Борьба с сорняками – важный и очень трудоемкий этап выращивания сельхозкультур. Попытки автоматизировать этот процесс предпринимались неоднократно. Успешным опытом создания робота для борьбы с сорняками может похвалиться команда под руководством Яниса Яшко (Janis Jasko). Публикуем интервью с Янисом Яшко, которое для EastFruit, взяла Марите Гайлите, эксперт ассоциации овощеводов Latvijas darznieks.
— Как возникла идея о создании робота для прополки?
— Истоки восходят к 2017 году, когда я еще работал в Латвийском центре исследований по защите растений и появилась возможность поучаствовать в так называемом проекте Сотрудничества. Это финансируемые из средств Еврокомиссии исследовательские проекты, цель которых помочь производителям сельхозпродукции решить проблемы, актуальные для отдельного хозяйства или отрасли в целом. В последнем случае вся полученная в ходе проекта информация становится доступной без ограничений всем заинтересованным лицам.
И импульс поступил именно от крестьян. Это было желание производителей, особенно из органических хозяйств, найти эффективную альтернативу борьбы с сорняками, поскольку ручная прополка невозможна в современных условиях острой нехватки работников. Довольно быстро выяснилось, что культурные растения очень сильно отличаются друг от друга, поэтому универсальное решение просто невозможно. Необходимо выдвинуть приоритеты и работать над ними. Мы остановились на овощах. Начали с нескольких основных культур, затем сконцентрировались на моркови.
Были испробованы различные методы, начиная с различных способов рыхления и механического уничтожения до применения лазера. В конце концов остановились на лазере, поскольку это дает возможность уничтожать сорняки на минимальном расстоянии от культурного растения.
— Каковы были основные проблемы в процессе работы?
— В ходе проекта был создан автономный прототип робота, который был испытан в ряде хозяйств Латвии. Звучит просто, но на самом деле требовалось решить три задачи:
создать автономную платформу, способную самостоятельно перемещаться по полю и перевозить необходимое оборудование;
создать инструменты для уничтожения сорняков (это были механическая «рука» с вращающимся рыхлителем на конце и лазер);
найти подходящую оптику с достаточной разрешающей способностью для фотографирования растений и обучить программу их распознавать.
Все это потребовало много часов работы инженеров. Если автономные транспортные платформы в настоящее время разрабатывают многие фирмы и стартапы, то вторая и третья задачи потребовали больше инноваций. Первоначально была мысль научить программу распознавать все сорняки, но очень быстро стало понятно, что это очень сложно и на самом деле вовсе не требуется. Роботу следует распознавать растения, которые следует оставить, а все остальные необходимо уничтожать.
Но и это не так легко. Одним из вызовов была необходимость найти партнеров с соответствующими знаниями и умениями, понимающих программистов. Многим программистам кажется, что обучить программу распознавать изображения не так и трудно, но это лишь до момента, когда попадаем в поле. Оказалось, что и культурные растения, и сорняки на разных стадиях развития выглядят очень различно. На их изображение на фото влияют освещение, цвет почвы, ее микрорельеф, выращивают ли растения на ровном поле или на гребнях борозд.
Требовалось создать команду специалистов и нам это удалось. В проекте участвовало 7-8 человек, в настоящее время нас четверо.
Первый прототип самоходного лазерного робота.
— Как возник WeedBot?
— Когда проект закончился, вся полученная информация была опубликована в научной литературе и стала свободно доступной. Мы с командой задумались, что делать дальше? Можно было остаться в академической среде и продолжать различные исследования или создавать предприятие и коммерциализировать опыт, полученный в ходе проекта. Мы выбрали второй вариант, поскольку в ходе проекта выяснилось, что интересы крестьян и исследователей значительно расходятся. Исследователю хочется открыть и описать что-то совершенно новое, а крестьянину каждый сезон приходится решать одни и те же проблемы. В результате в 2020 году было создано предприятие WeedBot и начата работа над созданием нового более мощного и практически применимого прототипа с использованием более мощного лазера. Мы отказались от автономной транспортной платформы, предпочли ей прицепной агрегат. В настоящее время этот прототип протестирован в практических условиях в нескольких странах и начато коммерческое производство таких машин.
Демонстрация Lumina на Дне поля.
— Почему вы сфокусировались именно на моркови?
