Yanmar leitet ein landwirtschaftliches Robotikprojekt zur Entwicklung des „SMASH“-Systems

Die Landwirtschaft der Zukunft wird zunehmend wissenschaftlich präzise Anbautechniken einsetzen, bei denen automatisierte „Agro-Bots“ das Land überwachen, behandeln und bearbeiten und dabei fortschrittliche Technologien einsetzen, die dazu beitragen sollen, die Erträge zu maximieren und Krankheiten zu minimieren.

Mit seiner umfangreichen Erfahrung in der Automatisierung und landwirtschaftlichen Mechanisierung weist der Agritech-Spezialist Yanmar jetzt den Weg in der fortschrittlichen Feldrobotikforschung.

Zeit für Veränderung in unserer sich wandelnden Zeit?

Es gibt kaum einen wichtigeren Wirtschaftszweig als die Landwirtschaft. Dies ist eine Branche, die sich direkt auf das Leben aller Menschen auf der ganzen Welt auswirkt, obwohl sie von allen Seiten mit Herausforderungen konfrontiert wird.

Temperatur- und Niederschlagsänderungen beeinflussen die Ernteerträge; Landwirte und Landarbeiter sind den Auswirkungen von Wetterextremen direkt ausgesetzt, während Millionen weitere Menschen in lebensmittelbezogenen Berufen bereits die Auswirkungen unseres sich ändernden Klimas spüren.

Darüber hinaus sind sich die Verbraucher heute zunehmend des Problems der Chemikalien bewusst, die bei der Herstellung ihrer Lebensmittel verwendet werden, und fordern eine nachhaltige Produktion immer schmackhafterer und hochwertigerer Produkte.

Die Suche nach dem besten Weg, mit diesen Problemen umzugehen und gleichzeitig dem Umweltdruck gerecht zu werden, veranlasst viele Regierungen, sich an Automatisierungsspezialisten und Technologieexperten zu wenden, um zu versuchen, das Los der Landwirte zu verbessern, die Verbraucheranforderungen zu erfüllen und die unzähligen Herausforderungen anzugehen, mit denen die Industrie konfrontiert ist.

Smart-Farming-Forschung mit SMASH in Italien

Eine zunehmende Automatisierung und Technologie in der Landwirtschaft ist an sich natürlich nichts Neues – tatsächlich geschieht dies seit der industriellen Revolution.

Neu ist jedoch, wie Technologie eingesetzt wird, um Probleme im Zusammenhang mit der Kontrolle von Lebensmittelkrankheiten und instabilen Wettermustern anzugehen.

Der Schwerpunkt liegt nun darauf, die gewünschten Erträge auf umweltverträgliche Weise zu erzielen, wobei der Schwerpunkt kontinuierlich auf der Reduzierung der Menge und Art der verwendeten Chemikalien liegt.

Dürre, Überschwemmungen und das Auftreten neuer Schädlinge und Krankheiten sind jedoch mittlerweile auf allen Kontinenten eine Bedrohung. Sogar Europa steht in allen seinen landwirtschaftlichen Systemen vor einer Herausforderung.

Dies gilt insbesondere für Länder wie Italien, das laut Wissenschaftlern einen Einbruch der Olivenernte 2018 um 57 % hinnehmen musste – die schlimmste seit 25 Jahren – infolge des Klimawandels.

Mit seiner europäischen Forschungseinrichtung in den Hügeln oberhalb von Florenz, Italien, ist Yanmar R&D Europe gut positioniert, um sich auf eine Vielzahl von feldbasierten Studien zu konzentrieren, um einen Mehrwert für die Agrarindustrie zu schaffen – und möglicherweise sogar eine neue Generation von Arbeitnehmern für das Unternehmen zu gewinnen Land.

Dazu gehört das zweijährige 4-Millionen-Euro-Projekt „SMASH“, das in Zusammenarbeit mit 10 Technologiepartnern durchgeführt wird, um ein mobiles landwirtschaftliches „Ökosystem“ zur Überwachung, Analyse und Verwaltung landwirtschaftlicher Nutzpflanzen zu entwickeln.

Hier ist eine Liste anderer beteiligter Partner und ihrer Rollen im SMASH-Projekt:

• EDI:Ein Maschinenbau- und Elektronikunternehmen, das an der Entwicklung der mobilen Basis des Robotersystems mitgewirkt hat.
• AvMap:Technologie und Sensoren für mobile Basisnavigation.
• Basis:Datenübertragung, Datenverarbeitung, Cloud-Datenspeicherung.
• Seintech:Datenanalyse, Data Mining und maschinelles Lernen.
• Universität Florenz, Landwirtschaftsfakultät:Entwicklung der Endeffektoren.
• IIT (Italienisches Institut für Technologie):Robotersystem (Plantoid) zur Überwachung und Analyse des Bodens.
• Sant’Anna Bio Robotic Institute:Entwicklung eines Manipulators, der auf dem Roboterarm installiert wird, um Proben zu sammeln und Gegenstände zu manipulieren.
• Copernico:Vorbereitung einer Drohne zur Überwachung und Kartierung.
• DORIAN:Technologien und Algorithmen für maschinelles Sehen.
• Giuntini Filippo:Agronom.

