Agri-robot voor een duurzame landbouwtoekomst

Agri-robot voor monitoren, behandelen en bewerken land

In de toekomst zal de landbouw in toenemende mate gebruik maken van wetenschappelijk nauwkeurige landbouwtechnieken zoals een agri-robot. Hierbij zal geautomatiseerde agri-robotica het land monitoren, behandelen en bewerken, met behulp van geavanceerde technologie die is ontworpen om te helpen bij het maximaliseren van de opbrengsten en het minimaliseren van ziekten. Met zijn uitgebreide ervaring in automatisering en landbouwmechanisatie toont Yanmar nu de weg in geavanceerd veldrobotonderzoek.

Tijd voor verandering in onze veranderende tijden?

Het is moeilijk om een belangrijkere economische sector te bedenken dan de landbouw. Dit is een sector die het leven van iedereen over de hele wereld direct beïnvloedt, ondanks de uitdagingen van alle kanten. Veranderingen in temperatuur en neerslag beïnvloeden de opbrengst van gewassen; boeren en landarbeiders worden direct blootgesteld aan de gevolgen van weersextremen, terwijl miljoenen anderen in voedselgerelateerde banen al de gevolgen van ons veranderende klimaat voelen.

Bovendien zijn consumenten zich vandaag de dag steeds meer bewust van de kwestie van de chemicaliën die worden gebruikt bij de productie van hun voedsel en eisen zij een duurzame productie van steeds smakelijkere producten van hogere kwaliteit. Het vinden van de beste manier om met deze problemen om te gaan en tegelijkertijd het hoofd te bieden aan de druk op het milieu, zorgt ervoor dat veel regeringen zich wenden tot automatiseringsspecialisten en technologiedeskundigen om te proberen het lot van de boer te verbeteren, te voldoen aan de eisen van de consument en de talloze uitdagingen waarmee de industrie wordt geconfronteerd, aan te pakken.

Slim landbouwonderzoek met SMASH in Italië

Meer automatisering en technologie binnen de landbouw is op zich natuurlijk niets nieuws – in feite gebeurt het al sinds de Industriële Revolutie. Maar wat nieuw is, is hoe technologie wordt gebruikt om problemen met betrekking tot de bestrijding van voedselziekten en onstabiele weerpatronen aan te pakken. De focus ligt nu op het bereiken van de gewenste opbrengsten op een milieuvriendelijke manier, met een continue focus op het verminderen van de hoeveelheid en het type van de gebruikte chemicaliën.

Droogte, overstromingen en het verschijnen van nieuwe plagen en ziekten zijn nu echter op alle continenten een bedreiging. Zelfs Europa staat voor een uitdaging in al zijn landbouwsystemen. Dit geldt met name voor landen als Italië, waar de olijvenoogst in 2018 – de ergste in 25 jaar – als gevolg van de klimaatverandering met 57 procent is gedaald, aldus wetenschappers.

Met zijn Europese onderzoeksfaciliteit in de heuvels boven Florence, Italië, bevindt Yanmar R&D Europe (YRE) zich in een goede positie om zich te richten op een verscheidenheid aan onderzoeken in het veld om een toegevoegde waarde te leveren aan de landbouwindustrie – en mogelijk zelfs om een nieuwe generatie werknemers naar het land te trekken. Een voorbeeld hiervan is het twee jaar durende, vier miljoen euro kostende agri-robot ‘SMASH’-project dat in samenwerking met tien technologiepartners wordt uitgevoerd om een mobiel landbouwecosysteem te ontwikkelen voor het monitoren, analyseren en beheren van landbouwgewassen.

Het acroniem staat voor ‘Smart Machine for Agricultural Solutions Hightech’ en dit project is medegefinancierd door de lokale overheid van Toscane. Het bestaat uit de ontwikkeling van een modulair agri-robot platform dat gebruik maakt van de nieuwste informatiecommunicatietechnologie om gewassen en bodems te onderzoeken, verzamelde informatie te analyseren en duidelijke, bruikbare informatie te verstrekken aan boeren ter ondersteuning van het gewasbeheer.

Een van de vele rollen van Yanmar was het ontwikkelen van besturingssystemen voor de multifunctionele robotarm voor mobiel kopiëren (inclusief precisiespuiten), sensorintegratie voor positioneringstechnologieën en autonome navigatie en softwareontwikkeling voor de besturing van de mobiele basis van het systeem (in samenwerking met andere partners).

