Cyfrowa rewolucja w rolnictwie – nadchodzi era maszyn autonomicznych
W rolnictwie trwa cyfrowa rewolucja. Maszyny pracujące samodzielnie w najbliższej przyszłości mają być tak oczywistym rozwiązaniem, jak obecnie rozwiązania oparte na GPS. Cyfrowa przyszłość (digital future) takich rozwiązań nie jest wcale tak odległa i stanowi kolejny krok w rozwoju techniki wykorzystywanej w rolnictwie.
– Czy zdajemy sobie sprawę, z jaką ilością danych przychodzi się nam zmierzyć na co dzień w gospodarstwie? Weźmy na przykład samą produkcję roślinną: to agrotechnika gleby, nawożenie, ochrona, zbiór. Do tego mapy aplikacyjne, mapy plonowania, nawadnianie, przebieg pogody itp. Współczesna technika pozwala nie tylko gromadzić te dane, ale także przetwarzać je dla podejmowania optymalnych decyzji. Dane muszą być na tyle uniwersalne, by mogły być wymieniane i czytane pomiędzy urządzeniami różnych producentów – mówi Steffan Kurtz, globalny menedżer CLAAS, zajmujący się rozwiązaniami autonomicznymi.
Jak dane zmieniają współczesne rolnictwo? Kluczowa rola cyfrowych rozwiązań
Technologia rolnictwa 4.0 pozwala określić głębokość analityki zbieranych danych. To od producenta rolnego zależy, czy zechce używać maszyny jeszcze lepiej: dla lepszego plonu, dla ochrony gleby i środowiska. Rozwój techniki rolniczej cały czas jako najważniejszą maszynę stawia ciągnik. Zmieniają się jednak ich funkcje i możliwości. Produkcja rolna na początku opierała się na wykorzystaniu zwierząt jako siły pociągowej.
Rolnictwo 4.0 pozwala na zbiór wielu danych podczas pracy maszyn. Parametry są rejestrowane i przesyłane do centrów obliczeniowych producentów maszyn, gdzie można je analizować i wyciągać wnioski ułatwiające podejmowanie decyzji związanych z produkcją.
Następnym krokiem, wcale nie tak odległym, będzie rolnictwo 5.0, które zdominują maszyny autonomiczne. Pracujące samodzielnie bez udziału operatora.
– Systematyczna obróbka każdego metra gleby w orce, podorywce, mieszaniu resztek pożniwnych, bronowaniu czy jeździe siewnikiem lub agregatem uprawowo-siewnym – to prace mozolne, ale proste. Ale właśnie dlatego idealnie nadają się do tego, aby mogły być wykonane automatycznie przez maszynę-robota. I na tym skupiamy się, projektując autonomiczne ciągniki – podkreśla Steffan Kurtz.
Technologia autonomicznych ciągników rozwijana jest także z kilku innych powodów. Na wsi dramatycznie zmniejszają się zasoby siły roboczej. Złożone i wielofunkcyjne maszyny wymagają doświadczonych i wykwalifikowanych operatorów. Zmieniający się klimat, a co za tym idzie, węższe okna pogodowa stanowią spore wyzwanie dla zaplanowania optymalnego harmonogramu prac polowych.
Nie tylko duże gospodarstwa zmagają się z coraz większą presją czasu związaną z wykonywaniem zabiegów uprawowych. Dotyczy to także usługodawców. Ich klienci oczekują maszyn w najbardziej dogodnych momentach. Nie jest możliwe spełnienie oczekiwań wszystkich usługobiorców na raz.
Poziomy automatyzacji w maszynach rolniczych – od wsparcia kierowcy po pełną autonomię
Zdaniem Steffana Kurtza, konstruktorzy maszyn autonomicznych stoją przed wieloma dylematami. Jednym w nich jest to, czy budować maszynę-robota o nowej architekturze karoserii, czy raczej modyfikować już istniejące maszyny z kabiną? Te ostatnie w pewnych warunkach mogłyby pracować jako automaty, a w razie potrzeby mogą być wykorzystane jako klasyczny ciągnik.
W obecnym stanie prawnym, w Europie, także więc w Polsce, ciągniki nie mogą przemieszczać się autonomicznie po drogach publicznych. Nawet elektryczne pojazdy osobowe posiadające funkcje autonomicznego trybu jazdy, wymagają obecności kierowcy. Przepisy pozwalają jedynie na wspomaganie poprzez autonomiczne rozwiązania podczas podróży.
Inżynierowie zajmujący się opracowaniem schematów działania inteligentnych maszyn opracowali sześć poziomów definiujących stopień automatyzacji. Poziom zero odnosi się do maszyn, w których za wszystkie zadania odpowiedzialny jest operator.
