Prof. Hołowicki: Bez robota ani rusz

cięcie sadu

Według Organizacji Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) na świecie w 2050 r. należy wyprodukować o 70% więcej żywności niż obecnie, aby nadążyć za wzrostem liczby ludności. To niezwykle trudne zadanie musi być wykonane w warunkach kurczenia się powierzchni gruntów ornych, w tempie ponad 70 ha/godz., stałego ocieplania się klimatu i planowanej drastycznej redukcji zużycia agrochemikaliów w związku z wdrażaniem Zielonego Ładu.

Przewiduje się, że jedną z niewielu sensownych recept na wymienione powyżej wyzwania będzie tzw. inteligentne rolnictwo (ang. smart farming). Wykorzystuje ono nowatorskie rozwiązania techniczne i technologiczne, w tym precyzyjne sensory, Internet rzeczy (IoT) i sztuczną inteligencję (AI), czyli narzędzia niezbędne do funkcjonowania inteligentnych maszyn, autonomicznych robotów i bezzałogowych statków powietrznych (UAV). Wszystko wskazuje, że dzięki czekającej nas prawdziwej rewolucji cyfrowej, lepiej zostaną wykorzystane dostępne zasoby (ziemia, woda, energia, ludzie). W końcowym efekcie nastąpi zwiększenie produktywności i rentowności produkcji roślinnej przy jednoczesnym ograniczeniu zagrożeń dla środowiska związanych z intensywną produkcją rolniczą.

Należy domniemywać, że ten postęp dokona się w pierwszej kolejności w produkcji ogrodniczej, która już obecnie jest nie tylko najbardziej intensywna w całej produkcji roślinnej, lecz także już wykorzystuje zaawansowane rozwiązania cyfrowe, np. kontrola mikroklimatu i nawadniania, sortowanie i pakowanie. W międzyczasie powstało wiele rozwiązań, które choć spełniają już zakładane cechy funkcjonalne, to wymagają jeszcze dalszego doskonalenia, ponieważ są  za mało wydajne, aby ich zakup był uzasadniony ekonomicznie. Przykładem mogą być roboty do zbioru jabłek konsumpcyjnych, które w sadzie karłowym potrafią już bez trudu zidentyfikować i zerwać ponad 90% owoców przy poziomie uszkodzeń, jeśli nie mniejszym, to co najmniej porównywalnym do zbioru ręcznego. Jedynym miejscem, gdzie niezbędna będzie ingerencja człowieka, to dojazd do granicy sadu i okresowe uzupełnianie paliwa. W obrębie poszczególnych kwater inteligentny robot będzie przemieszczał się autonomicznie, czyli bez udziału człowieka. Do osiągnięcia poziomu komercyjnego potrzeba już tylko zwiększyć wydajność o 30–40%, co zajmie pewnie jeszcze 2–3 lata. To dużo i jednocześnie niewiele, jeśliby odnieść ten okres do 40 lat, które minęły już od rozpoczęcia prac badawczych nad robotycznym zbiorem jabłek.

Wydawałoby się, że wystarczy teraz zastąpić ramiona do zrywania jabłek ramionami wyposażonymi w sekatory i już mamy robota do selektywnego cięcia drzew. Wprawdzie odcięcie pędu dla robota jest dużo łatwiejsze od prawidłowego zerwania jabłka, to droga do fazy komercyjnej takiej maszyny wciąż jest jeszcze odległa. Główną barierą są zbyt wolno działające układy identyfikacji i mikroprocesorowego sterowania z uwagi na złożoność zadania do wykonania. W robocie do zbioru jabłek wystarczy zidentyfikować położenie owocu i jego orientację, a z takim zadaniem współczesne roboty radzą sobie bez trudu, ponieważ owoce, zwłaszcza czerwone, wyraźnie różnią się od tła (liści) i są bardzo do siebie podobne. W przypadku selektywnego cięcia najtrudniejsze jest ustalenie najbardziej odpowiedniego miejsca jego wykonania, co musi być poprzedzone wykonaniem przestrzennej mapy architektury drzewa przy użyciu komputerowego systemu wizyjnego. Następnie mapa jest wykorzystana do analizy rozłożenia pędów w drzewie, określenia liczby i miejsca niezbędnych cięć oraz trajektorii ruchu sekatorowych ramion robota. Niezwykle trudne wyzwanie stoi przed wizją komputerową, mając na uwadze, że mamy do czynienia z niewielkimi i trudnymi do wykrycia obiektami (pędami), co wymusza użycia kamer o wysokiej rozdzielczości i dużej mocy obliczeniowej, a to spowalnia „proces myślowy” sterowników mikroprocesorowych.

Zaletą robota będzie wysoka powtarzalność cięcia. Jak trudno jest nauczyć kilka osób, aby każda z nich w identyczny sposób przeprowadzała na przyklad cięcie prześwietlające, wie każdy sadownik. Z robotem będzie łatwiej, ponieważ dzięki zastosowaniu sztucznej inteligencji będzie można tak wytrenować algorytm uczenia maszynowego, że robot będzie w stanie wycinać określone pędy w sposób dostosowany do oczekiwań sadownika, wykonując np. cięcie formujące lub prześwietlające, lub odmładzające, uwzględniając specyficzne cechy odmianowe oraz formę i wielkość każdego pojedynczego drzewa.

Jak łatwo zauważyć opracowanie inteligentnych robotów nie jest łatwe i wymaga rozwiązania wielu złożonych problemów, których niewielką część próbowałem opisać powyżej. Skoro jednak żaden arcymistrz szachowy nie ma już szans na wygranie z komputerem, to wkrótce będą one jeszcze szybsze i sprostają nawet najtrudniejszym zadaniom.

PROF. DR HAB.RYSZARD HOŁOWNICKI

IO-PIB SKIERNIEWICE

Artykuł pochodzi ze styczniowego wydania Miesięcznika Praktycznego Sadownictwa SAD

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here