Новая модульная роботизированная платформа SMASH

Время, когда собирать урожай будут роботы, стремительно приближается. В рамках проекта SMASH, компания Yanmar разрабатывает не просто отдельного робота-сборщика, а перспективную модульную роботизированную платформу для сельского хозяйства. Платформа Yanmar должна обеспечить мониторинг и контроль за состоянием культур, отбор проб почвы для анализа, а также точного нормирования и применения сельскохозяйственных химикатов.

Реализация проекта, получившего наименование SMASH, была рассчитана на два года. Стоимость всех работ оценивалась в четыре миллиона евро. Проект предусматривал совместную работу 10 компаний-партнеров на условиях софинансирования с местным правительством итальянского округа Тоскана.

Итогом совместной работы станет модульная роботизированная платформа, использующая новейшие информационные технологии. Другая задача заключалась в разработке систем управления многоцелевым роботом-манипулятором, программы интеграции датчиков, а также в создании программного обеспечения для управления мобильной базой системы.

Прототип на гусеничном ходу

Инженер по моделированию и контролю YRE Мануэль Пенчелли решил поставить робот на гусеничный ход. Такие решения для ходовой уже существуют на практике, например, гусеничная машина для передвижения по пляжу и очистки береговой линии. Но Пенчелли предстояло не просто создать машину для движения по полю, а еще и связать между различные электронные системы, которые должны были уверенно «общаться» друг с другом.

Не один, а сразу два

В процессе реализации проекта были изготовлены два рабочих прототипа SMASH - один для виноградной лозы, а другой для шпината. Разработчики хотели создать робота для двух разных типов культур. Первый прототип уже прошел значительную программу испытаний на винограднике на ферме в провинции Пиза, где продемонстрировал возможности, которые эта роботизированная экосистема может предложить фермерам.

Испытатель запрограммировал задачу, которую SMASH должен был выполнить. Сам фермер в это время мог заниматься другими делами, а машина самостоятельно перемещалась, отслеживая состояние урожая, выявляя и обрабатывая заболевшие растения. Таким образом SMASH включал в работу комплекс различных устройств, включая базовую станцию робота-манипулятора, дрон и полевые датчики, которые вместе собирают и используют жизненно важную информацию в интересах фермера.

Технологии точного земледелия

Технически SMASH состоит из мобильной базы, роботизированной руки с манипуляторами и системами видения, дрона и вспомогательной наземной станции. При ее создании использовались платформы нескольких технологий точного земледелия, в том числе геоматика, интеллектуальный анализ данных, машинное обучение и другие.

Конструкторы полагают, что в перспективе возможности SMASH могут быть значительно расширены. В дополнение ко всем функциям, которые может выполнять роботизированная рука, разработаны также и некоторые навесные приспособления для механической прополки и обработки почвы в процессе ее движения. Конструкторы разработали оригинальное программное обеспечение для агроробота для интеграции и соблюдения последовательности действий всех компонентов системы. Испытания показали, что все это работает, даже на трудной почве виноградников в конце февраля. Роботизированная платформа с независимой системой рулевого управления показала превосходное сцепление с грунтом на самых различных участках поля.

Совместная работа сенсоров было одним из самых сложных аспектов этого проекта. В регионе испытаний очень специфическая среда в полях, могут меняться целый ряд переменных параметров. Таких, как инфраструктура, почва, форма полей и даже наличие других работников, перемещающихся около агроробота. Таким образом, необходимо было наладить систему автономной локализации транспортного средства, обеспечить ее надежность и соблюдение заданных физических параметров - скорость, угол поворота, применение бортовых устройств и взаимосвязь между ними.

Компания объединила свои усилия с отделом сельского хозяйства Флорентийского университета. Университет имел уже значительный опыт в устойчивом управлении растениеводством, в том числе, в проектах, направленных на снижение производственных затрат за счет использования парка небольших разнородных наземных и воздушных роботов.

Целостный подход

Профессор университета Марко Виери, высказал идею о том, что проект должен учитывать сельские, культурные и исторические аспекты. В прошлом, как известно, существовал ежегодный календарь сельскохозяйственных работ, но в меняющихся условиях наших дней, по его мнению, требуется новое мышление. Оно обязывает контролировать и смягчать современные риски, например, длительные периоды засухи, неустойчивые погодные условия, вспышки активности вредителей и масштабные наводнения.

Такой подход представляется важным, когда речь заходит о таких культурах, как виноград, оливки и орехи. Трудно возражать против возможности совместного применения автоматизированных методов ведения сельского хозяйства, внедрения научно обоснованных информационных методик в интересах фермеров. В конце концов, роботы могут работать 24 часа в сутки, оказывая при этом меньшее воздействие на почву, чем традиционные тракторы.

Цель проекта - создание парка роботов, которые по размерам будут меньше обычного трактора. При этом они на основе искусственного интеллекта смогут применять дроны для картирования полей и проверки урожая. Кроме этого, такие роботизированные платформы легко соберут урожай фруктов, проведут сев, выявят и обработают сорняки точными дозами пестицидов и дифференцированно внесут удобрения. Все это позволит сократить трудовые и капитальные затраты, а также вредные выбросы в атмосферу.

Сельское хозяйства давно и активно использует автоматизированные системы. Но в использовании роботов оно несколько отстаёт. В качестве главной цели применения новых технологий в аграрной отрасли заявлены замена человеческого труда, минимизация вредного воздействия химических средств на людей и окружающую среду, а также в повышении производительности предприятий и урожайности возделываемых культур. Без сомнения, уже в ближайшие годы подобные комплексы начнут широко внедряться в аграрную отрасль, в том числе и в России. Между тем, в середине прошлого века в России идею о подобном комплексе для сельского хозяйства разрабатывал инженер Михаил Провоторов, правда, без использования компьютеров и дронов. Система мостового земледелия Провоторова вызвала интерес, но в силу разных причин была забыта. Теперь идея единой комплексной системы, видимо, вернется в Россию на новом роботизированном уровне.

Владимир Францкевич

При подготовке статьи использована информация ресурса Precision Ag