Робототехника в сельском хозяйстве: виды и применения

Еще недавно использование роботов в сельском хозяйстве оставалось скорее в области разработок и казалась делом если и не слишком далекого, то будущего — как беспилотные такси или роботы-хирурги. Однако уже сейчас такие роботы применяются на практике — и в первую очередь для борьбы с сорняками. Это может стать перспективным решением в сельском хозяйстве, позволяющим уменьшить использование гербицидов и ухудшение качества почв. А в будущем роботы смогут массово собирать фрукты и овощи, перевозить их на пункты упаковки, сеять, находить заболевания и вредителей.

Сельское хозяйство быстро становится высокотехнологичной отраслью, которая привлекает новых специалистов, новые компании и новых инвесторов. Технология быстро развивается, не только способствуя производственным возможностям фермеров, но и продвигая робототехнику и технологии автоматизации.

Повысить рентабельность сельскохозяйственного производства возможно лишь за счет внедрения передовых технологий точного земледелия. В настоящее время на помощь спешат роботы, которые способны самостоятельно выполнять трудоемкие сельскохозяйственные операции. Перспективность развития данного направления на постсоветском пространстве можно объяснить существующими кадровыми проблемами на селе, недостаточной популяризацией сельского хозяйства как важного и модного вида деятельности, развиваемого в настоящее время последними достижениями науки и техники, такими как роботы, интернет вещи, обработка больших данных, использование беспилотной авиации.

В основе роботизации лежит необходимость значительно увеличить производственные урожаи. По оценкам ООН, численность населения в мире возрастет с 7,3 млрд. сегодня до 9,7 млрд в 2050 году. Потребуется гораздо больше продовольствия, и фермеры будут сталкиваться с серьезным давлением, чтобы не отставать от спроса.

Сельскохозяйственные роботы по-разному увеличивают производственные урожаи для фермеров. Технология от беспилотных летательных аппаратов, автономных тракторов до роботизированных комплексов внедряется в творческих и инновационных направлениях.

Сферы работы для сельскохозяйственных роботов

Сельскохозяйственные роботы автоматизируют медленные, повторяющиеся и монотонные задачи для фермеров, позволяя им больше сосредоточиться на улучшении общей производительности.

Можно выделить следующие задачи роботизации в сельском хозяйстве:
- мониторинг и прогнозирование
- снижение себестоимости сельхозпроизводства
- улучшение качественных показателей
- снижение экологической нагрузки сельхозпроизводства
- повышение конкурентоспособности средних и мелких сельскохозйственных производитель
- повышение безопасности с-х производства
- решение проблем с кадрами
- снижение издержек, связанных с недобросовестностью сотрудников
- расширение возможностей использования сельскохозяйственной техники - роботы могут быть всепогодными и работать в любое время суток.

Сбор является одним из самых популярных роботизированных направлений в сельском хозяйстве благодаря точности и скорости. Применяются для того, чтобы увеличить размер урожая и уменьшить количество отходов.

Однако эти направления могут столкнуться с трудностями в автоматизации. Например, роботизированная система, предназначенная для сборки сладкого перца, сталкивается с множеством препятствий. Системы зрения должны определять местоположение и спелость перца в суровых условиях, включая наличие пыли, меняющуюся интенсивность света, колебания температуры и движение, создаваемое ветром.

Но для сборки перца все еще требуется больше, чем усовершенствованные системы видения. Роботизированная рука должна ориентироваться в среде с большим количеством препятствий, чтобы деликатно схватить и поместить перец. Этот процесс очень отличается от выбора и размещения металлической детали на сборочной линии. Сельскохозяйственная роботизированная рука должна быть гибкой в динамичной среде и достаточно точной, чтобы не повредить перцы, когда их собирают.

Уборочные и собирающие роботы становятся очень популярными среди фермеров, но существуют десятки других инновационных способов, с помощью которых сельскохозяйственная отрасль развертывает автоматизацию роботов для повышения производительности.

