Inteligentna przyszłość rolnictwa

W jaki sposób Ziemia może wykarmić dziewięć lub dziesięć miliardów ludzi? „Inteligentne rolnictwo” to ważna część odpowiedzi na to egzystencjalne pytanie. Pozwala ono na niezwykle wysoką wydajność produkcji żywności poprzez skupione wykorzystanie najnowszych technologii wspieranych komputerowo oraz, tam, gdzie jest to możliwe, w pełni zautomatyzowanych. Nasiona są pojedynczo i precyzyjnie umieszczane w ziemi, owoce są ostrożnie zbierane przez mechaniczne chwytaki, a nawozy i środki ochrony roślin są stosowane w małych dawkach i w precyzyjny sposób. Takie działania wymagają dużej liczby małych silników elektrycznych, które są zarówno wytrzymałe, jak i mocne.

Komputery kwantowe, turystyka w kosmosie lub technologia wodorowa – najnowsze trendy technologiczne skupiają się na ciągle zmieniających się dziedzinach. Co ciekawe, często zapomina się o najważniejszej branży: rolnictwie. Nawet mimo tego, że jak dotąd skutecznie karmiło rosnącą wykładniczo populację ludzką. Rewolucja rolna, która rozpoczęła się w XVIII wieku, pozwoliła na ogromny wzrost plonów. Rolnictwo opiera się na rosnącym wykorzystaniu wysokoplennych odmian, nawozów mineralnych i chemicznych pestycydów, na mechanizacji i sztucznej irygacji na dużą skalę. Jednak takie interwencje w ekologię nie pozostają bez konsekwencji.

Wszelkie rzetelne prognozy populacyjne przewidują, że ludzka populacja przekroczy dziewięć lub dziesięć miliardów do końca tego stulecia. Ziemia ma potencjał na wykarmienie nawet tak dużej liczby osób. Jednakże rolnictwo staje przed ogromnym wyzwaniem. Uprawa roślin i hodowla zwierząt muszą produkować więcej bez narażania zasobów niezbędnych do życia. Płodna ziemia, czysta woda gruntowa i nienaruszone środowisko naturalne to nasze najcenniejsze „zasoby”. Należy je chronić za wszelką cenę.

Skupmy się na roślinie zamiast na polu
Jak dotąd wiele istotnych etapów upraw, takie jak sadzenie, nawożenie i stosowanie środków ochrony roślin, skupiały się na terenach lądowych. Przy rozsiewaniu nasion lub rozprowadzaniu pestycydów oblicza się ilość na ar lub hektar, a maszyny rozprowadzają produkt z odpowiednią prędkością. Jednak zamiast wzmacniania roślin część nawozu azotowego trafia do wód gruntowych, gdzie nie powinna trafić. Takie zadania jak przycinanie drzew owocowych lub zbieranie delikatnych odmian owoców lub warzyw wymagają kosztownej pracy ręcznej, podczas gdy coraz więcej przedsiębiorstw cierpi z powodu braku pracowników.

Inteligentne rolnictwo korzysta z nowoczesnych technologii, aby zwiększyć wydajność rolnictwa, oszczędniej zarządzać zasobami, zwalniać ludzi z monotonnej pracy i produkować większe plony. W tym kontekście mówi się także o rolnictwie precyzyjnym, rolnictwie cyfrowym lub e-rolnictwie. Dzięki wykorzystaniu sieciowych procesów wspieranych komputerowo oraz uczenia maszynowego i niestandardowych funkcji robotów można skupić się na pojedynczych roślinach zamiast na całym polu.

Im bardziej bezpośrednio stosuje się takie środki, tym są bardziej opłacalne i wydajne. Przykładowo można znacznie ograniczyć ilość stosowanych środków chwastobójczych przy stosowaniu na pojedynczych roślinach. Owoce i warzywa mogą być zbierane przez roboty w ciągły sposób, po uzyskaniu optymalnej dojrzałości.

Lekkie autonomiczne roboty terenowe umożliwiają także ochronę gruntu. Dzisiejsze duże maszyny rolnicze ważą do dziesięciu ton. Taka masa powoduje mocne ubicie ziemi po każdym przejeździe. Znacznie ogranicza to zdolność absorbowania wody i powietrza górnych warstw ziemi, co mocno wpływa na życie glebowe; wzrost i zdrowie roślin uprawnych w pobliżu tras maszyn również na tym cierpią. Inteligentne rolnictwo może przyczynić się do zwiększenia jakości gleby i bioróżnorodności.

Automatyka w rolnictwie i ogrodnictwie
Obecnie wiele z zastosowań istnieje tylko jako koncepcje lub prototypy. Jednak inteligentne rolnictwo jest już wykorzystywane w praktyce, na przykład w sadzeniu precyzyjnym. Ta metoda została pierwotnie opracowana w celach badawczych i hodowli roślin. Te maszyny mogą sadzić pojedyncze nasiona w precyzyjnie określonych odstępach. Każda roślina ma wystarczająco dużo miejsca na rozwój, co powoduje optymalne wykorzystanie terenu. Jednocześnie cenne nasiona są używane wyjątkowo oszczędnie.

