Buraczane doświadczenia na nowo
Doświadczenie ponownie prowadzone jest na gruntach należących do Zespołu Szkół Centrum Kształcenia Rolniczego im. Powstańców Wielkopolskich w Bielicach. OZPBC kontynuuje współpracę z firmą FarmSystem, która w naszym kraju jest dystrybutorem duńskich robotów FarmDroid i kilku innych maszyn przeznaczonych do mechanicznego zwalczania chwastów. Ubiegłoroczne testy wykazały, że zastosowanie autonomicznego robota przy produkcji buraka cukrowego przełożyło się na większe plonowanie, poprawiło parametry jakościowe surowca, ograniczyło koszty ponoszone na środki ochrony roślin i zapewniło dodatni bilans ekonomiczny. Związek przeprowadził precyzyjne wyliczenia, z których wyszło, że FarmDroid zapewnił o ponad 2,4 tys. zł wyższy wynik ekonomiczny z 1 ha uprawy buraka cukrowego. Wyższy plon był spowodowany między innymi tym, że na wzrost buraków negatywnie nie oddziaływał herbicyd odpowiedzialny za zwalczanie chwastów. W początkowej fazie wegetacji buraki miały bardziej sprzyjające warunki do wzrostu.
– Przedplonem dla buraków była pszenica ozima. Następnie wykonane zostało talerzowanie a potem zastosowaliśmy mieszankę obornika końskiego i bydlęcego w dawce 30 t/ha. Jesienią została wykonana orka a po niej zasialiśmy poplon w postaci facelii. Stanowisko przewidziane pod buraki zostawiliśmy na zimę. Wiosną został wykonany zabieg broną talerzową. Przed siewem odbyła się aplikacja nawozu wieloskładnikowego w ilości 350 kg/ha oraz 400 kg/ha saletrzaku. Przed siewem przeprowadziliśmy jeszcze dwa zabiegi znanym agregatem Wicher. Jest to maszynowa kombinacja zawierająca wał strunowy, trzy rzędy gęsiostópek i wał crosskill. Buraki zostały zasiane 2 kwietnia dokładnie 365 dni po tym jak zakładaliśmy nasze pierwsze doświadczenie sprawdzające możliwości autonomicznego robota. Buraki autonomiczną maszyną zostały wysiane po lewej stronie naszego stanowiska. Po drugiej zaś, konwencjonalnym siewnikiem następnego dnia siew przeprowadziła jedna z firm usługowych – tłumaczy Przemysław Pokorski, członek zarządu OZPBC w Bydgoszczy.
Związek, podobnie jak w ubiegłym roku, dokona badania jakości i wielkości plonu obydwu plantacji. Wyniki zostaną przedstawione późną jesienią. Przy okazji prowadzonego doświadczenia zorganizował wyjątkowe spotkanie, podczas którego były prezentowane możliwości kilku maszyn przeznaczonych do zwalczania chwastów przede wszystkim w uprawach rzędowych. Podczas pokazu „Sztuczna inteligencja w uprawie buraka cukrowego” odbyły się demonstracje polowe opryskiwacza i pielników zawieszanych na TUZ ciągników, jak i prezentowanych wcześniej i znanych już rolnikom robotów autonomicznych.
Precyzyjny oprysk punktowy sterowany przez AI
RUMEX RXF900 to opryskiwacz, który zawieszany jest na przednim TUZ ciągnika. Jego szerokość to 9 m. Belka opryskowa jest wyposażona w 222 dysz. Pracuje nisko nad ziemią i wykorzystuje koła podporowe.
Hydraulicznie składana belka polowa stanowi trzon konstrukcji. Zamontowany jest na niej system czułych kamer o wysokiej rozdzielczości (w modelu 9-metrowym pracuje ich aż sześć), umieszczonych pod specjalnymi osłonami. Osłony te pełnią kluczową rolę – stabilizują warunki oświetleniowe oraz chronią strefę roboczą przed podmuchami wiatru, co minimalizuje znoszenie cieczy. Najważniejszym elementem wykonawczym jest system ultrazagęszczonych, niezależnie sterowanych dysz.
