High-tech revolúcia v poľnohospodárstve: trendy robotiky
Podľa prieskumu odborného časopisu „Agrar Today“ 82 percent farmárov predpokladá, že stroje budú v budúcnosti vykonávať poľné práce autonómne. „V robotike je veľký potenciál,“ hovorí poľnohospodársky expert Horst-Henning Steinmann z univerzity v Göttingene. „20 alebo 30 rokov boli roboty len víziou, teraz prichádzajú na trh prvé prototypy a modely“.
Roboty môžu siať, plieť burinu alebo zbierať úrodu. Napríklad americký start-up Abundant Robotics chce spolu s poľnohospodárskou skupinou Baywa použiť prvé prototypy na zber jabĺk v Nemecku už o dva roky. „Ide o dosiahnutie vyššej úrody z hektára, zlepšenie pracovných podmienok a splnenie meniacich sa spoločenských požiadaviek,“ hovorí Jörg Migende, Chief Business Development Officer Baywa Agrar.
Poľnohospodári čelia hmatateľným problémom: chýbajú pracovníci. Ako obrábať polia, chrániť pred škodcami a prinášať úrodu? „Burina sa kedysi odstraňovala motykou,“ hovorí šéf Fendt Gröblinghoff. „To už nikto nechce robiť, farmári si nevedia nájsť robotníkov.“ A to neplatilo len v časoch corony...
Nedostatok pracovnej sily sa bude zvyšovať. Manuálnej práce na poli či v sadoch je čoraz viac. V smernici „Farm To Fork“ EÚ požaduje od farmárov, aby do roku 2030 drasticky znížili spotrebu hnojív a prípravkov na ničenie buriny. Podľa špecifikácií federálneho ministerstva pôdohospodárstva by sa do roku 2035 malo ekologicky obhospodarovať 20 percent plôch, čo je dvakrát viac ako dnes.
Nielenže sa sprísňujú predpisy, ale meniaci sa dopyt formuje aj poľnohospodárstvo. Trh s biopotravinami rýchlo rastie. Podľa čísel Asociácie biopotravín sa ich tržby v Nemecku v roku 2019 vyšplhali na viac ako sedem miliárd eur, čo predstavuje nárast tržieb o viac ako jedenásť percent. V Nemecku medzitým ekologicky funguje 33 700 fariem, čo je každá ôsma. Počet ekologických farmárov vlani vzrástol o 6,3 percenta. Kto však urobí všetku prácu, ktorú doteraz robila chémia? Riešením by boli roboty.
Uprostred technologickej revolúcie sa poľnohospodárstvo ako primárny výrobca čoraz viac obracia na robotiku, aby dokázalo čeliť rôznym výzvam. Poľnohospodárstvo zápasí s množstvom problémov: ako pokryť náklady a zároveň produkovať dostatok potravín za konkurencieschopné ceny na nakŕmenie svetovej populácie? Ako nájsť dostatok pracovnej sily na zber, keď pandémia obmedzuje pohyb pracovníkov? Ako napĺňať očakávania predajcov potravín, spotrebiteľov a vlád v oblasti udržateľnosti a stále dosahovať zisk? Inovatívne technológie a automatizácia môžu pomôcť zmierniť niektoré z týchto výziev, ako ukazuje nasledujúci súhrn najnovších trendov v oblasti robotiky.
Globálny trh s poľnohospodárskou robotikou
Celková hodnota globálneho trhu s poľnohospodárskou robotikou podľa predpovedí porastie z 1,9 miliardy USD v roku 2019 na 7,7 miliardy USD v roku 2025. USA, Európa, Austrália a Japonsko sú najvýznamnejšie regióny, ktoré už využívajú robotické systémy a autonómne poľnohospodárske technológie na nahradenie ľudskej práce pri bežných farmárskych úlohách. Zatiaľ čo robotické systémy sú už v mliekarenskom priemysle dobre zavedené, oblasť ochrany rastlín a zberu úrody to v priebehu nasledujúcich piatich rokov rýchlo dobehne. Prvý katalóg robotiky vo svete od Future Farming predstavil 35 poľných a zberových robotov, ktoré by mali byť dostupné na kúpu, lízing alebo prenájom už od tohto roku. Ich výrobcovia priniesli na polia už takmer 2 000 týchto systémov v cenách od 9 995 do 590 000 eur.
Roboty na zber sú obzvlášť dôležité pre plodiny vysokej hodnoty, ako je víno, kde tradičný zber vyžaduje veľa času a úsilia. Inovácie, ako je nanotechnológia, materiálová veda a mechatronika, umožňujú robotom nielen rozpoznať ovocie a posúdiť stupeň jeho zrelosti, ale ho aj uchopiť a oberať bez toho, aby ho poškodili.
Podľa Future Farming by sa zberové roboty a dokonca aj zberové drony mohli v blízkej budúcnosti použiť na plodiny ako brokolica, citrusy, karfiol, kivi, paradajky, uhorky, paprika, šalát, mango a vodné melóny. Niektoré poľné roboty môžu dokonca prevziať úlohy od traktorov, ako je obrábanie pôdy, siatie, údržba plodín a kosenie.
Automatizácia v poľnohospodárstve - príležitosti a limity
Diaľkovo ovládaný kombajn, plne automatizovaný systém dojenia, vinohradnícke roboty: utópia alebo takmer realita v našom poľnohospodárstve? Použitá technológia je stále obmedzená na automatizované systémy riadenia, ktoré uľahčujú prácu vodiča. Existujú však aj iné nápady: Američan sníva o mnohých malých poľnohospodárskych robotoch namiesto niekoľkých veľkých strojov. Autonómne pracujúce miniroboty môžu napríklad samostatne sadiť - a ich technológia chráni pôdu, ktorú ľahké pavúčie nohy neutužia. Okrem takýchto prototypov sa používajú aj hmatateľné stroje a vývoj, ktoré pracujú s rôznym stupňom automatizácie a farmárov veľa odbremenia.
Robotizácia v rastlinnej výrobe
Rozsiahle možnosti pre automatizáciu a uplatnenie robotov ponúka predovšetkým rastlinná výroba a o niektorých robotických systémoch už bolo písané aj na stránkach nášho časopisu. Zásadným prínosom pre automatizáciu poľnohospodárskych prác na veľkých plochách bolo zavedenie GPS navigácie a korekcia RTK. Logickým krokom v ďalšom rozšírení a uplatnení navigácií bolo autonómne otáčanie strojov na úvrati a s tým spojené ovládanie náradia (úvraťový manažment). Nasledovali variabilné aplikácie, založené na snímaní rastlín, pôdy alebo ďalších vlastností porastov v reálnom čase a následnej okamžitej reakcii na daný stav, alebo využitie vopred pripravených aplikačných máp. Významnú kapitolu vo vývoji predstavovalo automatické ovládanie sekcií aplikačnej techniky. Ďalším krokom boli snahy o uplatnenie autonómnej prevádzky strojov.
V súčasnosti už existujú príklady bezobslužných kombajnov alebo traktorov, zdokonaľujú sa poľnohospodárske stroje s riadením na diaľku. Na trhu sú dnes už kombajny a traktory s navádzaním i podľa laserového autopilota, ktorý rozlíši miesta pre zber, pomocou počítačov sa dá sledovať výška úrody, skúmať heterogenita pozemku, alebo napr. vytvárať úrodová mapa.
Stále platí, že plodiny s vysokou hodnotou (vrátane rôznych odrôd šalátu, jahôd, čučoriedok, pomarančov a iných citrusových plodov a hrozna) sa javia ako najlepšie obchodné prípady pre roboty na kontrolu buriny. Tieto roboty sú užitočné najmä tam, kde strmý terén predstavuje nebezpečenstvo pre pracovníkov a stroje. Vďaka vysoko presnej technológii môžu roboty na ničenie buriny dokonca aplikovať presne odmerané dávky herbicídu na burinu, ale nie na plodiny, čím sa drasticky zníži množstvo použitého herbicídu. Už boli vyvinuté a predstavené roboty napr. aj na odstraňovanie burín, ktoré automatizujú celý rad rôznych spôsobov odstraňovania burín. Takéto roboty rozpoznávajú akúkoľvek burinu (pomocou nástrojov na analýzu obrazu) a pohybujú sa po poli pomocou senzorov a kamier, pričom sa pohybujú na pneumatikách alebo pásoch, aby sa predišlo poškodeniu pôdy a kultúrnych rastlín.
Robotizácia v živočíšnej výrobe
Živočíšna výroba predstavuje prácu so živými tvormi, o ktoré sa treba starať každodenne. V posledných rokoch je však poľnohospodárstvo konfrontované so stále väčším nedostatkom pracovníkov v živočíšnej výrobe. Farmári majú preto snahu využívať automaty aj roboty na všetkých úrovniach, a to od označenia zvierat senzormi cez kŕmenie a dojenie až po reguláciu mikroklímy.
Obojok zvieraťa môže okrem detekcie ruje, doby príjmu krmiva a prežúvania podávať aj informácie aj o presnej polohe zvieraťa, či už pomocou súradníc GPS u zvierat na pastvine či nadefinovaných sektorov stajne u ustajnených zvierat.
K dispozícii sú aj automatizované kŕmne roboty, ktoré je možné naprogramovať tak, aby dávali rôzne kŕmne zmesi (mlieko, siláž, tvrdé krmivo) vo vopred nastavených časoch dňa. To môže pomôcť zlepšiť príjem krmiva, plodnosť zvierat, produkciu a zdravie, a vedie to teda nielen k zníženiu potreby pracovnej sily. Takmer štandardom v modernom managemente chove dobytka sú systémy prihrňovania krmiva robotickým prihrňovačom.
Nastielací robot pre automatické nastielanie boxových lóži využíva pre svoj pohyb koľajnicové vedenie nad ležiskovými boxami. Pre robotické nastielanie podstielky je možné zvoliť buď slamu, či separát. Robot je úplne naprogramovateľný, dokáže rozptýliť materiál podstielky na určené miesto a v daný čas.
Okrem bežných zhrňovacích lopát je trendom posledných rokov zavádzanie robotických pomocníkov aj pre zabezpečenie čistoty pohybových chodieb. Tieto zariadenia sú určené buď pre zhrňovanie, alebo odstraňovanie, respektíve zber výkalov na zaroštovanej aj plnej, napr. celobetónovej podlahe.
Automatické kŕmenie a systémy čistenia maštalí tiež pomáhajú zvyšovať efektivitu pri výrobe mlieka.
Keďže roboty na dojenie pomáhajú zvyšovať produktivitu a dojivosť, chovatelia mlieka prechádzajú od tradičných k automatizovaným metódam dojenia, aby na jednej strane uspokojili exponenciálny nárast globálneho dopytu po mlieku a na druhej strane riešili nedostatok pracovnej sily. V nadchádzajúcich rokoch sa očakáva výrazný posun podielu na trhu od jednotlivých strojov k viacnásobným systémom a nakoniec k moderným rotačným dojacím systémom. Okrem už veľmi známych dojacích robotov sú v posledných rokoch zavádzané do chovov robotizované kruhové dojárne.
Využívajú sa automatické prvky pre riadenie mikroklímy v stajni, ako sú systémy sťahovania a vyťahovania bočných plachiet, automatickej ventilácie za pomoci axiálnych či horizontálnych ventilátorov, či systémy ochladzovania zvierat pomocou hmlu vytvárajúcich zariadení napojených na senzory pohybu.
Automatizovaný systém pásového pasenia posúva elektrické oplôtky pomocou dvoch robotov, aby sa zabezpečilo úplné pasenie. Roboty sú napájané solárnymi panelmi a vzájomne komunikujú pomocou Bluetooth. Cieľom robotov je maximalizovať využitie pasienkov pohybom rýchlosťou, ktorá zaisťuje, že sa spotrebovalo všetko krmivo.
Drony/bezpilotné lietadlá (UAV)
Vzhľadom na rastúci význam dronov v poľnohospodárskych aplikáciách sa očakáva, že svetový trh s poľnohospodárskymi dronmi bude naďalej rásť. Okrem iných poľnohospodárskych úloh sa drony, známe aj ako „Unmanned Aerial Vehicles“ (UAV), používajú najmä na zber údajov na analýzu pôdy, výsadbu, kontrolu škodcov, monitorovanie plodín, zavlažovanie a hodnotenie zdravotného stavu hospodárskych zvierat. Klesajúce ceny komponentov a zlepšenie stability a spoľahlivosti dávajú dôvod očakávať, že sa na trhu objavia ďalší dodávatelia s relatívne lacnými ponukami, najmä z Číny.
Pri vývoji technológie dronov v európskych podmienkach hrá kľúčovú úlohu Švajčiarsko. Týka sa to predovšetkým vývoja senzorovej technológie, riadenia dronov a spracovania dát, kde sú stanovené medzinárodné štandardy. To platí aj pre judikatúru. Podľa dostupných informácií je Švajčiarsko zatiaľ jedinou európskou krajinou, ktorá má oficiálne schválenie pre postrekovacie drony v poľnohospodárstve, a preto je vyhľadávaným kontaktom pre medzinárodnú štandardizáciu.
Cenové modely robotiky ako služby
Ziskovosť poľnohospodárskych robotov bude vo veľkej miere závisieť od toho, či farmári a výrobcovia považujú robotiku za produkt (robot ako produkt, RaaP) alebo ako službu (robot ako služba, RaaS). Inými slovami, či považujú investíciu za kapitálový náklad alebo za prevádzkový náklad. Mnoho farmárov sa stále riadi modelom Capex a nakupuje stroje priamo od výrobcu. Očakáva sa však, že vysoká flexibilita a nižšie náklady spojené s modelom RaaS časom zmenia tento postoj, najmä ak výrobcovia robotiky ponúknu cenový model RaaS na zvýšenie akceptácie a finančnej dostupnosti robotiky v poľnohospodárstve.
V súčasnosti sa v už spomínanom Švajčiarsku presadzujú cenové modely pre drony ako službu, pretože externí poskytovatelia služieb čoraz viac zaraďujú do svojho sortimentu prenájom a prevádzku takýchto zariadení. Tento model drone-as-a-service je ekonomickejší pre menšie farmy a sleduje súčasný trend zdieľania aktív v poľnohospodárstve.
Budúcnosť poľnohospodárstva je jednoznačne v zavádzaní nových technológií
Rad nových myšlienok alebo technologických vymožeností však naráža pri svojom uplatnení na jeden významný problém, a tým je veková štruktúra pracovníkov v poľnohospodárstve. V súčasnosti prevažuje veková skupina 45 - 59 rokov, ktorá predstavuje viac ako 40% pracovnej sily, nasledovaná pracovníkov vo veku 30 - 44 rokov, ktorých je v poľnohospodárstve celých 30%. Pre staršiu generáciu je často problém prijať nové riešenia, alebo prístrojové vybavenie, a s výpočtovou technikou nedokáže pracovať s takou samozrejmosťou ako generácia podstatne mladšia. Pritom poľnohospodárska technika dnes predstavuje absolútnu špičku v technickom pokroku.
Nastupujúci trend robotizácie v poľnohospodárstve je preto spojený s predpokladom oslovenia mladšej generácie a jej angažovaním sa v poľnohospodárskom sektore, pričom moderné technológie a výpočtová technika môžu zatraktívniť prácu v tomto odbore. Taktiež poľnohospodársky výskum a vývoj musia jednoznačne smerovať do podpory a väčšieho využívania moderných technológií.
Záver
Podobne ako iné odbory, je tiež poľnohospodárstvo v súčasnosti vystavené niekedy protichodným predstavám. Na jednej strane je tlak spoločnosti a spotrebiteľov na znižovanie energetických a materiálových vstupov, a to v spojení s dôrazom na udržateľné hospodárenie citlivé ku krajine, na druhej strane rastú nároky na vyššiu efektivitu a produktivitu celého odvetvia. A zatiaľ čo do roku 2050 sa očakáva nárast svetovej populácie o viac ako štvrtinu na 9,7 miliárd ľudí, zamestnanosť v poľnohospodárstve neustále klesá a len na Slovensku sa počas uplynulých sto rokov znížila zo 70% na necelé 2%. Dosiahnutie týchto cieľov iba s využitím súčasných a tradičných metód poľnohospodárstva sa ukazuje ako ťažké a preto je logické, že aj v tomto odvetví sa digitálne technológie, robotika a automatizácia stále viac uplatňujú ako jeden zo spôsobov, ako zvýšiť potenciál poľnohospodárskej produkcie.
Úplná automatizácia v poľnohospodárstve je stále do značnej miery snom budúcnosti a určite bude ešte v budúcnosti podliehať mnohým limitom. Napr. chov a manipulácia so zvieratami sú citlivé oblasti činnosti, v ktorých zdravý rozum a intuíciu nemožno vždy nahradiť výkonom strojov a výpočtovou silou počítačov. Vo všetkých poľnohospodársky vyspelých krajinách budú kombajny, traktory a iné konvenčné veľké stroje určite dominovať na poľnohospodárskej scéne ešte dlhé roky. Bude kľúčové presne vedieť posúdiť, ktoré sieťovanie a automatizácia vo výrobnej organizácii (podniku) povedie k skutočnému zjednodušeniu práce a vyššej efektívnosti. Náklady na inteligentné poľnohospodárske zariadenia sú vysoké, a rovnako ako v iných oblastiach je najvyššou prioritou výpočet nákladov a výnosov. Automatizované riadiace systémy však nepochybne majú obrovský potenciál v poľnohospodárstve a otvárajú farmárom mnoho ekonomicky atraktívnych príležitostí.