Jak działają roboty rolnicze – i dlaczego rolnictwo ich potrzebuje

Kryzys kadrowy w rolnictwie

Średni wiek amerykańskiego rolnika to 58 lat. Liczba producentów w wieku 65 lat i więcej czterokrotnie przewyższa liczbę tych poniżej 35 roku życia. W latach 2017–2022 Stany Zjednoczone straciły blisko 142 000 gospodarstw rolnych – spadek o 7 procent w ciągu zaledwie pięciu lat. W Kanadzie oczekuje się, że do 2033 roku na emeryturę przejdzie 40 procent operatorów gospodarstw rolnych. Na całym świecie rolnictwo boryka się z tym samym problemem: rosnącym popytem na żywność i kurczącą się siłą roboczą skłonną do wykonywania ciężkiej pracy, która pozwala ją wyprodukować.

Wkraczają roboty rolnicze. Niegdyś ciekawostka ograniczona do laboratoriów uniwersyteckich, autonomiczne maszyny rolnicze są obecnie komercyjną rzeczywistością. Sieją, pielą, opryskują i zbierają – często przez całą dobę – wykorzystując kombinację systemów wizyjnych, sztucznej inteligencji i precyzyjnego GPS. Zrozumienie, jak działają, wyjaśnia, dlaczego ich wdrażanie tak szybko przyspiesza.

Oczy, mózgi i ręce

Każdy robot rolniczy opiera się na trzech podstawowych systemach: percepcji, podejmowaniu decyzji i wykonywaniu.

Percepcja pochodzi z kamer, LiDAR-ów i odbiorników RTK-GPS. Kamery rejestrują obrazy pola w wysokiej rozdzielczości; RTK-GPS określa położenie robota z dokładnością do dwóch centymetrów. Niektóre maszyny wykorzystują również czujniki multispektralne, które wykrywają stan zdrowia roślin niewidoczny gołym okiem.

Podejmowanie decyzji odbywa się za pomocą pokładowych modeli sztucznej inteligencji, wytrenowanych na milionach obrazów upraw i chwastów. Te systemy głębokiego uczenia się klasyfikują rośliny w czasie rzeczywistym, odróżniając siewkę buraka cukrowego od ostu z dokładnością powyżej 96 procent w wiodących systemach. Sztuczna inteligencja planuje również ścieżki nawigacji, dostosowując prędkość i kierunek rząd po rzędzie.

Wykonywanie to praca fizyczna – i różni się znacznie w zależności od zadania. Robot pielący może używać mechanicznych ostrzy, mikrodawek herbicydów, a nawet laserów o dużej mocy. Robot zbierający wykorzystuje miękkie chwytaki lub przyssawki skalibrowane do zbierania truskawek bez ich uszkadzania. Roboty wysiewające upuszczają pojedyncze nasiona we wskazanych współrzędnych GPS, eliminując nakładanie się i marnotrawstwo.

Lasery, ostrza i ukierunkowane opryski

Zarządzanie chwastami pokazuje zakres możliwości tej technologii. Carbon Robotics produkuje LaserWeeder, maszynę, która wystrzeliwuje energię cieplną w zidentyfikowane chwasty, pozostawiając uprawy nietknięte. Firma twierdzi, że system obniża koszty zwalczania chwastów o 80 procent i jest już używany przez ponad 100 plantatorów w Ameryce Północnej, Europie i Australii.

John Deere stosuje inne podejście w swoim systemie See & Spray, opracowanym przez Blue River Technology. Zamiast laserów wykorzystuje dysze sterowane przez sztuczną inteligencję, aby stosować herbicyd tylko tam, gdzie wykryto chwasty – zmniejszając zużycie środków chemicznych nawet o dwie trzecie w porównaniu z opryskiem całościowym.

Duńska firma FarmDroid oferuje robota zasilanego energią słoneczną, który zarówno sieje, jak i pieli. Ponieważ pamięta dokładnie, gdzie posadził każde nasiono, może później wrócić i mechanicznie usunąć wszystko, co rośnie między tymi punktami – na tym etapie nie są potrzebne kamery do identyfikacji chwastów.

Autonomiczne ciągniki

Oprócz wyspecjalizowanych robotów, konwencjonalny ciągnik staje się bezzałogowy. Firmy takie jak John Deere, Kubota i CNH Industrial sprzedają obecnie autonomiczne ciągniki wyposażone w LiDAR, kamery stereoskopowe i sztuczną inteligencję, które mogą orać, siać i transportować bez obecności człowieka w kabinie. Carbon Robotics oferuje zestaw modernizacyjny AutoTractor dla istniejących modeli John Deere 6R i 8R, przekształcając standardowe maszyny w w pełni autonomiczne platformy.

Systemy te stale monitorują otoczenie i zatrzymują się automatycznie, jeśli przeszkoda – osoba, zwierzę, unieruchomiony pojazd – wejdzie im w drogę.

Kto może sobie na nie pozwolić?

Wdrażanie jest nierównomierne. Według najnowszego raportu U.S. Specialty Crop Automation Report, średni plantator wydał 500 000 dolarów na automatyzację w 2022 roku, a 70 procent planuje zwiększyć te inwestycje. Wśród gospodarstw rolnych uprawiających rośliny na dużą skalę 68 procent korzysta już z jakiejś formy technologii rolnictwa precyzyjnego. Ale we wszystkich gospodarstwach rolnych w USA tylko 27 procent wdrożyło te narzędzia.

Barierą są koszty. Małe i średnie przedsiębiorstwa – te najbardziej dotknięte niedoborem siły roboczej – często nie mogą uzasadnić sześcio-cyfrowych nakładów kapitałowych. Modele „robotyka jako usługa”, w których rolnicy płacą za akr zamiast kupować sprzęt, pojawiają się, aby wypełnić tę lukę. Globalny rynek robotyki rolniczej, wyceniany na 13,4 miliarda dolarów w 2023 roku, ma osiągnąć 86,5 miliarda dolarów do 2033 roku.

Dlaczego to ma znaczenie

Roboty rolnicze nie zastępują rolników – zastępują pracę, której rolnicy nie mogą już znaleźć. Pracując dniem i nocą, redukując nakłady chemiczne i umieszczając nasiona i zabiegi z dokładnością do centymetra, maszyny te oferują sposób na produkowanie większej ilości żywności przy mniejszych zasobach. Wraz ze starzeniem się siły roboczej i wzrostem globalnego popytu na żywność, który ma zaspokoić potrzeby blisko 10 miliardów ludzi do 2050 roku, autonomiczne rolnictwo przechodzi od nowinki do konieczności.