Voor YRE’s Modelling and Control Engineer Manuel Pencelli was er vanaf het begin van het project veel expertise nodig voor de ontwikkeling van een prototype van een agri-robot die gebruikt kon worden voor het monitoren en controleren van gewassen, het nemen van bodemmonsters voor analyse en het nauwkeurig richten van landbouwchemicaliën voor precisietoepassing.

“Er zijn veel partners bij betrokken geweest. We hadden mechanische expertise nodig voor de ontwikkeling van de structuur van het voertuig, en veel ‘communicatie’-deskundigen omdat we veel apparaten hebben die met elkaar moeten ‘praten’. Ons uitgangspunt was in feite een rupsvoertuig dat oorspronkelijk was gebouwd voor het verplaatsen van een strand en het schoonmaken van de kustlijn!”

Er zijn twee werkende SMASH-prototypes voor de agri-robot – één voor wijnstokken en de andere voor spinazie – voor de twee verschillende soorten gewassen die oorspronkelijk voor onderzoek werden gebruikt. De eerste heeft al belangrijke tests ondergaan op een wijngaardboerderij in de provincie Pisa, waar Manuel heeft bijgedragen aan het aantonen van de mogelijkheden die dit robotachtige ecosysteem de boeren zou kunnen bieden.

“SMASH agri-robot is niet één enkele machine, maar een reeks verschillende apparaten, waaronder een robot, basisstation, drones en veldsensoren, die samen essentiële informatie bieden om de boeren te helpen. Een boer zou de taak die hij met SMASH wil laten uitvoeren kunnen programmeren en terwijl hij bij andere activiteiten betrokken is, zou deze machine autonoom kunnen bewegen, de gewassen kunnen monitoren, ziekten kunnen opsporen en behandelen en de boer of zijn werknemers aanzienlijke tijd kunnen besparen door de gewassen handmatig te controleren”.

Kartering en monitoring, wieden en voederen

SMASH agri-robot bestaat uit een mobiele basis, een robotarm met manipulatoren en vision-systemen, een drone en een bijkomend grondstation. Stelt u zich een systeem voor dat is ontworpen om te functioneren in een reeks van precisielandbouwtechnologieën en dat specifieke inzichten biedt op het gebied van geomatica, robotica, datamining, machinaal leren etc., waarbij rekening wordt gehouden met de milieu- en sociale problemen waar boeren mee te maken hebben.

Voor Manuel zijn de mogelijkheden voor SMASH agri-robot eindeloos: “Naast alle functies die door de robotarm kunnen worden uitgevoerd, hebben we ook enkele hulpstukken die aan de achterkant van het voertuig kunnen worden gemonteerd voor het mechanisch wieden of het bewerken van de bodem, terwijl deze beweegt. Dit werk kan tegelijkertijd worden gedaan, samen met de bewaking en de detectie”.

De expertise van Yanmar ligt in de softwareontwikkeling voor de agri-robot en de integratie en installatie van alle componenten van de andere partijen. Het is een gecompliceerde massa elektronica, met draden, sensoren, camera’s, GPS-ontvangers en meerdere elektromotoren (waarvan acht!) die concurreren om de ruimte. Maar het werkt allemaal – zelfs op een modderige wijngaard eind februari waar het onafhankelijke stuursysteem en de superieure tractie worden gedemonstreerd op verschillende terreinen.

“De sensorfusie was een van de meest uitdagende aspecten van dit project,” voegt Manuel toe. “Omdat we een heel bijzondere omgeving hebben binnen de velden, waar een aantal variabelen kunnen veranderen, zoals de infrastructuur, de bodem, de vorm van de velden en zelfs andere werknemers die zich rond de agri-robot bewegen. De lokalisatie van het voertuig, het verbeteren van de robuustheid ervan en het begrijpen van de fysieke beperkingen waren dus interessant – zoals snelheid, stuurhoek, de positionering van en communicatie tussen de gemonteerde boordapparatuur – al deze aspecten kunnen de beweging van het voertuig beïnvloeden”.

