Yanmar leidt landbouwroboticaproject om 'SMASH'-systeem te ontwikkelen

De landbouw zal in de toekomst steeds meer gebruik maken van wetenschappelijk nauwkeurige landbouwtechnieken, waarbij geautomatiseerde "agro-bots" het land bewaken, behandelen en bewerken, met behulp van geavanceerde technologie die is ontworpen om de opbrengsten te maximaliseren en ziekten te minimaliseren.

Met zijn uitgebreide ervaring in automatisering en landbouwmechanisatie toont agritech-specialist Yanmar nu de weg in geavanceerd veldrobotica-onderzoek.

Tijd voor verandering in onze veranderende tijden?

Een belangrijker economische sector dan de landbouw is nauwelijks denkbaar. Dit is een sector die rechtstreeks van invloed is op het leven van iedereen over de hele wereld, ondanks dat ze wordt geteisterd door uitdagingen van alle kanten.

Veranderingen in temperatuur en neerslag beïnvloeden de gewasopbrengsten; boeren en landarbeiders worden direct blootgesteld aan de effecten van weersextremen, terwijl miljoenen meer in voedselgerelateerde banen nu al de impact voelen van ons veranderende klimaat.

Bovendien zijn consumenten zich tegenwoordig steeds meer bewust van het probleem van chemicaliën die worden gebruikt bij de productie van hun voedsel en eisen ze 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 de milieudruk het hoofd te bieden, zorgt ervoor dat veel regeringen zich tot automatiseringsspecialisten en technologie-experts wenden om te proberen het lot van de boer te verbeteren, aan de eisen van de consument te voldoen en de talloze uitdagingen waarmee de industrie wordt geconfronteerd, aan te pakken.

Slim landbouwonderzoek met SMASH in Italië

Toenemende automatisering en technologie binnen de landbouw is op zich natuurlijk niets nieuws - sterker nog, het gebeurt al sinds de industriële revolutie.

Maar wat nieuw is, is hoe technologie wordt gebruikt om problemen aan te pakken die verband houden met voedselziektebestrijding en onstabiele weerspatronen.

De focus ligt nu op het behalen van de gewenste opbrengsten op een ecologisch duurzame manier, met een continue focus op het verminderen van de hoeveelheid en het type chemicaliën dat wordt gebruikt.

Droogte, overstromingen en het verschijnen van nieuwe plagen en ziekten vormen nu echter een bedreiging op alle continenten. Zelfs Europa staat voor een uitdaging in al zijn landbouwsystemen.

Dit geldt met name voor landen als Italië, dat volgens wetenschappers te maken kreeg met een daling van 57 procent in de olijvenoogst van 2018 – de ergste in 25 jaar – als gevolg van klimaatverandering.

Met zijn Europese onderzoeksfaciliteit genesteld in de heuvels boven Florence, Italië, bevindt Yanmar R&D Europe zich in een goede positie om zich te concentreren op een verscheidenheid aan veldstudies om toegevoegde waarde te bieden aan de landbouwsector – en mogelijk zelfs om een ​​nieuwe generatie werknemers aan te trekken naar de land.

Deze omvatten het tweejarige, € 4 miljoen “SMASH”-project dat wordt uitgevoerd in samenwerking met 10 technologiepartners om een ​​mobiel agrarisch “ecosysteem” te ontwikkelen voor het monitoren, analyseren en beheren van landbouwgewassen.

Hier is een lijst van andere betrokken partners en hun rol in het SMASH-project:

• EDI:een mechanisch en elektronisch engineeringbedrijf dat heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van de mobiele basis van het robotsysteem.
• AvMap:technologie en sensoren voor mobiele basisnavigatie.
• Basis:gegevensoverdracht, gegevensverwerking, gegevensopslag in de cloud.
• Seintech:data-analyse, datamining en machine learning.
• Universiteit van Florence, afdeling Landbouw:ontwikkeling van de eindeffectoren.
• IIT (Italiaans Instituut voor Technologie):robotsysteem (Plantoid) om de bodem te bewaken en te analyseren.
• Sant'Anna Bio Robotic Institute:ontwikkeling van een manipulator die op de robotarm moet worden geïnstalleerd om monsters te verzamelen en items te manipuleren.
• Copernico:voorbereiding van drone voor monitoring en mapping.
• DORIAN:technologieën en algoritmen voor machinevisie.
• Giuntini Filippo:agronoom.

