Úvod / Pôdohospodárstvo podľa tém / Stroje a zariadenia / Rôzne

Aktuálne inovačné trendy v poľnohospodárstve

14-02-2022
S použitím dostupných zdrojov spracoval: doc. Ing. Jozef Ďuďák, CSc. | jozef.dudak@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Podľa niektorých literárnych zdrojov sa poľnohospodárska prax blíži k prahovému okamihu, keď nová vlna technológií prispeje v praxi k revolúcii, ktorá je porovnateľná s revolúciou vyvolanou rozšírenou mechanizáciou. Táto nová revolúcia, ktorá sa pracovne označuje ako „Poľnohospodárstvo 4.0“, bude mať za následok postupné nahrádzanie manuálnej ľudskej práce vyspelými technológiami fungujúcimi na princípoch využívania integrovaných informácií. Zároveň dôjde aj k výraznejšej integrácii poľnohospodárskych podnikov do potravinového dodávateľského reťazca, ktorý bude prepojený viac ako kedykoľvek predtým.

V doterajšej histórii ľudstva všetky priemyselné revolúcie významným spôsobom zasiahli aj do poľnohospodárstva. Nie inak je tomu aj v súčasnosti. U aktuálne vyrábanej techniky ​​je zreteľné rozširovanie inteligentných technológií, ktoré ponúkajú nové možnosti, ako šetriť náklady, ako zvýšiť efektivitu práce a ako čo najmenej zaťažiť životné prostredie. Tak, ako už dlhšie hovorí o 4. priemyselnej revolúcii (INDUSTRY 4.0 – Priemysel 4.0), preberajú túto rétoriku aj niektorí výrobcovia techniky pre oblasť poľnohospodárstva a začínajú hovoriť o AGRICULTURE 4.0 (Poľnohospodárstvo 4.0) - teda o zapojení jednotlivých strojov a techniky do inteligentnej, dátovo prepojenej siete. Problém s týmto spojený je však spracovanie dát - sme schopní získať veľké množstvo dát, ale z nich len obmedzené množstvo podstatných informácií. Vzhľadom k veľkému objemu dát vzniká aj problém s ich spracovaním. Fenomén BIG DATA tak postupne prenikol aj do oblasti poľnohospodárstva.

Jednotiacim prvkom ďalšieho vývoja poľnohospodárskych strojov sú a budú jednoznačne informačné technológie a elektronické riadiace systémy. Či už ide o ISOBUS, ktorý sa postupne stáva naozaj štandardom presne tak, ako bol pôvodne vytvorený cez telemetrické systémy s možnosťou sledovania (a neskôr možno aj ovládania) strojov v reálnom čase pomocou vzdialeného prístupu. Uveďme aspoň niekoľko príkladov technológií, ktoré budú pravdepodobne viesť túto revolúciu a budú mať zásadný vplyv na poľnohospodárske postupy.

Presné poľnohospodárstvo

Už aj v praxi sme si zvykli na používanie termínu „presné poľnohospodárstvo“, ktorým sa označuje nový systém hospodárenia na pôde umožňujúci prispôsobiť vykonávané pracovné operácie pri pestovaní poľných plodín tzv. priestorovej variabilite. S týmto systémom hospodárenia je spojená snaha dosiahnuť čo najlepšie úrody poľnohospodárskych plodín a zlepšiť odolnosť rastlín voči chorobám a škodcom, pritom čo najmenej zaťažiť životné prostredie a zároveň vziať do úvahy premenlivé vlastnosti porastu a pôdy: inými slovami používať hnojivá, alebo pesticídy len tam, kde je to skutočne potrebné a len v nevyhnutnom množstve. To všetko vedie k zmene zaužívaných spôsobov hospodárenia z minulých rokov a k využívaniu najmodernejšej techniky a technológií v poľnohospodárskej praxi.

