Áldás vagy átok? – Robotok a mezőgazdaságban (3.)

Sorozatunk első részében a zöldségtermesztésben, második részében a szőlő- és gyümölcstermesztésben alkalmazható robotok közül szemezgettünk. A mostani, harmadik részben a szántóföldi növénytermesztés területéről válogatunk.

A fejlesztés különböző szintjein álló robotokból ezen a területen is bőséges a választék. Ezt illusztrálják a következők is.

Önvezető erőgépek

Az önvezető járművek megjelenését időben valamivel később követte a vezető nélküli traktorok megjelenése. Lassan már fél évtizede annak, hogy az Automonous Solutions Inc. (ASI) és a Case-New Holland (CNH) bemutatták a vezető nélküli traktor koncepcióját. Az ASI mintegy két évtizedes automatizálási tapasztalat birtokában kapcsolódott a CNH fejlesztési törekvéseihez. A Case IH Magnum vezető nélküli traktor a sorozatban gyártott New Holland T8-as modelljére épül (1. kép).

Az iowai Boone-ban, 2016-ban rendezett Farm Progress Show-n bemutatott berendezés többféle szántóföldi művelet elvégzésére alkalmas. Fejlett útvonaltervezési technológiával rendelkezik és alkalmas akadályok észlelésére is, ezáltal sorközművelésben is biztonsággal használhatók.

A fejlesztők indoklása szerint a konstrukció kidolgozásában jelentős motiváló tényező volt az a körülmény, hogy a világ számos országában egyre nehezebb olyan felkészült gépkezelőket találni, akik vállalnák a mezőgazdasági munkakörülményeket. A kialakítás során támaszkodtak a precíziós gazdálkodás, illetve gépautomatizálás már meglévő eredményeire, az automatikus kormányzásra és a telemetriai megoldásokra. A rendkívül pontos CASE IH RTK+ GPS navigáció segítségével megvalósított AccuGuide automata kormányzással a robot traktor koncepció arra lett kifejlesztve, hogy teljes mértékben távolról végzett felügyeletet és vezérlést tegyen lehetővé a szántóföldi adatok azonnali rögzítésével és továbbításával egyidejűleg.

A traktor működtetése egy asztali számítógéppel, vagy laptoppal kezdődik, amelyen kijelölhetők az adott parcella leghatékonyabb megműveléséhez megfelelő nyomvonalak. Az önműködő technológia leginkább olyan feladatokra használható, amelyekben mindezekre lehetőség van, mint pl. a talajművelés, a vetés és a permetezés, és ugyanolyan jól alkalmazható a kisebb traktorokon is, amelyek pl. kaszálásra, vagy gyümölcsösök permetezésére használhatók. A gépkezelő ezután kiválaszthatja a kívánt feladatot egy előzetesen beprogramozott menüből a gép egyszerű kiválasztásával, meghatározva a szántóföldet, majd beállítva a traktort a feladatra, ami együtt alig igényel 30 másodpercnél több időt. A gép funkcióit szenzorokon keresztül lehet működtetni, amelyek automatikusan vezérlik a motor beindítást/leállítást, gyorsítást/lassítást, a motorfordulatszám szabályozását, a fordulásokat, a sebességváltót, a TLT-t, a függesztő szerkezetet és a hidraulikus funkciók működését, a differenciálzárakat és a kürtöt.

Ezután a gép munkája egy számítógépen (táblagépen) figyelhető és kontrollálható, ahol egy teljesen interaktív kezelőfelület jelenik meg, ami lehetővé teszi aműködtetést, a nyomon követést, az adatok és képek rögzítését. Egy nyomvonaltervező menüben látható a traktor haladása, egy másikban pedig a gép kamerájának képe, így a felhasználó ugyanazt látja, amit a traktor. Egy további menü pedig lehetővé teszi a traktor és a munkagép legfontosabb paramétereinek nyomon követését és módosítását, mint pl. a motorfordulatszám, az üzemanyagszint és a munkagép adatok – pl. a vetési tőszám. A szántóföldre vezető útvonal is megtervezhető, amennyiben ez arra alkalmas magánutakon megvalósítható. Amennyiben a traktor akadályt érzékel az útjában, akkor megáll és figyelmeztetés jelenik meg a felügyelőszámítógépén, felajánlva a választási lehetőségeket, hogy a traktor mikéntreagáljon – várjon emberi beavatkozásra, kerülje meg az akadályt, vagy amennyiben az akadály csak pl. egy szalmakupac, akkor haladjon át rajta. Amennyiben valami – például egy másik gép – keresztezi az útját, és halad tovább, akkor a robot traktor megáll, majd az akadály távozását követően továbbhalad. A GPS-jel bármilyen kimaradása esetén a gép automatikusan megáll, de találhatóegy manuális leállító gomb is a kezelőfelületen.

