Время прочтения: 7 минут
Аграрии борются с сорняками на своих полях – выдергивают, срезают и уничтожают их с помощью множества инструментов – на протяжении столетий. Сорняки конкурируют с культурами за почвенную влагу, питательные вещества и могут блокировать солнечный свет, необходимый для роста культур. За последние 50 с лишним лет химические методы борьбы с сорной растительностью стали предпочтительными.
Автоматизация сельскохозяйственных процессов становится всё более актуальной задачей в условиях растущего мирового населения и ограниченных земельных ресурсов. Традиционные методы, основанные на применении гербицидов, сталкиваются с серьёзными проблемами: возрастающей устойчивостью сорняков к химическим препаратам и негативным экологическим последствиями, включая загрязнение почвы и грунтовых вод, а также накопление токсичных веществ в пищевых продуктах.
Какие роботы-пропольщики бывают?
В связи с этим, робототехника предлагает инновационное решение проблемы. Пропольщики, оснащенные передовыми системами компьютерного зрения, эффективно борются с сорняками без применения химических веществ. Системы компьютерного зрения, основанные на алгоритмах машинного обучения, анализируют изображения, полученные с камер, расположенных на роботе, распознавая сорные растения на основе их морфологических признаков (форма листьев, цвет, размер) и отличая их от культурных растений. Более того, современные системы способны учитывать факторы освещения, тени и влажности почвы, повышая точность распознавания. В некоторых случаях используется многоспектральная или гиперспектральная визуализация, позволяющая обнаружить сорняки на ранних стадиях развития, когда они ещё не видны невооружённым глазом.
Способы уничтожения сорняков роботами разнообразны. Помимо механического удаления, лазерного выжигания и точечной обработки гербицидами, разрабатываются и другие методы. Например, некоторые роботы используют высокочастотные колебания для разрушения корневой системы или подачу электрического разряда. Выбор метода зависит от типа сорняка, культурного растения и условий окружающей среды.
Конструкции роботов также различаются. Наиболее распространены автономные роботы, работающие от литий-ионных аккумуляторов, обеспечивающих длительное время работы (до 12 часов и более) в зависимости от мощности и емкости батарей. Более легкие роботы могут использовать солнечные батареи, пополняя заряд в течение светового дня. Однако солнечная энергия имеет ограничения, связанные с погодными условиями и продолжительностью светового дня. Для обширных полей рассматривается вариант использования роботов с гибридными системами энергоснабжения, комбинирующими солнечные батареи и аккумуляторы. Существуют и роботы на основе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), но они менее популярны из-за шума, выбросов вредных веществ и необходимости постоянного обслуживания.
Все роботы, независимо от типа используемой энергии, имеют системы навигации, основанные на GPS, IMU (инерциальные измерительные блоки) и других датчиках, которые позволяют им перемещаться по полю, избегая препятствий и точно обрабатывая нужные участки.
Отечественные разработки
В Волгоградском государственном аграрном университете (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) разработаны и запатентованы несколько моделей роботов-пропольщиков. Эти инновационные машины призваны автоматизировать процесс прополки сельскохозяйственных культур, повышая эффективность и снижая затраты, связанные с ручным или традиционным механическим удалением сорняков.
Первый разработанный робот представляет собой автономную систему, передвигающуюся по междурядьям с помощью интеллектуальной системы навигации с контрольно-измерительными приборами. На передней нижней части рамы робота установлен высокоточный датчик технического зрения, который сканирует почву, распознавая сорные и культурные растения с помощью алгоритмов машинного обучения. Это позволяет роботу точно определять координаты сорняков, избегая повреждения полезных растений. После идентификации растений, робот в автоматическом режиме уничтожает сорняки режущим инструментом, а также взрыхляет почву рядом с ними, обеспечивая дополнительно кислородное питание к корням культурных растений.
Второй, более совершенный робот, разработанный в университете, включает в себя функцию фертигации – точечного внесения удобрений и средств защиты растений. Эта модель сочетает в себе возможности точного удаления сорняков с возможностью одновременной подкормки культурных растений и их обработки пестицидами или фунгицидами. Система работает аналогичным образом: сначала происходит распознавание сорных и культурных растений, затем робот удаляет сорняки и с помощью специализированных дозирующих устройств, вносит необходимые удобрения и средства защиты растений строго в зону роста культурного растения.
Что говорят скептики?
Многие аграрии и ученые-эксперты скептически относятся к тому, что сельскохозяйственные роботы могут внести существенный вклад. Поскольку сейчас много сельскохозяйственных угодий и разнообразных потребностей, которые должны быть удовлетворены роботами, производство и использование которых обходятся дорого.
Эксперты считают, что роботы могут стать полезным инструментом в рамках комплексного подхода к борьбе с сорняками, но использование их в качестве единственного инструмента не будет столь эффективным.
Роботы для прополки сорняков – это безусловно перспективное направление, поэтому в ближайшие годы мы будем наблюдать рост конкуренции и предложений в этом сегменте рынка. Окажется ли работоспособной идея распространения таких роботов зависит от рынка и цен на такую технику. Для массового внедрения роботов необходимы дальнейшие исследования и разработки, направленные на повышение их надежности, автономности и адаптивности к различным условиям окружающей среды.
Агро.Клуб развивает аграрные технологии, предлагая рынку современные решения для торговли зерновыми. Установите бесплатное приложение, и вы первыми будете узнавать о ценах на основные сельхозкультуры, новостях АПК и новинках техники. Каждый аграрий может стать участником большого рынка и пользоваться цифровыми решениями уже сейчас!