Het acroniem "SMASH" staat voor "Smart Machine for Agricultural Solutions Hightech", en dit project werd medegefinancierd door de lokale overheid van Toscane.

Het bestaat uit de ontwikkeling van een modulair robotplatform dat gebruikmaakt van de nieuwste informatiecommunicatietechnologie om gewassen en bodems te onderzoeken, verzamelde informatie te analyseren en duidelijke, bruikbare informatie te verstrekken aan boeren om gewasbeheer te ondersteunen.

Een van de vele taken van Yanmar was het ontwikkelen van besturingssystemen voor de multifunctionele robotarm voor mobiele manipulatie (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 modellerings- en regelingenieur Manuel Pencelli, vereiste het ontwikkelen van een prototype agro-bot die kan worden gebruikt om gewassen te bewaken en te controleren, bodemmonsters te nemen voor analyse en nauwkeurig te richten op landbouwchemicaliën voor precisietoepassing, vanaf het begin van de project.

Pencelli zegt:“Er zijn overal veel partners bij betrokken geweest. We hadden mechanische expertise nodig om de structuur van het voertuig te ontwikkelen, en veel 'communicatie'-experts omdat we veel apparaten hebben die met elkaar moeten 'praten'.

"Ons uitgangspunt was in feite een rupsvoertuig dat oorspronkelijk was gebouwd om langs een strand te rijden en de kustlijn schoon te maken!"

Er zijn twee werkende SMASH-prototypes - een voor wijnstokken en een voor spinazie - om de twee verschillende soorten gewassen te dekken die oorspronkelijk gepland waren voor onderzoek.

De eerste is al uitgebreid getest op een wijngaardboerderij in de provincie Pisa, waar Manuel een belangrijke rol heeft gespeeld bij het demonstreren van de mogelijkheden die dit robotecosysteem boeren kan bieden.

Pencelli zegt:"SMASH is geen enkele machine, maar een reeks verschillende apparaten, waaronder een robot, basisstation, drones en veldsensoren die samen essentiële informatie leveren om boeren te helpen.

“Een boer zou de taak kunnen programmeren die hij wil dat SMASH uitvoert, en terwijl hij betrokken is bij andere activiteiten, kan deze machine autonoom bewegen, gewassen monitoren, ziekten opsporen en behandelen, en de boer of zijn werknemers veel tijd besparen in de velden handmatig gewassen controleren."

In kaart brengen en monitoren, wieden en voeren

SMASH bestaat uit een mobiele basis, een robotarm met manipulatoren en vision-systemen, een drone en een aanvullend grondstation. Stelt u zich een systeem voor dat is ontworpen om te functioneren in een reeks precisielandbouwtechnologieën, dat specifieke inzichten biedt in geomatica, robotica, datamining, machine learning, enzovoort, rekening houdend met de ecologische en sociale problemen waarmee boeren worden geconfronteerd.

Voor Pencelli zijn de mogelijkheden voor SMASH eindeloos. Hij zegt:"Naast alle functies die door de robotarm kunnen worden uitgevoerd, hebben we ook enkele hulpstukken die op de achterkant van het voertuig kunnen worden gemonteerd voor mechanisch wieden of het bewerken van de grond terwijl deze beweegt.

"Dit werk kan gelijktijdig worden gedaan, samen met de monitoring en detectie."

De expertise van Yanmar ligt in de softwareontwikkeling voor de agrobot en de integratie en installatie van alle componenten van de andere partijen.

Het is een ingewikkelde massa elektronica, met draden, sensoren, camera's, GPS-ontvangers en meerdere elektromotoren - acht van hen - die strijden om ruimte.

Maar het werkt allemaal - zelfs op een modderige wijngaard eind februari, waar het onafhankelijke stuursysteem en de superieure tractie op verschillende terreinen worden gedemonstreerd.