— Изучив потенциальный рынок, мы поняли, что наибольший спрос на точную прополку возможен среди органических производителей моркови. Площади под морковью в Европе и Северной Америке очень велики, и именно органическим производителям очень трудно бороться с сорняками. Несмотря на то, что в процессе подготовки поля к посеву проводится операция провоцирования сорняков и все всходы уничтожаются пламенными культиваторами или боронованием, а после всходов моркови можно проводить междурядные обработки различными культиваторами, есть период примерно в две недели, когда сорняки продолжают всходить между всходами моркови. Сжигать их огнем уже поздно, так как можно повредить морковь, а для рыхления междурядий всходы моркови еще слишком малы. Крупные органические хозяйства за рубежом стараются в этот период провести ручную прополку, но это очень дорого (около 2000 евро/га), и поди еще найди так много людей, готовых весь день лежать на платформе и выбирать пальцами всходы сорняков. Вот именно в эти две недели лазер может уничтожить совсем маленькие сорняки (от всходов до фазы 2–4 настоящих листьев), выжигая их целиком или только точку роста. Когда растения моркови достигают высоты 10–12 см, они становятся слишком большими и начинают мешать работе машины, но в это время уже можно успешно проводить междурядные обработки.
Морковь после четырехкратной лазерной прополки. Сорняки всходят постепенно, поэтому обработки проводились с интервалом в несколько дней.
— Первый прототип был автономным роботом, почему сейчас используется прицепная машина?
— Наш опыт показывает, что в настоящее время владельцам хозяйств не так уж необходимы полностью автономные роботы для прополки, их вполне устраивает прицепная техника. Первую модель мы назвали Lumina и планируем, что со временем за ней последуют другие модели. Ширина захвата прототипа 2 м, хотя возможны машины и с более широким захватом. Производительность зависит от ширины захвата и скорости движения трактора. В свою очередь на скорость влияет засоренность поля. В очагах, где много всходов сорняков, трактору приходится задерживаться дольше, но на участках, где сорняков мало, скорость может быть выше. Минимальная рабочая скорость машины 100 м/ч, максимальная 1,2 км/ч. Производительность машины с шириной захвата 2 м в среднем 2,4 га за рабочий день (10 ч), производительность шестиметровой машины может достигать 7 га за рабочий день.
Важно, что аппарат с достаточно мощным лазером потребляет немного энергии, поскольку необходимая электроэнергия производится самим трактором и поступает от вала отбора мощности. Для обработки одного ряда растений достаточно двух лошадиных сил, в наши дни во всех овощеводческих хозяйствах применяются достаточно мощные тракторы.
— Сколько стоят лазерные агрегаты?
— Понятно, что они не могут быть дешевыми, но нельзя сказать, что крупное хозяйство по выращиванию моркови не могло бы их себе позволить. Например, двухрядный лазерный агрегат стоит около 150 тыс. евро, и в странах Западной Европы при использовании субсидий на инвестиции в материальные активы размером 50–70% такая машина окупается уже в хозяйствах с площадью моркови 10–15 га. Разумеется, срок окупаемости зависит от величины затрат на ручную прополку и цены на конечную продукцию, поэтому пока нельзя сказать более точно. Конечно, чем больше машина, тем она дороже.
— Сколько машин WeedBot уже работают и в каких странах?
— После тестирования первого прототипа в ряде стран уже этой осенью две первые коммерческие машины Lumina будут поставлены покупателям в Бельгии и Германии. Их рабочая ширина 2,4 м, они способны одновременно обработать четыре ряда растений. В наши дни вся специальная техника производится под заказ из модулей, произведенных на заводе. Окончательная сборка машины из модулей производится на нашем предприятии в Елгаве (Латвия).
Вот так выглядит поверхность поля после лазерной обработки. Мелкие сорняки сожжены, у более крупных сожжена точка роста. После лазера на песчаной почве образуются пятнышки стекла.
— Что происходит, если что-то сломается? Ведь сорняки ждать не будут.
— В настоящее время в таком случае мы едем к клиенту и ремонтируем сами. Разумеется, привозим новый модуль взамен сломавшегося. Испорченный везем в свою лабораторию и выясняем, что сломалось и почему. В перспективе мы планируем создать сеть партнеров в разных странах, чтобы они могли обеспечивать сервисные услуги. Именно поэтому Lumina проектировалась как модульная машина, чтобы можно было быстро заменить отдельный модуль, не задерживая проведение полевых работ.
— Каковы дальнейшие планы?
— Продолжать продвижение “Lumina” на рынке, расширять целевую аудиторию культурных растений и создавать сеть партнеров. Несомненно, через 10–15 лет спрос на автономные сельскохозяйственные роботы только увеличится, поскольку очень трудно найти достаточно квалифицированных трактористов, которым можно доверить дорогую технику. В настоящее время даже в крупных овощных хозяйствах за рулем сложной техники нередко сидит сам владелец хозяйства или член его семьи. Так что работа над автономными лазерными машинами будет продолжена.
Спасибо за беседу! (EastFruit)
