W ostatniej dekadzie nastąpił przełom w zakresie autonomicznej mobilności. Przewiduje się, że dalszy rozwój tej technologii sprawi, że stanie się ona ogólnodostępna i mniej kosztowna. Uprawa roli, wiążąca się z powtarzalnymi zabiegami na ograniczonym terenie, stanowi zaś idealne pole do zastosowania takich rozwiązań.
Zdążyliśmy już przywyknąć do coraz to nowych doniesień o autonomicznych technologiach w dziedzinie motoryzacji i transportu. Mniej uwagi poświęca się natomiast całej gamie rozwiązań dla rolnictwa, wdrożonych w ostatnich latach, pozwalających na coraz większą automatyzację prac polowych. Ich integracja w ramach jednej platformy to pierwszy krok w stronę autonomicznych pojazdów rolniczych. Przy czym koncepcja ich wykorzystania stanowi wyzwanie dla całej branży.
Rolnictwo precyzyjne
Spektrum rozwiązań z zakresu łączności bezprzewodowej, nawigacji satelitarnej, monitoringu za pomocą dronów, sensorów i czujników, zaadoptowanych na potrzeby rolnictwa zaowocowało powstaniem systemów rolnictwa precyzyjnego, które w przyszłości mogą posłużyć za układ, w ramach którego funkcjonowały będą pojazdy autonomiczne. Już dzisiaj dostępne są rozwiązania wykorzystujące dane satelitarne do precyzyjnego planowania ścieżek ruchu i sygnały bezprzewodowe do wzajemnej koordynacji pojazdów. Takie systemy, wykorzystujące sieci nawigacji RTK (Real Time Kinematic) umożliwiają prowadzenie pojazdu po równoległych ścieżkach z dokładnością do 2,5 cm. Dzięki programowaniu ścieżek i manewrów, np. zawracania, pozwalają na zautomatyzowanie niektórych prac polowych, odciążając operatora, a jednocześnie zapewniają oszczędność paliwa, środków ochrony roślin i nawozów, a także ograniczają liczbę zachodzących na siebie przebiegów i nieobrobionych skrawków pola. Pozwalają także na telematyczny monitoring, rejestrację i analizę parametrów pracy urządzeń. Dostarczają więc rozwiązań, na których mogą opierać się systemy autonomiczne.
Ciągniki autonomiczne
Jedną z propozycji pojazdów bazujących na istniejących rozwiązaniach jest ACV (Autonomous Concept Vehicle), opracowany przez Case IH. Oparty na konstrukcji ciągników serii Magnum, futurystycznie wyglądający ACV (pojazd nie posiada kabiny) jest przystosowany do autonomicznego wykonywania zaprogramowanych zabiegów. Jest wyposażony w system bezpieczeństwa, umożliwiający automatyczne wykrycie i ominięcie przeszkody, lub zatrzymanie pojazdu do czasu ustąpienia przeszkody w postaci ruchomego obiektu, np. innego pojazdu. System pozwala także operatorowi na zdalne podejmowanie decyzji i wytyczenie trasy objazdu. Ciągnik, dzięki opcji synchronizacji, może też wykonywać zadania w tandemie z innym pojazdem, np. z kombajnem.
Inne podejście prezentuje holenderskie przedsiębiorstwo Precision Makers, które oprócz ciągnika autonomicznego Greenbot, oferuje systemy pracy autonomicznej do zastosowania na pojeździe klienta. Pakiet X-pert obejmuje m.in. moduły GPS i konsole sterujące, czujniki bezpieczeństwa, a także układ do programowania systemu poprzez rejestrację wykonywanych przez operatora czynności, umożliwiający precyzyjne ich odtworzenie podczas pracy w trybie autonomicznym.
Autonomiczne platformy rolnicze
Rezygnacja z zabudowy stanowiska operatora daje konstruktorom zupełnie nowe możliwości w zakresie koncepcji budowy i funkcjonowania maszyny. Jednym z efektów nowego podejścia do konstrukcji pojazdów rolniczych jest koncepcja platformy. Za przykład może posłużyć tu duńska firma Agrointelli, producent autonomicznej platformy rolniczej Robotti. Platforma, ważąca 1200 kg, napędzana jest układem hydraulicznym z trzycylindrowym silnikiem wysokoprężnym Kubota D902 o mocy 21,6 KM. Ma wymiary 2,5 na 3,8 lub 4,8 m (w zależności od wersji), co pozwala na podłączanie maszyn rolniczych o szerokości do 3 m i masie do 750 kg, np. siewników, pielników. Sterowanie odbywa się w trybie autonomicznym bądź manualnym, z poziomu tabletu. W przyszłości ma być dostępna także wersja Robotti z napędem elektrycznym.
