Yanmar führt Entwicklung von SMASH an: Next-Gen Agrarrobotik-System

Präzisionslandwirtschaft: Agro-Bots für maximale Erträge, minimale Krankheiten

Landwirtschaft der Zukunft wird zunehmenden Einsatz wissenschaftlich präziser Anbautechniken sehen, wo automatisierte „Agro-Bots“ Land überwachen, behandeln und bearbeiten, mittels fortschrittlicher Technologie, designed um Erträge zu maximieren und Krankheiten zu minimieren.

Mit seiner umfangreichen Erfahrung in Automatisierung und landwirtschaftlicher Mechanisierung zeigt Agritech-Spezialist Yanmar nun den Weg in fortschrittlicher Feldrobotik-Forschung.

Zeit für Wandel in sich wandelnden Zeiten?

Es ist schwer, einen wichtigeren Wirtschaftssektor als Landwirtschaft zu denken. Diese Branche betrifft direkt das Leben aller weltweit, trotz Herausforderungen von allen Seiten.

Änderungen in Temperatur und Niederschlag beeinflussen Ernteerträge; Landwirte und Landarbeiter sind direkt den Auswirkungen von Wetterextremen ausgesetzt, während Millionen mehr in ernährungsbezogenen Jobs bereits die Auswirkungen unseres sich wandelnden Klimas spüren.

Zudem sind Verbraucher heute zunehmend sich der Chemikalien in ihrer Lebensmittelproduktion bewusst und fordern nachhaltige Produktion immer schmackhafterer, hochwertigerer Erzeugnisse.

Den besten Weg zu finden, mit diesen Themen umzugehen und gleichzeitig Umweltdruck zu begegnen, veranlasst viele Regierungen, Automatisierungsspezialisten und Technologieexperten zu konsultieren, um die Lage des Landwirts zu verbessern, Verbraucherforderungen zu erfüllen und die vielfältigen Herausforderungen der Branche anzugehen.

Smart Farming Forschung mit SMASH in Italien

Erhöhte Automatisierung und Technologie in der Landwirtschaft ist an sich nicht neu – es passiert seit der Industriellen Revolution.

Neu ist jedoch, wie Technologie genutzt wird, um Probleme im Zusammenhang mit Pflanzenkrankheitskontrolle und instabilen Wettermustern anzugehen.

Der Fokus liegt nun auf Erreichen gewünschter Erträge auf umweltverträgliche Weise, mit kontinuierlichem Fokus auf Reduzierung von Menge und Art eingesetzter Chemikalien.

Dürre, Überschwemmungen und das Auftreten neuer Schädlinge und Krankheiten sind jedoch nun eine Bedrohung auf allen Kontinenten. Sogar Europa steht vor einer Herausforderung quer durch seine Anbausysteme.

Dies gilt besonders für Länder wie Italien, das 2018 einen 57-prozentigen Einbruch seiner Olivenernte erlebte – die schlechteste in 25 Jahren – als Folge des Klimawandels, laut Wissenschaftlern.

Mit seiner europäischen Forschungsanlage in den Hügeln über Florenz, Italien, ist Yanmar R&D Europe gut positioniert, um sich auf eine Vielzahl feldbasierter Studien zu konzentrieren, um der Landwirtschaft zusätzlichen Wert zu verleihen – und möglicherweise sogar eine neue Generation von Arbeitern für das Land zu gewinnen.

SMASH-Projekt: 2 Jahre, 4 Mio. €, 10 Technologiepartner

Dazu gehört das zweijährige, 4 Millionen Euro „SMASH“-Projekt in Kooperation mit 10 Technologiepartnern zur Entwicklung einer mobilen landwirtschaftlichen „Öko-System“ zur Überwachung, Analyse und Verwaltung von Agrarkulturen.

Partner und Rollen

• EDI: Maschinenbau- und Elektronikunternehmen, half bei Entwicklung der mobilen Basis des Robotersystems.
• AvMap: Technologie und Sensoren für mobile Basisnavigation.
• Base: Datenübertragung, Datenverarbeitung, Cloud-Datenspeicherung.
• Seintech: Datenanalyse, Data Mining und Machine Learning.
• Universität Florenz, Agrarabteilung: Entwicklung der Endeffektoren.
• IIT (Italian Institute of Technology): Robotisches System (Plantoid) zur Bodenüberwachung und -analyse.
• Sant'Anna Bio Robotics Institute: Entwicklung eines Manipulators für den Roboterarm, um Proben zu nehmen und Gegenstände zu manipulieren.
• Copernico: Drohnenvorbereitung für Monitoring und Mapping.
• DORIAN: Technologien und Algorithmen für Machine Vision.
• Giuntini Filippo: Agronomist.

SMASH: Smart Machine for Agricultural Solutions Hightech

Das Akronym „SMASH“ steht für „Smart Machine for Agricultural Solutions Hightech“, und dieses Projekt wurde von der toskanischen Lokalregierung kofinanziert.