Arra is lehetőség van, hogy a traktor „nagy adatokat” (Big Data), mint pl. időjárás előrejelzéseket felhasználva maximálisan kihasználja az ideális körülményeket úgy, hogy a napszaktól függetlenül dolgozik, és automatikusan megáll, amikor egyértelművé válik, hogy az időjárás változása problémákat okozna, majd tovább folytatja a munkát, amikor a körülmények kellő mértékben megjavultak. Alternatívaként, ha az magánutakon megvalósítható, másik parcellára is átküldhető, ahol jobbak a feltételek – például lazább a talaj, vagy ott nem esett az eső.

A fejlesztők szándéka szerint a termékfejlesztés halad tovább, figyelemmel kísérik az önműködő járművekre vonatkozó törvényi szabályozások alakulását, és fejlesztik a közúti közlekedésre vonatkozó területet, valamint keresik a lehetőséget a munkagépek önműködő alkalmazásának optimalizálásárais(1.).

Természetesen a világ számos más helyén is foglalkoznak a robot traktorok (vagy kissé általánosabban: automatizált vontató erőgépek) fejlesztésével. Csupán az illusztráció szándékával mutatjuk be az első orosz vezető nélküli robot traktor prototípusát (2. kép), amelyet az oroszországi Jekatyerinburgban megrendezett Innoprom kiállításon mutattak be először.

A prototípus a GPS-rendszernek köszönhetően 10 cm-es(!) pontosságú korrekciós jelekkel, valamint számos irányítási és helymeghatározási megoldással képes önállóan navigálni. (A felkiáltójel arra utal, hogy a jelzettnél már hazánkban is lényegesen pontosabb, gyakorlatilag ± 2 cm-es pontossággal navigálhatók a berendezések.)

A berendezés „lelke” az orosz mérnökök által tervezett központi vezérlőegység, amely a műholdakról kapott információk birtokában megtervezi az útvonalat és a biztonságos sebességet. Érzékelőinek, illetve kameráinak köszönhetően felismeri az akadályokat és azok jellegétől függően reagál rájuk, a szükséges korrekciók automatikus elvégzésével. A fejlesztők a prototípus erősségének tartják, hogy a vezérlőrendszer annyira univerzális, hogy szinte bármelyik kombájnba vagy traktorba beépíthető.

Robotok a szántóföldről

Tápanyag-visszapótlás, vetés

A kukoricatáblák nitrogénfelhasználásának optimalizálása érdekében Kent Cavender-Bares mezőgazdasági mérnök testvéreivel, Charlie Bares-szel, a gazdálkodóval és John Bares-szel, a robotikai szakértővel együttműködve létrehozott egy robotot – a Rowbotot, amely elég kicsi a megnőtt kukorica sorok közötti navigáláshoz, és elég erős ahhoz, hogy a növények táplálásához mintegy 40 liter nitrogénműtrágyát elbírjon (3. kép).

A robot kerekeken gördül, erőforrása egy dízelüzemű motor. Emberi felügyelet nélküli működése akár 50 hektáros területre is programozható. A robot rajokban is használható adatok gyűjtésére, illetve műtrágya kijuttatására.

A minnesotai start-up Rowbot vezérigazgatója Cavender-Bares megfogalmazása jól jelzi a cég küldetését: „Célunk elsősorban nem a robotika használata a munkaerő pótlására, hanem az, hogy segítsük a gazdálkodókat a drága műtrágyaanyagok hatékonyabb felhasználásában”. Ennek szellemében számos terepi vizsgálatot végeztek Minnesotában, Iowában és Illinoisban, az amerikai „kukoricaöv” meghatározó államaiban. A szélesebb körű elterjesztés előmozdítására végzett kísérletek legfőbb célja annak igazolása, hogy a nitrogénfelhasználás időzítésének és dózisának pontosításával elő lehet segíteni a hatékonyabb műtrágya-felhasználást, illetve ennek folyományaként a gazdálkodás jövedelmezőségének fokozását. Tudósítások utalnak arra, hogy a „Rowbot”-tal kijuttatott nitrogén, a technológiai megoldásnak köszönhetően, kevésbé szennyezi az élővizeket.

