Применение робототехнических средств в АПК

Введение. Рассматривая тенденции развития мирового АПК, необходимо отметить, что в мире продолжается концентрация, специализация и интеграция производства, широкое использование электроники, генной инженерии, информационных технологий, увеличение инвестиций в науку и образование. Прошлый век - это применение радио, телевидения, открытие лазера, полет в космос, создание Интернета, мобильный телефон. ХХ1 век- это век генной инженерии, широкого применения ИТ во всех сферах деятельности человека, глобализация и роботизация, широкое применение нетрадиционных источников энергии. Основной целью в АПК остается увеличение производства продовольствия в мире за счет снижения энергозатрат на единицу производимой продукции при одновременном повышении урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животных.

На современном уровне производства, благодаря применению новых технологий, достигнуты высокие показатели, когда, например, на больших площадях получают зерновые свыше 100 ц/га и удои свыше 10 тысяч литров молока от коровы в год. Технический прогресс продолжается и то, что вчера казалось несбыточным, сегодня находит применение. В первую очередь это справедливо для роботизации.

Обзор средств роботизации. Роботизацией охвачены все отрасли, от производства военной техники и детских игрушек, до различных роботов отраслей промышленности и АПК.

Изобретатель и футуролог Рэй Курцвейл стал автором технологических прогнозов. Свои первые предсказания он опубликовал в книге «Эпоха мыслящих машин», вышедшей в 1990 году. Последний раз Рэй озвучил своё видение будущего на международном конгрессе SAE-2015 в Детройте. Если собрать названные даты в единый список, то получится подробный прогноз развития ключевых отраслей до конца XXI века.

Постоянные разработки ведут к новым поколениям роботов, "машинам", достаточно умным для того, чтобы изобретать технологии самостоятельно. Черта между творцом и творением становится в будущем все более размытой в последнее время, благодаря компьютерному зрению, ИИ, машинному обучению, большим данным и т. д. Человечество подходит к точке, где следующим шагом "машин" будет проектирование своих собственных алгоритмов. Лучше, быстрее, умнее.

Вопрос разработки боевых роботов уже обсуждается в ООН. На данный момент международная организация рассматривает варианты запрета выпуска определенных видов автономных боевых систем. В числе подписавших открытое письмо - известные ученые в мире.

Предсказывают, что пойдет 15- 20 лет и появятся люди, которые добровольно могут стать киборгами, а из-за обилия имплантатов будет переосмыслен и сам термин «человеческое существо». Органы тела могут изготавливать машины.

Появятся компьютерные имплантаты, способные наделить человека сверхспособностями: усилить восприятие; улучшить память; увеличить скорость реакции; сократить время обучения.

Уже сейчас 3D печать органов не выглядит фантастикой В США, в институте Ренсселера был проведен эксперимент, который закончился неожиданным результатом. Машины продемонстрировали способность логически мыслить.

В КНР открывается первый в мире супермаркет роботов в городе Фошан. В магазине можно будет приобрести робота, как обычно мы покупаем продукты питания. Площадь супермаркета составит 20 тыс. кв м. За 2014-й год в Китае было продано 56 тыс. промышленных роботов, что на 54% больше, чем в предыдущем году. Кроме того, страна активно инвестирует в развитие робототехники по всему миру. В Шанхае прошла крупнейшая выставка роботов, на которой были представлены около 300 экспонентов из 18 стран мира.

Австралийский инженер Марк Пивак разработал робот-укладчик, способный построить жилой дом в рекордно короткие сроки.

В опубликованном докладе “The Robot Report” tracking the business of robotics приводится информация о результатах научных разработок в области роботизации.

На практике уже можно встретить робота-охранника и много других роботов, которые заменяют человека. Японский семейный робот запоминает до 7 членов семьи и распознает их по лицам или голосу. Словарный запас – 65 тыс. фраз и 1000 отдельных слов.

Актуальными становятся законы робототехники, созданные Айзеком Азимовым: «1-Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием допустить, чтобы человеку был причинён вред. 2-Робот должен повиноваться всем приказам, которые даёт человек, кроме тех случаев, когда эти приказы противоречат Первому Закону. 3-Робот должен заботиться о своей безопасности в той мере, в которой это не противоречит Первому и Второму Законам».

Что касается непосредственно АПК, то наиболее роботизированной является сфера переработки и упаковки продовольствия.

Что касается сферы производства сельхозпродукции, то представляет интерес информация на примере работ 25 компаний, которые пытаются использовать робототехнику для решения проблем сельского хозяйства. На веб-сайтах этих компаний (для примера взяты только 5 компаний) можно найти более подробные характеристики роботов, а также сведения о том, чем эти компании занимаются, какие их продукты будут доступны (или уже доступны) и сколько они будут стоить.

