Майбутнє сільського господарства — за роботами, які здатні самостійно виконувати трудомісткі сільськогосподарські операції. І якщо раніше навіть американські та європейські фермери скептично дивилися в бік роботизації, то тепер активно тестують новинки.
За даними платформи Dealroom, яка надає аналітичні дані про стартапи і швидкозростаючі бізнеси, з початку 2020 року фінансування стартапів в секторі сільськогосподарської робототехніки та автоматизації підскочило на 40%. Проблему нестачі робочої сили в сільському господарстві збільшила пандемія Covid-19. Багато робітників зі Східної Європи просто не змогли перетнути кордони, щоб приїхати на роботи в заможніші країни. Чимало ферм і виробництв взагалі були змушені закритися через коронавірус. Це скоротило грошові потоки в агрокомпанії, але прискорило інвестиції в аграрну робототехніку.
Прихильники сільськогосподарської робототехніки та автоматизації вважають, що нинішнє зростання інтересу знаменує початок фундаментальних змін в аграрному секторі та революцію в галузі агропродовольчих технологій.
Іноді можна почути думку, що роботизація малоперспективна в Україні. Але ж не все однозначно. Перспективність розвитку цього напряму на пострадянському просторі можна пояснити доволі легко: кадровими проблемами на селі, недостатньою популяризацією сільського господарства як прибуткового і модного виду діяльності. Особливо ж важлива роботизація для ягідних та овочевих плантацій: для прополювання й збирання ягід, зелених салатів, цибулі, томатів. Щороку людська праця дорожчає. Приміром, в Україні прополювання ягідної плантації стартує від 500 грн на день і вище, а охочих виконувати ці роботи небагато. Тож у розрізі цих витрат на утримання ферми вартість робота в кілька десятків тисяч євро вже не виглядає настільки великим капіталовкладенням. Розглянемо особливості найбільш перспективних роботів для прополювання, збирання ягід та фруктів і обслуговування плантації, які з’явилися протягом 2020–2021 років.
РОБОТ-ПРОПОЛЮВАЧ AUTONOMOUS WEEDER
Однією з найбільш цікавих роботоновинок останнього часу є сільськогосподарський робот для знищення бур’янів The Autonomous Weeder від компанії Carbon Robotics, що розташована в Сіетлі. Чотириколісний робот вагою 4,3 т здатний в автономному режимі пересуватися по полю і боротися з бур’янами, спалюючи їх за допомогою масиву інфрачервоних вуглекислотних лазерів. Його розробники стверджують, що робот може знищити до 100 тис. бур’янів за годину. Щоб відрізнити небажані рослини від корисних сільськогосподарських культур, використовується спеціальна система розпізнавання зображень, задіяні потужні камери й обчислювальні модулі на графічних процесорах NVIDIA 30-ї серії. Це дозволяє визначати місце розташування бур’янів і сільськогосподарських культур на оброблюваному полі під роботом в реальному часі за допомогою алгоритмів машинного навчання. А вмонтований GPS-модуль дозволяє роботові переміщатися точно уздовж борозен на полі навіть у нічний час. Виявлені системою комп’ютерного зору бур’яни потім знищуються вісьмома інфрачервоними CO2 лазерами з довжиною хвилі 10,6 мікрометрів потужністю 150 Вт кожен. Енергію для роботи всіх систем і пересування виробляє дизельний двигун потужністю 74 кінські сили. За день робот може обробити до восьми гектарів. За ґрунт можна не хвилюватися: інфрачервоні лазери, на відміну від гербіцидів, не впливають на ґрунт і не завдають шкоди вирощуваним рослинам, що збільшує врожайність і безпечність для здоров’я людей і тварин. За підрахунками компанії, зниження загальних витрат на ручну працю, гербіциди та добрива може сягати 28%.
Ці роботи для прополювання вже пройшли низку тестувань на полях із різними сільськогосподарськими культурами, наприклад на посівах броколі й цибулі, і підтвердили свою ефективність. За інформацією, розміщеною на сайті виробника, всі роботи модельного ряду 2021 року були розкуплені ще у квітні, а компанія активно приймає попередні замовлення на наступний рік.
