Современные технологии автоматизации и роботизации сельскохозяйственного производства

Робототехника сегодня является одним из самых перспективных направлений в области информационных технологий. Сельское хозяйство не исключение; наоборот, стремительный рост населения планеты и экологические проблемы стимулировали исследования в области применения роботов, позволяющих выращивать культуры, взаимодействовать со скотом и управлять крупными сельскохозяйственными угодьями. Так, Б. Н. Рамеш утверждает, что сельскохозяйственная робототехника занимает 39 % от всего рынка [2]. Интеллектуальное сельское хозяйство является одним из важнейших направлений, ведь оно направлено на решение жизненно важной проблемы, а именно снабжение потребителей соответствующим объемом требуемой продукции без серьезного влияния на окружающую среду.

Увеличение производительности и конкурентоспособности товаров является неотъемлемым условием успешной борьбы в глобальной конкуренции в аграрной сфере. Развитие материально-технической базы и использование роботизированных технологий позволяют перейти от увеличения энергоемкости к повышению техническому уровню.

Робот - это программируемая машина, которая может выполнять задачу, в то время как термин «робототехника» описывает область исследований, сосредоточенную на разработке роботов и автоматизации [3]. Каждый робот обладает разным уровнем автономии. Роботизированные устройства получили широкое применение в промышленности, однако уже в 80-х годах XX века началось активное их внедрение в сельское хозяйство. Так, в 1984 г. советский ученый В. И.

Сельскохозяйственная робототехника - это относительно новая область, которая активно развивается и занимается решением задач, связанных с автоматизацией процессов в сельском хозяйстве с помощью роботизированных устройств. Сегодня изучением робототехники в сельском хозяйстве занимается большое количество исследовательских и образовательных организаций.

Преимущества и недостатки автоматизации сельского хозяйства

Основные компоненты роботизированных устройств

Роботизированные устройства состоят из:

1. Механической конструкции. Механический аспект робота помогает выполнять задачи в той среде, для которой он предназначен.
2. Электрических компонентов, которые управляют оборудованием и приводят его в действие.
3. Автономные механизмы содержат некоторый уровень компьютерного программирования. Без набора кода, указывающего ему, что делать, робот был бы просто еще одной частью простого механизма.

Рост численности населения требует увеличения сельскохозяйственного производства для удовлетворения растущего спроса. Нехватка рабочей силы угрожает выживанию фермеров, во многих странах эта потребность заставила производителей продуктов питания обратиться к роботам и автономным машинам.

Сельскохозяйственные роботы собирают яблоки, клубнику, листья салата и выпалывают сорняки. Уборка урожая подходит для автоматизации, так как это физически утомительно и требует большого количества повторений. Сбор урожая требует ловкости рук и деликатных действий. Многие фрукты легко повреждаются и мнутся, а листовые овощи легко рвутся. Большинство роботов просто недостаточно развиты, чтобы справиться с таким уровнем точности. Агротехнологические компании работают над устранением этого препятствия и, по мнению Б. А.

Применение робототехники на различных этапах обработки полей

Робототехника может использоваться на всех этапах обработки полей, учитывая:

1. Подготовку почвы, целью которой является создание оптимальных условий для роста культурных растений. В зависимости от состояния почвы, происходят различные мероприятия, окучивание, прополка, распашка и т.
2. Сбор урожая - начинается после того, как культурные растения достигнут зрелости и готовы к сбору.

На рисунке 1 robotics - la chevre автономно перемещается и удаляет сорняки, использует камеры и нейронную сеть для различения сорняков и посевных площадей. La chevre специализируется на точной работе без повреждения посевов, постоянно собирает данные об урожае и условиях выращивания.

Роботизированное устройство Turtle занимается прополкой домашнего огорода, его основные преимущества - простота в использовании и надежность в эксплуатации (рис. 2). Сорняки, которые прорастают, срезаются с помощью триммера. Turtle робот на солнечных батареях.

Компании EC AGCO и Fendt (рис. 3) разработали небольшие мобильные платформы, которые могут работать под управлением облачной системой Xaver (Ксавер). предназначены для планирования, мониторинга и документирования посадок кукурузы. Terra sentia - робот, который осуществляет анализ посевов в реальном времени (рис. 4).

Дуо - робот с автономным энергопотреблением и навигацией, который обеспечивает интеллектуальное и экологичное опрыскивание (рис. Главной особенностью данной машины является умный подход к опрыскиванию, который позволяет выращивать больше продуктов питания, используя меньшее количество ресурсов (рис. 6). Он использует сложную комбинацию автомобильных датчиков дрв ПЬаг и фирменного программного обеспечения для передвижения по садам без участия бортового оператора. шины позволяют обеспечить точность и эффективность, а также снижение затрат на материалы. Harvest crew оказывает поддержку производителям клубники (рис. 7).

