Pametna budućnost poljoprivrede
26.07.2022
Kako može zemlja prehraniti devet ili deset milijardi ljudi? „Pametna poljoprivreda“ je važan dio odgovora na ovo egzistencijalno pitanje: iznimno visoka učinkovitost u proizvodnji hrane putem ciljane upotrebe najnovije tehnologije, računalno podržane i – gdje je to moguće – potpuno automatizirane. Sjemenke se pojedinačno i precizno postavljaju; plodovi se pažljivo beru mehaničkim hvataljkama; gnojiva i sredstva za zaštitu bilja se primjenjuju u malim dozama i ciljano. Ove operacije zahtijevaju veliki broj malih elektromotora koji su i robusni i snažni.
Kvantna računala, svemirski turizam ili tehnologija vodika - najnovija tehnološka pompa je fokusirana na teme koje se stalno mijenjaju. Zanimljivo je da se često zanemaruje najvažniji sektor: poljoprivreda. Iako je do sada pouzdano hranio eksponencijalno rastuću ljudsku populaciju. Poljoprivredna revolucija, koja je započela u 18. stoljeću, omogućila je enormno povećanje prinosa. Temelji se na sve većoj uporabi visokoprinosnih sorti, mineralnih gnojiva i kemijskih pesticida, na mehanizaciji i velikom umjetnom navodnjavanju. Te intervencije u ekologiju ipak nisu bez neželjenih nuspojava.
Sve utemeljene prognoze vezane za populaciju predviđaju da će ljudska populacija do kraja ovog stoljeća porasti na između devet i deset milijardi ljudi. Zemlja nudi potencijal opskrbe čak i ovog velikog broja ljudi dovoljnom količinom hrane. Međutim, poljoprivreda se ovdje suočava s golemim izazovom. Uzgoj usjeva i stočarstvo moraju proizvoditi više bez ugrožavanja resursa za održavanje života. Plodno tlo, čista podzemna voda i netaknuta priroda naši su najvrjedniji "resursi". Moraju se zaštititi pod svaku cijenu.
Fokusirajte se na biljku, a ne na polje
Do sada su se mnogi važni radni koraci u uzgoju usjeva, kao što su sadnja, gnojidba i mjere zaštite bilja, temeljili na površini zemlje. Kada se posipa sjeme ili pesticid, izračunava se količina po jutru ili hektaru; strojevi distribuiraju materijal s odgovarajućom brzinom protoka. No, umjesto da ojača biljke, dio dušičnog gnojiva, primjerice, dospijeva u podzemne vode, gdje mu očito nije mjesto. Poslovi poput rezidbe voćaka ili berbe osjetljivih sorti voća i povrća zahtijevaju skup ručni rad, dok sve više poduzeća pati od nedostatka zaposlenika.
Pametna poljoprivreda koristi suvremene tehnologije kako bi povećala učinkovitost poljoprivrede, štedljivije koristila sve resurse, rasteretila ljude monotonog rada i ostvarila veće prinose. U tom kontekstu se također govori o preciznoj poljoprivredi, digitalnoj poljoprivredi ili e-poljoprivredi. Koristeći računalno podržane i umrežene procese uz strojno učenje i prilagođene funkcije robota, fokus se može staviti na pojedinačne biljke umjesto na polje kao cjelinu.
Ciljana uporaba gnojiva i herbicida smanjuje onečišćenje tla
Što su mjere direktnije usmjerene na biljke, to se te mjere mogu koristiti ekonomičnije i učinkovitije. Na primjer, upotreba herbicida može se značajno smanjiti ako se ciljanije primjenjuju na pojedinačne biljke. Voće i povrće roboti mogu brati u kontinuiranim prolazima, uvijek u optimalnoj zrelosti.
Lagani, autonomni terenski roboti također pružaju priliku za zaštitu tla. Današnji veliki poljoprivredni strojevi teški su i do deset metričkih tona. Uz takvu masu, svaki prolaz rezultira dramatičnim zbijanjem tla. To uvelike ograničava sposobnost zahvaćenog sloja tla da apsorbira vodu i zrak, čime snažno utječe na život u tlu; također utječe na rast i zdravlje usjeva u područjima u blizini prometnih puteva. Pametna poljoprivreda može doprinijeti zdravijem tlu i povećanju bioraznolikosti.
Automatizacija u poljoprivredi i hortikulturi
Za sada mnoge aplikacije postoje samo kao studije ili prototipovi. Ali pametna poljoprivreda već se koristi u praksi, primjerice u preciznoj sadnji. To je izvorno razvijeno za istraživanje i uzgoj sjemena. Ovi strojevi mogu posaditi pojedinačno sjeme u točno određenim intervalima. Svaka biljka dobiva dovoljno prostora za rast, a površina je optimalno iskorištena. Istovremeno, vrijedno sjeme se koristi izuzetno učinkovito.
