Yanmar leidt ontwikkeling van SMASH, next-gen landbouwrobotica-systeem

Landbouw in de toekomst zal toenemend gebruikmaken van wetenschappelijk precieze landbouotechnieken, waarbij geautomatiseerde "agro-bots" het land monitoren, behandelen en bewerken, met geavanceerde technologie ontworpen om opbrengsten te maximaliseren en ziekten te minimaliseren.

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

Tijd voor verandering in onze veranderende tijden?

Het is moeilijk om een belangrijker economische sector dan landbouw te bedenken. Dit is een industrie die direct het leven van iedereen over de hele wereld beïnvloedt, ondanks dat het bezeten wordt door uitdagingen van alle kanten.

Veranderingen in temperatuur en neerslag beïnvloeden gewasopbrengsten; boeren en landbouwerkers zijn direct blootgesteld aan de effecten van extreme weersomstandigheden, terwijl miljoenen meer in voedselgerelateerde banen al de impact van ons veranderende klimaat voelen.

Bovendien zijn consumenten vandaag de dag steeds meer bewust van het issue van chemicaliën gebruikt in het produceren van hun voedsel en eisen duurzame productie van steeds lekkerder, hogere kwaliteit producten.

De beste manier vinden om met deze kwesties om te gaan en tegelijkertijd aan milieuverdrukken te voldoen, zorgt ervoor dat veel regeringen zich wenden tot automatiseringsspecialisten en technologie-experts om te proberen de situatie van de boer te verbeteren, consumenteneisen te vervullen, en de talloze uitdagingen die de industrie confronteert aan te pakken.

Slimme landbouwonderzoek met SMASH in Italië

Toegenomen automatisering en technologie binnen de landbouw is an sich natuurlijk niets nieuws – in feite, het gebeurt al sinds de Industriële Revolutie.

Maar wat nieuw is, is hoe technologie gebruikt wordt om problemen aan te pakken gerelateerd aan voedselziektebestrijding en onstabiele weerspatronen.

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

Droogte, overstroming en het verschijnen van nieuwe plagen en ziekten zijn echter nu een dreiging op alle continenten. Zelfs Europa staat voor een uitdaging right across zijn landbouwsystemen.

Dit is met name waar van landen zoals Italië, dat een 57 procent daling in zijn 2018 olijventoestond – de ergste in 25 jaar – als resultaat van klimaatverandering, volgens wetenschappers.

Met zijn Europese onderzoeksfaciliteit genesteld in de heuvels boven Florence, Italië, is Yanmar R&D Europe goed geplaatst om te focussen op een verscheidenheid aan veld-gebaseerde studies om toegevoegde waarde aan de landbouwindustrie te brengen – en misschien zelfs een nieuwe generatie werkers naar het land te trekken.

€4 miljoen SMASH-project met 10 technologiepartners

Dit omvat het twee-jarige, €4 miljoen "SMASH"-project dat in samenwerking met 10 technologiepartners uitgevoerd wordt om een mobiel landbouw-"eco-systeem" te ontwikkelen om landbouwgewassen te monitoren, analyseren en beheren.

Partners en rollen in SMASH

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

• EDI: Een mechanisch en elektronisch engineering-bedrijf dat half developte de mobiele basis van het robotische systeem.
• AvMap: technologie en sensoren voor mobiele basisnavigatie.
• Base: datatransmissie, dataverwerking, cloud dataopslag.
• Seintech: data-analyse, datamining en machine learning.
• Florence University, Agriculture Department: ontwikkeling van de end-effectors.
• IIT (Italian Institute of Technology): robotisch systeem (Plantoid) om de grond te monitoren en analyseren.
• Sant'Anna Bio Robotics Institute: ontwikkeling van een manipulator te installeren op de robotische arm, om monsters te verzamelen en items te manipuleren.
• Copernico: voorbereiding van drone voor monitoring en mapping.
• DORIAN: technologieën en algoritmen voor machine vision.
• Giuntini Filippo: agronoom.