Es besteht in der Entwicklung einer modularen robotischen Plattform, die neueste Informations- und Kommunikationstechnologie einsetzt, um Kulturen und Böden zu untersuchen, gesammelte Informationen zu analysieren und klare, umsetzbare Informationen an Landwirte zur Unterstützung des Kulturmanagements zu liefern.

Yanmars Rollen: Steuerung, Sensorintegration, Autonome Navigation

Eine von Yanmars vielen Rollen war die Entwicklung von Steuersystemen für den Mehrzweck-Roboterarm für mobile Manipulation (einschließlich Präzisionsspritzen), Sensorintegration für Positionierungstechnologien und Softwareentwicklung für autonome Navigation und Steuerung der mobilen Basis des Systems (in Zusammenarbeit mit anderen Partnern).

Zwei Prototypen: Weinreben und Spinat

Für YREs Modellierungs- und Steuerungsingenieur Manuel Pencelli erforderte die Entwicklung eines Prototyp-Agro-Bots, der Kulturen überwachen und steuern, Bodenproben für Analyse nehmen und Agrarchemikalien für Präzisionsanwendung präzise gezielt einsetzen kann, viele verschiedene Fachgebiete von Projektbeginn an.

Pencelli sagt: „Es waren viele Partner involviert. Wir brauchten mechanische Expertise für die Fahrzeugstruktur und viele ‚Kommunikations‘-Experten, weil wir viele Geräte haben, die miteinander ‚sprechen‘ müssen.

Unser Startpunkt war tatsächlich ein Kettenfahrzeug, das ursprünglich für Strandreinigung gebaut wurde!“

Es gibt zwei funktionierende SMASH-Prototypen – einen für Weinreben und den anderen für Spinat – um die zwei verschiedenen Kulturtypen abzudecken, die ursprünglich für die Forschung vorgesehen waren.

Der erstere hat bereits signifikante Tests auf einem Weinberg in der Provinz Pisa durchlaufen, wo Manuel instrumental war, die Möglichkeiten zu demonstrieren, die dieses robotische Ökosystem Landwirten bieten könnte.

Pencelli sagt: „SMASH ist keine einzelne Maschine, sondern eine Reihe verschiedener Geräte einschließlich Roboter, Basisstation, Drohnen und Feldsensoren, die zusammen vitale Informationen liefern, um Landwirte zu unterstützen.

Ein Landwirt könnte die Aufgabe programmieren, die er möchte, dass SMASH ausführt, und während er anderen Aktivitäten nachgeht, könnte diese Maschine autonom fahren, Kulturen überwachen, Krankheiten detektieren und behandeln, und dem Landwirt oder seinen Arbeitern signifikante Zeit im Feld bei manueller Pflanzenkontrolle ersparen.“

Mapping, Monitoring, Unkrautbekämpfung, Düngung

SMASH besteht aus einer mobilen Basis, einem Roboterarm mit Manipulatoren und Vision-Systemen, einer Drohne und einer Hilfs-Bodenstation. Stellen Sie sich ein System vor, das designed ist, über eine Reihe von Präzisionslandwirtschaftstechnologien zu funktionieren, die spezifische Einblicke in Geomatik, Robotik, Data Mining, Machine Learning etc. bieten, während ökologische und soziale Probleme der Landwirte berücksichtigt werden.

Für Pencelli sind die Möglichkeiten für SMASH endlos. Er sagt: „Zusätzlich zu all den Funktionen, die vom Roboterarm ausgeführt werden können, haben wir auch Anbaugeräte, die auf der Rückseite des Fahrzeugs montiert werden können für mechanisches Unkrautjäten oder Bodenbearbeitung, während es sich bewegt.

Diese Arbeit kann simultan, zusammen mit Monitoring und Detektion, erledigt werden.“

Yanmars Expertise: Software, Integration, Installation

Yanmars Expertise lag in der Softwareentwicklung für den Agro-Bot und der Integration und Installation aller Komponenten der anderen Parteien.

Es ist eine komplizierte Masse an Elektronik, mit Kabeln, Sensoren, Kameras, GPS-Empfängern und mehreren Elektromotoren – acht davon – die um Platz konkurrieren.

Aber es funktioniert – selbst auf einem schlammigen Weinberg Ende Februar, wo das unabhängige Lenksystem und die überlegene Traktion auf verschiedenem Gelände demonstriert wird.

Pencelli fügt hinzu: „Die Sensorfusion war einer der herausforderndsten Aspekte dieses Projekts.

Weil wir eine sehr spezielle Umgebung in Feldern haben, wo sich eine Reihe von Variablen ändern können, wie Infrastruktur, Boden, Form der Felder und sogar andere Arbeiter, die sich um den Agro-Bot bewegen.