Nieco inaczej koncepcję platformy zrealizowali twórcy DOT Power Platform. DOT to U-kształtna platforma o wymiarach w pozycji transportowej 3,76 na 6,1 m. Napęd tego ważącego 5,67 t pojazdu zapewnia silnik Cummins QSB o pojemności 4,5 l i mocy 175 KM i system pomp hydraulicznych. Każde z czterech kół napędzane jest za pomocą osobnej pompy i silnika hydraulicznego poprzez przekładnię planetarną, co pozwala na rozwinięcie prędkości do 20 km/h. Platforma jest rozkładana, co umożliwia instalację maszyn rolniczych, np. siewników, opryskiwaczy, wałów, które są przez nią niesione, a nie ciągnięte. Co istotne, DOT nie jest kompatybilny z każdą maszyną, ale gama ponad 100 różnego rodzaju urządzeń może być przygotowana do montażu na platformie. Montaż maszyny na platformie, zdaniem twórców ma wiele zalet w porównaniu do klasycznego rozwiązania z ciągnikiem, m.in. wiąże się z całościową redukcją masy zespołu i oszczędnością paliwa rzędu 20%. DOT może być sterowany za pomocą pilota lub pracować w trybie autonomicznym. Jest wyposażony w niezbędne systemy bezpieczeństwa. W tym roku pierwsze platformy trafią do farmerów w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie w ramach programu pilotażowego.
Roboty rolnicze
W zupełnie innym kierunku zmierzają prace prowadzone w ACFR (Australian Centre for Field Robotics) Uniwersytetu w Sydney, gdzie powstają unikalne konstrukcje dedykowane do konkretnych zadań. Są to roboty, wykorzystujące zaawansowane systemy wizyjne i algorytmy decyzyjne oparte na procesie uczenia się do monitoringu, analizy i pielęgnacji roślin uprawnych. W oparciu o dane z termowizji, obrazowania wielospektralnego, kamer światła widzialnego, skanerów 3D i lidarów mogą one przeprowadzać kontrolę jakości upraw, pozwalając na oszacowanie wielkości plonów i optymalnego czasu zbiorów. Umożliwiają także precyzyjne i regulowane w czasie rzeczywistym dozowanie nawozów i odżywek, a także pielenie i zwalczanie chwastów.
Z kolei roboty z serii E firmy Agrobot zostały opracowane z myślą o zautomatyzowanym zbiorze truskawek. Ich konstrukcja składa się z platformy o napędzie elektrycznym, o wymiarach 4,75 na 6,18 m, na której montowane jest do 24 zespołów z ramionami robotycznymi i sensorami. Robot kieruje się wskazaniami lidaru do nawigacji pomiędzy grządkami i analizą obrazu z systemów wizyjnych przy wyborze i ocenie owoców. Zaprogramowane algorytmy pozwalają robotowi rozróżnić owoce dojrzałe i niedojrzałe na podstawie kryterium wizualnego. Ramiona robotyczne pracują równocześnie, chwytając truskawki za ogonek, nie dotykając samego owocu.
Autonomiczne ciągniki, platformy, czy roboty?
Autonomiczne rozwiązania na potrzeby rolnictwa mają niewątpliwe zalety, związane z możliwością operowania 24h na dobę, 7 dni w tygodniu i optymalizacją parametrów pracy, co z kolei pozwala na oszczędności paliwa, nawozów i środków ochrony roślin.
Ich rozwojowi sprzyjają różne czynniki, m.in. wzrost liczby ludności i spożycia żywności na świecie, a także wzrost kosztów zatrudnienia. Coraz szersze zastosowanie rozwiązań rolnictwa precyzyjnego również toruje drogę do przełomu autonomicznego w uprawie roli. W związku z tym, szacuje się, że do 2024 roku, rynek autonomicznych pojazdów rolniczych osiągnie wartość 3,2 mld dolarów. Jak na razie jednak nie do końca wiadomo, które rozwiązania i koncepcje okażą się bardziej praktyczne i zostaną upowszechnione na większą skalę. Czy będą to uniwersalne autonomiczne ciągniki i platformy, obsługujące różne maszyny niczym nie różniące się od tych wykorzystywanych obecnie, czy też rozwój technologii autonomicznych pociągnie za sobą zupełne przeobrażenie rolnictwa, w którym dominować będą roboty, dedykowane do konkretnych zadań? Na pewno jednak w dziedzinie autonomicznych rozwiązań dla branży rolniczej nie czeka nas momentalny przełom, a raczej stopniowa popularyzacja osiągnięć techniki.
Jacek Zbierski
artykuł pochodzi z wydania 1/2 (136/137) styczeń/luty 2019