Компания: ISO Group, компания Flier Systems, Гамерен, Нидерланды.( isogroepmachinebouw.nl) сообщает, что ей удалось роботизировать процессы для теплиц с системой для посадки цветов [1]. Продуктом компания: Autonomous Tractor, Фарго, Северная Дакота. (Веб-сайт:autonomoustractor.com) является роботизированный трактор без кабины управления [2]. Робот компании Blue River Technologies, Саннивейл, Калифорния (Веб-сайт: bluerivert.com) работает как культиватор [3]. Продуктом компании Agrobot, Уэльва, Испания. (Веб-сайт: agrobot.com) Agrobot SW6010 и AGSHydro является гидропонная система выращивания и сбора урожая клубники [4]. Компания Agribotix, Боулдер, Колорадо. (Веб-сайт: agribotix.com)

занимается производством дронов для точного земледелия

Agribotix Hornet Drone.Agribotix Hornet Drone Дроны сдаются в аренду кооперативам, агрономам, консультантам, руководителям хозяйств и крупным промышленным сельскохозяйственным корпорациям; они делают снимки и карты с высоким разрешением с помощью разнообразных датчиков и обрабатывают их, а также разрабатывают карты, чтобы выявить, какие места больше нуждаются в применении удобрений. Компания предлагает услуги по обработке изображений с оплатой за единицу площади для разработки карт в рамках годового контракта [5]. Это только небольшие примеры применения робототехнических средств в сельском хозяйстве.

Преимущества робототехники перед человеком следующие: большая точность и скорость выполнения операций; отсутствие усталости; возможность выполнения монотонных и тяжелых работ, работ в агрессивных средах и опасных местах, недоступных человеку; не требуется социальных расходов. И в первую очередь наращивание робототехнических средств происходит в сфере вооружении армий с целью, кроме всех вышеуказанных преимуществ, сохранения жизни солдат.

Робототехническая продукция находит все большее применение в технологиях точного земледелия (ТТЗ), которые за последние 10-15 лет широко применяются в передовых странах мира. ТТЗ позволили совершенно по иному и на другом уровне рассматривать многочисленные факторы, влияющие на рост растений, экономить затраты на семена, удобрения, ядохимикаты, воду, снижая себестоимость производимой продукции. Все большее значение в мире придается энергосберегающим технологиям, когда пахота плугом заменяется минимальной или нулевой обработкой, что сокращает энергозатраты на производство, снижает эрозию почвы. Успешно работают автоматизированные агрегаты, которые за один проход делают три-пять операций. Появилась робототехника при уборке овощных и садовых культур. Во всех конструкциях новой техники просматриваются элементы автоматизации и роботизации. Автоматизированные тележки с дистанционным управлением могут передвигаться по полям, замеряя и передавая, с учетом пространства и времени, различную информацию о растениях. Технология движения нескольких машин без водителей получила первую премию на международной выставке сельхозтехники в Гренобле в 2013 году. Ученые обсуждают проблемы, а именно - каков должен быть предел мощностей тракторных агрегатов. Маломощный, автоматически работающий агрегат дешевле и его легче заменить, он более гибкий для различных работ, работает в рациональном режиме с полной загрузкой и с большим числом часов в году, меньше оказывает разрушительных действий на почву, может успешнее работать на влажной почве, что очень важно при посеве и имеет ряд других преимуществ по сравнению с мощной техникой. В мире, особенно в Японии, Китае и в некоторых Европейских странах появляются маломощные агрегаты, практически роботы, работающие в автоматических режимах по заданным программам. Это посевная и уборочная техника, опрыскиватели и косилки, особенно в садах и при производстве овощных культур.

Рисунок 1 - Дрон для фотовидео съемки полей-

Рисунок 2 - Робот для прививки растений

Рисунок 3 - Вертикальная робот – теплица (проект)

Рисунок 4 - Робот для сбора цитрусовых

Рисунок 5 - Робот для сбора клубник

Рисунок 6 - Робот для раздачи корма

Рисунок 7 - Автоплатформы

Рисунок 8 - Автоплатформа с электропитанием от солнечных батарей

Рисунок 9 - Дистанционное управление вторым агрегатом

Выводы:

• 1.    Темпы роста производства и применения робототехнических средств в военной и гражданских отраслях очень высокие.

• 2.    Тематика научных институтов и вузов должна отражать мировой опыт исследований, включая такие направления как разработка технологий с применением роботов и “умных” машин, совершенствование технологий точного сельского хозяйства, разработка технологий с применением альтернативных источников энергии в АПК.

• 3.    Необходимо совершенствование отечественной электронной промышленности и сельскохозяйственного машиностроения, на базе которых может появится возможность создания и внедрения робототехнических средств в АПК.

• 4.    В конкурентной борьбе на мировом рынке продовольствия, победителем оказывается тот, кто, используя новейшие роботизированные технологии, сможет снижать себестоимость производимой продукции.

Академик РАН, д. с.-х. н., профессор