Odstępy między nimi są minimalne, co pozwala na uzyskanie pojedynczej strefy aplikacji (szerokości paska oprysku) na poziomie zaledwie 4 centymetrów. Całość uzupełnia dedykowany zbiornik o pojemności 600 l, zaawansowany komputer pokładowy kompatybilny z systemem ISOBUS oraz terminal sterujący montowany w kabinie traktora.
Działanie opryskiwacza RUMEX opiera się na ciągłym przetwarzaniu danych w czasie rzeczywistym. Podczas przejazdu kamery nieustannie skanują pas zieleni pod belką. Obraz z kamer trafia bezpośrednio do procesora zarządzanego przez algorytmy sztucznej inteligencji (AI). Sieci neuronowe zostały zaprogramowane w taki sposób, aby na podstawie morfologii liści, kształtu, barwy i tekstury w ułamku sekundy odróżnić roślinę uprawną (na przykład buraka czy cebulę) od chwastu. Gdy AI zidentyfikuje intruza, system oblicza jego dokładne współrzędne względem poruszającej się maszyny, uwzględniając aktualną prędkość przekazywaną przez system GPS. W precyzyjnie wyliczonym momencie komputer wysyła impuls elektryczny do konkretnego elektrozaworu. Dysza otwiera się na ułamek sekundy, aplikując dawkę herbicydu bezpośrednio na liście chwastu, po czym natychmiast się zamyka. Cały proces – od wykrycia do oprysku – dzieje się w milisekundach. Roślina uprawna, w tym przypadku burak, nie ma aplikowanej cieczy roboczej zawierającej herbicyd. Oprysk więc odbywa się wyłącznie punktowo tam, gdzie jest to konieczne. RUMEX eliminuje konieczność wykonywania zabiegu całopowierzchniowego.
– Tradycyjny opryskiwacz działa w sposób ciągły. Wylewa setki litrów cieczy roboczej na hektar, traktując identycznie czystą glebę, cenną roślinę uprawną oraz chwasty. RUMEX działa selektywnie – uruchamia się wyłącznie wtedy, kiedy pod dyszą znajdzie się niepożądana roślina. Dlaczego warto? Korzyści dla gospodarstwa i środowiska. Przejście na technologię punktową niesie za sobą lawinę korzyści finansowych i logistycznych. Najważniejszą z nich jest potężna oszczędność na zakupie środków ochrony roślin. Zmniejszenie zużycia chemikaliów drastycznie obniża koszty pojedynczego zabiegu. Mniejsza ilość zużywanej wody oznacza z kolei, że 600-litrowy zbiornik pozwala na wydajną pracę przez wiele godzin bez konieczności częstych zjazdów na tankowanie, co diametralnie podnosi wydajność powierzchniową – wyjaśniał Sławomir Lewczyk z firmy Farmsystems, która inteligentne opryskiwacze ma w swojej ofercie.
Eliminacja stresu herbicydowego w kluczowej fazie wzrostu
Dzięki opryskiwaczowi rolnik zyskuje także pełny podgląd na mapowanie pola i statystyki zabiegu za pośrednictwem cyfrowego terminala. Z perspektywy środowiskowej maszyna drastycznie ogranicza akumulację substancji czynnych w glebie, wpisując się w unijne strategie zrównoważonego rozwoju.
W uprawie buraków cukrowych, cebuli czy marchwi, faza początkowego wzrostu decyduje o wielkości końcowego plonu. Buraki w fazie siewek są niezwykle wrażliwe na konkurencję ze strony szybko rosnących chwastów, ale równocześnie źle znoszą tak zwany stres herbicydowy wywołany tradycyjnym opryskiem nalistnym. Klasyczna chemia potrafi spowolnić rozwój buraka cukrowego, opóźniając zwieranie międzyrzędzi. Opryskiwacz został więc skonstruowany w taki sposób, aby zniwelować ten problem. Podczas pokazu plantatorzy buraków byli zapewniani, że maszyna precyzyjnie omija rzędy buraków. Dzięki temu młode rośliny nie są narażone na doświadczenie ciężkiego stresu fitotoksycznego, rozwijają się szybciej i zdrowiej. Duża precyzja aplikacji pozwala na skuteczne niszczenie chwastów rosnących w bezpośrednim sąsiedztwie buraka. Stosowanie opryskiwacza ma zaś przynieść znaczną redukcję kosztów, czystsze plantacje i zauważalny wzrost plonu korzeni oraz polaryzacji cukru.