Also die Lokalisierung des Fahrzeugs, Verbesserung der Robustheit und Verständnis seiner physikalischen Constraints waren interessant – wie Geschwindigkeit, Lenkwinkel, Positionierung und Kommunikation der montierten Onboard-Geräte – all diese Aspekte können die Fahrzeugbewegung beeinflussen.“

Kooperation mit Universität Florenz

YRE ging auch eine Kooperation mit der Agrarabteilung der Universität Florenz ein, um Forschungsaktivitäten im Feld weiter voranzutreiben.

Die Universität hat signifikante Erfahrung in nachhaltigem Kulturmanagement, nachdem sie kürzlich das EU-finanzierte RHEA-Projekt abgeschlossen hat, das untersuchte, wie Kulturqualität, Gesundheit und Sicherheit für Menschen verbessert und Produktionskosten durch Einsatz einer Flotte kleiner, heterogener Roboter – bodengebunden und luftgestützt – mit fortschrittlichen Sensoren, verbesserten Endeffektoren und verbesserten Entscheidungssteuerungsalgorithmen reduziert werden können.

Ganzheitlicher Ansatz und Technologie für nachhaltige Landwirtschaft

Für das SMASH-Projekt glaubte Professor Marco Vieri der Universität, dass ein ganzheitlicher Forschungsansatz nötig war, neben Ermöglichung neuester Technologien.

Er sagt: „Landwirtschaft liefert Nahrung, Futter, Faser und Treibstoff für Menschen, aber wir müssen auch ländliche, kulturelle und historische Aspekte berücksichtigen.

In der Vergangenheit gab es einen jährlichen Kalender landwirtschaftlicher Operationen, aber heute ist eine neue Denkweise erforderlich, die es uns erlaubt, Risiken wie Dürre, Schädlinge und Überschwemmungen zu kontrollieren und zu mildern.

Wir mussten erhöhte Automatisierung nicht nur erforschen, um Menge des Produkts zu steigern, sondern auch um einen Mehrwert anzuwenden.

Yanmar teilt unsere Vision, Landwirten zu helfen, gesunde, hochwertige Produktion mit einem echten technologischen System zu realisieren, so war unser Teil in SMASH die Entwicklung von Geräten und Effektoren für die zwei Szenarien Weinberge und gärtnerische Feldkulturen wie Spinat.

Wir haben umfangreiches Wissen über Landmaschinen und neue technologische Möglichkeiten, also geht es darum, den Einsatz von Pestiziden zu reduzieren, die nicht sicher für Mikroorganismen von Boden und Pflanzen sind, während Nährstofflevel und nützliche Bakterien erhöht werden.“

Fazit: Roboterflotten statt Traktoren für nachhaltige Präzisionslandwirtschaft

Man kann fair sagen, dass Landwirte an vorderster Front der Debatten um Klima, Emissionen und Nachhaltigkeit stehen.

Selbst bei High-Value-Kulturen wie Trauben, Oliven und Nüssen in dieser Region Italiens ist es schwer, gegen den Einsatz automatisierter und vernetzter Landwirtschaft zu argumentieren, um wissenschaftliche Daten und Landwirtebedürfnisse zusammenzubringen.

Schließlich können Roboter 24 Stunden am Tag arbeiten, sie haben weniger Auswirkungen auf den Boden als Traktoren aufgrund ihrer kleineren Größe.

Stellen Sie sich eine Flotte von Roboter, ein Bruchteil der Größe eines konventionellen Traktors, vor und es ist einfach, die Möglichkeiten zu sehen, die KI-basierte, technologiegetriebene Präzisionslandwirtschaft in den kommenden Jahren bieten kann.

Der Einsatz von Drohnen zur Feldvermessung und Pflanzenkontrolle; und Agro-Bots zur Ernte, Aussaat, Identifikation und Behandlung von Unkraut mit exakten Dosen Pestizid und Dünger – es geht alles darum, Anstrengungen nur in Bereichen zu zielen, die Arbeit benötigen, was Reduzierung von Arbeit, Kapitalkosten und Emissionen zur Folge hat.

Mit seiner laufenden Forschung in fortschrittlicher Agrarrobotik nimmt Yanmar die Herausforderung an, die Möglichkeiten und potenziellen Vorteile erhöhter Präzisionsanbautechniken in der Zukunft aufzuzeigen.

Ob automatisierte Roboter-Traktoren, die Felder bearbeiten, ein vertrauter Anblick werden, bleibt abzuwarten, aber es ist schwer, gegen den Einsatz von Technologie zu argumentieren, um Qualität und Erträge vom Land nachhaltig zu steigern.

Und wenn das Summen von Drohnen über Kulturen bedeutet, dass Landwirte Wachstumsmuster und Nährstoffbedarf identifizieren und dann Pestizide und Dünger mit punktgenauer Genauigkeit mit einer Roboterflotte ausliefern können, dann wird das sicher eine willkommene Ergänzung zu den aktuell in unseren Feldern genutzten Werkzeugen sein.