“Bez senzorů, žádná sklizeň”

Prof. Ruckelshausen, veletrh Agritechnica se konal v Hannoveru od 10. do 16. listopadu. Již v předvečer veletrhu se hodně mluvilo o Big Data, umělé inteligenci, cloud computingu a senzorové technice v zemědělství. Budou zemědělci brzy potřebovat titul z informatiky, aby mohli sklízet úrodu?

Pozorování je správné, ale závěr nikoli. Podíváme-li se na inovace představené na veletrhu Agritechnica za posledních deset let, míra inovací se skutečně stále více posouvá směrem k elektronice, informačním technologiím a senzorovým systémům. Digitálně se modernizují secí, sklizňové a krmné stroje. Jsou propojeny do sítě a stále více se automatizují. Zemědělská technika hraje v zásadě průkopnickou roli pro ostatní výrobní odvětví. Například průmyslové aplikace jsou dnes často zasíťované, ale pak se stroje ve výrobních závodech obvykle nepohybují. Naproti tomu v zemědělství jsou stroje mobilní, a to i v náročných venkovních podmínkách. V automobilovém průmyslu je hlavním trendem "autonomní řízení", ale v zemědělství se k němu přidává autonomní práce. To je úplně jiná liga. Společnosti a výzkumná centra vyvíjejí samořídící pracovní stroje, které mohou samostatně zasévat a sklízet. Potřebuje však zemědělec titul z informatiky, aby přivezl kukuřici? Ne, stejně jako uživatel chytrého telefonu nemusí být odborníkem na algoritmy, aby mohl posílat zprávy přes WhatsApp. Jde totiž o vývoj uživatelsky přívětivých systémů, které nabízejí řadu výhod v zemědělském sektoru.

Jsme tedy svědky nástupu zemědělství 4.0? Digitálně modernizovaného zemědělského sektoru s inteligentní, síťovou infrastrukturou?

Zemědělství 4.0 již existuje a my jsme dokonce o krok napřed před Průmyslem 4.0. V zásadě se v zemědělství používají síťové, a především mobilní výrobní závody na kolečkách. Jen se takové továrně říká například kombajn. Výzvou je učinit složité pracovní procesy hospodárnějšími a ekologičtějšími prostřednictvím procesů digitální transformace. Mobilní pracovní procesy na polích probíhají pod vlivem mnoha rušivých proměnných: deště, bouřky, sněhu, nerovného, blátivého nebo na kost suchého terénu. To jsou obrovské výzvy pro odolnost používaných technologií.

Stejně jako v automobilovém průmyslu i v zemědělství vzniká mnoho nových podniků. Na veletrhu Agritechnica byla v pavilonu 11 vybudována samostatná laboratoř "Agrifuture Lab", kde mohou mladé firmy prezentovat digitální inovace.

"Odvětví je v pohybu. Zde, v širším okolí Osnabrücku, v Křemíkovém údolí zemědělské techniky, jsme právě založili sdružení "Agrotech-Valley", které sdružuje zemědělské inženýrské firmy, vědecké instituce, podniky zabývající se rozvojem podnikání a začínající podniky. Všichni zúčastnění mají stejný cíl: učinit zemědělství ekologicky, ekonomicky a sociálně udržitelným. Je cítit, že v základu je skutečně cítit nový začátek. Mladí podnikatelé a výzkumníci s sebou přinášejí obrovskou dávku kreativity a dynamiky. Počítačoví vědci a odborníci na umělou inteligenci zjišťují, že zemědělství je vzrušující oblastí pro budoucí rozvojové výzvy.

Existuje staré klišé o farmáři, který nesnáší, když mu někdo zvenčí říká, jak má dělat svou práci, a raději dělá všechno postaru. "Sedlák nebude jíst to, co nezná," jak se říká v Německu. Nyní přicházejí informatici nebo fyzikové, jako jste vy, s robotickými stroji, které samy rozhodnou, kdy je třeba sklidit pšenici. Nestřetávají se tu dva zcela odlišné světy?

Obraz farmáře, který nesnáší rady, je staré klišé. Například Vysoká škola aplikovaných věd v Osnabrücku spolupracuje s mnoha zemědělskými podniky a přicházíme do styku s velmi, velmi otevřenými partnery. Testujeme například autonomní polní roboty pro kontrolu plevele, autonomní stroje pro krmení na farmách a inovativní senzorové technologie pro zemědělské stroje nebo pěstování rostlin. Zemědělci podporují výzkum a polní zkoušky potřebné pro návrh a vývoj budoucích produktů.