A viszonylag kisméretű robotok kifejlesztésével más cégek is foglalkoznak. Az AGCO/Fendt néhány évvel ezelőtt kezdte el a MARS projektet. (A projekt nevét a teljes megnevezés kezdőbetűiből kapta: Mobile Agricultural Robot Swarms – kb. mobil mezőgazdasági robotraj.)

A MARS rajokban működő kis robotok (4. kép) és felhőalapú adatkezelési megoldások felhasználásával tervezi, ellenőrzi és pontosan dokumentálja a kukorica vetésével összefüggő feladatokat, illetve információkat. A műholdas navigáció és a felhő alapú adatkezelés lehetővé teszi az éjszakai működést is. Az egyes vetőmagvak elvetésére vonatkozó pontos információk új lehetőségeket teremtenek valamennyi későbbi technológiai művelet optimálására, hiszen pl. a növénytáplálás vagy növényvédelem „egyedileg” végezhető el.

Az akkumulátorral működtetett elektromos motorral (kb. 400 W), a robot viszonylag kis súlyának (kb. 50 kg) és az autonóm működésnek köszönhetően a vetés éjjel-nappal, heti 7 napig folytatható, még olyan körülmények között is, amelyek mellett a hagyományos gépek már nem alkalmazhatók, pl. a talaj állapota miatt. A hagyományos méretű erőgépekhez, illetve gumiabroncsokhoz viszonyítva a talajnyomás szinte elhanyagolható (kb. 200 g/cm²). A robotoknak kb. 70%-kal kevesebb energiára van szükségük ugyanazon munka elvégzéséhez, és ennek megfelelően kevesebb CO₂-t termelnek. Mivel sem a hajtóanyag, sem kenőolaj nem szükséges a robotok működéséhez, nincs szivárgás és nincs helyi szennyezés.

Gyomirtás

A mezőgazdasági célú robotok sajátos csoportját képezik a gyomirtó robotok. (Erre vonatkozó utalás olvasható Dr. Jóri J. István cikkében is, amely az Agrofórum ez évi 6. számában jelent meg: „A gyomirtás hagyományos és alternatív módszerei”.)

A Robert Bosch nagyvállalat start-up vállalkozásaként 2008-ban jött létre a Deepfield Robotics. A „kis” cég (alkalmazottainak száma 11 és 50 fő között változott) megalapítása szorosan kötődik a BoniRob közfinanszírozású projekthez.

A BoniRob egy többcélú, kisautó méretű robotizált eszközhordozó (5. kép), azaz a különböző feladatok ellátására különböző szerszámokkal szerelhető fel. A robot önállóan képes gyomlálni, illetve felmérni a növények állapotát. Azon túl, hogy képes felismerni a növény fajokat, minden egyes használattal egyre precízebben képes beazonosítani őket, azaz a robot folyamatosan tanul. Négy, egymástól függetlenül kormányozható hajtókereke van, nyomtávja állítható.

A BoniRob a környezetkímélő növényvédelem területén közel centiméteres pontossággal képes meghatározni a helyzetét, videó- és LIDAR-alapú (képalkotó, felismerő, letapogató radar) helymeghatározást, valamint műholdas navigációt használ. Alaphelyzetben akkumulátorral működtethető, de a jövőben akár napenergiával is használható.

A több teszt egyike során a gépet egy répaföldre vezényelték ki, ahol a répák körülbelül 2 cm-es tőtávra voltak ültetve egymástól. A gyomok a szorosan elhelyezkedő répák között nőttek, négyzetméterenként átlag 20 darab. A robot sikerrel vette az akadályt, másodpercenként átlagosan 1,75 gyomot tüntetve el, 3,7 cm/másodperces (1,33 km/ó) sebesség mellett. A tervezők szerint kisebb sűrűség esetén munkatempója elérheti a 9 cm/s-ot (3,24 km/ó) is, ami azt jelenti, hogy óránként 324 méternyi hosszúságban képes megszabadítani a különféle gyomoktól az adott területet.

A robot képes akár 24 órán keresztül is „dolgozni”, ha a munkáját felügyelő ember is képes erre.

