Robotika nebo strojové učení - nové trendy v zemědělské produkci

Otázka udržitelnosti v zemědělství je problémem lidí. Lidstvo však v tomto mohou zachránit právě roboty. Automatizace a umělá inteligence (AI) mohou zmírnit dopady stárnutí pracovní síly v zemědělství a tenčící se nabídku pracovníků na poli, kteří hledají méně namáhavou práci. Samohybné zemědělské stroje a autonomní drony mohou zemědělcům ušetřit čas, aby se mohli více věnovat udržitelným sklizním a ziskovosti. Těžba dat (data mining) a prediktivní analýza se stanou běžnějšími, což zemědělcům umožní lépe se rozhodovat, maximalizovat zdroje a optimalizovat výnosy.

Roboty a strojové učení pomáhají zavádět nové, udržitelnější zemědělské metody, které přenášejí farmaření pod střechu a tím šetří zdroje, minimalizují používání chemikálií a zkracují dodací lhůty. Díky udržitelnější a čerstvější nabídce od pěstitelů, ze skleníků a od vertikálních farmářů by světová populace měla být schopna jíst lépe, čistěji, chytřeji a za přijatelnější cenu. Farmy začínají být technologicky vyspělé, lépe informované a schopné produkovat více s méně prostředky.

Přesné senzory v zemědělství
Společnost John Deere je světový výrobce strojů pro zemědělský, stavební a lesnický průmysl s ročním obratem 37,4 miliardy USD. Tato společnost se sídlem v Moline poskytuje inovativní produkty a služby pro podporu podnikatelů spjatých s půdou. Kombajny řady Deere S700 z roku 2017 jsou nejnovější technologií pro chytrou sklizeň obilí.

„Pomocí snímkování identifikuje, zda nedochází k poškozování kukuřičných zrn,“ uvedl Joel Hergenreter, vedoucí strategie pro automatizaci skupiny Precision Farming Group společnosti Deere. „Robotika ví, jak upravit nastavení kombajnu, aby k poškozování kukuřičných zrn následně nedocházelo.“

Řada S byla prezentována na veletrhu Consumer Electronics Show v lednu 2020. Tento gigantický několikatunový kombajn má integrovanou robotiku a umělou inteligenci. Společnost Deere využívá samočinné řízení již od roku 2003. Od doby zavedení systému AutoTrac přidala společnost Deere mechanické senzory a optické senzory (kamery) k identifikaci řádků plodin a zajištění toho, aby postřikovače a kombajny jely mezi řádky a nepoškodily plodinu. Pro automatizaci řízení se využívá fúze senzorů, která kombinuje signály z přijímače GPS, mechanických senzorů a optických senzorů. Většina velkých zemědělských strojů této společnosti má „schopnost samočinné jízdy“ s přesností na méně než 2,5 cm, což zvyšuje rychlost provozu až o 50 %, jak uvedl Hergenreter. Díky umělé inteligenci, kterou použila společnost Deere, lze v některých aplikacích snížit množství používaného herbicidu až na 10 % dřívějšího množství.

„Stroj zpracovává každých 50 milisekund jeden snímek,“ upřesnil Hergenreter, „porovnává je s knihovnou více než 300 000 obrázků a cílí pouze na plevel.“

Sklizeň s autonomní robotikou
Společnost Root AI, založená v roce 2018, využívá tradiční a proprietární robotický hardware v kombinaci se sofistikovaným softwarem k rozšíření oblastí, kde průmyslové roboty přidávají hodnotu. Zemědělská robotika obvykle zahrnuje zakázkové vybavení zaměřené na konkrétní úkol nebo určitý druh plodiny. Společnost Root využívá modulární kolaborativní robot pro práci na farmě a přidává umělou inteligenci. Virgo, robotický systém sklízení, je standardní průmyslový robot na mobilní platformě v kombinaci s počítačovým viděním pro optické rozpoznávání, s vlastními nástroji na konci ramene (EOAT) pro uchopování různých čerstvých plodin a s integrovanou inteligencí, která umožňuje jednotce provádět obratné úkony na pěstební ploše.

Spoluzakladatel a generální ředitel Josh Lessing uvedl, že se společnost Root zaměřuje na technologie umělé inteligence. Nedávná vylepšení algoritmů, zejména u softwaru pro počítačové vidění k nacházení jednotlivých objektů ve složitých prostředích, v kombinaci s cloudovou komunikací a strojovým učením umožňují robotům provádět fyzickou práci v reálném světě. Systém Virgo je testován na sběru zralých rajčat ve velkých amerických komerčních sklenících. Také další speciální plodiny vyžadují neuvěřitelné množství kvalifikované a obratné práce. Kvůli této variabilitě je automatizace poměrně náročná.

„Tím, že se zaměřujeme na jednu z nejvíce nenaplněných potřeb v odvětví speciálních plodin, jsme si získali pozornost lidí,“ zdůraznil Lessing. Celkem 30 až 40 % příjmů z rajčat jde do nákladů na práci. Sklízení je fyzicky velmi náročné a má sezónní charakter. Je stále větší problém sehnat pracovníky pro naplnění této poptávky.

Flexibilní chapače pomáhají při dodávkách potravin
Carl Vause, generální ředitel společnosti Soft Robotics z Bedfordu, si posteskl, že nedostatek pracovních sil a neefektivní procesy vedou ke ztrátám plodin i jiných rychle se kazících potravin dodávaných do řetězců, jakmile se nedostanou na trh včas. Chapače společnosti Soft Robotics vynikají v aplikacích s vysokou variabilitou, jako je elektronické obchodování, doplňování obchodů a dodávání zásilek, třídění produktů podle velikosti a tvaru, kompletace jídel a velkoobjemová výroba s vysokou variabilitou produktů, kam patří např. kosmetika a spotřební zboží. V kombinaci s počítačovým viděním pro lokalizaci hlávek salátu a s automatickou čepelí k oddělení hlav od stonků pomáhá chapač společnosti Soft Robotics americkým pěstitelům sklízet různé odrůdy salátu a další listovou zeleninu.

Robotika a umělá inteligence jsou připraveny naplňovat i další potřeby, až se farmy naučí fungovat jako „štíhlý“ závod –vybavené špičkovými technologiemi, čisté a datově bohaté pro udržitelnější budoucnost.

Tanya M. Anandanová je přispěvatelka sdružení RoboticIndustriesAssociation (RIA) a magazínu Robotics Online. RIA je neziskovým oborovým sdružením zaměřeným na zvyšování regionální, národní a globální konkurenceschopnosti severoamerických odvětví výroby a služeb prostřednictvím robotiky a související automatizace.

Na portálu Automatizace v potravinářství byl článek publikován se souhlasem redakce Control Engineering Česko.

Tento článek byl původně publikován na webu www.robotics.org. RIA je součástí sdružení AssociationforAdvancing Automation (A3), obsahového partnera vydavatelství CFE Media.

Upravil ChrisVavra, zástupce šéfredaktora časopisu Control Engineering, CFE Media and Technology, cvavra@cfemedia.com.