Роботы пропалывают органические фермы и патрулируют теплицы

Роботы, которые используют искусственный интеллект для распознавания здоровья плодовых и овощных культур и когда они готовы к уборке, проходят испытания, чтобы помочь мелким, органическим и тепличным фермерам в прополке и патрулировании вредителей.

Эти роботы могут выполнять трудные задачи и помогать фермерам экономить время. Раннее обнаружение болезней или вредителей может помочь сократить использование пестицидов и уменьшить потери растений.

В Европе земля для сельского хозяйства сокращается отчасти из-за урбанизации. Между тем, существует потребность в более экологичном и устойчивом производстве продуктов питания, в котором используется меньше сельскохозяйственных химикатов, которые являются дорогостоящими и могут загрязнять водные пути. Альтернативы промышленному монокультурному сельскому хозяйству включают мелкие и органические фермы, огороды, которые продают продукцию непосредственно потребителям или ресторанам, а также коммерческие теплицы.

Но мелкие фермеры борются с непосильным ручным трудом. А машиностроительные компании, которые производят дорогостоящие машины для крупных ферм, чтобы сеять и собирать отдельные культуры, традиционно игнорировали потребности мелких производителей.

Исследователи, однако, сейчас выясняют, как помочь мелким фермерам стать более продуктивными и прибыльными в долгосрочной перспективе.

Робот-фермер

“Микрофермы прибыльны и экономически устойчивы, но фермеры часто испытывают трудности примерно через четыре года, когда у людей возникают проблемы со спиной”, – сказал Джонатан Минчин из Института современной архитектуры Каталонии в Барселоне, Испания, который возглавляет проект под названием ROMI, в рамках которого был создан робот-помощник для фермы.

По словам Минчина, передвижная колесная машина ROMI имеет одну руку для прополки небольших овощных ферм. Сельскохозяйственные фермеры тратят около одной пятой своего времени на прополку, поэтому разработка робота, способного избавить людей от этой задачи, была ключевой целью.

“Этот робот предназначен для небольших, а не больших ферм. Существует огромная потребность в инструментах такого типа”, – сказал доктор Кристоф Годен, директор по исследованиям в области моделирования растений и информатики в Inria (Французский национальный институт исследований в области цифровых наук и технологий), который также участвует в проекте.

Чтобы приносить пользу мелким фермерам, робот должен был быть недорогим и легким. Разработчики ROMI работали над тем, чтобы снизить расходы, оснастив их стандартными электрическими двигателями для инвалидных колясок и полагаясь на аппаратное и программное обеспечение с открытым исходным кодом, например, для ИИ и навигации. Когда он будет доступен, он должен стоить 5000 евро или меньше.

Вычислительное сельское хозяйство

Прямо сейчас робот ROMI испытывает трудности, чтобы пропалывать и перемещаться по органической ферме в лесу за пределами Барселоны. Сестринский робот пропалывает почву на коммерческой органической ферме под названием Pépinières Chatelain недалеко от парижского аэропорта имени Шарля де Голля.

По словам Минчина, поскольку на огородах и в небольших фермерских хозяйствах выращивают различные культуры, вычислительное сельское хозяйство позволит роботам управлять сложным разнообразием овощных и фруктовых культур, растущих с разной скоростью и на разных высотах.

Ученые в проекте используют множество изображений и картографических данных с ИИ для идентификации и моделирования растений.

Доктор Годин и ученый, доктор Питер Ханапп, из Sony Computer Science Laboratories в Париже, работают с роботом для прополки во Франции. Он имеет визуальное программное обеспечение, которое позволяет снимать двухмерные изображения.

“Как только он делает снимок, он должен интерпретировать этот набор из пикселей”, – говорит доктор Годин.

Эти изображения используются для создания трехмерных компьютерных моделей, которые робот затем использует для лучшего понимания или манипулирования своей средой. Они хотят научить робота понимать, что такое лист, стебель, плод и так далее.