Pierwszy oznacza wsparcie kierowcy, który zajmuje się prowadzeniem i kontrolą procesu jazdy. Drugi podlega częściowej automatyzacji. Maszyny sterują napędem i zadanym procesem. Operator musi w każdej chwili być gotowy do interwencji, a także monitoruje system i otoczenie. Trzeci oznacza automatykę nadzorowaną. Maszyna przełącza się w bezpieczny stan operacyjny w przypadku zagrożenia bez koniecznej interakcji z człowiekiem. Operator nie musi monitorować systemu, ale jest gotowy na interwencję w razie pojawienia się zakłóceń.
Poziom 4 to pełna automatyzacja warunkowa. System sam sobie razi we wszystkich sytuacjach a operator nie jest potrzebny do obsługi maszyny. Ostatni to pełna automatyzacja. System może poradzić sobie ze wszystkimi sytuacjami podczas pracy w pełni automatycznie.
– Pojazdy Tesli działają na poziomie 2. My w rolnictwie na polach możemy pozwolić sobie na testowanie poziomów 3 i 4. Dla poziomu 3, operator dostarcza maszynę na pole i zostaje w kabinie. Z centrali – od szefa gospodarstwa – otrzymuje przygotowaną już misję: plan pracy. Kierowca nie musi w żaden sposób tej pracy przygotowywać, jedynie jest obserwatorem, który pilnuje, czy na pewno wszystko będzie właściwie wykonane – podkreśla Kurtz.
W poziomie 4 operator dostarcza maszynę na pole. Uruchamia z tabletu autonomiczny ciągnik, który wykonuje dalej zlecone zadanie. Maszyna porusza się sama po polu. Dzięki czujnikom reaguje na wszystkie niebezpieczne sytuacje. Operator jest niepotrzebny – może zająć się uruchomieniem kolejnej autonomicznej maszyny na innym polu.
Bezpieczeństwo maszyn autonomicznych. Jak Claas chroni przed błędami i niekontrolowanymi sytuacjami?
W programowaniu misji autonomicznych maszyn rolniczych wyróżnia się przeszkody znane. Chodzi o takie przeszkody jak słupy, zadrzewienia śródpolne, studnie i zbiorniki wodne oraz nieznane, czyli możliwość pojawienia się na polu ludzi, zwierząt czy niespodziewanych przeszkód terenowych na przykład wymoklisk po nagłych i gwałtownych opadach.
Claas informuje, że jego autonomiczny ciągnik XERION wyposażony jest w czujniki laserowe LIDAR, radary do pomiaru odległości od obiektów oraz kamery cyfrowe. Są one instalowane w takich punktach maszyny, aby system mógł widzieć wszystko to co się dzieje wokół maszyny.
Niemiecki producent opracował własne zabezpieczenia przed utratą kontroli nad maszyną, tak aby nie zaczęła pracować w sposób niewłaściwy i nieprzewidywalny, na przykład na działce, która nie należy do właściciela maszyny. To GEO-FENCE, czyli wirtualna granica pola. Jest ona nieprzekraczalna dla autonomicznego ciągnika. W jej obrębie maszyna może bezpiecznie się poruszać, rozwijając maks. prędkość i wykonywać zlecone zadania.
Kolejne rozwiązanie to END TO END, w którym całość zaprogramowanej pracy jest zamknięta na poziomie administratora systemu. Może nim być właściciel gospodarstwa lub uprawniony przez niego operator. W zaprogramowany tryb pracy nie jest możliwa ingerencja z zewnątrz zarówno fizycznie, jak i cyfrowo.
Niemiecki producent dla autonomicznego trybu pracy wykorzystuje swoje rozwiązanie do zarządzania flotą maszyn CLAAS CONNEC wyparte przez CLAAS ID. Administrator systemu może w nim przydzielić swoim operatorom określone poziomy dostępu. Wskazany operator może uruchomić misję, ale to, czy będzie mógł ją modyfikować lub nie – zależy od przydzielonego poziomu dostępu. Jest też rozwiązanie tradycyjne, polegające na zamknięciu maszyny na czas pracy i wykorzystanie takich rozwiązań jak blokady, immobilizer i zamknięcie kabiny traktora.
– Jeśli zaś nieuprawnionej osobie udałoby się wspiąć na XERIONA i zdemontować najcenniejsze sensory LIDAR, nie będzie mieć z nich żadnego pożytku. Są one zaprogramowane pod software konkretnego ciągnika i poza nim nie działają. To nie są rozwiązania typu plug & play, jak technologia GPS – zapewnia Steffan Kurtz.
Tomasz Ślęzak
