Инновации для агрария: какие процессы на ферме можно роботизировать?

Иногда кажется, что современное сельское хозяйство одновременно остаётся одной из самых консервативных отраслей экономики, но при этом каким-то удивительным образом продвигается в авангарде новых технологий. Тяжёлый ручной труд в растениеводстве и животноводстве соседствует с электроникой и искусственным интеллектом.

Давайте разберёмся, какие процессы в мировом аграрном секторе уже роботизированы и какие будут автоматизированы в ближайшие годы.

Почему роботы?

Робототехника постепенно становится неотъемлемой частью всех промышленных отраслей. Именно роботы способны восполнить кадровый дефицит на предприятии, повысить точность и эффективность технологий.

Сельское хозяйство давно вышло за рамки "домашнего" производства, и для решения множества задач аграрии уже сегодня обращаются к робототехнике. В России даже проводится специальный конкурс IT-разработок в этой сфере, так что сельское хозяйство не просто на пороге новой научно-технической революции — она уже началась.

Пока что сельскохозяйственные роботы наиболее активно разрабатываются и используются в Японии, Австралии и США, но несколько лет назад они появились и в России. В первую очередь роботизируют городские фермы и промышленные теплицы, однако роботы также действуют на полевых культурах и в животноводстве. Но какие именно процессы в сельскохозяйственной сфере можно автоматизировать?

Растениеводство

Растениеводство сегодня, вероятно, является самой роботизированной частью мирового сельского хозяйства. Работа с полями, садами и теплицами часто сводится к взаимодействию с неподвижными объектами, что упрощает задачу разработчиков. Здесь можно выделить три основные группы роботов:

• Дроны и компьютерное зрение: мониторинг вредителей и болезней, стадий зрелости овощей, фруктов и ягод, фаз вегетации и физиологического состояния полевых культур.
• Манипуляторы: сбор урожая, посев, прополка, пикирование, подрезка, сборка почвенных образцов.
• Автономная сельхозтехника: обработка почвы, посев, сбор урожая, опрыскивание, обработка ультрафиолетом, орошение, погрузка.

Автономная сельхозтехника

Новый трактор от John Deere

Многие роботы для растениеводства представляют собой навесное оборудование для трактора, но также производят полностью автономные или полуавтономные тракторы и комбайны. Например, отчёт IDTechEx показал, что в 2016 году было продано более 300 тысяч тракторов с автономными функциями; компания John Deere продолжает развивать эту тему, выпустив очередную автономную модель.

Автономный точный посев

Автономный точный посев сочетает робототехнику с геокартированием. Робот составляет карту поля на основе почвенных свойств, что помогает фермеру принимать решения, например, для дифференцированного внесения удобрений и посева. Трактор с сеялкой точного высева размещает семена в нужных местах и на определённой глубине, обеспечивая наилучшие условия для роста.

Мониторинг и анализ урожая

Мониторинг обширных полей — трудоёмкая задача. Новые датчики и технологии геокартирования позволяют фермерам получать более точные данные о своих культурах. Наземные роботы и дроны собирают эти данные автономно, что упрощает процесс анализа почвы и состояния растений.

Дроны

Дроны в сельском хозяйстве используются с 1980-х годов, но с появлением современных моделей, оснащённых искусственным интеллектом, они стали незаменимыми. Сегодня дроны создают 3D-изображения, строят карты и наблюдают за посевами. Производители дронов предлагают фермерам комплексные решения, включающие роботов и программное обеспечение для анализа данных.

Многофункциональные роботы для сбора урожая

Главная задача роботов — замена человека в рутинных операциях, и они успешно справляются с этим при сборе урожая. Для основных культур, таких как пшеница и ячмень, используются простые роботы, но для сбора фруктов, ягод и овощей требуются многофункциональные машины с манипуляторами и машинным зрением.

Собирать кукурузу, ячмень и пшеницу достаточно просто: для этого можно использовать переделанные комбайны, которые, как и тракторы, становятся автономными. Однако сбор мягких фруктов, таких как яблоки или томаты, требует большей ловкости и аккуратности, поэтому для этой задачи применяются роботы с манипуляторами и машинным зрением. Такие роботы «видят» окружающее пространство с помощью камер, сенсоров и датчиков, распознают нужные объекты и бережно собирают их в контейнер.

Сегодня роботизированная уборка распространяется на широкий спектр культур, включая яблоки, виноград, томаты и сладкий перец, но аналогичные роботы используются и для сбора других фруктов и даже ягод.

Роботы обычно оснащены датчиками обнаружения. Традиционные датчики, как правило, предоставляют ограниченную информацию, тогда как системы с функцией обработки изображений способны собирать и анализировать значительно больше данных. Это позволяет роботам не только обнаруживать плоды, но и оценивать их спелость и состояние, что помогает принять решение о сборе в нужный момент.

Работа в питомнике

Роботы также используются в питомниках плодовых деревьев для ухода за посадками. Здесь процесс роботизированной автоматизации демонстрирует наилучшие результаты, поскольку роботы выполняют все этапы ухода за растениями, включая посадку саженцев, регулярный полив и сбор урожая по мере созревания. Сегодня международные компании, такие как HETO Agrotechnics и Harvest Automation, предлагают решения для автоматизации питомников.

Роботы для микрораспыления и удаления сорняков

Сорняки — главные враги фермеров, и борьба с ними требует много времени и усилий. Традиционное распыление гербицидов на поля часто приводит к излишнему использованию химикатов и нанесению вреда почвенной экосистеме. Роботы для микрораспыления, оснащённые компьютерным зрением, позволяют точно идентифицировать сорняки и распылять на них минимальные дозы гербицида, что значительно снижает затраты и минимизирует негативное воздействие на окружающую среду.

Существуют также прополочные роботы, которые механически выдергивают сорняки или уничтожают их с помощью лазера. Примером таких роботов является AG BOT II на солнечной энергии, который эффективно борется с сорняками, минимизируя использование агрохимикатов.

Прореживание и обрезка

Прореживание включает удаление избыточных растений для того, чтобы оставшиеся могли получить больше ресурсов для роста. Роботы, такие как Lettuce bot, давно и успешно применяются для прореживания посевов салата.

Обрезка, напротив, требует более сложных действий, и наиболее заметные попытки автоматизации этой задачи были предприняты в винодельческой промышленности. Роботы, такие как Wall-Ye, уже способны подрезать виноградные лозы, а также есть разработки для обрезки черники.

Автономные сельскохозяйственные роботы

Сельскохозяйственные автономные роботы являются одной из самых перспективных разработок в аграрной сфере. Эти многофункциональные машины способны выполнять сразу несколько задач: от посева и посадки до борьбы с сорняками, сбора урожая, мониторинга окружающей среды и анализа почвы. Их использование значительно повышает эффективность сельскохозяйственных работ и снижает затраты на производство.

Точный полив с помощью роботов

Экономия воды является важнейшим принципом в растениеводстве. К сожалению, процессы орошения и внесения удобрений часто сопровождаются значительными потерями воды. Роботизированное точное орошение решает эту проблему, направляя воду непосредственно на конкретные растения, что значительно сокращает потери воды и повышает эффективность использования ресурсов.