Роботы в сельском хозяйстве: тенденции и развитие

Глобальная тенденция развития рынка роботов — создание различных наземных и аэроботов, оборудованных высокоточными датчиками, улучшенными рабочими инструментами, системой принятия решений и контроля для автономного выполнения сельскохозяйственных задач.

Развитие точного земледелия обусловлено желанием мониторить и управлять происходящим в окружающей среде — в почве, воде и живых организмах.

В целом роботы делятся на две большие группы:

• те, которые выполняют специфические задачи в конкретной области;
• те, которые могут выполнять несколько задач в различных областях.

Общий проблема роботизации — неприспособленность к условиям окружающей среды: грязи, дождю, туману, высоким или низким температурам.

Автоматизация фермерской техники

Навигация и автопилоты уже общепризнанные технологии. GPS или оптические, акустические или радиомаяки используют почти повсеместно для автоматического определения местоположения тракторов и комбайнов. Кроме того датчики используют для обнаружения препятствий и опасностей.

По прогнозам IDTechEx в целом рынок тракторов с элементами автоматизации достигнет $27 млрд,  а в 2028 году продажи тракторов с автопилотами достигнут 700 тыс. единиц, к 2038 году будет продано около 40 тыс. полностью беспилотных тракторов.

Одно из перспективных направлений развития — гармонический поиск для планирования сложных траекторий маршрутов аэроботов.

Развитие этого сегмента немного задержат проблемы регуляции на законодательном уровне, а также высокая стоимость высокотехнологичных датчиков и недоверие к инновациям среди фермеров.

Роботы для сбора и анализа данных

Сенсорные данные, собранные роботами на ферме, предоставляют широкую информацию о:

• почве;
• семенах;
• домашнем скоте;
• урожае;
• расходах;
• фермерском оборудовании;
• расходе воды и удобрений.

IoT технологии и инновационные аналитические инструменты уже используются для анализа погодных условий, температуры, влажности, цен и т.д.  Они помогают решить такие задачи:

• оптимизация урожайности;
• точное планирование;
• сокращение и оптимизация вносимых ресурсов;  
• минимизация отходов.

Самые распространенные методы сбора данных:

• управляемая воздушная техника;
• спутники;
• БПЛА.

Также были попытки создавать карты посевов и сорняков с помощью  RTK GPS.

Роботы-сборщики

Роботы-манипуляторы созданы для избирательной уборки урожая. Уже были проведены испытания с уборкой малины, клубники, грибов, сладкого перца, томатов, а для брокколи были разработаны специальные роботизированные режущие инструменты.

Роботы-сборщики должны быть оснащены системой видения для распознания плода, а еще у них должна быть быстрая реакция для сокращения времени сбора.

Одно из перспективных направлений развития в этой области — концепция мягких роботов. Сейчас разрабатываются новые прототипы рук из эластичных тканей, которые могут легко адаптироваться под форму фрукта.

Роботы на животноводческих фермах

Согласно европейским исследованиям, к 2025 роботы будут доить около 50% европейских стад, а  рынок доильных установок оценивается в $ 1,6 млрд.

На фермах роботы будут выполнять такие задачи:

• уборка отходов в стойлах;
• мониторинг здоровья животных;
• автоматизация доения;
• подача корма.

Роботические системы ориентированы на здоровье отдельного животного, что поможет повысить конверсию корма на кг мяса, а также пищевую безопасность потребителя.

Постоянный мониторинг состояния позволит обеспечить максимальный возможный комфорт для повышения продуктивности, и оказание своевременной помощи заболевшему животному.

Роботы в аквакультурном производстве

Аквакультурное производство уже давно интегрировано в систему пищевых поставок, хотя есть ряд ограничивающих факторов, мешающих полноценному развитию отрасли.

Роботы и датчики могут помочь с ними справится, минимизировав вовлеченность человека в технологические процессы. Главные сферы применения роботов в аквакультурном производстве:

• мониторинг окружающей среды и здоровья рыб;
• защита от паразитов и болезней;
• лечение.

Например в Норвегии была запущена полузакрытая сетка Aquatraz для защиты рыбы и предотвращения ее ухода. Оператор может понимать и опускать дно сетки, чтобы расширять доступное для рыбы пространство.

 Цифровой макет сетки. Источник: Aquatraz.

В этой статье можно найти больше подробностей по акватехнологиям.

Роботы на вертикальных фермах

По прогнозам Energias Market Research рынок производства на вертикальных фермах к 2023 году достигнет $6 млн. Вертикальные фермы выращивают сельхозпродукцию в полностью контролируемой среде. В них автоматически регулируется:

• подача питательных веществ;
• влажность;
• температура;
• освещение.

Соединение робототехники с датчиками и генетикой позволит вырасти вертикальным фермам с нишевого рынка до глобального, способного конкурировать с традиционным сельским хозяйством.

В 2018 году открылась вертикальная ферма Iron Ox, которая создана так, чтобы заменить рабочую силу роботами почти на каждом этапе производства.

Производство и переработка пищи

Мясное производство столкнулось с проблемой нехватки квалифицированной рабочей силы для разделки мяса. Компании работают в направлении коллаборации роботов и рабочих для повышения продуктивности и безопасности производства.

Также роботы могут быть задействованы в маркировке и отслеживании продукции через всю сеть поставок. Сферы применения робототехники в пищевых поставках:

• безопасность продукции, людей и ресурсов;
• автоматизация доставки с поля на упаковочный пункт и склад;
• коллаборация работников и роботов;
• анализ фотографий и данных датчиков;
• долгосрочная автономность, устойчивой к сбоям, круглосуточной системы.

Итоги

По прогнозам IDTechEx к 2038 году общий рынок робототехники достигнет $35 млрд и будет расти в дальнейшем. Это обусловлено несколькими факторами:

• коммерциализацией научно-технических разработок;
• недостатком рабочей силы в сельском хозяйстве;
• необходимостью производства большего количества продукции из-за увеличения численности человечества.

Самые динамичные тенденции развития робототехники в ближайшем будущем:

• создание компактных или мягких роботов для выполнения конкретных задач;
• интеграция и анализ высокоточных полевых данных;
• наблюдение и контроль за ростом продукции и ее естественной или искусственной средой выращивания.