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

Es besteht aus der Entwicklung einer modularen Roboterplattform, die die neueste Informationskommunikationstechnologie einsetzt, um Pflanzen und Böden zu untersuchen, gesammelte Informationen zu analysieren und den Landwirten klare, umsetzbare Informationen zur Unterstützung des Pflanzenmanagements bereitzustellen.

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

Für den Modellierungs- und Steuerungsingenieur Manuel Pencelli von YRE erforderte die Entwicklung eines Prototyps eines Agro-Bots, der zur Überwachung und Kontrolle von Feldfrüchten, zur Entnahme von Bodenproben zur Analyse und zur genauen Ausrichtung von Agrarchemikalien zur präzisen Anwendung verwendet werden konnte, von Anfang an viele verschiedene Fachgebiete Projekt.

Pencelli sagt:„Es waren während des gesamten Prozesses viele Partner beteiligt. Wir brauchten mechanisches Know-how für die Entwicklung der Fahrzeugstruktur und viele „Kommunikations“-Experten, weil wir viele Geräte haben, die miteinander „sprechen“ müssen.

„Unser Ausgangspunkt war tatsächlich ein Raupenfahrzeug, das ursprünglich gebaut wurde, um am Strand entlang zu fahren und die Küstenlinie zu säubern!“

Es gibt zwei funktionierende SMASH-Prototypen – einen für Weinreben und einen für Spinat – um die zwei verschiedenen Arten von Nutzpflanzen abzudecken, die ursprünglich für die Forschung vorgesehen waren.

Ersteres wurde bereits umfangreichen Tests auf einem Weingut in der Provinz Pisa unterzogen, wo Manuel maßgeblich dazu beigetragen hat, die Möglichkeiten zu demonstrieren, die dieses Roboter-Ökosystem den Landwirten bieten könnte.

Pencelli sagt:„SMASH ist keine einzelne Maschine, sondern eine Reihe verschiedener Geräte, darunter ein Roboter, eine Basisstation, Drohnen und Feldsensoren, die zusammen wichtige Informationen liefern, um Landwirten zu helfen.

„Ein Landwirt könnte die Aufgabe programmieren, die SMASH ausführen soll, und während er an anderen Aktivitäten beteiligt ist, könnte sich diese Maschine autonom bewegen, die Ernte überwachen, Krankheiten erkennen und behandeln und dem Landwirt oder seinen Arbeitern viel Zeit sparen Felder, die Ernten manuell überprüfen.“

Kartierung und Überwachung, Jäten und Füttern

SMASH besteht aus einer mobilen Basis, einem Roboterarm mit Manipulatoren und Sichtsystemen, einer Drohne und einer zusätzlichen Bodenstation. Stellen Sie sich ein System vor, das für eine Reihe von Präzisionslandwirtschaftstechnologien ausgelegt ist und spezifische Einblicke in Geomatik, Robotik, Data Mining, maschinelles Lernen usw. bietet und gleichzeitig die ökologischen und sozialen Probleme berücksichtigt, mit denen Landwirte konfrontiert sind.

Für Pencelli sind die Möglichkeiten für SMASH endlos. Er sagt:„Zusätzlich zu allen Funktionen, die vom Roboterarm ausgeführt werden können, haben wir auch einige Anbaugeräte, die auf der Rückseite des Fahrzeugs montiert werden können, um mechanisch Unkraut zu jäten oder den Boden zu bearbeiten, während er sich bewegt.

„Diese Arbeit kann gleichzeitig mit der Überwachung und Erkennung durchgeführt werden.“

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

Es ist eine komplizierte Elektronikmasse mit Drähten, Sensoren, Kameras, GPS-Empfängern und mehreren Elektromotoren – acht davon –, die um den Weltraum konkurrieren.

Aber es funktioniert alles – sogar auf einem schlammigen Weinberg Ende Februar, wo das unabhängige Lenksystem und die überlegene Traktion auf unterschiedlichstem Terrain unter Beweis gestellt werden.

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

„Weil wir auf den Feldern eine ganz besondere Umgebung haben, in der sich eine Reihe von Variablen ändern können, wie z. B. die Infrastruktur, der Boden, die Form der Felder und sogar andere Arbeiter, die sich um den Agro-Bot herum bewegen.

