Yanmar возглавляет разработку SMASH: передовая агро-роботизированная система нового поколения

Сельское хозяйство в будущем увидит растущее использование научно-точных агротехнических техник, где автоматизированные «агро-боты» мониторят, лечат и обрабатывают землю, используя передовые технологии, спроектированные для помощи в максимизации урожаев и минимизации болезней.

С своим обширным опытом в автоматизации и агромеханизации, агротех-специалист Yanmar теперь показывает путь в передовых полевых робототехнических исследованиях.

Время перемен в наших меняющихся временах?

Трудно подумать о более важном экономическом секторе, чем сельское хозяйство. Это отрасль, которая напрямую влияет на жизни всех по всему миру, несмотря на то, что она осаждена вызовами со всех сторон.

Изменения температуры и осадков влияют на урожайность; фермеры и сельхозработники напрямую подвержены эффектам погодных экстремумов, в то время как миллионы больше в пищевых работах уже чувствуют влияние нашего меняющегося климата.

Более того, потребители сегодня все больше осведомлены о вопросе химикатов, используемых в производстве их пищи, и требуют устойчивое производство все вкуснее, более качественного урожая.

Поиск лучшего способа справиться с этими вопросами и при этом встречать экологические давления заставляет многие правительства обращаться к специалистам по автоматизации и технологическим экспертам, чтобы попытаться улучшить долю фермера, удовлетворить потребительские требования и решить бесчисленные вызовы, с которыми сталкивается отрасль.

Умное земледелие с SMASH в Италии

Увеличенная автоматизация и технологии в сельском хозяйстве не новое само по себе — в действительности, это происходит с тех пор, как Индустриальная революция.

Но что нового — это то, как технологии используются для решения проблем, связанных с контролем болезней пищи и нестабильными погодными паттернами.

Фокус теперь на достижении желаемых урожаев экологически устойчивым способом, с непрерывным фокусом на снижении количества и типа используемых химикатов.

Засуха, наводнения и появление новых вредителей и болезней — однако, теперь угроза на всех континентах. Даже Европа сталкивается с вызовом прямо через свои фермерские системы.

Это особенно верно для таких стран, как Италия, которая столкнулась с 57-процентным падением своего оливкового урожая 2018 года — худшим за 25 лет — в результате изменения климата, согласно ученым.

С европейским исследовательским объектом, укрытым в холмах над Флоренцией, Италия, Yanmar R&D Europe хорошо позиционирована для фокусировки на множестве полевых исследований для принесения добавленной ценности агропромышленности — и возможно даже привлечения нового поколения рабочих на землю.

Эти включают двухлетний, €4 млн проект «SMASH», проводимый в сотрудничестве с 10 технологическими партнерами для разработки мобильного агрологического «эко-системы» для мониторинга, анализа и управления сельхозкультурами.

Партнеры проекта SMASH

Вот список других партнеров и их роли в проекте SMASH:

• EDI: Механическая и электронная инженеринговая компания, которая помогла разработать мобильную базу роботизированной системы.
• AvMap: технологии и датчики для навигации мобильной базы.
• Base: передача данных, обработка данных, облачное хранение данных.
• Seintech: анализ данных, добыча данных и машинное обучение.
• Флорентийский университет, Аграрный департамент: разработка конечных эффекторов.
• IIT (Итальянский институт технологии): роботизированная система (Plantoid) для мониторинга и анализа почвы.
• Sant'Anna Bio Robotic Institute: разработка манипулятора для установки на роботизированную руку, для сбора образцов и манипуляции предметами.
• Copernico: подготовка дрона для мониторинга и картирования.
• DORIAN: технологии и алгоритмы для машинного зрения.
• Giuntini Filippo: агроном.

Акроним «SMASH» означает «Smart Machine for Agricultural Solutions Hightech», и этот проект был ко-финансирован тусканским местным правительством.

Он состоит из разработки модульной роботизированной платформы, использующей последние информационно-коммуникационные технологии для изучения культур и почв, анализа собранной информации и предоставления четких, действенных информаций фермерам для поддержки управления культурами.

Одна из многих ролей Yanmar — разработать системы контроля для многозадачной роботизированной руки для мобильной манипуляции (включая точное опрыскивание), интеграцию датчиков для технологий позиционирования, и разработку ПО автономной навигации и контроля для мобильной базы системы (в сотрудничестве с другими партнерами).

Для инженера по моделированию и контролю YRE Мануэля Пенчелли, разработка прототипа агро-бота, который мог бы использоваться для мониторинга и контроля культур, взятия почвенных образцов для анализа и точной таргетировки агрохимикатов для точного применения, требовало многих разных областей экспертизы с начала проекта.

Пенчелли говорит: «Было много партнеров вовлеченных на протяжении всего. Нам нужна была механическая экспертиза для разработки структуры транспортного средства, и много экспертов по «коммуникациям», потому что у нас много устройств, которым нужно «говорить» друг с другом.

«Наша отправная точка была на самом деле гусеничным транспортным средством, которое изначально было построено для движения вдоль пляжа и очистки береговой линии!»

Существует два работающих прототипа SMASH — один для виноградных лоз и другой для шпината — чтобы охватить два разных типа культур, изначально запланированных для исследования.

Первый уже прошел значительное тестирование на виноградном фермерском хозяйстве в провинции Пиза, где Мануэль был инструментальным в демонстрации возможностей, которые эта роботизированная эко-система могла бы предложить фермерам.