Moderný systém hospodárenia na pôde zahŕňa celý rad technológií, ktoré sa snažia zlepšiť presnosť a efektívnosť poľnohospodárskych procesov. Všetky technológie, ktoré prispievajú k tomuto prístupu, sú navrhované tak, aby poskytovali údaje, ktoré sa následne premieňajú na poznatky, ktoré potom (teoreticky) vedú k lepšie informovanému rozhodovaniu. Tieto rozhodnutia sa môžu robiť v prítomnosti alebo neprítomnosti človeka v závislosti od charakteru úlohy. A to je základ automatizácie vychádzajúci z využívania prvkov umelej inteligencie.

Vo svojej podstate ide o systém, ktorý je schopný neustále zlepšovať presnosť alebo efektívnosť úlohy na základe prijatých údajov. Údaje, na základe ktorých sa prijímajú rozhodnutia, sa zbierajú pomocou celého radu snímacích technológií vrátane environmentálnych senzorov, snímačov plodín, zobrazovacej technológie (vrátane pokročilého zobrazovania viacnásobným - hyperspektrálnym zobrazovaním), snímačov zariadení (napríklad tých, ktoré sú pripojené k poľnohospodárskym strojovým zariadeniam), GIS a súvisiacich sietí. Inteligentné snímače plodín analyzujú veľké množstvo premenných týkajúcich sa zdravia rastlín, ako sú napríklad potreba vody, elektrická vodivosť pôdy, zhutnenie pôdy, obsah organických látok v pôde, prístupnosť dusíka pre rastliny a pod. Napríklad optické senzory merajú odrazivosť svetla od plodiny, ktorá sa potom môže využiť pri stanovení hladiny dusíka. V minulosti mohol napr. poľnohospodár stratiť veľkú časť úrody jahôd v prípade objavenia sa neočakávaných mrazov. Avšak so senzormi, ktoré merajú pôdnu vlhkosť, teplotu vzduchu a vlhkosť, a upozorneniami odosielanými do smartfónu, je možné včas prijať preventívne opatrenia.

Uvedené systémy už prinášajú prvé výsledky. Napr. pestovatelia špargle v Kalifornii využili inteligentné senzory v spojení s IoT (internet vecí) a LoRa (bezdrôtová dátová komunikačná služba s dlhým dosahom) na zvýšenie hektárových úrod a konečných výnosov pri súčasnom znížení spotreby vody o 6% a súčasnom zdvojnásobení úrod.

Získavané informácie môžu byť použité v rôznych oblastiach. Napríklad v poľnohospodárskom podniku sa dajú použiť na plánovanie premávky (pohybu) na farme tak, aby jednotlivé trate mohlo používať väčšie množstvo poľnohospodárskych vozidiel, čím by sa znížili problémy spojené so zhutnením pôdy a došlo by aj k zvýšeniu efektívnosti procesu, alebo sa môžu automatizovať procesy, ako je prekladanie úrody pomocou synchronizácie pohybov (polohovania) viacerých vozidiel. Už v súčasnosti sa využívajú podrobné informácie o zmenách okolitých podmienok, ktoré sú interpretované strojovým zariadením aplikujúcim hnojivo, čo umožňuje jeho použitie v rôznych kvalitách vzhľadom na existujúcu chémiu pôdy, s tým sú spojené finančné a environmentálne úspory.

Všetky tieto technológie snímania sa stávajú menšími, robustnejšími, lacnejšími a presnejšími, čo vedie k dátovej revolúcii, ktorá zmení spôsob prijímania rozhodnutí. V spojení s vývojom automatizácie by táto revolúcia údajov mohla viesť k poľnohospodárstvu s relatívne malou potrebou ľudskej práce. Prvé pozitívne výsledky v tejto oblasti už boli dosiahnuté v rámci experimentálnych pokusov na farmách nielen v zahraničí, ale už aj u nás.