Większość nowoczesnych maszyn używa jednego oddzielnego modułu z napędem elektrycznym na rząd. Silnik napędza szczelinowy lub ząbkowany dysk, który transportuje poszczególne nasiona do wylotu. Za pomocą inteligentnego sterownika można precyzyjnie określić optymalną ilość przestrzeni dla każdego rodzaju nasion; podczas przemieszczania się po rogach można uwzględnić różne promienie poszczególnych rzędów. Przekazywanie nasion dyskom jest również sterowane za pomocą pokrywy zamykającej zasilanej silnikiem.

W przypadku uprawy warzyw i kwiatów w szklarniach wiele roślin najpierw kiełkuje w małych doniczkach, a potem jest przesadzanych do większych donic lub na grządki. We współczesnych przedsiębiorstwach ogrodniczych maszyny wykonują sortowanie i przenoszenie roślin i donic. Ich konstrukcja jest bardzo podobna do maszyn wykorzystywanych w produkcji przemysłowej i logistyce. Są tam taśmy transportowe i przenośniki rolkowe, na których są transportowane, sortowane i przesadzane tace z produktami na różnym etapie rozwoju. Wykorzystywane tutaj chwytaki różnią się od tych wykorzystywanych w podobnych urządzeniach w innych branżach jedynie kształtem ich „palców”. Wykonują automatyczne przenoszenie pojedynczych donic i brył korzeniowych z wykorzystaniem silników miniaturowych.

Samobieżne maszyny do zbiorów owoców i warzyw nie są jeszcze dostatecznie rozwinięte do użytku ogólnego, ale kierunek rozwoju technicznego jest już widoczny: czujniki wspomagane kamerą wykrywają stopień dojrzałości truskawek lub papryk na podstawie koloru i kształtu i zapamiętują ich dokładne położenie. Komputer pokładowy wykorzystuje te dane do obsługi ramienia robotycznego, które jest wyposażone w pewien rodzaj sekatora i urządzenie zbierające. Prototypy tych maszyn są pełne silników elektrycznych, od napędu każdego koła i ramienia robotycznego do modułów tnących i systemów zbierających zebrane produkty.

Główne technologie: układ elektryczny i elektronika
– W konwencjonalnych maszynach rolniczych przekładnie mechaniczne i napęd pneumatyczny są bardzo popularne – wyjaśnia Kevin Moser, Business Development Manager, odpowiedzialny za zastosowania w tym sektorze w FAULHABER. – W systemach o mniejszej skali w inteligentnym rolnictwie są to często zbyt ciężkie, zbyt duże, zbyt skomplikowane mechanicznie lub mało wydajne rozwiązania. Z tego powodu tutaj widzimy rosnącą liczbę wykorzystywanych elektrycznych silników miniaturowych, które dostarczają energię dla poszczególnych etapów pracy. Jednak zazwyczaj napędy w środowisku rolniczym muszą spełniać bardzo wysokie wymagania.

Przeciwnie do tradycyjnych dużych maszyn, maszyny i części wykorzystywane w inteligentnym rolnictwie są ogólnie bardziej kompaktowe i lżejsze. Oznacza to, że często na silniki jest mało miejsca. Niemniej napędy dysków siewnych, klap, chwytaków, ramion robotów lub sekatorów muszą dostarczać odpowiednią moc, aby skutecznie wykonywać konkretne czynności niezliczoną liczbę razy. Jednocześnie powinny działać bardzo wydajnie, ponieważ autonomiczne jednostki zazwyczaj czerpią energię z baterii o ograniczonym zapasie energii. Musi być także możliwe podłączanie napędów do sieci z wykorzystaniem elektroniki, aby umożliwić inteligentne sterowanie.

– Są to typowe wymagania dla systemów napędowych najwyższej klasy; właściwe odpowiedzi to zawsze standardowy problem w FAULHABER – mówi Kevin Moser. – Ponadto napędy używane w środowiskach rolniczych muszą być także niezwykle odporne, aby mogły skutecznie funkcjonować przez długi czas w najbardziej wymagających warunkach. Duże wahania temperatur i duże obciążenia mechaniczne to norma w rolnictwie i ogrodnictwie. A mimo tego koszt musi być rozsądny. FAULHABER oferuje wiele serii napędów, które spełniają takie wymagania.

Moser odnosi się do niewymagających konserwacji bezszczotkowych i wyjątkowo kompaktowych płaskich silników miniaturowych DC serii BXT, a także do wyjątkowo wytrzymałych i oszczędnych silników z miedziano-grafitowymi komutatorami z serii CXR. Przekładnie nowej serii GPT są przystosowane do przenoszenia dużych obciążeń w trudnych warunkach. Są niezwykle wydajne oraz bardzo wytrzymałe, przez co idealnie nadają się do wykorzystania w rolnictwie. Opcjonalne enkodery przyrostowe pozwalają na bardzo precyzyjne pozycjonowanie. Różne sterowniki, np. z interfejsem CANopen, umożliwiają łączenie systemów napędowych w sieć. – Napędy FAULHABER są już wykorzystywane w inteligentnym rolnictwie – informuje Kevin Moser. – Będą w dalszym ciągu pełnić ważną funkcję w wymagających zastosowaniach tej branży.

  Zapytaj o więcej informacji…