SMASH = Smart Machine for Agricultural Solutions Hightech

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

Het bestaat uit de ontwikkeling van een modulair robotisch platform dat de nieuwste informatiecommunicatietechnologie gebruikt om gewassen en gronden te onderzoeken, verzamelde informatie te analyseren en duidelijke, actionable informatie aan boeren te leveren ter ondersteuning van gewasbeheer.

Yanmar's rollen: besturingssystemen, sensorintegratie, autonoom navigeren

Eén van Yanmar's veel rollen was om besturingssystemen te ontwikkelen voor de multipurpose robotische arm voor mobiele manipulatie (inclusief precisiespuiten), sensorintegratie voor positioneringstechnologieën, en autonoom navigatie en softwareontwikkeling voor de controle van het systeem's mobiele basis (in samenwerking met andere partners).

Manuel Pencelli: veel expertisegebieden nodig

Voor YRE's modellering en controle-engineer Manuel Pencelli, het ontwikkelen van een prototype agro-bot dat kon worden gebruikt om gewassen te monitoren en controleren, grondmonsters te nemen voor analyse en landbouwchemicaliën nauwkeurig te richten voor precisietoepassing, vereiste veel verschillende expertisegebieden vanaf het begin van het project.

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

Ons startpunt was in feite een gerauwd voertuig dat oorspronkelijk gebouwd was voor het bewegen langs een strand en het schoonmaken van de oever!"

Twee werkende prototypes: wijndruiven en spinazie

Er zijn twee werkende SMASH-prototypes – één voor wijndruiven en de ander voor spinazie – om de twee verschillende typen gewassen te dekken die oorspronkelijk voor onderzoek waren gepland.

De eerste heeft al significante tests ondergaan bij een wijngaardbedrijf in de provincie Pisa, waar Manuel instrumentaal is geweest in het demonstreren van de mogelijkheden die dit robotische ecosysteem boeren kan bieden.

SMASH: reeks apparaten, geen enkele machine

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

Een boer kan de taak programmeren die hij wil dat SMASH uitvoert, en terwij hij betrokken is bij andere activiteiten, kan deze machine autonoom bewegen, gewassen monitoren, ziekten detecteren en behandelen, en de boer of zijn werknemers significante tijd in de velden besparen handmatig gewassen te controleren."

Mapping, monitoring, onkruiden, bemesten

SMASH bestaat uit een mobiele basis, een robotische arm met manipulatoren en visiesystemen, een drone en een ancillaire grondstation. Verbeeld een systeem dat ontworpen is om te functioneren over een reeks precisielandbouwtechnologieën, die specifieke inzichten biedt over geomatica, robotica, datamining, machine learning enz., rekening houdend met de milieu- en maatschappelijke kwesties die boeren confronteren.

Mechanisch onkruiden en grondbewerking tijdens bewegen

Voor Pencelli zijn de mogelijkheden voor SMASH oneindig. Hij zegt: "Naast alle functies die kunnen worden uitgevoerd door de robotische arm, hebben we ook enkele bijvoegsels die op de achterkant van het voertuig gemonteerd kunnen worden voor mechanisch onkruiden, of de grond bewerken, terwijl het beweegt.

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

Yanmar's expertise: software en integratie

Yanmar's expertise is geweest in de softwareontwikkeling voor de agro-bot en de integratie en installatie van al de andere partijen componenten.

Het is een gecompliceerde massa elektronica, met draden, sensoren, camera's, GPS-ontvangers, en meerdere elektrische motoren – acht van hen – die om ruimte concurreren.

Maar het werkt allemaal – zelfs op een modderige wijngaard in late februari waar het onafhankelijke stuursysteem en superieure tractie gedemonstreerd wordt op een verscheidenheid aan terrein.

Sensorfusie: meest uitdagend aspect

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

Omdat we een heel specifieke omgeving binnen velden hebben, waar een aantal variabelen kunnen veranderen, zoals de infrastructuur, grond, vorm van de velden en zelfs andere werkers die om de agro-bot heen bewegen.

Dus, de lokalisatie van het voertuig, de verbetering van de robuustheid ervan en het begrijpen van de fysieke beperkingen waren interessant – zoals snelheid, stelhoek, de positionering van, en communicatie tussen de gemonteerde on-board apparaten – al deze aspecten kunnen de beweging van het voertuig beïnvloeden."