Samo Variochop: Inteligentne pielenie wewnątrz rzędów
W Bielicach został też zaprezentowany wyprodukowany w Austrii inteligentny pielnik Samo Variochop. Maszyna pracuje nie tylko w międzyrzędziach, ale również bezpośrednio w rzędzie roślin. W pielniku została zastosowana fuzja mechaniki, optyki i systemu pneumatycznego.
Konstrukcja pielnika opiera się na masywnej, a zarazem zaawansowanej technicznie ramie wyposażonej w zintegrowany układ przesuwu bocznego, który jest sterowany hydraulicznie. Kluczowym wyróżnikiem tej maszyny jest innowacyjna architektura sekcji roboczych. Każdy element pielący posiada niezależne zawieszenie oraz zaawansowaną regulację wysokości roboczej, która w tym systemie realizowana jest przez silniki elektryczne dla każdego rzędu osobno.
Maszynę wyróżnia zastosowanie zintegrowanego systemu pneumatycznego. Konstruktorzy wykorzystali sprężone powietrze do dynamicznego sterowania pracą elementów roboczych. System pneumatyczny odpowiada za błyskawiczne i płynne dociskanie sekcji do podłoża oraz współpracuje z nożami wycinającymi chwasty wewnątrz rzędów. Rozwiązanie pneumatyczne może regulować znacznie szybciej niż miałoby to miejsce w przypadku zastosowania układu hydraulicznego.
W każdym rzędzie roboczym znajduje się czuła kamera, która nie tylko analizuje obraz w płaszczyźnie poziomej, ale również mierzy wysokość roślin. Całość osłonięta jest specjalnymi ekranami, które eliminują zakłócenia powodowane przez zmieniający się kąt padania światła słonecznego czy cienie.
Tradycyjne pielniki optyczne radzą sobie wyłącznie z prowadzeniem maszyny pomiędzy rzędami, pozostawiając chwasty rosnące bezpośrednio obok rośliny uprawnej nietknięte.
Samo Variochop jest w stanie pracować bezpośrednio przy roślinach uprawnych nie uszkadzając ich. Wykorzystuje bowiem zaawansowane algorytmy sztucznej inteligencji (AI), opracowane we współpracy z firmą Ullmanna. Podczas przejazdu traktora kamery skanują pasy zieleni w czasie rzeczywistym. Obraz jest natychmiast analizowany przez pokładowe sieci neuronowe, które na podstawie morfologii liści, kształtu oraz struktury potrafią z milimetrową dokładnością odróżnić roślinę uprawną między innymi buraka cukrowego, kukurydzę, cebulę czy soję od chwastu. Gdy system AI wykryje chwast rosnący bezpośrednio w rzędzie pomiędzy roślinami uprawnymi, komputer wysyła sygnał sterujący. Aktywowane pneumatycznie noże rozsuwają się lub zamykają w ułamku sekundy, wycinając niepożądaną roślinność i omijają wschodzące rośliny uprawne. Maszyna nie wymaga skomplikowanej kalibracji przez operatora. Rolnik po prostu wybiera dany program na terminalu w kabinie.
Oprócz eliminacji chwastów, maszyna spulchnia skorupę glebową, zapobiega erozji, poprawia bilans wodno-powietrzny oraz stymuluje aktywność biologiczną mikroorganizmów w strefie korzeniowej. W przypadku tej maszyny buraki w ogóle nie są narażone na kontakt z herbicydem, co oznacza brak stresu fizjologicznego. W efekcie szybciej zwierają międzyrzędzia i w pełni wykorzystują potencjał plonotwórczy gleby.