Все роботизированные устройства имеют отличия, которые могут повлиять на выбор при их приобретении, поэтому подход к выбору всегда необходимо осуществлять с вниманием к специфике каждого устройства (табл.

Роботы могут выполнять однотипные задачи непрерывно 24/7 без перерывов и выходных, что значительно экономит время и снижает затраты на оплату труда.

Важным применением сельскохозяйственных дронов является использование их для агрохимической обработки. Ранее это делали только при помощи земных средств, пока специализированные авиационные средства не появились.

Оценка эффективности применения такой технологии была проведена в Кабардино-Балкарском научном центре Российской академии наук, где с помощью октокоптера DJI Дд^ были обработаны различные сельскохозяйственные угодья, включая десикацию подсолнечника и кукурузы. Оказалось, что десикация является эффективным методом, который позволяет ускорить созревание семян, сократить время сушки и освободить от машинной уборки.

Результаты оценки эффективности применения октокоптера DJI Дд^, испытания которого проводились в Кабардино-Балкарском научном центре РАН, представлены в табл.

Таким образом, в настоящее время развитие технологий автоматизации и роботизации процессов в аграрной отрасли становится все более актуальным. Они позволяют повысить эффективность и качество производства, снизить затраты на трудовые ресурсы и улучшить экологическую обстановку.

Современные технологии автоматизации и роботизации процессов аграрного производства включают использование различных датчиков, устройств управления, компьютерных программ и роботов. няют задачи по посеву, поливу и удобрению полей. Также существуют роботизированные системы, которые обеспечивают мониторинг и управление процессами складирования и транспортировки сельскохозяйственной продукции.

Однако внедрение современных технологий в аграрный сектор необходимо проводить с учетом специфики отрасли и особенностей региона. Необходимо обучать персонал и подготавливать инфраструктуру для успешной реализации проектов по роботизации и автоматизации в аграрном секторе.

Сельское хозяйство - модное направление для инвесторов. И это не преувеличение. Сфера становится более понятной и прозрачной. Растет уровень прибыльности. Предприниматели все больше доверяют мнению фермеров и агрономов. Агросектор показал себя как один из наиболее устойчивых в условиях глобальной пандемии COVID-19.

За последние годы Россия вошла в топ-15 стран с наибольшим количеством IT-стартапов в сельском хозяйстве, а применение новых технологий помогло собрать рекордные урожаи в 2016, 2017 гг. Как это произошло?

Новая аграрная революция

В самом разгаре аграрная революция 21 века. Под этим мощным определением подразумевается интенсивное внедрение IT-технологий в сельское хозяйство. Речь идет не только о технических инновациях. Разрабатываются биотехнологии, проводятся исследования в наномедицине.

Умное фермерство

Рынок умного фермерства в России только зарождается. Введение в сельское хозяйство автоматизации и цифровизации существенно сокращает затраты (от 20% и более) на удобрения, СЗР и топливо. Мировые лидеры в данном направлении: США, Германия и Китай.

Рост показателей

По данным Росстата, агросектор интенсивно растет уже несколько лет подряд. Экспорт сельскохозяйственной продукции в 2020 г. вырос на 3%. Внедрение инновационных технологий в отрасль часто способствует перераспределению сфер влияния на рынке. Большие стартовые затраты отпугивают многих производителей, но зачастую вложенные инвестиции удается вернуть уже через несколько лет.

Автоматизация

В наши дни роботы могут выполнять большинство сельскохозяйственных операций. На полях и в теплицах интеллектуальные машины занимаются междурядной обработкой и сбором урожая, даже таких нежных культур, как клубника и помидоры. В животноводстве применяются не только «доильные роботы», но и сельхозмашины для кормления и уборки за животными.

Беспилотники

Летающие беспилотники составляют точные 3D-карты местности. С их помощью можно определить засушливые участки или пораженные вредителями районы. Программное обеспечение самостоятельно проводит анализ и находит наиболее благоприятные места для роста культур. Также есть автономные тракторы, комбайны и зерновозки.

IoT-датчики

Иными словами, это сеть их различных устройств, связанных между собой и доступных через интернет. К примеру, датчики, расположенные на полях, собирают данные о погоде и состоянии почвы, а также помогают фермерам строить прогнозы на основе полученной информации. Для теплиц используют IoT-датчики, которые регулируют полив, влажность и температуру.

