Pametna prihodnost kmetijstva
26.07.2022
Kako lahko Zemlja nahrani devet ali deset milijard ljudi? »Pametno kmetovanje« je pomemben del odgovora na to vprašanje, ki je življenjskega pomena: izjemno visoka učinkovitost pri proizvodnji hrane s ciljno usmerjeno uporabo najnovejše tehnologije, ki je računalniško podprta in popolnoma samodejna, kjer je to mogoče. Semena so posamično in natančno, plodovi skrbno pobrani z mehanskimi prijemali, gnojila in fitofarmacevtska sredstva pa so uporabljena v majhnih odmerkih in ciljno usmerjeno. Ti postopki zahtevajo veliko število majhnih elektromotorjev, ki niso samo robustni, ampak tudi zmogljivi.
Kvantni računalniki, vesoljski turizem ali vodikova tehnologija – najnovejši tehnološki pomp se osredotoča na stalno spreminjajoče se teme. Zanimivo je, da je najpomembnejši sektor, kmetijstvo, pogosto spregledan. Čeprav je doslej zanesljivo nahranil eksponentno naraščajočo prebivalstvo. Kmetijska revolucija, ki se je začela v 18. stoletju, je omogočila izjemno povečanje pridelkov. Temelji na vse večji uporabi visoko donosnih sort, mineralnih gnojil in kemičnih pesticidov, na mehanizaciji in obsežnem umetnem namakanju. Vendar ti posegi v ekologijo niso brez neželenih stranskih učinkov.
Vse utemeljene demografske napovedi predvidevajo, da se bo število ljudi do konca tega stoletja povečalo na devet do deset milijard. Zemlja ima možnosti, da tudi tako veliko število ljudi oskrbi z zadostno količino hrane. Vendar se kmetijstvo pri tem sooča z velikim izzivom. Pridelava poljščin in živinoreja morata proizvesti več, pri tem pa ne smeta ogroziti virov, ki ohranjajo življenje. Rodovitna zemlja, čista podtalnica in neokrnjena narava so naši najdragocenejši »viri«. Zaščititi jih je treba za vsako ceno.
Osredotočenost na rastlino in ne na polje
Doslej je veliko pomembnih delovnih korakov pri pridelavi poljščin, kot so sajenje, gnojenje in ukrepi za varstvo rastlin, temeljilo na površini zemljišča. Pri sejanju semen ali nanašanju pesticidov se izračuna količina na hektar ali aker, stroji pa porazdelijo material z ustrezno hitrostjo pretoka. Vendar pa na primer del dušikovih gnojil ne okrepi rastlin, ampak prodre v podtalnico, kamor očitno ne sodi. Dela, kot so obrezovanje sadnega drevja ali obiranje občutljivih sort sadja in zelenjave, zahtevajo drago ročno delo, vse več podjetij pa se sooča s pomanjkanjem osebja.
Pametno kmetovanje uporablja sodobne tehnologije za povečanje učinkovitosti kmetijstva, varčnejšo rabo vseh virov, razbremenitev ljudi monotonega dela in večji donos. V tem kontekstu govorimo tudi o preciznem kmetovanju, digitalnem kmetovanju ali e-kmetovanju. Z računalniško podprtimi in omrežno povezanimi postopki ter strojnim učenjem in prilagojenimi robotskimi funkcijami se je mogoče osredotočiti na posamezne rastline in ne na polje kot celoto.
Ciljno usmerjena uporaba gnojil in herbicidov zmanjšuje onesnaženost tal
Bolj ko so ukrepi neposredno usmerjeni v rastline, bolj gospodarno in učinkovito jih je mogoče uporabiti. Uporabo herbicidov je na primer mogoče bistveno zmanjšati, če jih bolj ciljno uporabimo pri posameznih rastlinah. Sadje in zelenjavo bi lahko roboti obirali v neprekinjenih obhodih, vedno pri optimalni zrelosti.
Lahki in avtonomni terenski roboti so tudi priložnost za zaščito tal. Današnji veliki kmetijski stroji tehtajo do deset ton. Pri takšni teži vsak obhod povzroči znatno zbitost tal. To močno omejuje sposobnost prizadete plasti tal, da absorbira vodo in zrak, kar močno vpliva na življenje v tleh, prizadeta pa sta tudi rast in zdravje poljščin na območjih v bližini poti vožnje. Pametno kmetovanje lahko prispeva k bolj zdravim tlom in večji biotski raznovrstnosti.
Avtomatizacija v kmetijstvu in vrtnarstvu
Številne aplikacije trenutno obstajajo samo kot študije ali prototipi. Pametno kmetovanje pa se že uporablja v praksi, na primer pri natančnem sajenju. To je bil prvotno razvito za raziskave in vzgojo semen. Ti stroji lahko posadijo posamezna semena v točno določenih presledkih. Vsaka rastlina ima dovolj prostora za rast, površina pa je optimalno izkoriščena. Hkrati so dragocena semena izredno učinkovito uporabljena.