Jste fyzik, který zkoumá technologii senzorů. Jaký význam má tento obor pro zemědělství? Kde se senzory používají?

Ve skutečnosti jsou všude tam, kde se stroje stávají chytřejšími nebo efektivnějšími pro použití v zemědělském odvětví, které stále více směřuje k udržitelnosti. Cílem je využívat různé senzorové systémy, aby bylo možné do hloubky porozumět všem důležitým zemědělským problémům. V budoucnu by to mohlo znamenat: žádné senzory, žádná sklizeň. Na pole se již nebude pohlížet a zacházet s ním jako s jednotkou. Zobrazovací optické senzorové systémy - jako jsou laserové skenery, stereokamery a hyperspektrální systémy - nebo radarové senzory poskytují důležitá nezpracovaná data, která lze interpretovat ve vztahu k vlastnostem půdy nebo charakteristikám rostlin. Tímto způsobem lze pole rozčlenit na kvalitu jednotlivých rostlin: to již je předmětem výzkumu. Data ze senzorů se spojují s dalšími údaji, jako jsou údaje o půdě nebo počasí. Pro přístup k různým zdrojům dat již existují praktická řešení, například univerzální platforma pro sdílení dat pro zemědělce "agrirouter", která je neutrální vůči výrobcům. Hlavním problémem je interpretace sloučených dat a výsledných pokynů k činnosti.

Například?

Pokud je výnos v určité části pole nižší, vyvstává otázka, zda by se na tuto část mělo aplikovat více nebo méně hnojiv, aby se výnos případně zvýšil. Pro dlouhodobé pokyny k činnosti je třeba mít širokou škálu znalostí o rostlinách a půdě a interpretovat nejnovější údaje ze senzorů.

Když senzory určují stav půdy a zralost rostlin, když skenují pole a znají každou rostlinu, když nakonec práci vykonávají robotické stroje: Stává se zemědělec na traktoru anachronismem?

Rozhodně ne. Stejně jako když používáte pračku, nesedíte doma hodiny a nesledujete ji. Zemědělec má spoustu důležité práce, pokud na poli pracují autonomní stroje. Vysoký stupeň automatizace pomáhá k udržitelnějšímu zemědělství. Procesy a metody používané v rostlinné výrobě a chovu zvířat nabízejí potenciál pro ekologické a ekonomické zlepšení díky zapojení znalostí a zkušeností zemědělců. Jedním z příkladů je návrh a vývoj senzoru pro měření vlhkosti sekané kukuřice. Pokud je obsah vlhkosti 60 až 80 %, je automatické zjišťování této hodnoty z obchodního hlediska velmi důležité. Technologie sama o sobě žádné problémy nevyřeší, ale často je skvělým způsobem, jak pomoci najít jejich řešení.

Traktor je nakonec pomocné vozidlo, které táhne především jiné stroje. Bude vyřazen, pokud jej převezmou autonomní polní roboti?

Fascinující otázka. Protože traktor sám o sobě je vlastně bezúčelový stroj. Traktor sám o sobě sotva někomu pomůže - kromě firmy, která ho prodává, a možná zemědělce, který může ohromit své sousedy velkým strojem. Kromě toho má traktor vlastně cenu jen tehdy, když je mechanicky a digitálně propojen s nářadím pro zemědělské procesy. Nářadí je důležitou součástí jednotky, protože určuje proces. Ať už hnojím, sbírám seno nakladačem s vozem nebo zpracovávám půdu, traktor je nástrojem pro stroj, který vykonává skutečnou práci. Tomuto přístupu se říká Tractor Implement Management (TIM). Znamená to, že inteligentní nářadí pro setí, hnojení nebo sklizeň je propojeno s traktorem tak, že tvoří jeden celek. Pokud by v budoucnu mělo nářadí fungovat samostatně jako autonomní stroje, tj. funkce traktoru by byla integrována do samořídícího nářadí, pak by starý dobrý traktor byl vlastně zbytečný.

Tak brzy to bude Tak dlouho, Traktor?

Ne nutně. Traktor je také mimořádně flexibilní stroj. Nemá specifickou oblast použití. Můžete k němu připojit různé stroje, a tím i procesní moduly, což z traktoru činí cenný nástroj. V zásadě se tak stává flexibilní nosnou platformou pro mnoho různých procesů. V tuto chvíli nedokážeme říci, kam se cesta traktoru bude ubírat. Určitou roli mohou hrát autonomní traktory, na čemž se již pracuje.In the BoniRob, you have developed a field robot that gets by without a tractor.