Tisztán napenergiával működtethető a svájci fejlesztésű EcoRobotix nevű gyomirtó robot (6. kép). A robot emberi felügyelet nélkül képes dolgozni. Működésének lényege: GPS RTK és az érzékelők segítségével pozicionálja magát a táblán jobb, mint 2 cm pontossággal. Látórendszere lehetővé teszi a növényi sorok követését, valamint a gyomnövények jelenlétének és helyzetének felismerését a sorokban és azok között. Két robotkar ezután mikro-dózisú herbicidet használ, pontosan megcélozva a kiválasztott és beazonosított gyomnövényt. A fejlesztők javasolják, hogy a gyomok fejlődésének kezdeti szakaszában használjuk a robotot, már csak azért is, mert a használatot 25 cm-nél magasabb állományban nem ajánlják.

A robot egy okos-eszköz (telefon, táblagép) segítségével teljes mértékben vezérelhető. Haladási sebessége a gyomborítottsághoz igazodik, átlagos értéke: 0,4 m/sec. Ilyen sebesség mellett napi teljesítménye 3 hektár. Nagyobb területek esetében célszerű lehet a rajban történő üzemeltetés. A két, egyenként 15 literes tank, normál esetben, 12 órányi munkavégzéshez elegendő permetezőszert tartalmaz. Miután a gép teljes tömege 130 kg, a talajnyomás szinte elhanyagolható, ezért a talajnedvességre nem érzékeny, bár szélsőségesen nedves talajon használata nem javasolt. Az elsodródás veszélye miatt alkalmazását ugyancsak nem javasolják, ha a talajfelszín-közeli szélsebesség 70 km/óra felett van. A gép hasznos munkaszélessége 2 méter, ezen belül 35-70 cm-es sortávú állományhoz állítható be (3.).

A SwarmFarm® Robotics, egy ausztrál induló vállalkozás (start-up), amely mezőgazdasági robotok fejlesztését végzi növénytermesztő gazdaságok számára. Küldetésüknek tekintik, hogy ne csupán egy vezető nélküli traktort, hanem egy új mezőgazdasági fejlesztési szemléletet és gyakorlatot hozzanak létre. Robotjaik könnyű, hatékony és önálló munkavégzésre képes gépek, amelyek olyan új gazdálkodási módszerek bevezetését teszik lehetővé, amelyek hagyományos eszközökkel egyszerűen nem lehetségesek. Kifejlesztettek egy olyan permetező rendszert, amely gyomfoltos területeken alkalmazható (7. kép). 

2015 és 2018 között 11 prototípust fejlesztettek ki, amelyeket a szolgáltatási szerződéses kapcsolataikban használták gyomnövények permetezésére gabona- és gyapottermelőknél Ausztrália különböző pontjain.

A fejlesztésnek új lendületet adott, amikor a cég partneri kapcsolatot épített ki a Bosch ausztrál leányvállalatával.

A SwarmFarm rendszer robotjai viszonylag kisméretűek, amelyek egyedül vagy csoportosan („rajként”) tudnak működni (innen ered a cég neve is). Ha egy permetezőgép lelassul a gyomnövények sűrűbb populációi miatt, akkor a raj többi permetezője odavonul, hogy segítse a munkavégzést.

A fejlesztők véleménye szerint egy kisebb gazdaságnak 5 robotpermetezőre van szüksége. A területméret növekedése indokolhatja a robotok számának növelését is, egy nagyobb méretű gazdaságban lehet 15-20 azonos technológiájú berendezés is.

Mivel a gépek gyomnövényeket keresnek és csak folt-permetezést végeznek, kevesebb növényvédő szerre van szükségük. A vizsgálatok tapasztalatai alapján a herbicid felhasználás átlagosan 40%-kal esett vissza a hagyományos kijuttatáshoz képest. Ennek kedvező ökonómiai és környezetvédelmi következményei elvitathatatlanok.

A robot a hagyományos permetezőgépek súlyának csupán 10%-át teszi ki.

Jelenlegi konfigurációjukban minden robotnak kb. 790 cm-es szórókerete van (de létezik 12 m-es munkaszélességű változat is (8. kép), amely nyolc WEEDit^® optikai kamerával, 40 fúvókával és kb. 602 literes permetezőtartállyal van felszerelve.) Az, hogy egy tartálynyi permetlé mennyi ideig elég, döntően a gyomborítottság függvénye. Ha a tartály kiürül, a robot visszatér a dokkoló állomásra újratöltéshez.

A fejlesztők ajánlása szerint egy embernek felügyelnie kell a feltöltést, bár automatikus újratöltő rendszer működik.

