Úvod / Pôdohospodárstvo podľa tém / Stroje a zariadenia / Rôzne

Autonómne traktory predstavujú budúcnosť poľnohospodárstva

26-02-2021
S použitím dostupných zdrojov spracoval: doc. Ing. Jozef Ďuďák, CSc. | jozef.dudak@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre
(zdroj: Moderná mechanizácia v poľnohospodárstve 1/2021, str. 5-8)

Na otázku ohľadne budúcnosti poľnohospodárstva a v tom kontexte aj budúcnosti poľnohospodárskej techniky bolo už povedaných a napísaných veľa názorov. Mnoho z nich sa venovalo aj autonómnym strojom, teda takým, ktoré vedia pracovať bez toho, aby potrebovali obsluhu či neustály ľudský dozor.

Podľa názorov viacerých odborníkov poľnohospodárstvo začína v súčasnosti čeliť určitým limitom. Na jednej strane rastie počet populácie, ktorú treba nakŕmiť, na druhej strane pomaly dochádza k úbytku poľnohospodárskej pôdy. Na otázku, ako z tejto situácie von, sa snaží odpovedať tzv. intenzívne poľnohospodárstvo, ktorého cieľom je zvýšenie úrod a ekonomických výnosov zo stále rovnakej jednotky pôdy. Jednou z ciest, za pomoci ktorých sa presadzujú snahy o udržateľnú intenzifikáciu poľnohospodárstva, je tzv. „Poľnohospodárstvo 4.0“. Jeho pilierom sú moderné technológie s využitím umelej inteligencie a autonómnych systémov.

Hnacím motorom premeny tradičnej podoby poľnohospodárstva na nový výkonnejší typ poľnohospodárskej výroby je umelá inteligencia (UI), ktorá nastupuje v najrôznejších oblastiach a fázach poľnohospodárskej výroby - od jej prípravy, realizácie až po plánovanie a technické zabezpečenie zberu pestovaných plodín, jednoducho napísané - od monitorovania pôdy až po zber zrelých plodín. Už v súčasnosti sme svedkami toho akú obrovskú úlohu hrá UI pri získavaní informácií o stave pôdy, množstve živín alebo kvalite rastlín. V kombinácii s množstvom najrôznejších senzorov a snímačov, ale aj s využitím systémov GPS a satelitnými snímkami dochádza k spracovaniu takmer dokonalého prehľadu - o aktuálnom zložení pôdy, stave zhutnenia orničnej vrstvy alebo o množstve živín v pôde. Už v súčasnosti môže napr. farmár získať prehľad o stave pozemkov a úrody bez toho aby musel rozsiahle pozemky obchádzať. Okrem rôznych „statických“ dát získava prehľad aj o zmenách, ktoré sa na pozemku dejú - buď vďaka hustému vzorkovaniu, alebo bezdotykovým zberom informácií počas pohybu po pozemku. V kombinácii s údajmi z GPS dokážu aplikácie spracovať mapy znázorňujúce heterogénnosť pozemku. Tieto mapy následne slúžia ako podklady pre aplikačnú techniku ​​(rozhadzovače PH, postrekovače, a pod.), ktoré presne vedia, kam a v akej miere je potrebné dodať hnojivo s potrebnými chýbajúcimi živinami. Tým dochádza k redukcii plošného (často zbytočného) hnojenia.

V rámci modernizácie poľnohospodárskej techniky dominuje snaha o rozvoj tzv. autonómnych systémov. V jednoduchom vysvetlení ide o poľnohospodársku techniku, ktorá je schopná pohybovať sa sama bez fyzickej prítomnosti vodiča, alebo môže vodič naopak venovať pozornosť samotnej vykonávanej činnosti, napr. procesu zberu namiesto fyzického riadenia stroja. Čiastočne autonómne technológie sa už v súčasnosti vyskytujú napr. v osobných automobiloch alebo ťažkej dopravnej technike.

Úplne autonómny poľnohospodársky stroj je však niečím úplne výnimočným. Stroj musí byť vybavený radarom, LIDAR-om a kamerami, ktoré poskytujú informácie potrebné na naplánovanie trasy na poli. Operátor potom môže napr. za pomoci tabletu naplánovať trasu, vybrať najvhodnejší postup práce a stroj monitorovať. Ďalšou obrovskou výhodou je potom možnosť ovládať niekoľko strojov naraz. Takáto technika umožňuje aj ich kooperáciu, alebo naprogramovanie doby práce. Vďaka tomu je možné pracovať napr. aj v noci a celý proces veľmi urýchliť.

Takto využívaná UI je jedným z kľúčových prvkov zmeny tradičnej podoby poľnohospodárstva na intenzívnu formu, ktorá by mala byť schopná zabezpečiť nárast objemu výroby pri pestovaní poľných plodín. Zisk detailných informácií o stave polí a plodín, alebo programovanie poľnohospodárskej techniky k samostatnej činnosti, sú v tejto chvíli najväčšie prínosy. Možno predpokladať, že sa budú do budúcna zdokonaľovať a budú sa stávať bežnou súčasťou poľnohospodárstva.

Aj keď sa možno niekomu po prečítaní týchto úvodných riadkov bude zdať, že ide o veľmi vzdialenú budúcnosť poľnohospodárstva, nie je tomu úplne tak. Dokladom toho sú rôzne novinky napr. aj z oblasti ponuky autonómnych traktorov, ktoré predstavili ich výrobcovia v posledných rokoch.

Využitie umelej inteligencie v konštrukcii traktorov

Podľa niektorých „vizionárov“ sa blíži doba, kedy nebudú potrební ani vodiči áut, ani vodiči poľnohospodárskych strojov. Každého človeka nahradí umelá inteligencia a technológie autonómneho riadenia. V oblasti poľnohospodárstva to dáva zmysel, pretože možno ušetriť ako čas, tak aj náklady. A pole predsa len nie je cesta, kde by hrozilo veľké nebezpečenstvo. Autonómne traktory budú využívať celý rad najmodernejších technológií ako pre komunikáciu, tak i pre zabránenie možnému poškodeniu seba samého či ľudí, zvierat, a pod.

Ak vychádzame z poznatku, že prevažujúcu časť mobilnej techniky v poľnohospodárstve predstavujú súpravy tvorené traktorom s pripojeným pracovným strojom (náradím), tak autonómna prevádzka sa týka predovšetkým traktora bez obsluhy. V súčasnosti sú už takéto traktory niektorými svetovými výrobcami prezentované, aj keď pri prezentáciách nie vždy ide o stroj ako taký, ale o technológiu autonómneho stroja. Aj keď výsledky testovania vo väčšine prípadov nie sú ešte k dispozícii, výrobcovia zatiaľ dávajú aspoň nahliadnuť do nie príliš vzdialenej budúcnosti naplnenej zaujímavými nápadmi.

Autonómny traktor spoločnosti Case IH

Jedno z prvých riešení autonómneho traktora predstavila spoločnosť Case IH. Ide o známeho výrobcu poľnohospodárskej techniky, ktorý sa prezentoval konceptom nového traktora, ktorý je čiastočne autonómny. Vďaka tomu by mal výrazne uľahčiť prácu na poliach. Jedna z prvých veľkých fariem, ktorá začala tento traktor v roku 2016 testovať, bola Bolthouse farms - jeden z najväčších producentov mrkvy v Severnej Amerike.

Obr. 1

Obr. 1: Autonómny traktor spoločnosti Case IH

Autonómny traktor vo farbách Case IH je postavený na základe modelu Magnum. Dostal dizajn, ktorý používajú traktory Optum. Traktor je predovšetkým určený pre prácu, kde sa nevyžaduje zložitý zásah obsluhy, čo je napr. sejba, postrek či kosenie. Stroj je možné kontrolovať a ovládať buď prostredníctvom stolného počítača, alebo tabletu.

Autonómny traktor je vybavený radarmi, lasermi a videokamerami, ktoré slúžia pre zber dát z okolia - traktor tak vie, kde sú prekážky a ako sa im vyhnúť. Aj keď ide len o koncept, technológie v ňom použité môžu poslúžiť aj konvenčným traktorom.

Aj keď sa dajú niektoré autonómne technológie nájsť už aj na dnešných predávaných traktoroch a iných vozidlách spoločnosti Case IH, nový traktor ide opäť o niečo ďalej. Vďaka tabletu a aplikáciám môže operátor traktora vyberať medzi trasami a môže tiež monitorovať jeho polohu. Keďže takéto typy traktorov sú schopné jazdiť samostatne, operátor ich môže ovládať niekoľko naraz. Traktor je totiž schopný pracovať samostatne a pošle len upozornenie, pokiaľ nastane nejaká neočakávaná situácia. Operátor potom môže rozhodnúť o ďalšom postupe.

Autonómny traktor spoločnosti Yanmar

Už v októbri roku 2018 predstavila spoločnosť Yanmar po rokoch vývoja sériovú verziu autonómneho traktora radu 2, ktorý zahŕňa niekoľko modelov s rôznou výbavou - YT488A (88 koní), 498A (98 koní), 4104 (104 koní) a 5113 (113 koní). Traktory sú vybavené inovatívnymi informačnými a komunikačnými technológiami (IKT) spoločnosti Yanmar. Táto technológia využíva presné údaje o polohe a robotickú technológiu. Traktory vraj dokážu významne zvýšiť efektivitu hospodárenia a dosiahnuť aj významné pracovné úspory.

Traktory sú k dispozícii s funkciou „Auto“, čo je vlastne traktor vybavený vyvinutým systémom GPS riadenia. Vodič musí preto zostať v kabíne. Túto funkciu možno tiež upgradovať na úplne autonómnu technológiu „Robot“. Traktor potom dokáže na poli pracovať úplne samostatne alebo tzv. „roji“, teda spoločne s ďalšími takýmito traktormi. K dispozícii sú dva režimy autonómnej prevádzky. Prvý režim riadi traktor a zastavuje ho a ovláda otáčanie na úvrati. U druhého režimu sa otáčanie vykonáva ručne, ale jazda tam a späť na záhone je autonómna. Medzi týmito funkciami možno prepínať.

Obr. 2

Obr. 2: Pohľad na ovládací panel traktora Yanmar

Ovládanie traktora sa deje prostredníctvom odolného 10-palcového tabletu. Ten tiež umožní to, aby jedna obsluha riadila dva traktory zároveň. Zaistenie bezpečnosti pre osoby v blízkosti robotického traktora zaisťuje sústava senzorov a varovných signálov. Čo je zaujímavé, je fakt, že kto vlastní traktor Yanmar, môže ho upgradovať na vyššie uvedené verzie (v závislosti od modelu).

Futuristický traktor Kubota

Možný smer vo vývoji traktorov naznačil japonský výrobca poľnohospodárskej techniky Kubota, ktorý predstavil svoj X Tractor, alebo tiež Dream Tractor. Používané sú zatiaľ obidva názvy. X Tractor podľa svojich „zhotoviteľov“ dokáže nielen úplne sám obrábať polia, ale vie aj automaticky upravovať svetlú výšku, rovnako ako upravovať svoje ťažisko, podľa aktuálnych potrieb.

Obr. 3

Obr. 3: X Tractor spoločnosti Kubota

Už na prvý pohľad je vidieť, že takéto „vozítko“ by budilo veľkú pozornosť aj na ceste, nieto ešte na poli. Na prvý pohľad môže jeho dizajn pripomínať skôr snežný skúter, a to ako pre tvar, tak aj pásy, ktoré boli použité miesto klasických kolies.

Nie je to však len futuristický vzhľad, ktorý zaujme na prvý pohľad, ale je to tiež v súčasnej dobe stále ešte futuristický pohon, ktorý ho charakterizuje. Kubota Dream Tractor je poľnohospodárskym strojom na elektrinu. Podľa japonskej značky je rovnako ako v elektromobilizme, tak aj vo svete poľnohospodárstva elektrina budúcnosťou. Nechýbajú tak napríklad solárne panely, ktoré pomôžu nabíjať akumulátory aj za bežnej prevádzky na poli. Takto môže vyzerať budúcnosť ekologického poľnohospodárstva.

Autonómia v podaní spoločnosti John Deere

Ani známy výrobca poľnohospodárskej techniky, spoločnosť John Deere, nie je v oblasti autonómnych traktorov pozadu.

Už v apríli 2018 produktový inžinier divízie elektrických pohonov John Deere prezradil médiám, že v spoločnosti pracujú na 100% autonómnom elektrickom traktore. Bola to veľmi zaujímavá informácia, pretože John Deere sa do jedného stroja snažil skĺbiť dve aktuálne technológie, ktoré hýbu svetovým priemyslom - elektrifikáciu a autonómiu. Ešte zaujímavejšie bolo, že John Deere až doteraz nikdy nepredstavil vlastnú víziu autonómneho traktora (viacerí veľkí svetoví hráči už áno). V rámci prezentácie v Kaiserslauterne predstavil potom John Deere elektrický autonómny traktor, ktorý bol vyvinutý v rámci programu GridCON. V rámci tohto programu sa vyvíja nová generácia poľnohospodárskych strojov.

Svojráznym riešením predstaveného traktora bolo to, že nemal akumulátor. Namiesto akumulátora za sebou traktor ťahal napájací kábel, čím John Deere predišiel problémom spojeným s nízkou kapacitou batérií. Ťahanie kábla a jeho namotávanie obstaráva automatika umiestnená na ramenách tak, aby sa nepriplietol do pracovného priestoru traktora. Táto technológia nie je nič nové, pretože na podobnom princípe fungujú napríklad aplikátory digestátu za pomocou aplikačných ťahaných hadíc.

Obr. 4

Obr. 4: Autonómny elektrický traktor John Deere

Stroj je napájaný jednosmerným prúdom z rozsahu stredného napätia. Vo vnútornej sieti traktora je prevedený na 700 voltov. Traktor môže byť vybavený káblom o dĺžke 1 km. Výkon elektrického traktora nie je zlý - menej ako 300 kW (408 k). Dve tretiny tejto kapacity je k dispozícii pre závesnú techniku. Pre zaistenie bezpečnosti je traktor vybavený radom senzorov. Stroj nemá žiadnu kabínu, vznetový motor a palivovú nádrž, takže hmotnosť je značne znížená.

Elektrický autonómny traktor je teoreticky lacnejší ako bežný traktor. V súčasnosti sú však požadované snímače pre také stroje ešte relatívne drahé. Ak by sa však rozšírila výroba takýchto zariadení, náklady by mali klesnúť.

Ďalšiu novinku predstavil John Deere v rámci výstavy Agritechnica 2019. Ide o prototyp elektrického dvojpásového traktora Joker, ktorý využíva dva elektromotory (jeden pre každú pásovú jednotku). Nová koncepcia autonómneho traktora John Deere je veľmi kompaktná jednotka elektrického pohonu s integrovaným príslušenstvom. Traktor má celkový výkon 500 kW a môže byť vybavený kolesami alebo pásmi. Vďaka elektrickému pohonu nevznikajú žiadne prevádzkové emisie a úroveň hluku je extrémne nízka. Medzi ďalšie výhody patria nízke náklady na opotrebenie a údržbu.