Samenwerking met Florence University Agriculture Department

YRE heeft ook samengewerkt met Florence University's Agriculture Department om onderzoeksactiviteiten in het veld verder te verbeteren.

De universiteit heeft significante ervaring in duurzaam gewasbeheer, onlangs het EU-gefinancierde Rhea-project voltooid dat keek naar het verbeteren van gewaskwaliteit, gezondheid en veiligheid voor mensen, en productiekosten te verminderen door een vloot van kleine, heterogene robots – grond- en luchtgebonden – uitgerust met geavanceerde sensoren, verbeterde end-effectors en verbeterde besluitcontrole-algoritmen te gebruiken.

Holistische benadering en latest technologies

Voor het SMASH-project geloofde de universiteit's Professor Marco Vieri dat een holistische benadering van onderzoek nodig was, naast het mogelijk maken van de nieuwste technologiën.

Hij zegt: "Landbouw levert voedsel, voer, vezel en brandstof voor mensen, maar we moeten ook rekening houden met landelijke, culturele en historische kwesties.

In het verleden was er een jaarlijkse kalender van landbouwoperaties, maar een nieuwe mindset is vereist deze dagen die ons in staat stelt om risico's zoals droogte, plagen en overstroming te controleren en te mitigeren.

We moesten verhoogde automatisering verkennen niet alleen om de hoeveelheid product te verbeteren en te verhogen, maar ook om een toegevoegde waarde toe te passen.

Yanmar deelt onze visie om boeren te helpen realiseren gezonde, hoge-waarde productie met een echt technologisch systeem, dus ons deel in SMASH is geweest om apparatuur en effectors te ontwikkelen 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 die niet veilig zijn voor de micro-organismen van de grond en planten te verminderen, terwijl het niveau van nutriënten en nuttige bacteriën wordt verhoogd."

Boeren op de frontlinie van klimaat, emissies, duurzaamheid

Het is eerlijk te zeggen dat boeren op de frontlinie zitten van de debatten rondom klimaat, emissies en duurzaamheid.

Zelfs wanneer het aankomt op hoogwaardige gewassen zoals de druiven, olijven en noten die in deze regio van Italië gevonden worden, is het moeilijk om tegen het gebruik van geautomatiseerde en verbonden landbouw te argumenteren om wetenschappelijke data en boerenbehoeftes samen te brengen.

Immers, robots kunnen 24 uur per dag werken, ze hebben minder impact op de grond dan tractors vanwege hun kleinere grootte.

Verbeeld een vloot van robots een fractie van de grootte van een conventionele tractor en het is gemakkelijk om de mogelijkheden te zien die AI-gebaseerde, technologie-gedreven precisielandbouw in de komende jaren kan bieden.

Het gebruik van drones om velden te mappen en gewassen te controleren; en agro-bots om fruit te oogsten, zaden te zaaien, onkruiden te identificeren en te behandelen met exacte doses pesticiden en meststoffen – het gaat allemaal om het richten van inspanningen alleen in gebieden die werk nodig hebben, wat toelaat voor een reductie in arbeid, kapitaalkosten en emissies als resultaat.

Met zijn lopende onderzoek naar geavanceerde landbouwrobotica, neemt Yanmar de uitdaging aan om de mogelijkheden en potentiële voordelen van toegenomen precisielandbouotechnieken in de toekomst te tonen.

Of geautomatiseerde en robottractors die de velden bewerken een vertrouwd gezicht zullen worden blijft af te wachten, maar het is moeilijk om tegen het gebruik van technologie te argumenteren om duurzaam kwaliteit en opbrengsten van het land te verhogen.

En als het geluid van drones die over gewassen zweven betekent dat boeren in staat zijn groeipatronen en voedingsbehoeftes te identificeren, en dan pesticiden en meststoffen met pin-point nauwkeurigheid te leveren met een vloot van robots, dan zal dat zeker een welkome toevoeging zijn aan de tools die momenteel in onze velden gebruikt worden.