Доктор Годин хочет улучшить компьютерный анализ изображений, чтобы ученые могли использовать данные, собранные роботом, для изучения сортов сельскохозяйственных культур в экспериментах по росту. Трехмерные модели растений могут также использоваться для программирования роботов при точном сборе фруктов или для выращивания лучших культур в будущем. Это может также позволить ученым – и, в конечном счете, фермерам – отслеживать здоровье и рост сельскохозяйственных культур.

По словам Минчина, в будущем ROMI сможет увидеть рост салата и узнать, когда пора собирать урожай. Или технология могла бы позволить новому поколению сельскохозяйственных роботов идентифицировать и собирать фрукты или овощи, когда они созрели.

Теплица

Для фермеров, выращивающих овощи и фрукты, другой вариант – теплица, которая защищает от неблагоприятных погодных условий и болезней.

“Теплицы являются идеальными местами для выращивания растений, но главный недостаток заключается в том, что, как только вредителям удается проникнуть, они размножаются очень быстро”, – сказала Мария Кампо-Коссио Гутьеррес из CTC Centro Tecnológico в Испании, которая возглавляет проект GreenPatrol. Попадание вредителя или болезни в теплицу может привести к потере до 25% фермерского урожая.

Кампо-Коссио Гутьеррес и ее команда разработали прототип умного передвижного робота для патрулирования теплиц и выявления случаев появления вредителей или болезней. Робот может работать автономно, без вмешательства человека.

Робот был обучен основным вредителям и болезням томата и перца, поскольку они являются наиболее ценными культурами, и проходит испытания в теплицах на севере Испании. Фермеры могут получить доступ к онлайн-приложению, чтобы увидеть состояние робота и карту здоровых и зараженных зон с рекомендуемыми действиями.

“Одна из основных проблем заключается в том, что робот находится в полу помещения”, – сказала она.

Если бы он был снаружи, он мог бы использовать спутниковую навигацию, но у теплиц есть крыши с металлическим усилением, которые ухудшают сигналы.

Другая проблема заключается в том, что теплицы регулярно меняются по мере роста урожая, а также после уборки урожая, когда удаляются такие материалы, как почва. Из-за этого роботы не могут быть запрограммированы для следования определенным маршрутам.

“Нам нужен был робот, чтобы определить, где находятся вредители, а затем вернуться и лечить их на втором этапе”, – сказала Кампо-Коссио Гутьеррес. По указанию фермера робот может опрыскивать растение пестицидом.

Робот GreenPatrol использует новые алгоритмы, которые позволяют ему успешно использовать более сильные сигналы от глобальных навигационных спутников Galileo, а также датчиков ориентации и лазеров, чтобы помочь направлять его маневры под крышей теплицы. Он может получить положение внутри теплицы с точностью лучше 30см.

Робот использует искусственный интеллект и библиотеки изображений, чтобы обнаружить вредителей, а также безвредных насекомых. “Он может различить степень заражения и определить, яйцо ли это, личинка или взрослое насекомое”, – сказала Кампо-Коссио Гутьеррес.

Затем он может отправлять производителям в режиме реального времени обновления тепловых карт заражений насекомыми на свои смартфоны.

Летающий компаньон

Rover Bots – не единственное решение для производителей. Проект ROMI также разработал летающего компаньона для своего ровера – дрона, который может исследовать растения с воздуха. Ученые ROMI также создали кабельный бот, чтобы скользить по посевам и выполнять аналогичную работу.

В конечном итоге команда ROMI рассматривает их конструкцию не как одного робота для прополки, а как платформу, к которой фермеры могут прикреплять датчики, камеры и инструменты, а затем снова снимать их.

“Вы можете представить, как фермер встает утром и идет к сараю для инструментов, надевает инструменты на робота и включает его”, – сказал Минчин.

Этот робот может затем начать прополку или сканирование на наличие вредителей. Если фермер хочет просмотреть информацию, он может посмотреть свой телефон или позже в тот же день на компьютере дома.

По материалам Techxplore