ВІЗОК-АНАЛІЗАТОР PLANT BUGGY
Підрозділ холдингу Alphabet (належить компанії Google) під назвою X moonshot factory нещодавно презентував модель свого безпілотного багі, який може проводити моніторинг стану рослин з метою оптимізації умов їх вирощування, а також рекомендувати добрива або спеціальний догляд для них.
Почати фахівці компанії вирішили зі збору інформації та її аналізу. Для цього вони створили спеціальний візок Plant Buggy, який може займатися збором інформації про процеси росту рослини в різних середовищах. За допомогою GPS машина може точно визначати місце розташування кожної рослини, а потім використовує камери і датчики, щоб зібрати інформацію про її стан.
Візок об’єднує дані, зібрані з поля, такі як висота рослин і розмір плодів, з чинниками навколишнього середовища (прогнозами погоди, інформацією про ґрунт тощо). Потім весь зібраний матеріал аналізується системою машинного навчання, щоб оцінити, як рослини ростуть і взаємодіють з навколишнім середовищем.
Plant Buggy уже був протестований у США на суничних плантаціях Каліфорнії та соєвих полях Іллінойсу. Він уже проаналізував життєві цикли ряду сільськогосподарських культур, зокрема дині, ягоди, салат, овес і ячмінь.
У компанії переконані, що Plant Buggy може допомогти фермерам обробляти окремі рослини і передбачати реакцію різних культур на їх обробку. Та й взагалі, подібне «розумне» сільське господарство може використовувати інформацію для виявлення хвороб до того, як вони зіпсують старання фермера, або для прогнозування сукупного врожаю.
РОБОТ-ЗБИРАЧ ЯБЛУК ROBOT APPLE HARVESTER 3
Дослідники з австралійського факультету механічної та аерокосмічної інженерії Університету Монаша (Австралія) звернули увагу на проблему ефективного збирання яблук. Адже у зв’язку із пандемією охочих працювати в полях чи на фермах стало суттєво менше, ніж раніше. Робот Apple Harvester 3 використовує поєднання камер і алгоритмів глибокого навчання для сканування дерев в саду і виявлення плодів. Він обробляє інформацію про форму плода, орієнтацію і розташування гілок, прикріплення плодоніжки до гілки, щоб під час збирання звести до мінімуму пошкодження дерева та навколишнього листя. У результаті на збирання одного яблука робот витрачає менше, ніж професійна людина-збирач — всього 7 сек.
Робот збирає яблука за допомогою спеціально розробленого м’якого захоплення з пневматичним приводом і чотирма незалежно-приводними «пальцями» з вакуумним захопленням, що зводить до мінімуму пошкодження фруктів і самого дерева.
За словами розробників, робот може зібрати понад 90% яблук в полі зору своєї камери, на відстані близько 1,2 м. Повідомляється, що машина може працювати за будь-якого освітлення і погодних умов, а для обробки зображення яблука потрібно менше ніж 200 мілісекунд.
Цікаво, що під час польових випробувань робот пошкодив менше ніж 6% зібраного врожаю. Під час роботи машини на половину потужності вона визначала і збирала одне яблуко за 12,6 сек, тоді як оптимізація процесу захоплення скоротила цей час приблизно до 9 сек. Зрештою запуск робота на повну потужність скоротив час до 7 сек. Розробники сподіваються запустити робота в масове виробництво вже за декілька сезонів.
РОБОТ-ПЕРЕМІШУВАЧ КОМПОСТУ EWENDER
Часто аграріями доводиться стикатися із доволі неприємними, але потрібними операціями. Одна з таких — перемішування компосту, адже агропідприємства в усьому світі компостують свої органічні відходи на великих майданчиках. Щоб процес гниття в цих купах відбувався правильно, їх регулярно перевертають за допомогою тракторів, водії яких не тільки страждають від неприємних запахів, але й від високої температури і небезпечних газів, що виділяються від напівзогнилих відходів.