Pencelli voegt toe:"De sensorfusie was een van de meest uitdagende aspecten van dit project.

"Omdat we een heel bijzondere omgeving hebben binnen 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 agrobot verplaatsen.

"Dus de lokalisatie van het voertuig, het verbeteren van de robuustheid ervan en het begrijpen van de fysieke beperkingen ervan waren interessant - zoals snelheid, stuurhoek, de positionering van en communicatie tussen de gemonteerde boordapparatuur - al deze aspecten kunnen de beweging beïnvloeden van het voertuig.”

Kracht in cijfers

YRE heeft ook de krachten gebundeld met de afdeling Landbouw van de Universiteit van Florence om onderzoeksactiviteiten in het veld verder te bevorderen.

De universiteit heeft veel ervaring op het gebied van duurzaam gewasbeheer, na onlangs het door de EU gefinancierde Rhea-project te hebben voltooid, waarbij werd gekeken naar het verbeteren van de gewaskwaliteit, gezondheid en veiligheid voor mensen en het verlagen van de productiekosten door gebruik te maken van een vloot van kleine, heterogene robots – grond en lucht – uitgerust met geavanceerde sensoren, verbeterde eindeffectors en verbeterde beslissingscontrolealgoritmen.

Professor Marco Vieri van de universiteit was van mening dat voor het SMASH-project een holistische benadering van onderzoek nodig was, naast het mogelijk maken van de nieuwste technologieën.

Hij zegt:"De landbouw levert voedsel, voer, vezels en brandstof voor de mens, maar we moeten ook rekening houden met landelijke, culturele en historische kwesties.

"Vroeger was er een jaarlijkse kalender van landbouwactiviteiten, maar tegenwoordig is een nieuwe mentaliteit vereist die ons in staat stelt 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 onze rol in SMASH was het ontwikkelen van apparatuur en effectoren voor de twee scenario's van wijngaarden en tuinbouwgewassen zoals spinazie.

"We hebben uitgebreide kennis van landbouwmachines en nieuwe technologische mogelijkheden, dus het gaat erom het gebruik van pesticiden te helpen verminderen die niet veilig zijn voor de micro-organismen van de bodem en planten, terwijl we het gehalte aan voedingsstoffen en nuttige bacteriën verhogen."

Het is eerlijk om te zeggen dat boeren in de frontlinie staan ​​van de debatten over klimaat, emissies en duurzaamheid.

Zelfs als het gaat om hoogwaardige gewassen zoals de druiven, olijven en noten die in deze regio van Italië worden gevonden, is het moeilijk om te pleiten tegen het gebruik van geautomatiseerde en verbonden landbouw om wetenschappelijke gegevens en de behoeften van boeren samen te brengen.

Robots kunnen immers 24 uur per dag werken, ze hebben door hun kleinere formaat minder impact op de bodem dan tractoren.

Stelt u zich een vloot robots voor die slechts een fractie van de grootte van een conventionele tractor hebben en u ziet gemakkelijk de mogelijkheden die op AI gebaseerde, technologiegedreven precisielandbouw de komende jaren kan bieden.

Het gebruik van drones om velden in kaart te brengen en gewassen te controleren; en agrobots om fruit te oogsten, zaden te zaaien, onkruid te identificeren en te behandelen met exacte doses pesticiden en kunstmest - het draait allemaal om het richten van inspanningen alleen op gebieden die werk nodig hebben, wat resulteert in een vermindering van arbeid, kapitaalkosten en emissies als resultaat .

Met doorlopend onderzoek naar geavanceerde landbouwrobotica gaat Yanmar de uitdaging aan om de mogelijkheden en potentiële voordelen van meer precisielandbouwtechnieken in de toekomst te laten zien.

Of geautomatiseerde tractoren en robottractoren die op het land werken een bekend gezicht zullen worden, valt nog te bezien, maar het is moeilijk om te argumenteren tegen het gebruik van technologie om de kwaliteit en opbrengsten van het land duurzaam te verhogen.

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