Спрос на продовольствие опережает имеющиеся сельскохозяйственные угодья, и фермерам необходимо закрыть этот пробел и сельскохозяйственные роботы помогают им в этом.

Новые разработки

В апреле американский стартап Carbon Robotics представил свою разработку — робота для прополки полей. Внешне такой робот похож на небольшой автомобиль длиной 3 м и весом 4,3 тонны, а его способ борьбы с сорняками подошел бы для какого-нибудь фантастического фильма — робот медленно ездит по полю в поисках сорняков, а при обнаружении сжигает их лазером. По данным Carbon Robotics, этот робот может уничтожить до 100 тыс. сорняков в час.

Еще один производитель подобных роботов — американская компания FarmWise. На вид эти роботы похожи на свои аналоги из Carbon Robotics, но в этом случае для прополки используются не лазеры, а обычные лезвия. Тем не менее роботы, работающие на поле автономно, точно так же сами находят сорняки и уничтожают их.

Есть и роботы меньших размеров. Один из них — разработанный британской компанией Small Robot Company робот Dick, внешне похожий на большого (выше человеческого роста) паука. Dick работает на аккумуляторе от Tesla. Есть и другие подобные роботы — например, робот, созданный швейцарской Ecorobotix, занимается не прополкой, а применением гербицидов, но очень точечным.

Помимо роботов для прополки есть и много других вариантов применения роботов в сельском хозяйстве. Так, например, американская компания Iron Ox разработала роботизированную руку, которая сканирует растения в теплицах для отслеживания возможных заболеваний или вредителей.

Еще один стартап, Root AI, разработал робота Virgo, который может собирать помидоры, огурцы, перец и другие овощи. Такой робот с помощью определяет спелость плодов, а затем срывает их роботизированной рукой со специальным мягким захватом, который не должен их повредить.

В России компании Avrora Robotics и АгроБот разработали колесный беспилотный роботрактор и одноименное решение - комплексная беспилотная система управления, состоящая из "комплекта автоматизации" трактора, диспетчерского центра и ряда вспомогательных систем. Решение может применяться для автоматизации работ в сельскохозяйственной или коммунальной сфере.

Cognitive Technologies разрабатывает российский комплекс автоматизации Cognitive Agro Pilot (Когнитивный Агро Пилот). Также совместно с учеными ТУСУР, Томск, компания создала и запустила в мелкосерийное производство 4D-радары, способные определять высоту и форму объектов в любую погоду, при любой скорости движения и на различных дистанциях.

Решение адаптировано к сложным мелкоконтурным полям с переменным рельефом. Автоматика полностью справляется с вождением комбайна, не допуская столкновений с посторонними объектами, техникой, людьми и животными. Роботизированный комбайн не требует использования спутниковой навигации. Анализ внешней среды обеспечивает видеокамера и бортовой AI. Разработчики заявляют о росте эффективности уборки зерна примерно на треть по-сравнению с применением комбайнов, управляемых человеком.

Комплекс CAP (Cognitive Agro Pilot) может устанавливаться также на трактора или опрыскиватели.

“КБНЦ РАН” в Кабардино-Балкарии придумали и воплотили в реальность MultiAgroBot - семейство роботов, предназначенных для выполнения множества разнообразных агротехнических операций: собирать продукцию в открытом грунте и теплицах, выполнять пропашные и оросительные работы, транспортировать товар. Есть среди них культиватор-фитосанитар. Любопытно, что "тепличный" робот может сам определять степень зрелости овощей, отделять нужные и перевозить, сохраняя товарный вид, за пределы участка к указанному месту. При стоимости около 2,6 миллиона рублей он окупается уже со второго сезона.

Выводы

Подводя итог, необходимо отметить, что роботизация сельскохозяйственного производства является уже вполне осязаемым процессом развития данной отрасли. Пройдет еще совсем немного времени — на смену управляемым операторами техническим средствам придут высокоточные и дисциплинированные машины, которые безукоризненно будут выполнять свои рабочие функции, никогда не потребуют прибавку к зарплате и не возьмут день за свой счет.

Источник: «АПК Эксперт»