У пошуках альтернативного рішення для виконання цієї роботи команда Грацького технічного університету (Австрія) вирішила розробити автономного робота. Гусеничний пристрій, відомий як eWender, має розміри 4 на 2,5 м і працює від акумулятора. Керується за допомогою даних від GPS, стереокамери, акселерометрів, датчиків на колесах і 3D-моделі компостної купи. Такий набір дозволяє не тільки відслідковувати його місце розташування в межах певної ділянки, а й утримувати його над центром компостного ряду: виходить, що робот наїжджає на компостний ряд і перевертає його за допомогою зубчастого валу.
Зараз цю технологію комерціалізує австрійська компанія Pusch & Schinnerl, яка співпрацює з університетом в процесі розробки робота. Найімовірніше, пристрій може бути запущений у виробництво в наступному році.
РОБОТ-ЗБИРАЧ СУНИЦЬ САДОВИХ AGROBOT SW6010
В агропромисловому центрі технологічних інновацій Advesva компанії Agrobot (Іспанія) був розроблений роботизований комбайн для вирощування та збирання врожаю суниць садових Agrobot SW6010. Його конструкція містить 14 або 60 маніпуляторів з дрібними металевими кошиками, потужний комп’ютер і колірні датчики, які розпізнають стиглі ягоди серед зеленого листя й ігнорують нестиглі ягоди. Агрегат має два робочі модулі для контролю й упаковки, а також чотири керованих колеса для забезпечення маневреності. Розміри й великий кут повороту коліс відмінно підходять для роботи як усередині теплиць, так і у відкритому ґрунті. Система збирання контролює набір маніпуляторів, здатних знайти ягоди і розподілити їх залежно від розміру і ступеня стиглості. Аналізується кожна ягода, причому сам зріз здійснюється з точністю, плавністю і обережністю.
Agrobot працює на платформі NVIDIA Jetson. Він оцінює кожну окрему ягоду за допомогою системи семантичної сегментації, завдяки чому можна класифікувати кожен піксель зображення. Спеціальна система робота одразу пакує зібраний урожай. У приводі робота використовується двоциліндровий дизельний двигун потужністю 21 кВт. Випробування показали, що застосування цього пристрою забезпечує в Іспанії на 50% зниження ціни свіжих суниць садових і здешевлення до 90% сировини для промислового виробництва ягідного пюре і наповнювачів для йогуртів.
ЛЕТЮЧИЙ РОБОТ FLYING AUTONOMOUS ROBOTS
Ізраїльська компанія Tevel Aerobotics Technologies, заснована ветеранами ізраїльської аерокосмічної та електронної промисловості, розробила спеціалізованих летючих автономних роботів, які використовуються для збирання врожаю різних фруктів, включаючи яблука, персики, нектарини, груші, сливи, цитрусові та авокадо. Запатентована платформа має назву FAR (Flying Autonomous Robots). Летючі роботи оснащені комп’ютерним зором і штучним інтелектом, який виявляє фрукти, визначає їх тип, розмір і стиглість. Дрон має маніпулятор для захоплення і збору фруктів. Крім того, маленькі дрони можуть виконувати й інші завдання, такі як обрізування і проріджування фруктових дерев.
Керівництво компанії переконане: стартап стане кращим у сегменті виробництва спеціалізованих роботів зі збирання врожаю фруктів у світі. Основна ідея розробки полягає в тому, щоб мати декілька автономних платформ, кожна з яких служить центром для 6 дронів-збиральників. Платформи переміщаються по садах і ягідниках і забезпечують потужність квадрокоптерів, які підключені до платформи через центральний кабель.
Для навігації платформи керуються планом збирання врожаю, певним програмним забезпеченням для управління. Очікується, що ця технологія дозволить збирати більше 90% всіх фруктів з дерев. При цьому виробники зможуть наростити висоту дерев на 20%, щоб збільшити врожайність. Роботи над проєктом у розпалі. Зокрема, нещодавно Tevel Aerobotics Technologies зробила оголошення про залучення додаткових 20 млн доларів інвестицій у розвиток своєї технології.