Аграрии борются с сорняками на своих полях – выдергивают, срезают и уничтожают их с помощью множества инструментов – на протяжении столетий. Сорняки конкурируют с культурами за почвенную влагу, питательные вещества и могут блокировать солнечный свет, необходимый для роста культур. За последние 50 с лишним лет химические методы борьбы с сорной растительностью стали предпочтительными.
Автоматизация сельскохозяйственных процессов становится всё более актуальной задачей в условиях растущего мирового населения и ограниченных земельных ресурсов. Традиционные методы, основанные на применении гербицидов, сталкиваются с серьёзными проблемами: возрастающей устойчивостью сорняков к химическим препаратам и негативным экологическим последствиями, включая загрязнение почвы и грунтовых вод, а также накопление токсичных веществ в пищевых продуктах.
Какие роботы-пропольщики бывают?
В связи с этим, робототехника предлагает инновационное решение проблемы. Пропольщики, оснащенные передовыми системами компьютерного зрения, эффективно борются с сорняками без применения химических веществ. Системы компьютерного зрения, основанные на алгоритмах машинного обучения, анализируют изображения, полученные с камер, расположенных на роботе, распознавая сорные растения на основе их морфологических признаков (форма листьев, цвет, размер) и отличая их от культурных растений. Более того, современные системы способны учитывать факторы освещения, тени и влажности почвы, повышая точность распознавания. В некоторых случаях используется многоспектральная или гиперспектральная визуализация, позволяющая обнаружить сорняки на ранних стадиях развития, когда они ещё не видны невооружённым глазом.
Способы уничтожения сорняков роботами разнообразны. Помимо механического удаления, лазерного выжигания и точечной обработки гербицидами, разрабатываются и другие методы. Например, некоторые роботы используют высокочастотные колебания для разрушения корневой системы или подачу электрического разряда. Выбор метода зависит от типа сорняка, культурного растения и условий окружающей среды.
Конструкции роботов также различаются. Наиболее распространены автономные роботы, работающие от литий-ионных аккумуляторов, обеспечивающих длительное время работы (до 12 часов и более) в зависимости от мощности и емкости батарей. Более легкие роботы могут использовать солнечные батареи, пополняя заряд в течение светового дня. Однако солнечная энергия имеет ограничения, связанные с погодными условиями и продолжительностью светового дня. Для обширных полей рассматривается вариант использования роботов с гибридными системами энергоснабжения, комбинирующими солнечные батареи и аккумуляторы. Существуют и роботы на основе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), но они менее популярны из-за шума, выбросов вредных веществ и необходимости постоянного обслуживания.
Все роботы, независимо от типа используемой энергии, имеют системы навигации, основанные на GPS, IMU (инерциальные измерительные блоки) и других датчиках, которые позволяют им перемещаться по полю, избегая препятствий и точно обрабатывая нужные участки.
Отечественные разработки
В Волгоградском государственном аграрном университете (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) разработаны и запатентованы несколько моделей роботов-пропольщиков. Эти инновационные машины призваны автоматизировать процесс прополки сельскохозяйственных культур, повышая эффективность и снижая затраты, связанные с ручным или традиционным механическим удалением сорняков.
Первый разработанный робот представляет собой автономную систему, передвигающуюся по междурядьям с помощью интеллектуальной системы навигации с контрольно-измерительными приборами. На передней нижней части рамы робота установлен высокоточный датчик технического зрения, который сканирует почву, распознавая сорные и культурные растения с помощью алгоритмов машинного обучения. Это позволяет роботу точно определять координаты сорняков, избегая повреждения полезных растений. После идентификации растений, робот в автоматическом режиме уничтожает сорняки режущим инструментом, а также взрыхляет почву рядом с ними, обеспечивая дополнительно кислородное питание к корням культурных растений.
Второй, более совершенный робот, разработанный в университете, включает в себя функцию фертигации – точечного внесения удобрений и средств защиты растений. Эта модель сочетает в себе возможности точного удаления сорняков с возможностью одновременной подкормки культурных растений и их обработки пестицидами или фунгицидами. Система работает аналогичным образом: сначала происходит распознавание сорных и культурных растений, затем робот удаляет сорняки и с помощью специализированных дозирующих устройств, вносит необходимые удобрения и средства защиты растений строго в зону роста культурного растения.
Что говорят скептики?
Многие аграрии и ученые-эксперты скептически относятся к тому, что сельскохозяйственные роботы могут внести существенный вклад. Поскольку сейчас много сельскохозяйственных угодий и разнообразных потребностей, которые должны быть удовлетворены роботами, производство и использование которых обходятся дорого.
Эксперты считают, что роботы могут стать полезным инструментом в рамках комплексного подхода к борьбе с сорняками, но использование их в качестве единственного инструмента не будет столь эффективным.
Роботы для прополки сорняков – это безусловно перспективное направление, поэтому в ближайшие годы мы будем наблюдать рост конкуренции и предложений в этом сегменте рынка. Окажется ли работоспособной идея распространения таких роботов зависит от рынка и цен на такую технику. Для массового внедрения роботов необходимы дальнейшие исследования и разработки, направленные на повышение их надежности, автономности и адаптивности к различным условиям окружающей среды.
Агро.Клуб развивает аграрные технологии, предлагая рынку современные решения для торговли зерновыми. Установите бесплатное приложение, и вы первыми будете узнавать о ценах на основные сельхозкультуры, новостях АПК и новинках техники. Каждый аграрий может стать участником большого рынка и пользоваться цифровыми решениями уже сейчас!