Пенчелли говорит: «SMASH — не единственная машина, а серия разных устройств, включая робота, базовую станцию, дроны и полевые датчики, которые вместе предоставляют жизненно важную информацию для помощи фермерам.

«Фермер мог бы запрограммировать задачу, которую он хочет, чтобы SMASH выполнил, и пока он занят другими активностями, эта машина могла бы двигаться автономно, мониторя культуры, детектируя и леча болезни, и экономя фермеру или его рабочим значительное время на поле вручную проверяя культуры».

Картирование и мониторинг, прополка и подкормка

SMASH состоит из мобильной базы, роботизированной руки с манипуляторами и системами зрения, дрона и вспомогательной наземной станции. Представьте систему, спроектированную для функционирования через ряд технологий прецизионного земледелия, предлагающей специфические инсайты по геоматике, робототехнике, добыче данных, машинному обучению и так далее, учитывая экологические и социальные вопросы, с которыми сталкиваются фермеры.

Для Пенчелли возможности для SMASH бесконечны. Он говорит: «Помимо всех функций, которые могут быть выполнены роботизированной рукой, у нас также есть некоторые принасадки, которые могут быть смонтированы на задней части транспортного средства для механической прополки, или обработки почвы, пока оно движется.

«Эта работа может быть сделана одновременно, вместе с мониторингом и детектированием».

Экспертиза Yanmar была в разработке ПО для агро-бота и интеграции и установке всех компонентов других сторон.

Это сложная масса электроники, с проводами, датчиками, камерами, GPS-приемниками и множественными электромоторами — восемь из них — конкурирующими за пространство.

Но все работает — даже на грязном винограднике в конце февраля, где независимая система рулевания и превосходное сцепление демонстрируются на разном рельефе.

Пенчелли добавляет: «Сенсорный фьюжн был одним из самых сложных аспектов этого проекта.

«Потому что у нас очень особая среда внутри полей, где ряд переменных может меняться, такие как инфраструктура, почва, форма полей и даже другие рабочие, движущиеся вокруг агро-бота.

«Так что локализация транспортного средства, улучшение его робастности и понимание его физических ограничений были интересными — такие как скорость, угол рулевания, позиционирование и коммуникация между установленными на борту устройствами — все эти аспекты могут влиять на движение транспортного средства».

Сила в числах

YRE также объединила усилия с Аграрным департаментом Флорентийского университета для дальнейшего продвижения исследовательских активностей в поле.

Университет имеет значительный опыт в устойчивом управлении культурами, недавно завершив EU-финансируемый проект Rhea, который смотрел на улучшение качества культур, здоровья и безопасности для людей и снижение производственных затрат использованием флота маленьких, гетерогенных роботов — наземных и воздушных — оснащенных передовыми датчиками, улучшенными конечными эффекторами и улучшенными алгоритмами контроля решений.

Для проекта SMASH профессор университета Марко Вьери верил, что целостный подход к исследованию был нужен, вместе с обеспечением последних технологий.

Он говорит: «Земледелие предоставляет пищу, корма, волокна и топливо для людей, но мы также должны учитывать сельские, культурные и исторические вопросы.

«В прошлом был ежегодный календарь агроопераций, но новый майндсет нужен в эти дни, позволяющий нам контролировать и смягчать риски, такие как засуха, вредители и наводнения.

«Нам нужно было исследовать увеличенную автоматизацию не только для усиления и увеличения количества продукта, но также для приложения добавленной ценности.

«Yanmar разделяет наше видение помочь фермерам реализовать здоровое, высокоценное производство с истинной технологической системой, так что наша часть в SMASH была разработкой оборудования и эффекторов для двух сценариев виноградников и агрономических полевых культур как шпинат.

«У нас обширные знания фермерской техники и новых технологических возможностей, так что это о помощи снизить использование пестицидов, небезопасных для микроорганизмов почвы и растений, в то время как увеличивать уровень питательных веществ и полезных бактерий».

Справедливо сказать, что фермеры на передовой дебатов вокруг климата, выбросов и устойчивости.

Даже когда речь идет о высокоценных культурах, таких как виноград, оливки и орехи, найденные в этом регионе Италии, трудно аргументировать против использования автоматизированного и подключенного земледелия для приведения научных данных и потребностей фермеров вместе.

В конце концов, роботы могут работать 24 часа в сутки, у них меньше воздействие на почву, чем у тракторов из-за их меньшего размера.

Представьте флот роботов долю размера конвенционального трактора и легко увидеть возможности, которые ИИ-базированные, технологии-драйвенные прецизионные агротехники могут предложить в грядущие годы.

Использование дронов для картирования полей и проверки культур; и агро-ботов для сбора фруктов, посева семян, идентификации и лечения сорняков с точными дозами пестицидов и удобрений — все о таргетировании усилий только в областях, нуждающихся в работе, что позволяет снижение труда, капитальных затрат и выбросов в результате.

С своим текущим исследованием передовых агро-робототехник, Yanmar принимает вызов показать возможности и потенциальные выгоды увеличенных прецизионных агротехник в будущем.

Будет ли автоматизированные и робо-тракторы, работающие поля, стать привычным зрелищем — остается увидеть, но трудно аргументировать против использования технологий для устойчивого увеличения качества и урожаев с земли.

И если звук дронов, висящих над культурами, означает, что фермеры способны идентифицировать паттерны роста и потребности в питательных веществах, а затем доставлять пестициды и удобрения с точечной точностью с флотом роботов, то наверняка это будет приветственным дополнением к инструментам, используемым в наших полях сейчас.