Искусственный интеллект (ИИ)

Способность компьютера выполнять творческие задачи открывает совершенно новые горизонты и возможности. ИИ использует машинное обучение, обрабатывает огромные массивы данных и на их основе делает выводы. В итоге складывается комплексная система. В Австралии с помощью искусственного интеллекта прогнозируют урожайность кофе (ИИ анализирует климатические, почвенные и экологические данные).

Компьютерное зрение

В сочетании с ИИ даже обычные видеокамеры получают новые возможности. Теперь создана технология, благодаря которой, камеры не просто записывают видео, а могут выделять необходимые объекты и собирать о них данные. Например, дроны могут различить каждый колосок, поврежденный вредителями.

Европа - лидер рынка полевой робототехники. К 2016 г. «доильные роботы» значительно превосходили по количеству в пользовании остальные подкатегории «агроботов». Но в период 2016-2021 гг. При упоминании искусственного интеллекта часто возникают споры о том, как сильно изменится роль человека в технологическом процессе.

Настоящее

По данным ООН, мировое население к 2050 г. составит 9,8 миллиарда человек. Для того чтобы удовлетворить спрос на сельскохозяйственную продукцию, урожайность должна вырасти на 25%. Сейчас агропромышленный комплекс находится в процессе трансформации. Интенсивно внедряются передовые технологии. Одно из важных преимуществ автоматизации - замена человеческого труда. Развитые страны испытывают кризис на рынке рабочей силы, в том числе и в сфере сельского хозяйства.

Будущее

Согласно прогнозу экспертов Json & P Consulting, к 2024 г. в России доля компаний АПК, использующих новые цифровые технологии, увеличится до 60%. По оценке Министерства сельского хозяйства, в 2020 г. объем российского рынка информационно-компьютерных технологий в агросекторе составил 360 млрд рублей, а к 2026 г.

Современное сельское хозяйство переживает технологическую революцию. Автоматизация сельскохозяйственного производства становится необходимостью для повышения эффективности, снижения затрат и обеспечения стабильных урожаев.

Внедрение автоматизированных систем в сельском хозяйстве приносит значительную экономическую выгоду. По данным исследований, автоматизация позволяет сократить трудозатраты на производственные процессы до 40%.

Одним из наиболее существенных преимуществ является экономия ресурсов. Современные системы автоматического полива и внесения удобрений, управляемые ПЛК, позволяют сократить расход воды и удобрений до 35%.

Автоматизация сельскохозяйственного производства кардинально меняет качество всех технологических процессов. В первую очередь, она обеспечивает небывалую ранее стабильность производственных циклов. Современные системы автоматизации позволяют осуществлять точный контроль качества продукции на всех этапах - от посева до сбора урожая.

Минимизация человеческого фактора - еще одно важное качественное преимущество. Автоматизированные системы работают круглосуточно без перерывов, не подвержены усталости и всегда соблюдают технологические регламенты.

Современные тенденции развития интеллектуальных систем управления сельским хозяйством

1. Современные тенденции указывают на стремительное развитие интеллектуальных систем управления сельским хозяйством.
2. Когнитивных агросистем на базе искусственного интеллекта, способных самообучаться и адаптироваться к изменяющимся условиям.
3. Нейросетевых технологий для обработки данных с дронов и спутников.

Список литературы

1. Химиченко А. А. Перспективы робототехники // ЭКО. 2008. № 9(411). С.
2. Рамеш Бабу Н., Набоков В. И., Скворцов Е. А. Классификация и особенности робототезники в сельском хозяйстве // Аграрный вестник Урала. 2017. № 3. С.
3. Казахбаева Г У., Казахбаева Г У. Роботы и искусственный интеллект // Наука, техника и образование. 2016. № 12(30). С.
4. Скворцов Е. А., Водолазский Ф. В., Аскерко В. В. Сущность и функции сельскохозяйственной робототезники // Аграрный вестник Урала. 2017. № 12(166). С.
5. Набоков В. И., Некрасов К. В., Скворцов Е. А. Целесообразность использования робототехники в сельском хозяйстве // Московский экономический журнал. 2018. № 4. С.
6. Рунов Б. А. Тенденции развития сельскохозяйственной техники. Итоги выставки в Ганновере // Политематический сетевой электронный научный журнал кубанского государственного аграрного университета. 2011. № 74. С.
7. Развитие образовательной робототехники: проблемы и перспективы / С. А. Зайцева, В. В. Иванов, В. С. Киселев, А. Ф. Зубаков // Образование и наука. 2022. Т. 24, № 2. С.
8. Хаджиева М. И., Край К. Ф. Экономическая эффективность внедрения инновационных технологий в сельское хозяйство в эпоху сквозной цифровизации // Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН. 2020. № 6 (98). С.