Серед інвесторів у технологію — потужні венчурні компанії Maverick Ventures Israel, OurCrowd, AgFunder, а також азійські виробники сільськогосподарського обладнання Kubota та Forbon. Загальне фінансування компанії уже становить 33,9 млн доларів, включно з грантом у 2,5 млн доларів від Управління інноваціями Ізраїлю. У компанії Tevel Aerobotics поки не назвали ціну на нових спеціалізованих роботів, однак заявили, що окупність інвестицій для виробника займе всього 3 тижні. Поки сервіс комерційно недоступний для садівників, але в компанії очікують, що в 2021 році будуть проведені пілотні випробування платформи в Іспанії, Італії та США.
УКРАЇНСЬКИЙ РОБОТ ВІД WINSTARS TECHNOLOGY
Українська IT-компанія Winstars Technology розробляє робота-збирача суниць садових, найбільша версія якого матиме 12 рук-маніпуляторів, кожна з яких здатна зібрати до 10 кг ягід на годину. Про це розповів комерційний директор компанії Юрій Гуменчук під час Aggeek Pitch Day у квітні поточного року.
За його словами, компанія має версію робоплатформи, на якій планують розміщувати маніпулятори і тару. Зараз працюють над системою комп’ютерного зору та маніпуляторами. Планується, що робот зриватиме ягоду за плодоніжку, а система комп’ютерного зору розрізнятиме, чи стигла вона і якого ґатунку.
За 30 місяців від початку робіт планують представити комерційну версію робота. Його продаватимуть як в Україні, так і за кордоном.
Розраховують, що великий, 12-рукий робот коштуватиме 250 тис. доларів і збиратиме 150 т суниць садових за сезон. Враховуючи середню вартість збирання цих ягід у світі на рівні 1 дол./кг (куди входить власне зарплата збирача та витрати на його пошуки, транспортування, харчування тощо), робот зможе окупитися за два або два з половиною роки. Менша версія, продуктивністю 100 т/сезон та вартістю 190 тис. доларів, окупиться за 2,5–3 роки. А найменша, продуктивністю 50 т/сезон вартістю 120 тис. доларів — за 3–4 роки.
ДОВІДКА
Автоматичні культиватори EC-Weeder
В Україні в сегменті автоматизованої боротьби з бур’янами вже кілька років представлені культиватори Steketee (прополювальна машина EC-Weeder) з ручним та автоматичним керуванням. До її системи розпізнавання бур’янів входять комп’ютер, програмне забезпечення та камера (все власної розробки). Найважливішим технологічним рішенням у просапних культиваторах Steketee є камера IC-Light. Програмне забезпечення власної розробки розпізнає не лише зелений колір, а весь спектр кольорів. Камера дозволяє бачити рядки та міжряддя і точно вести культиватор із мінімальною відстанню до рядків, не пошкоджуючи культурні рослини. Трактор не впливає на точність ведення і дозволяє проводити міжрядний обробіток на високій швидкості. Для цього, перед початком роботи культиватора, достатньо впродовж декількох хвилин провести автоматичне вивчення камерою IC-Light кольору культури та бур’янів. Решту роботи можна повністю довірити програмному забезпеченню й слідкувати лише за рухом трактора, адже культиватор самостійно керуватиметься по рядках. Система адаптується дуже швидко: можна переходити із салату до соняшнику, і практично через кілька десятків метрів агрегат працюватиме максимально точно. Завдання оператора полягає в тому, щоб задати базовий колір культурної рослини (ця інформація є в інструкції з експлуатації), а також налаштувати швидкість реагування на зміни в розташуванні рослин у рядку.
Кожен фермер залежно від умов, культур і завдань може оснащувати культиватор найрізноманітнішими робочими органами з будь-якою шириною міжрядь. Це можуть бути плоскі лапи (по три штуки на міжряддя 70 см), які тільки підрізають, не розпушуючи ґрунт, або, наприклад, 5-лапові секції на пружинній стійці, які, крім підрізання ще й розпушують ґрунт. Разом із системою підрулювання використовується навігація, а також можливе одночасне внесення добрив і ЗЗР.
Плантатор
