Jordbruksrobotar – ger smart automation till jordbruket

Medan automatiserad jordbruksutrustning tekniskt går tillbaka hundra år, blev riktiga jordbruksfokuserade robotar livskraftiga först mot slutet av 1900-talet. Det är de betydande framstegen inom datorkraft och maskinseende i synnerhet som nu har gjort robotar praktiska i ett jordbrukssammanhang.

Som namnet antyder, används jordbruksrobotar för olika jordbruksbaserade jobb. De kan få i uppdrag att utföra repetitiva och fysiskt ansträngande uppgifter istället för mänskliga arbetare. Dessutom kan de användas för att utföra mer nischspecifika jordbruksuppgifter. Enligt BlueWeave Consulting kommer den globala marknaden för jordbruksrobotik att se enorm tillväxt under de kommande åren. Det beräknas nå en årlig omsättning på 81 miljarder dollar före slutet av decenniet.

Läs mer om den ökande populariteten för jordbruksrobotar i vår robotikguide. Den tittar på de applikationer de riktar sig mot, såväl som de utmaningar som är involverade i implementeringen av dem.

Varför använda jordbruksrobotar?

I likhet med vilken industriell maskin som helst, möjliggör de robotar som används inom jordbruket dramatiska driftsförbättringar. Följaktligen kan bönder öka den totala effektiviteten och öka produktionsavkastningen på sin mark. Andra fördelar med att sätta robotar i arbete på gårdar inkluderar:

• Robotar utplacerade i jordbruket gör färre fel och arbetar i högre hastigheter än mänskliga arbetare kan.

• Jordbruksrobotar som har sensorer för detektering av ogräs och skadedjur gör det möjligt för jordbrukare att minska användningen av bekämpningsmedel, vilket därmed har ekologiska fördelar. Dessa intelligenta maskiner säkerställer att sprutning endast behöver göras på drabbade områden, vilket kan göra gårdar relativt kemikaliefria.

• Ungefär som andra industrirobotar kan jordbruksrobotar arbeta dygnet runt, med endast minimalt underhåll som behövs. Detta minskar beroendet av mänsklig arbetskraft och dämpar den totala kostnaden för livsmedelsproduktion.

• Vissa jordbruksrobotar kan utrustas med olika typer av manipulatorer för att göra dem mer mångsidiga och göra det möjligt för dem att utföra flera uppgifter. Det gör att investeringen som behövs kan spridas bredare.

• Övergripande gårdsautomation gör försörjningskedjorna mer effektiva, vilket säkerställer minimalt matsvinn och större lönsamhet. Detta har potential att leda till lägre priser för konsumenterna.

Trots alla dessa pluspoäng finns det fortfarande några problem som måste lösas ur en teknisk synvinkel innan jordbruksrobotar kommer att få en utbredd användning. Dessa kommer att beskrivas senare.

Tillämpningar av jordbruksrobotar och komponenter

Så, vilken typ av jordbruksbaserade uppgifter kan robotar utföra? Här är några viktiga exempel.

• Grödsådd – den traditionella metoden att plantera frön genom att sprida dem kan vara mindre än optimal, med skördeavkastning som påverkas skadligt. Istället säkerställer autonom sådd (med hjälp av geo-mapping) att fröna släpps på exakt rätt ställen och djup.

För att mäta nivån av vätskor och fasta ämnen i både stora frösilos och små förvaringsbehållare kan kapacitiva närhetssensorer vara till hjälp. CA30-sensorerna från Carlo Gavazzi är gjorda för att detektera torrt spannmål exakt. Sensorn ger en stadig och exakt indikation av skörden per ytenhet. Att känna till dessa skördar gör det enkelt att exakt ändra appliceringen av gödningsmedel och herbicider.

• Trädgårdsodling – jordbruksrobotar är av värde i trädgårdsarbete, för odling och leverans av krukväxter. Bland de många lösningarna för detta är den från det holländska företaget WPS. Den erbjuder smarta plocknings- och placeringsmöjligheter genom sin intelligenta robotarm, som är utrustad med flera sensorer.