A robot mozgatásához szükséges gázolaj kb. 18 órára elegendő. A SwarmHive^® dokkoló állomás időjárás-figyelő érzékelőkkel rendelkezik. Ezek jelzései alapján leállíthatók a műveletek, ha a szélsebesség vagy más tényezők meghaladják a biztonsági vagy hatékonysági korlátozásokat. A kezelők távolról is felügyelhetik és irányíthatják a permetezőgépeket egy iPad alkalmazáson keresztül. (4.)

2016-ban alakult a kaliforniai FarmWise start-up és 2018 elején mutatták be prototípusát annak a saját fejlesztésű gyomirtó robotnak, amely az előző évi teszteken annyira sikeresen vizsgázott, hogy a cég már a kereskedelmi forgalomban való megjelenése előtt is több megrendelést kapott rá. Az új eszköz célja, hogy csökkentse a farmerek függőségét a kémiai gyomirtóktól, amit a termőföld megóvásán és a fogyasztói elvárásokon túl az is indokolttá tesz, hogy a gyomirtó szerekkel szembeni rezisztencia kialakulása máskülönben nem sok választást hagy a gazdálkodóknak, mint még több kemikália alkalmazását vagy a kézi gyomlálást.

A robot működésének alapja az a felismerő és azonosító rendszer, amely képes „megtalálni” a haszonnövények között a gyomokat és azonosításuk után mechanikusan megsemmisíti azokat. A berendezés valós idejű információkat nyújtva munka közben folyamatos kapcsolatban áll a helyszínen dolgozó operátorral és a gyártószervezet szolgáltató központjával is.

A FramWise nem kevés pénzből dolgozik. Számos befektető lát fantáziát a mezőgazdasági robotokban és szívesen ruháznak be ilyen célra. A FarmWise eddig több mint 20 millió dollárnak (a jelenlegi árfolyamon több mint 6 milliárd forintnak) megfelelő befektetést szerzett. Mindezek alapján a cég abban bízik, hogy jelentősen bővítheti növényfelismerő technológiáját, hozzájárulva ezzel a hatékonyabb növénytermesztéshez. Az éjjel-nappal bevethető robotok egyébként a társaság közlése szerint már most is akkora területet képesek átfésülni egyetlen nap alatt, ahonnan egy 400 ezer lakosú nagyváros ellátásához elegendő termény takarítható be. (Az ilyen „adatok” inkább reklám ízűek, mintsem komolyan veendők.)

Mivel egy robotról, azaz elektromechanikai berendezésről van szó, az új megoldás közvetve a mezőgazdaságban jelentkező munkaerőhiány szempontjából is jó befektetés lehet. Egy januárban közzétett felmérés szerint a FarmWise közvetlen környezetében, Kaliforniában a megkérdezett farmerek közül tízből heten számoltak be problémákról az idénymunkások rendelkezésre állásával kapcsolatban (5.). Hasonló nehézségek az Egyesült Államok és a világ más részein is tapasztalhatók. Hazánkban a „Világgazdaság” ez év júliusában számolt be arról, hogy idehaza a július–szeptemberi mezőgazdasági csúcsidőszakban 60-80 ezer idénymunkásra lenne szükség, ehhez képest körülbelül 10-15 ezer fő hiányzik a piacról.

*

Hasonlóan a korábbi két cikkünkben bemutatottakhoz, a szántóföldi növénytermesztésben is egyre inkább utat törnek maguknak a robotok. A fejlesztést ezen a területen is ösztönzi a munkaerő egyre inkább érezhető hiánya, azonban a motiváló tényezők között nagy hangsúlyt kap a környezetkímélést elősegítő takarékos kemikáliahasználat is. Jól megfigyelhető ez a vegyszeres növényvédelmet, illetve a tápanyag-visszapótlást végző robotok esetében. Fontosak lehetnek azok a valós idejű információk, amelyeket az állományfigyelő robotok nyújtanak. Különösen a növények fejlődésére, az esetleges fertőzöttségére vonatkozó információk segíthetik a gazdálkodókat termelési döntéseik meghozatalában.

*

Cikksorozatunk következő részében az állattartásban alkalmazható robotok világába nyújtunk betekintést.

Irodalom

A cikk számos internetes forrás felhasználásával készült. Ezek listája a szerzőnél megtalálható. A jelen cikkben szövegközti hivatkozás a következőkre történik: