Inteligentna przyszłość rolnictwa
| Prezentacje firmowe Przemysł 4.0W jaki sposób Ziemia może wykarmić dziewięć lub dziesięć miliardów ludzi? Ważną część odpowiedzi stanowi "inteligentne rolnictwo". Pozwala ono na niezwykle wysoką wydajność produkcji żywności poprzez skupione wykorzystanie najnowszych technologii wspieranych komputerowo i – tam, gdzie to możliwe – w pełni zautomatyzowanych. Nasiona są więc pojedynczo i precyzyjnie umieszczane w ziemi, mechaniczne chwytaki ostrożnie zbierają owoce, a nawozy oraz środki ochrony roślin stosuje się precyzyjnie i w małych dawkach. Takie działania wymagają dużej liczby małych silników elektrycznych, które są zarówno wytrzymałe, jak i mocne.
Komputery kwantowe, turystyka w kosmosie lub technologia wodorowa – najnowsze trendy technologiczne skupiają się na ciągle zmieniających się dziedzinach. Co ciekawe, często zapominamy w tym kontekście o najważniejszej branży: rolnictwie. Nawet mimo, że jak dotąd skutecznie karmiło ono rosnącą wykładniczo populację ludzką. Rewolucja rolna, która rozpoczęła się w XVIII wieku, pozwoliła na ogromny wzrost plonów. Dzisiejsze rolnictwo opiera się na rosnącym wykorzystaniu wysokoplennych odmian, nawozów mineralnych i chemicznych pestycydów, na mechanizacji i sztucznej irygacji na dużą skalę. Jednak takie interwencje w ekologię nie pozostają bez konsekwencji.
Wszelkie rzetelne prognozy przewidują, że ludzka populacja przekroczy dziewięć lub dziesięć miliardów do końca tego stulecia. Ziemia ma potencjał na wykarmienie nawet tak dużej liczby osób, ale rolnictwo staje przed ogromnym wyzwaniem. Uprawa roślin i hodowla zwierząt muszą dostarczać więcej bez narażania zasobów niezbędnych do życia. Płodna ziemia, czysta woda gruntowa i nienaruszone środowisko naturalne to nasze najcenniejsze zasoby. Należy je chronić za wszelką cenę.
Skupmy się na roślinie – zamiast na polu
Jak dotąd wiele istotnych etapów upraw, takich jak sadzenie, nawożenie i stosowanie środków ochrony roślin, skupiało się na powierzchni terenu. Przy rozsiewaniu nasion lub rozprowadzaniu pestycydów oblicza się ilość na ar lub hektar, a maszyny dystrybuują produkty z odpowiednią prędkością. Jednak zamiast wzmacniania roślin, część nawozu azotowego trafia do wód gruntowych, gdzie nie powinna się znaleźć. Z kolei takie zadania, jak przycinanie drzew owocowych lub zbieranie delikatnych odmian owoców czy warzyw, wymagają kosztownej pracy ręcznej, podczas gdy coraz więcej przedsiębiorstw cierpi z powodu braku pracowników.
Inteligentne rolnictwo korzysta więc z nowoczesnych technologii, aby poprawić wydajność, oszczędniej zarządzać zasobami, zwalniać ludzi z monotonnej pracy i produkować większe plony. W tym kontekście mówi się także o rolnictwie precyzyjnym, cyfrowym lub e-rolnictwie. Dzięki sięganiu po sieciowe procesy wspierane komputerowo oraz uczenie maszynowe i niestandardowe funkcje robotów można skupić się na pojedynczych roślinach zamiast na całym polu
Im bardziej bezpośrednio wykorzystuje się tego rodzaju nowoczesne środki, tym stają się one bardziej opłacalne i wydajne. Przykładowo, jesteśmy w stanie znacznie ograniczyć ilość środków chwastobójczych, stosując je na pojedynczych roślinach, a owoce i warzywa mogą być zbierane przez roboty w ciągły sposób, po uzyskaniu optymalnej dojrzałości.
Lekkie autonomiczne roboty terenowe umożliwiają także ochronę gruntu. Dzisiejsze duże maszyny rolnicze ważą do 10 ton, co powoduje mocne ubicie ziemi po każdym przejeździe. Znacznie ogranicza to zdolność absorbowania wody i powietrza górnych warstw gruntu, co mocno wpływa na życie glebowe; wzrost i zdrowie roślin uprawnych w pobliżu tras maszyn również na tym cierpią. Inteligentne rolnictwo może przyczynić się do zwiększenia jakości gleby i bioróżnorodności.
Automatyka w rolnictwie i ogrodnictwie
Wiele z zastosowań istnieje wciąż tylko jako koncepcje lub prototypy. Jednak inteligentne rolnictwo jest już wykorzystywane w praktyce, np. w sadzeniu precyzyjnym. Ta metoda została pierwotnie opracowana w celach badawczych i hodowli roślin. Maszyny mogą sadzić pojedyncze nasiona w dokładnie określonych odstępach. Każda roślina ma wystarczająco dużo miejsca na rozwój, co powoduje optymalne wykorzystanie terenu. Jednocześnie cenne nasiona są używane wyjątkowo oszczędnie.