Podľa informácií poskytnutých zástupcom výrobcu „vysoká spotreba elektriny stále zostáva jedným z technických problémov. Traktor má celkový výkon 500 kW a môže byť vybavený buď kolesami, alebo pásmi. Za účelom zníženia utuženia pôdy je možné prispôsobiť zaťaženie stroja od 5 do 15 ton v závislosti od použitia," uvádza spoločnosť Strom Praha.

V poloautonómnom prevedení sa traktor prezentoval s integrovaným postrekovačom. Pomocou vstavanej kamery je možné pracovať na riadkových plodinách - napríklad aplikáciou prípravkov na ochranu rastlín v ovocných sadoch. Plnenie nádrže postrekovača prebieha úplne automaticky na čerpacej stanici. Obsluha tak nie je vystavená nebezpečným látkam a zároveň sa zvýši produktivita až o 30%.

Obr. 5

Obr. 5: Autonómny a elektrický traktor Joker

Záver

Bezpilotné traktory, robotické traktory či traktory bez vodiča sú témy, ktoré sa v médiách v súvislosti s novými trendmi v poľnohospodárstve ukazujú v poslednej dobe relatívne často. Nie je to ale tak dávno, čo bol ešte len vytvorený prvý moderný traktor na svete. Svetlo sveta uzrel v roku 1892 a jeho vynálezca John Froelich doň namontoval klasický benzínový motor. Do tej doby boli pre veľké stroje používané predovšetkým parné motory, takže onoho času táto novinka doslova zmenila poľnohospodárstvo do tej podoby, ktorú poznáme dnes.

Dnešné traktory nemajú takmer nič spoločné s tými z prelomu 19. a 20. storočia. Súčasní poľnohospodári často investujú do moderných strojov, aby zvýšili produktivitu a efektivitu svojej práce, ktorá sa premietne do finančných výsledkov. Nové technológie sa preto objavujú čoraz častejšie.

Ešte pred dvadsiatimi rokmi bol traktor s GPS skôr raritou. Dnes? Realita všedných dní. Automatizácia a modernizácia poľnohospodárstva tlačí na farmárov, aby začali používať nové technológie. Veľkú zásluhu na celkovej modernizácii poľnohospodárskych strojov majú aj súčasné traktory. Výkon ich motorov prevyšuje hodnotu 500 koní a interiéry pripomínajú kokpit lietadla či lode. Poľnohospodári môžu využívať automatické navigácie a systémy, ktoré im na poli významne uľahčujú prácu.

Najmä navigácie a označovanie pomocou GPS súradníc prinieslo do poľnohospodárstva malú revolúciu. Okrem toho tieto satelitné technológie môžu sledovať traktor a jeho polohu v reálnom čase na poli. Keď sú tieto informácie navyše skombinované s dátami o hnojení, minerálnom zložení pôdy, výseve, chorobách rastlín, atď. navyše s presnosťou na centimetre, tak dostáva poľnohospodárska činnosť úplne nové dimenzie. Na základe dát zo senzorov, ktoré sú priebežne aktualizované a dopĺňané, počítače určujú napríklad trasu a prevádzkové parametre postreku.

Na úplne autonómne využívanie traktorov si ešte asi chvíľu počkáme, ale už v blízkej budúcnosti určite budeme svedkami uplatnenia niektorých pokrokových prvkov vyvíjaných v súvislosti s autonómnou technikou aj na štandardných traktoroch s ľudskou obsluhou. Či to bude posunutie komunikácie na ďalšiu úroveň, či pasívny alebo aktívny systém ochrany pred kolíziou s prekážkou, to všetko umožnia nové technológie s cieľom zvýšiť efektivitu práce traktorov i bezpečnosť prevádzky. Takže radar či LIDAR, čo je označenie pre vysoko moderný systém kontroly okolia pomocou laseru, môžu chrániť traktor pred nárazom do prekážky, ak by napríklad vodič zaspal, alebo v prípade potreby práce pri zníženej viditeľnosti.