Najsuvremeniji strojevi koriste jedan separacijski modul s električnim pogonom po redu. Motor pokreće disk s prorezima ili nazubljenim diskom koji prenosi pojedinačno sjeme do izlaza. Pomoću inteligentnog regulatora, moguće je precizno postaviti optimalni razmak za svaku vrstu sjemena; prilikom vožnje oko uglova mogu se kompenzirati različiti polumjeri pojedinih redova. Dovod sjemena na diskove također se kontrolira pomoću motoriziranih zatvarača.
Uvijek savršeno zreli proizvodi kroz kontinuiranu automatiziranu berbu
Kod uzgoja povrća i cvijeća u staklenicima, mnoge biljke najprije klijaju u malim posudama, a kasnije se presađuju u veće posude ili na gredice. U suvremenim hortikulturnim tvrtkama, strojevi obavljaju sortiranje i rukovanje biljkama i posudama. Njihovi strojevi vrlo su slični onima koji se koriste u industrijskoj proizvodnji i logistici. Postoje transportne trake i valjkasti transporteri na kojima se podloške s proizvodima u različitim fazama transportiraju, razvrstavaju i presađuju. Hvataljke koje se ovdje koriste razlikuju se od onih koje se koriste u sličnim uređajima u drugim industrijama samo po obliku svojih "prstiju". Pokretani mikromotorima, oni obavljaju automatsko rukovanje pojedinačnim posudama i korijenskim kuglicama.
Samohodni strojevi za berbu voća i povrća još nisu dosegli serijsku zrelost za opću upotrebu, ali smjer tehničkog razvoja je već očit: senzori potpomognuti kamerom otkrivaju stupanj zrelosti jagoda ili paprika na temelju boje i oblika i bilježe njihov točan položaj. Putno računalo koristi te podatke za upravljanje robotskom rukom koja je opremljena jednom vrstom škara i uređajem za sakupljanje. Prototipovi ove tehnologije puni su električnih motora, od pogona s jednim kotačem i robotske ruke do uređaja za rezanje i sustava za prikupljanje obranih proizvoda.
Ključne tehnologije: električni sustav i elektronika
"U konvencionalnim poljoprivrednim strojevima, mehanički prijenosi zupčanika i pneumatski pogoni su vrlo česti", objašnjava Kevin Moser, koji je, kao voditelj poslovnog razvoja, odgovoran za primjene u ovom sektoru u FAULHABERU. „Za manje sustave u pametnoj poljoprivredi, oni su često preteški, previše glomazni, previše mehanički složeni i previše energetski neučinkoviti. Stoga vidimo sve veći broj električnih mikromotora koji se tu koriste, a koji stroj opskrbljuju strujom za određene radne korake. Međutim pogoni u poljoprivrednom okruženju moraju obično ispunjavati vrlo visoke zahtjeve."
Suvremeni strojevi preuzimaju sortiranje i rukovanje usjevima
Za razliku od tradicionalnih velikih uređaja, strojevi i komponente koje se koriste u pametnoj poljoprivredi su općenito kompaktniji i lakši. To znači da često ima malo prostora za motore. Unatoč tome, kao pogoni diskova za sijanje, klapni, hvataljki, robotskih ruku ili škara, moraju osigurati dovoljno snage za pouzdano obavljanje zadatka tijekom bezbrojnih ciklusa. Istodobno, trebali bi raditi iznimno učinkovito, jer autonomne jedinice obično crpe energiju iz baterija s ograničenom rezervom napajanja. Također mora biti moguće integrirati pogonsku elektroniku u umrežene strukture i omogućiti inteligentno upravljanje.
„Ovo su tipični zahtjevi koji se postavljaju pred pogonske sustave najviše klase; pravi odgovori uvijek su standardna stvar u FAULHABERU", kaže Kevin Moser. „Štoviše, pogoni koji se koriste u poljoprivrednim okruženjima također moraju biti iznimno robusni kako bi i sami funkcionirali pouzdano i dugoročno u najzahtjevnijim uvjetima. Velike fluktuacije temperature i jaka mehanička opterećenja norma su u poljoprivredi i hortikulturi. I, unatoč svemu tome, troškovi moraju ostati razumni. Mi u tvrtki FAULHABER možemo ponuditi više serija uređaja koji uspijevaju to balansirati."
Pogoni koji se koriste u poljoprivrednim okruženjima moraju raditi pouzdano u teškim uvjetima
Moser misli na mikromotore s istosmjernom strujom bez četkica koji ne zahtijevaju održavanje i posebno kompaktne ravne mikromotore s istosmjernom strujom serije BXT kao i na iznimno robusne i troškovno učinkovite bakreno-grafitne motore iz linije CXR. Zupčanici nove serije GPT vrlo su pogodni za prijenos visokog opterećenja u teškim uvjetima. Iznimno učinkoviti, također su vrlo robusni i stoga idealni za poljoprivredne primjene. Opcionalni inkrementalni enkoderi omogućuju vrlo precizno pozicioniranje. Za umrežavanje pogonskih sustava dostupni su različiti kontroleri, npr. s CANopen sučeljem. „Faulhaberovi pogoni se već koriste u pametnoj poljoprivredi", izvještava Kevin Moser. „Oni će nastaviti igrati važnu ulogu za zahtjevne primjene u ovom području."