Náš BoniRob představuje jednu z možností pro budoucí práci. Vyvinuli jsme ho společně s firmami Bosch a Amazone. BoniRob je flexibilní přepravní platforma, která funguje autonomně, bez řidiče. Má velmi flexibilní konstrukci a uprostřed lze integrovat různé aplikace pro různé funkce. Pro pěstování je k dispozici modul, který zkoumá vlastnosti rostlin. Další modul měří stav půdy. Jiná aplikace dokáže pomocí zobrazovacích senzorů rozlišit plevel od rostlin a mechanicky jej kontrolovat. Je to jako s traktorem: bez aplikace - a tím myslím chytré hardwarové moduly - nemá BoniRob vůbec žádnou funkci. Když se k němu ale něco přidá, je ideální pro nejrůznější aplikace. Pak si zemědělec nemusí na každou práci kupovat jiné vozidlo.

Při vší úctě, BoniRob je jen z hlediska svého vzhledu sotva krásný. Agritechnica je tradičně přehlídkou velké zemědělské techniky, obřích traktorů a výkonných kombajnů. Jsme svědky vymírání dinosaurů velkých zemědělských strojů, když se stále častěji používají menší, flexibilnější stroje?

S tím nesouhlasím. V mých očích jsou i malí roboti nádherní (smích). Je pravda, že současným trendům dominují stále větší stroje velikosti XXL, ale menší autonomní systémy kategorie XXS jsou alternativní strategií pro udržitelné zemědělství. Pokud je velkých strojů málo, je selhání jednoho systému, například kombajnu, velkým nákladovým faktorem. Když je mnoho malých systémů, je ekonomické riziko menší. Další potenciál existuje z hlediska ekologických řešení. V případě malých, nízkonákladových systémů se liší i sociální problémy na celém světě, zejména proto, že více než 90 % všech zemědělských podniků na světě je menších než pět hektarů.

Klíčovou otázkou je dostupnost. Společnost Continental například vyvíjí senzory pneumatik pro zemědělství, které včas signalizují, že by mohl nastat problém s tlakem vzduchu. Získají pneumatiky v zemědělství 4.0 také nový význam?

Samozřejmě. "Prediktivní údržba" je skutečné klíčové slovo. Nechci si problému všimnout, až když je pozdě. Důležitou roli zde hrají pneumatiky. Pokud se v současné době porouchá kombajn kvůli defektu pneumatiky v úzkém sklizňovém okně, může to mít pro zemědělce vážné finanční důsledky, nemluvě o bezpečnostním hledisku. Skutečnost, že pneumatiky jsou integrovány do digitální architektury, je pozitivním vývojem. Pokud bude například v budoucnu senzor pneumatik poskytovat nejen údaje o tlaku v pneumatikách, ale také o prokluzu na poli nebo o tom, jak je půda mokrá, pak lze vyvodit důležité závěry. Doplněn o údaje z aplikace o počasí by mohl polní robot dojít k závěru, že pravděpodobně uvízne v blátě. Výsledkem jsou konkrétní pokyny pro zemědělce. Potenciál je také v dynamickém přizpůsobování tlaku vzduchu v pneumatikách, a to od pole k poli. Senzor pneumatik je však pouze jednou z mnoha součástí technologií přesného zemědělství. Velký potenciál vidím například v 3D technologiích - a to i u společnosti Continental.

Nastolil jste otázku bezpečnosti. Jak samořídící stroje zvýší bezpečnost v zemědělství?

Na obrovském poli v severoamerickém chlebodárci samozřejmě není žádný významný veřejný provoz: jde o efektivitu. Přesto se nebezpečí nehod snižuje, čím méně lidí obsluhuje složité stroje. A při jiných úkonech, jako je sklizeň brambor, se v blízkosti sklízecího stroje nachází spousta zaměstnanců. V rámci výzkumného projektu "Agro-Safety" například testujeme bezpečnost autonomních krmných strojů na farmách. Ten se soustředí na senzory detekující lidi a okamžité vypnutí stroje v případě jakéhokoli nebezpečí. Vývoj autonomních systémů je - podobně jako v automobilovém průmyslu - doprovázen zaváděním hybridních systémů, například v podobě ADAS pro autonomní řízení a práci. Tato tzv. adaptivní autonomie zahrnuje také autonomní a neautonomní zemědělské stroje pracující společně na poli.