Automatizácia, robotika a moderné poľnohospodárske stroje

Ústredným bodom procesu implementácie princípov presného poľnohospodárstva je vývoj hardvéru a softvéru, ktorý umožní vykonávanie procesov. Informácie majú svoj význam iba vtedy, ak je možné ich použiť na zlepšenie procesu alebo úlohy. So spresnením satelitnej navigácie, dostupnosťou internetu a možnosťami modernej senzorovej a výpočtovej techniky dostal celý rad pôvodných myšlienok presného poľnohospodárstva úplne nový impulz a aj v poľnohospodárstve v súčasnosti prebieha zavádzanie technológií, pre ktoré sa vžil pojem „smart“, prípadne „4.0“. Práve odkaz na 4. priemyselnú revolúciu dokladá, aké výrazné zmeny vo výrobných a spoločenských procesoch, vrátane poľnohospodárstva, možno očakávať.

V súčasnosti sa pozornosť upriamuje smerom k robotizácii a využitiu autonómnych systémov, výrazná je tiež požiadavka na zber dát, ich spracovanie, ukladanie, zdieľanie a využitie. Do istej miery možno povedať, že Poľnohospodárstvo 4.0 predstavuje logické pokračovanie technológií precízneho poľnohospodárstva.

Robotika predstavuje oblasť s najväčším potenciálom na umožnenie automatizácie. Roboty môžu buď zbierať informácie sami pomocou palubných senzorov, alebo môžu byť pripojení k dátovým systémom, ktoré ich odosielajú pomocou mobilných informačných technológií (napr. mobilné siete 4G/5G). Použitie robotov znižuje celkové spoliehanie sa na ľudskú prácu, ale umožňuje tiež presunúť ľudskú prácu na úlohy, ktoré si vyžadujú ľudskú intuíciu a rozhodovanie, čo roboty zatiaľ nemôžu (a možno nikdy nebudú) schopní dosiahnuť. Najpokročilejšie roboty budú schopné zhromažďovať informácie pri ich prevádzke a porovnávať získané údaje s predchádzajúcimi verziami, ako aj s centrálnymi databázami, aby sa „naučili“, ako efektívnejšie dokončiť úlohu. Výsledkom tohto typu umelej inteligencie bude stále vyššia miera účinnosti a mohla by vyústiť do nových metód/prístupov k poľnohospodárstvu založených výlučne na údajoch.

Robot je jednoducho akékoľvek zariadenie schopné vykonávať úlohu bez potreby akejkoľvek ľudskej práce. Roboty siahajú od statických strojov v továrni až po systémy s obmedzenou pohyblivosťou, ako sú robotické dojárne, alebo až po mobilné zariadenia, ktoré vykonávajú úlohy v teréne, ako je sejba semien, plečkovanie burín, alebo aplikácia herbicídov. Existuje niekoľko príkladov robotov, ktoré sa vyvíjajú, alebo sú už na trhu, hoci sa zatiaľ ešte nepovažujú za úplne bežné.

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 tohto týždenníka. 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.

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.

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.

Záver

Oproti ostatným odvetviam má poľnohospodárstvo jedno špecifikum. Ide o vplyv meniacej sa klímy a s tým súvisiace dôsledky. Vždy na začiatku hospodárskeho roka je na základe plánu zrejmé, čo je cieľom, nikdy však nie je isté, či tento cieľ bude dosiahnutý. Preto možno viac ako v iných odboroch potrebujú poľnohospodári progresívne nástroje založené na využívaní prvkov informačných technológií. K ich postupnému zjednocovaniu dochádza v rámci integrácie do uceleného systému v súčasnosti označovaného ako Poľnohospodárstvo 4.0.

K takýmto nástrojom, okrem už spomenutých prvkov využívaných v rámci rastlinnej a živočíšnej výroby, patria aj vyvíjané rôzne informačné systémy jednotlivých spoločností, ktoré disponujú najnovšími funkcionalitami pokrývajúcimi potreby agropodnikov pre účely digitalizácie a tým aj zefektívnenie väčšiny riadiacich procesov. V rámci postupného rozvoja Poľnohospodárstva 4.0 bude význam takýchto informačných systémov len a len narastať.