai Barendrechtben található Tumoba cég 2002 óta foglalkozik a brokkoli betakarítás robotizált lehetőségeivel. A jelenleg már tesztüzemi állapotban lévő robot várhatóan 2020-ban kerül majd gyakorlati alkalmazásra. Ugyan még tesztüzemről van szó, azonban a robot kulcselemei a felismerő rendszer és a betakarító egység már hibátlanul működik. Jelenleg készülnek a korábbi hidraulikus rendszert kiváltó elektronikai rendszervizsgálatára.

A robot (4. kép) szelektív betakarítást végez, azaz csak a megfelelő méretű terményt vágja le a növényzetről. A begyűjtendő méret, illetve a vágási magasság előre beszabályozható.

4. kép A Tumoba által kifejlesztett robot brokkoli betakarítása közben
(Forrás: https://www.futurefarming.com/Machinery/Articles/2018/10/)

Salátabetakarító robot

Mintegy három évvel ezelőtt elkészült egy olyan salátabetakarító robot modellje, amely képes a megfelelő nagyságú salátafejek „megtalálására” és betakarítására (5. kép).

5. kép Salátabetakarító robot
(Fotó: AGCO)

Az Egyesült Királyságban igen népszerű jégsaláta betakarítására fejlesztették ki a „Vegebot” fantázianevű robotot (6. kép).

6. kép A Vegebot robot munka közben
(Forrás: https://cosmosmagazine.com)

Cambridge-i Egyetem fejlesztőmérnökei számára komoly kihívást jelentett, hogy a jégsaláta sérülékeny, mechanikai beavatkozásokkal szemben érzékeny, könnyen károsodik és szinte a talajhoz simul, ami a betakarításkor jelent gondot.

A berendezést kezdetben a laboratóriumi környezetben vizsgálták, mára azonban már számos gyakorlati területen is sikeresen tesztelték. A robot ma még közel sem olyan gyors és megbízható, mint az ember által végzett betakarítás, azonban ebben az esetben is előnyt jelent, hogy képes a nap 24 órájában dolgozni.

A Vegebotnak két fő része van: a számítógépes látásrendszer és a vágórendszer.

A felső kamera először képet készít a salátamezőről, azonosítja a képen látható összes salátafejet, és meghatározza, hogy melyiket kell betakarítani. A képen szereplő, betakarításra váró saláták közül ki lehet zárni azokat, amelyek nem megfelelő méretűek, nem eléggé érettek vagy olyan betegségben szenvednek, amely fertőzésveszélyt jelent a többi betakarított termésre.

A vágóél közelében található második kamera biztosítja a sima vágást. A robot fogó karjában lévő nyomást úgy állíthatjuk be, hogy a salátát szilárdan tartsa, de ne sértse meg, ne roncsolja.

A kutató-fejlesztő munka kulcsfontosságú része egy gépi tanulási algoritmus kifejlesztése és „betaníttatása” volt, hogy a betakarítható egészséges saláták képeit felismerjék a különböző időjárási körülmények között is.

A kutatók a továbbiakban a robot „felgyorsításán” fáradoznak, ami a gyakorlati felhasználás szempontjából fontos, bár nem perdöntő kérdés. És végül: egy nagyon fontos szempontra is utalnak a brit szakemberek. Ennek lényege, hogy a jelenlegi gépi betakarítási technológiák általában nem szelektálnak, azaz a teljes növényállományt egyidejűleg takarítják be. A válogatás után a nem kellően érett vagy méretes zöldségeket, gyümölcsöket általában eldobják vagy kevésbé értelmes módon hasznosítják. Ezzel szemben a robotok egy-egy táblán többször átmehetnek és így hozzájárulhatnak az élelmiszer-pazarlás csökkentéséhez. Azt gondolom, hogy ez a szempont a jövőben egyre nagyobb jelentőséggel bír majd.

*

Az önkényesen kiválasztott és itt bemutatott példák ékesen bizonyítják, hogy az egyik leginkább kézimunkaigényes ágazatban, a zöldségtermesztésben ma már a robotok több területen alkalmazhatók, kiváltva ezzel a sok helyen egyre nagyobb gondot jelentő munkaerőhiányt.

A robotok alkalmazása kapcsán ma még meglévő problémák megoldásán számos szakember dolgozik. Biztosra vehető, hogy ezek megoldása révén a robotok széleskörű használatára nyílik lehetőség inkább a közeli, mintsem a távoli jövőben. Hogy kinek lesz szüksége robotokra, illetve kinek éri majd meg ezek használata, az a jövő kérdése. Az azonban már a ma feladata, hogy a hazai gazdálkodók is megismerkedjenek, megbarátkozzanak azzal a korszerűsítő folyamattal, illetve annak eredményeivel, ami a robotokban ölt testet.

Ennek szellemében cikksorozatunk következő részében a szőlő- és gyümölcstermesztésben szóba jöhető robotokkal foglalkozunk.

Irodalom

• A cikk számos internetes forrás felhasználásával készült. Ezek listája a Szerzőnél megtalálható. A jelen cikkben szöveg közti hivatkozás a következőkre történik:
• Hugo Claver: Robots the main workforce on farms in the near future. https://www.futurefarming.com/Machinery/Articles/2019/4/Robots-the-main-workforce-on-farms-in-the-near-future-421881E/?intcmp=related-content (Letöltés: 2019. 06.17.)
• World’s first pepper-picking robot heralds new era. Horizon The EU Research and Innovation Magazine, 28 May 2015, https://horizon-magazine.eu/article/world-s-first-pepper-picking-robot-heralds-new-era.html (Letöltés: 2019. 06. 28.)
• Vineland’s Automation Cluster seeds a homegrown industry.
• https://www.vinelandresearch.com/program/putting-technology-work-horticulture  (Letöltés: 2019. 06. 17.)