Polski system wizyjny z dokładnością naprowadzania do 1 cm
Plantatorzy zobaczyli również pokaz zawieszanego na tylnym TUZ ciągnika polskiego pielnika Agrobots. Była to wersja międzyrzędowa sterowana kamerą. Odpowiadała ona za detekcję rzędów i określenie linii pracy. Dzięki temu narzędzia pielące mogły pracować możliwie blisko buraków. Pielnik pozwala na wydajną i precyzyjną pracę.
Konstrukcja maszyn jest modułowa. Podczas pokazu pracowała wersja trzymetrowa. Producent oferuje również większe szerokości robocze, które są składane. Po włączeniu trybu automatycznego maszyna zaczyna pracować a jej narzędzia robocze docierają do rzędów buraków nie ingerując w nie. Dzięki temu możliwa jest praca z prędkością roboczą 7–10 km/h. Prowadzone przez producenta testy wykonywane były z prędkością nawet 15 km/h.
System wizyjny nie jest zależny od światła słonecznego. Zintegrowane, aktywne oświetlenie LED zapewnia warunki do analizy obrazu 24/7 – eliminuje problem cieni w ciągu dnia i umożliwia precyzyjne odchwaszczanie nocą.
Agrobots zapewnia, że sztuczna inteligencja została wytrenowana na tysiącach zdjęć z pól uprawnych, dzięki czemu precyzyjnie rozpoznaje rzędy roślin, odróżnia je od chwastów i dostosowuje się do zmiennych warunków glebowych oraz faz wzrostu roślin. System podejmuje decyzje w ułamku sekundy, co pozwala na precyzyjne pielenie podczas pracy ze znaczną prędkością roboczą.
System wizyjny steruje ramą pielnika, a hydrauliczny przesuw boczny precyzyjnie pozycjonuje narzędzia względem rzędów roślin. Dzięki temu maszyna optymalnie podąża za uprawą, utrzymując dokładność do 1 cm na całej długości pola. Rozwiązanie to pozwala na bezpieczne pielenie przy wąskich rozstawach rzędów wynoszących nawet 20 cm.
Autonomiczna przyszłość: Roboty polowe Farming GT oraz FarmDroid
Rolnicy mieli także możliwość sprawdzenia efektów pracy maszyn autonomicznych. Były to roboty, które od kilku lat są wykorzystywane do zwalczania chwastów w produkcyjnych plantacjach buraków.
Farming GT to maszyna wykonująca mechaniczne odchwaszczanie. Zasilają ją silniki elektryczne. Za pomocą kamer robot rozpoznaje rzędy buraków. Chwasty w międzyrzędziu, jak i w rzędach buraków, są usuwane mechanicznie, tylko w najbliższej odległości od buraka. Na powierzchni 10 x 20 cm wykonywany jest punktowy zabieg chemiczny. Do jej pracy wykorzystywany jest silnik spalinowy, dzięki któremu tworzony jest system hybrydowy. Odpowiada on za wytwarzanie energii elektrycznej, która jest niezbędna do zasilania silników elektrycznych. Pojemność zbiornika na paliwo pozwala na nieprzerwaną pracę przez kilkadziesiąt godzin bez konieczności tankowania. Rozwiązanie to gwarantuje pełną autonomię z dala od infrastruktury ładowania.
System kamer i sztuczna inteligencja odpowiadają za analizę w czasie rzeczywistym obrazu. Pozwala to na rozpoznanie i odróżnienie gatunków uprawnych od chwastów. Technologia rozpoznaje kolor, kształt, wysokość i fazę rozwojową roślin. Na podstawie obrazu rozpoznaje również rzędy roślin uprawnych, dzięki czemu robot pracuje w międzyrzędziach.
Z racji prowadzonych badań polowych plantatorzy kolejny raz mogli zobaczyć także efekty pracy robota FarmDroid. Robot najpierw wykonuje siew i tworzy dokładną mapę. Wie następnie, w którym miejscu znajdują się rośliny. Umożliwia mu to potem wykonywanie zabiegu pielenia, który oparty jest wyłącznie na sygnale GPS.
Tomasz Ślęzak
fot.