Sterkte in aantallen

YRE heeft ook de krachten gebundeld met de afdeling Landbouw van de Universiteit van Florence om de onderzoeksactiviteiten in het veld verder te bevorderen. De universiteit heeft aanzienlijke ervaring op het gebied van duurzaam gewasbeheer en heeft onlangs het door de EU gefinancierde Rhea-project afgerond, waarbij werd gekeken naar het verbeteren van de gewaskwaliteit, de gezondheid en de veiligheid van de mens en het terugdringen van de productiekosten door gebruik te maken van een vloot van kleine, heterogene robots – op de grond en vanuit de lucht – die zijn uitgerust met geavanceerde sensoren, verbeterde eindeffectoren en verbeterde besluitvormingscontrolealgoritmen.

Voor het SMASH-project was professor Marco Vieri van de universiteit van mening dat een holistische benadering van het onderzoek nodig was, naast het mogelijk maken van de nieuwste technologieën: “De landbouw levert voedsel, veevoer, vezels en brandstof voor de mens, maar we moeten ook rekening houden met landelijke, culturele en historische kwesties.

“In het verleden was er een jaarlijkse kalender van landbouwwerkzaamheden, maar tegenwoordig is er een nieuwe mentaliteit nodig die ons in staat stelt om risico’s zoals droogte, plagen en overstromingen te beheersen en te beperken. We moesten meer automatisering onderzoeken, niet alleen om de hoeveelheid product te verbeteren en te vergroten, maar ook om een toegevoegde waarde toe te passen.

“Yanmar deelt onze visie om boeren te helpen een gezonde, hoogwaardige productie te realiseren met een echt technologisch systeem, dus ons aandeel in SMASH agri-robotica is om apparatuur en effectoren te ontwikkelen voor de twee scenario’s van wijn- en tuinbouwgewassen in het veld, zoals spinazie. We hebben uitgebreide kennis van landbouwmachines en nieuwe technologische mogelijkheden, dus het gaat erom het gebruik van pesticiden die niet veilig zijn voor de micro-organismen in de bodem en de planten te helpen verminderen en tegelijkertijd het niveau van voedingsstoffen en nuttige bacteriën te verhogen”.

Het is eerlijk om te zeggen dat boeren in de frontlinie staan van de debatten over klimaat, uitstoot en duurzaamheid. Zelfs als het gaat om hoogwaardige gewassen zoals de druiven, olijven en noten die in deze regio van Italië te vinden zijn, is het moeilijk te betwisten dat geautomatiseerde en gekoppelde landbouw wordt gebruikt om wetenschappelijke gegevens en de behoeften van de boeren bij elkaar te brengen. Robots kunnen immers 24 uur per dag werken, ze hebben door hun kleinere afmetingen minder impact op de bodem dan tractoren.

Stel je voor dat een vloot van agri-robots een fractie van de grootte van een conventionele tractor is en het is gemakkelijk om de mogelijkheden te zien die AI-gebaseerde, technologiegedreven precisielandbouw in de komende jaren kan bieden. Het gebruik van drones om velden in kaart te brengen en gewassen te controleren; en een agri-robot om fruit te oogsten, zaden te zaaien, onkruid te identificeren en te behandelen met exacte doses pesticiden en kunstmest – het gaat erom de inspanningen alleen te richten op gebieden die werk nodig hebben, wat een vermindering van arbeid, kapitaalkosten en uitstoot als gevolg daarvan mogelijk maakt.

Met haar voortdurende onderzoek naar een geavanceerde agri-robot gaat Yanmar de uitdaging aan om de mogelijkheden en potentiële voordelen van verhoogde precisielandbouwtechnieken in de toekomst te laten zien. Of geautomatiseerde en robot tractoren die de velden bewerken een vertrouwd gezicht zullen worden, valt nog te bezien, maar het is moeilijk te beargumenteren tegen het gebruik van technologie om de kwaliteit en de opbrengst van het land duurzaam te verhogen.

En als het geluid van drones die boven de gewassen zweven betekent dat boeren in staat zijn om groeipatronen en nutriëntenbehoeften te identificeren en vervolgens met een vloot van robots pesticiden en meststoffen met precisie te leveren, dan zal dat zeker een welkome aanvulling zijn op de hulpmiddelen die momenteel in onze velden worden gebruikt.

Meer informatie

Lees ook:
3.500 Fanuc robots naar BMW
Medische robots
Stikstofproblematiek en technologische mogelijkheden