• Bevattning och gödsling – exakta bevattningssystem med hjälp av automatisering kan avsevärt minska vattensvinet. Även om de fortfarande är i forskningsfasen, har jordbruksrobotar visat sig lovande att korsa rader av grödor och noggrant strö gödningsmedel eller vatten på dem.

• Skörd – att plocka grödor är en repetitiv process som är väl lämpad för robotar. Det innebär att jordbruksverksamheten inte behöver hantera svårigheterna med att rekrytera säsongsarbetare (som i många länder visar sig vara allt svårare att hitta). Det måste dock noteras att plockade produkter måste hanteras varsamt för att förhindra skador (annars kommer det att finnas ökade nivåer av svinn att ta hänsyn till). Ett företag som är specialiserat på att skörda jordgubbar är Harvest CROO. Deras robotar är designade för att skanna och bestämma mognad av bär och sedan plocka dem utan att orsaka dem någon skada. För att göra skörden ännu enklare tillhandahåller Carlo Gavazzi ett komplett utbud av delar, allt från induktiva närhetssensorer till passiva magnetiska pick-up sensorer (PA2PK).

• Ogräsrensning – ogräsbekämpning är alltid en utmaning, med växter som utvecklar bekämpningsmedelsresistens och ökad efterfrågan från konsumenterna på ekologisk mat där endast minimala kemikalier har använts. Lyckligtvis löser vissa jordbruksrobotar detta problem. Ted-robotplattformen vänder sig specifikt till vingårdar och fungerar genom att skilja mellan grödor och ogräs innan den mekaniskt avlägsnas. Den är lätt att använda och mycket exakt. Det viktigaste är att med hjälp av denna teknik kan gårdar undvika all användning av herbicider.

• Övervakning av grödans hälsa – sofistikerade drönare inställda med kamerasensorer och med AI kan identifiera sjukdomar i grödor. Genom detta kan lantbrukare göra tidiga insatser. Equinox Drones är ett exempel på detta. Dessa ger tillgång till bilder i realtid för tidig bedömning av sjukdomar i grödor. Vid skador på skörden tillhandahåller de också värdefull information för att hjälpa jordbrukare att vidta korrigerande åtgärder i framtiden.

• Fenotypning – fenotypning inom jordbruket är processen att mäta och förstå grödors egenskaper (såsom resistens, tillväxt, skörd och anpassning). Denna procedur hjälper till att förbättra deras egenskaper med avseende på framtida växtförädling. Robotik inom fenotypning är ett relativt nytt område, men flera robotsystem visar sin effektivitet när det gäller att mäta kemiska och fysiologiska egenskaper hos olika växter över tid. Ett belgiskt företag WIWAM har en rad fenotyprobotar som möjliggör icke-invasiv avbildning av växter.

Utmaningar för jordbruksrobotar

Även om det hela ser uppmuntrande ut, finns det fortfarande några hinder som måste övervinnas. Forskare från Monash University har varit bland dem som har ifrågasatt ”smart farming”-metoder och användningen av robotik i jordbruksarbete. De har uttryckt oro över skador på marken från tunga robotar, eftersom detta kan orsaka jordpackning. De fruktar också att standardiseringen av produkterna kan leda till ett ökande beroende av genetiskt modifierade grödor som är mer lämpade för automatiserat jordbruk.

Många elektroniska komponenter inom robotautomation behöver också vara robusta, eftersom de utsätts för varierande omgivningsförhållanden, med extrema temperaturer och fukt. Detta ökar de totala materialkostnaderna. Dessutom kan den automationsinfrastruktur som krävs för att driva jordbruksrobotar (som trådlös anslutning) vara oöverkomligt dyr för mindre gårdar. Med tiden kommer kostnadsaspekten sannolikt att bli mindre problematisk – när enhetsvolymerna ökar kommer prissättningen att bli mer attraktiv.

Tillämpningen av robotteknik i förhållande till jordbruket går i snabb takt när det gäller den involverade tekniken, och detta leder till ett allt större upptag. Genom detta finns det utsikter att en positiv inverkan kan ses – inte bara av bönderna och de konsumenter de betjänar, utan också på miljön, hälsan och samhället i stort.