Najsodobnejši stroji uporabljajo en ločevalni modul z električnim pogonom na vrsto. Motor poganja disk z utori ali zobmi, ki prenaša posamezna semena do izhoda. S pametnim krmilnikom je mogoče natančno nastaviti optimalno razdaljo za vsako vrsto semena, pri vožnji skozi vogale pa je mogoče izravnati različne polmere posameznih vrst. Tudi dovajanje semen v diske je nadzorovano z motoriziranimi zapirali.
Vedno popolnoma zreli proizvodi z neprekinjenim avtomatiziranim obiranjem
Pri gojenju zelenjave in cvetja v rastlinjakih je veliko rastlin najprej vzgojenih v majhnih lončkih ter pozneje presajenih v večje lončke ali na gredice. V sodobnih vrtnarskih podjetjih stroji izvajajo sortiranje rastlin in lončnic ter in ravnanje z njimi. Njihovi stroji so zelo podobni tistim, ki se uporabljajo v industrijski proizvodnji in logistiki. Na transportnih trakovih in valjčnih transporterjih se prevažajo, razvrščajo in presadijo pladnji s proizvodi v različnih fazah. Tu uporabljeni prijemalniki se od podobnih naprav v drugih panogah razlikujejo le po obliki »prijemal«. Poganjajo jih mikromotorji, ki samodejno premikajo posamezne lončke in koreninske grude.
Samovozni stroji za obiranje sadja in zelenjave še niso povsem pripravljeni za splošno uporabo, vendar je smer tehničnega razvoja že postala očitna: senzorji s pomočjo kamer na podlagi barve in oblike zaznajo stopnjo zrelosti jagod ali paprik ter zabeležijo njihov natančen položaj. Vgrajeni računalnik s temi podatki upravlja robotsko roko, ki je opremljena z vrsto škarij in napravo za zbiranje. Prototipi te tehnologije so polni električnih motorjev, od enokolesnega pogona in robotske roke do naprave za rezanje in sistema za zbiranje pridelkov.
Ključne tehnologije: električni sistem in elektronika
»Pri običajnih kmetijskih strojih so zelo pogosti mehanski menjalniki in pnevmatski pogoni,« pojasnjuje Kevin Moser, ki je pri družbi FAULHABER kot vodja poslovnega razvoja odgovoren za aplikacije na tem področju. »Za manjše sisteme pri pametnem kmetovanju so pogosto pretežki, preveliki ter preveč mehansko zapleteni in energetsko neučinkoviti. Zato je v uporabi vse več električnih mikromotorjev, ki zagotavljajo energijo za določene delovne korake. Vendar morajo pogoni v kmetijskem okolju običajno izpolnjevati zelo visoke zahteve.«
Sodobni stroji prevzamejo sortiranje in obdelavo pridelkov
V nasprotju s tradicionalnimi velikimi napravami so stroji in komponente, ki se uporabljajo pri pametnem kmetovanju, na splošno bolj kompaktni in lažji. To pomeni, da je za motorje pogosto na voljo malo prostora. Kljub temu morajo kot pogoni sejalnih diskov, lopatic, prijemal, robotskih rok ali škarij zagotavljati zadostno moč za zanesljivo izvajanje ustrezne naloge v neštetih ciklih. Hkrati morajo delovati izjemno učinkovito, saj avtonomne enote običajno črpajo energijo iz baterij z omejeno zalogo energije. Prav tako mora biti mogoče pogonsko elektroniko vključiti v omrežne strukture in omogočiti pametno krmiljenje.
»To so tipične zahteve za pogonske sisteme najvišjega razreda, pravi odgovori pa so pri podjetju FAULHABER vedno stalnica,« pravi Kevin Moser. »Poleg tega morajo biti pogoni, ki se uporabljajo v kmetijskih okoljih, izjemno robustni, da lahko zanesljivo in dolgoročno delujejo tudi v najzahtevnejših razmerah. Velika temperaturna nihanja in močne mehanske obremenitve so v kmetijstvu ter vrtnarstvu stalnica. Kljub vsemu pa morajo stroški ostati razumni. V podjetju FAULHABER lahko ponudimo več serij naprav, ki omogočajo to ravnovesje.«
Pogoni, ki se uporabljajo v kmetijskih okoljih, morajo zanesljivo delovati v težkih razmerah
Moser ima v mislih brezkrtačne in posebej kompaktne ravne elektromotorje na enosmerni tok serije BXT, ki ne potrebujejo vzdrževanja, ter izjemno robustne in stroškovno učinkovite motorje iz bakra in grafita serije CXR. Zobniške glave nove serije GPT so zelo primerne za prenos velikih obremenitev v težkih razmerah. Nismo zgolj izjemno učinkoviti, ampak tudi zelo robustni, zato so idealni za uporabo v kmetijstvu. Dodatni inkrementalni kodirniki omogočajo zelo natančno pozicioniranje. Za omrežno povezovanje pogonskih sistemov so na voljo različni krmilniki, npr. z vmesnikom CANopen. »Pogoni FAULHABER se že uporabljajo pri pametnem kmetovanju,« pravi Kevin Moser. »Še naprej bodo imeli pomembno vlogo pri zahtevnih aplikacijah na tem področju.«