Większość nowoczesnych maszyn wykorzystuje jeden oddzielny moduł z napędem elektrycznym na rząd. Silnik napędza szczelinowy lub ząbkowany dysk, który transportuje poszczególne nasiona do wylotu. Za pomocą inteligentnego sterownika da się precyzyjnie określić optymalną ilość przestrzeni dla każdego rodzaju nasion; podczas przemieszczania się po rogach można uwzględnić różne promienie poszczególnych rzędów. Przekazywanie nasion dyskom jest również sterowane za pomocą pokrywy zamykającej, zasilanej silnikiem.
W przypadku uprawy warzyw i kwiatów w szklarniach wiele roślin najpierw kiełkuje w małych doniczkach, a potem jest przesadzanych do większych donic lub na grządki. We współczesnych przedsiębiorstwach ogrodniczych maszyny sortują i przenoszą rośliny oraz donice. Ich konstrukcja jest bardzo podobna do maszyn wykorzystywanych w produkcji przemysłowej i logistyce. Wyposaża się je w taśmy transportowe i przenośniki rolkowe, na których tace z produktami na różnym etapie rozwoju są transportowane, sortowane i przesadzane. Stosowane tu chwytaki różnią się od tych wykorzystywanych w podobnych urządzeniach w innych branżach jedynie kształtem ich "palców". Wykonują automatyczne przenoszenie pojedynczych donic i brył korzeniowych z użyciem miniaturowych silników.
Samobieżne maszyny do zbiorów owoców i warzyw nie są jeszcze dostatecznie przystosowane do użytku ogólnego, ale kierunek rozwoju technicznego jest już widoczny: czujniki wspomagane kamerą wykrywają stopień dojrzałości truskawek lub papryk na podstawie koloru oraz kształtu i zapamiętują ich dokładne położenie. Komputer pokładowy wykorzystuje te dane do obsługi ramienia robotycznego, które jest wyposażone w odpowiedni rodzaj sekatora i urządzenie zbierające. Prototypy tych maszyn są pełne silników elektrycznych – od napędu każdego koła i ramienia robotycznego do modułów tnących i systemów zbierających zebrane produkty.
Główne technologie: układ elektryczny i elektronika
"W konwencjonalnych maszynach rolniczych bardzo powszechne są przekładnie mechaniczne i napęd pneumatyczny", wyjaśnia Kevin Moser, Business Development Manager, odpowiedzialny za zastosowania w tym sektorze w firmie FAULHABER. "W systemach o mniejszej skali w inteligentnym rolnictwie bywają to jednak rozwiązania zbyt ciężkie, zbyt duże i zbyt skomplikowane mechanicznie lub mało wydajne. Z tego powodu coraz częściej wykorzystuje się miniaturowe elektryczne silniki, które dostarczają energię dla poszczególnych etapów pracy. Zazwyczaj napędy w środowisku rolniczym muszą jednak spełniać bardzo wysokie wymagania".
W przeciwieństwie do tradycyjnych dużych maszyn, urządzenia i części stosowane w inteligentnym rolnictwie są ogólnie bardziej kompaktowe i lżejsze. Oznacza to, że często na silniki jest już mało miejsca. Tymczasem napędy dysków siewnych, klap, chwytaków, ramion robotów lub sekatorów muszą dostarczać odpowiednią moc, aby skutecznie wykonywać konkretne czynności niezliczoną liczbę razy. Jednocześnie powinny one działać bardzo wydajnie, ponieważ autonomiczne jednostki zazwyczaj czerpią energię z baterii o ograniczonym zapasie energii. Musi być także możliwe podłączanie napędów do sieci z wykorzystaniem elektroniki, aby zapewnić inteligentne sterowanie.
"Są to typowe wymagania dla systemów napędowych najwyższej klasy, ale standard w firmie FAULHABER stanowią zawsze właściwe odpowiedzi", mówi Kevin Moser. "Napędy używane w środowiskach rolniczych muszą być także niezwykle odporne, aby mogły skutecznie funkcjonować przez długi czas w najbardziej wymagających warunkach. Duże wahania temperatur i duże obciążenia mechaniczne to norma w rolnictwie i ogrodnictwie. Mimo to koszt musi być rozsądny. FAULHABER oferuje wiele serii napędów, które spełniają takie wymagania".
Wypowiedź ta odnosi się do niewymagających konserwacji bezszczotkowych i wyjątkowo kompaktowych płaskich silników miniaturowych DC serii BXT, a także do wyjątkowo wytrzymałych i oszczędnych silników z miedziano- grafitowymi komutatorami z serii CXR. Przekładnie nowej serii GPT przystosowano do przenoszenia dużych obciążeń w trudnych warunkach. Są niezwykle wydajne oraz bardzo wytrzymałe, przez co idealnie nadają się do wykorzystania w rolnictwie. Opcjonalne enkodery przyrostowe pozwalają na bardzo precyzyjne pozycjonowanie. Różne sterowniki, np. z interfejsem CANopen, umożliwiają łączenie systemów napędowych w sieć.
"Napędy FAULHABER są już wykorzystywane w inteligentnym rolnictwie", podsumowuje Moser. " Będą w dalszym ciągu pełnić ważną funkcję w wymagających zastosowaniach tej branży".
FAULHABER Polska sp. z o.o.
ul. Górki 7
60-204 Poznań Sales Departament
tel.: +48 61 278 72 53
info@faulhaber.pl
www.faulhaber.com