„Deshalb waren die Lokalisierung des Fahrzeugs, die Verbesserung seiner Robustheit und das Verständnis seiner physikalischen Einschränkungen interessant – wie Geschwindigkeit, Lenkwinkel, Positionierung und Kommunikation zwischen den montierten Bordgeräten – all diese Aspekte können die Bewegung beeinflussen des Fahrzeugs.“

Stärke in Zahlen

YRE schloss sich auch mit der Landwirtschaftsabteilung der Universität Florenz zusammen, um die Forschungsaktivitäten auf diesem Gebiet weiter voranzutreiben.

Die Universität verfügt über umfangreiche Erfahrung im nachhaltigen Anbaumanagement, nachdem sie kürzlich das EU-finanzierte Rhea-Projekt abgeschlossen hat, das sich mit der Verbesserung der Erntequalität, der Gesundheit und Sicherheit für den Menschen und der Senkung der Produktionskosten durch den Einsatz einer Flotte kleiner, heterogener Roboter – Boden- und Luftroboter – befasste. ausgestattet mit fortschrittlichen Sensoren, verbesserten Endeffektoren und verbesserten Entscheidungssteuerungsalgorithmen.

Für das SMASH-Projekt war Professor Marco Vieri von der Universität der Ansicht, dass neben der Ermöglichung der neuesten Technologien ein ganzheitlicher Forschungsansatz erforderlich ist.

Er sagt:„Die Landwirtschaft liefert Nahrung, Futtermittel, Fasern und Treibstoff für die Menschen, aber wir müssen auch ländliche, kulturelle und historische Aspekte berücksichtigen.“

„In der Vergangenheit gab es einen Jahreskalender für landwirtschaftliche Betriebe, aber heutzutage ist eine neue Denkweise erforderlich, die es uns ermöglicht, Risiken wie Dürre, Schädlinge und Überschwemmungen zu kontrollieren und zu mindern.

„Wir mussten eine verstärkte Automatisierung untersuchen, nicht nur um die Produktmenge zu verbessern und zu erhöhen, sondern auch um einen Mehrwert zu erzielen.

„Yanmar teilt unsere Vision, Landwirten dabei zu helfen, eine gesunde, hochwertige Produktion mit einem echten technologischen System zu realisieren, daher bestand unsere Rolle bei SMASH darin, Ausrüstung und Effektoren für die beiden Szenarien Weinberge und Gartenbaukulturen wie Spinat zu entwickeln.

„Wir verfügen über umfangreiches Wissen über landwirtschaftliche Maschinen und neue technologische Möglichkeiten, daher geht es darum, den Einsatz von Pestiziden zu reduzieren, die für die Mikroorganismen des Bodens und der Pflanzen nicht sicher sind, und gleichzeitig den Gehalt an Nährstoffen und nützlichen Bakterien zu erhöhen.“

Man kann mit Fug und Recht sagen, dass Landwirte in den Debatten um Klima, Emissionen und Nachhaltigkeit an vorderster Front stehen.

Selbst wenn es um hochwertige Nutzpflanzen wie Trauben, Oliven und Nüsse geht, die in dieser Region Italiens zu finden sind, lässt sich kaum dagegen argumentieren, automatisierte und vernetzte Landwirtschaft zu nutzen, um wissenschaftliche Daten und die Bedürfnisse der Landwirte zusammenzubringen.

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

Stellen Sie sich eine Roboterflotte vor, die nur einen Bruchteil der Größe eines herkömmlichen Traktors hat, und es ist leicht zu erkennen, welche Möglichkeiten die KI-basierte, technologiegesteuerte Präzisionslandwirtschaft in den kommenden Jahren bieten wird.

Der Einsatz von Drohnen zur Kartierung von Feldern und zur Kontrolle von Ernten; und Agro-Bots, um Obst zu ernten, Samen zu säen, Unkräuter zu identifizieren und mit genauen Dosen von Pestiziden und Düngemitteln zu behandeln – es geht darum, die Anstrengungen nur auf Bereiche zu richten, die Arbeit erfordern, wodurch Arbeits-, Kapitalkosten und Emissionen reduziert werden können .

Mit seiner laufenden Forschung im Bereich der fortschrittlichen Agrarrobotik stellt sich Yanmar der Herausforderung, die Möglichkeiten und potenziellen Vorteile verstärkter Präzisionslandwirtschaftstechniken in der Zukunft aufzuzeigen.

Ob automatisierte und Robotertraktoren auf den Feldern ein vertrauter Anblick werden, bleibt abzuwarten, aber es ist schwer, gegen den Einsatz von Technologie zu argumentieren, um die Qualität und den Ertrag des Landes nachhaltig zu steigern.

Und wenn das Geräusch von Drohnen, die über Feldfrüchten schweben, dazu führt, dass Landwirte Wachstumsmuster und Nährstoffbedarf erkennen und dann Pestizide und Düngemittel mit einer Roboterflotte punktgenau liefern können, dann ist das sicherlich eine willkommene Ergänzung der Werkzeuge derzeit in unseren Feldern verwendet.