روبات‌های کشاورز

کشاورزی با فناوری پیشرفته بسیار جذاب و شگفت‌انگیز است. یک عملیات کشاورزی امروزی با تکنولوژی گره خورده است، با برنامه‌هایی که آبیاری را کنترل می‌کنند، سیستم‌های GPS که تراکتورها را هدایت می‌کنند و پلاک‌های گوش با تراشه RFID که بر دام‌ها نظارت می‌کنند. همچنین روبات‌های کشاورزی که نقش‌های بسیار مهمی در این عرصه ایفا می‌کنند. روبات‌های کشاورزی سیب می‌چینند، توت فرنگی جمع می‌کنند، کاهو برداشت می‌کنند و علف‌های هرز را از بین می‌برند. پهپادها تصاویر هوایی ثبت می‌کنند که به کشاورزان کمک می‌کند به سرعت سلامت محصول را ارزیابی کنند. گلخانه‌های روباتیک نیز هزاران مایل دورتر از مناطق مزرعه سنتی جوانه می‌زنند و سبزی‌ها را در حیاط خلوت بازارهای شهری پرمصرف پرورش می‌دهند. همه اینها در زمانی اتفاق می‌افتد که تولیدکنندگان با کمبود نیروی کار پرهزینه و طولانی‌مدت مواجه هستند و -با انتظار افزایش جمعیت جهان از 7 /7 میلیارد به 7 /9 میلیارد تا سال 2050- تقاضای غذا به طور قابل توجهی فزونی می‌گیرد. در ادامه با روبات‌های کشاورز آشنا خواهید شد.

نقش روبات‌های کشاورز در برداشت محصول

این طور که به نظر می‌رسد برداشت محصول به روش اتوماسیون آماده اجراست. انجام این کار برای نیروی کار انسانی سنگین و بسیار تکراری است. البته چیدن محصولات نیز به مهارت دستی و لمس ظریف نیاز دارد. بسیاری از میوه‌ها در گرما به راحتی کبود می‌شوند و سبزی‌های برگ‌دار به سادگی پاره می‌شوند. بیشتر روبات‌ها  نیز به اندازه کافی پیشرفته نیستند که بتوانند آن سطح از دقت را مدیریت کنند. اما شرکت‌های agtech یا فناوری کشاورزی در حال پژوهش برای رفع این موانع هستند. Tortuga AgTech روبات‌هایی را در اختیار مزارع قرار می‌دهد که کارهایی مانند شناسایی و چیدن میوه‌های رسیده را به صورت خودکار انجام می‌دهند. این شرکت می‌گوید، راه‌حل‌های آن می‌تواند به رفع چالش‌هایی مانند کمبود نیروی کار و افزایش هزینه‌ها کمک کند، در حالی که از هرگونه آسیبی که ممکن است روبات‌ها  در طول فرآیند برداشت به میوه‌ها بزنند، جلوگیری کند. به گفته این شرکت، گروهی از روبات‌های مستقل قادر به چیدن میوه با دقت 98 درصد هستند که فقط به نظارت یک نفر نیاز دارد. Harvest Automation که کارمندان سابق iRobot و مخترعان Roomba آن را اه‌اندازی کردند، شرکت دیگری است که نخستین محصول خود را با توجه به بازار باغبانی اتوماسیون تولید کرد. روبات  تولیدشده این کارخانه، در میان گیاهان فاصله‌گذاری می‌کند.  گیاهان گلخانه‌ای نیازمند فضایی خالی در اطراف خود هستند تا ضخیم، پرپشت و انعطاف‌پذیر شوند، و تشخیص اینکه گیاه تا چه میزان به فضای خالی در اطراف خود نیاز دارد بر عهده این روبات‌هاست. HV-100 برای ادامه کار حتی در دماهای سوزان و محیط‌های بکر برای گلخانه‌های گیاه‌های زینتی کاربرد دارد. Harvest CROO یک استارت‌آپ روباتیک است که یک روبات  پیشرفته برداشت توت فرنگی ساخته است. برای گرفتن برگ، چیدن توت و بسته‌بندی آن از این روبات  استفاده می‌کنند. بینایی کامپیوتری به سیستم روباتیک Harvest CROO کمک می‌کند تا قبل از چیدن، توت‌های رسیده را از توت‌های غیررسیده تشخیص دهد و در مقایسه با کارگران انسانی بسیار سریع‌تر است. این روبات  می‌تواند گیاهی را در هشت ثانیه بچیند و در یک و نیم ثانیه سراغ گیاه بعدی می‌رود. برداشت کاهو به لطف طبیعت شکننده گیاه و نزدیکی به زمین، سرسختانه در برابر روبات  مقاوم است. اما پژوهشگران دانشگاه کمبریج با  Vegebot، نمونه‌ای اولیه از یک روبات  تولید کردند که مجهز به دید کامپیوتری است. نحوه کار به این صورت است: یک دوربین کاهو را اسکن می‌کند و وضعیت آن را بررسی می‌کند. سپس یک دوربین دوم (که در نزدیکی تیغه قرار دارد) بدون خرد کردن گیاه، آن را انتخاب و چنگک روبات  آن را هدایت می‌کند. در همین حال، یک الگوریتم یادگیری ماشینی به روبات  می‌آموزد که از انتخاب کاهوی نارس یا بیمار خودداری کند. FFRobotics در حال توسعه یک دستگاه برداشت میوه روباتیک برای بازار تجاری است. سیستم روباتیک این شرکت از دید کامپیوتری برای شناسایی میوه‌های رسیده استفاده می‌کند و حرکت دست انسان را هنگام چیدن سیب تقلید می‌کند. بر اساس اطلاعات وب‌سایت این شرکت، ماشین برداشت روباتیک 10 برابر سریع‌تر از نیروی انسانی است. اگرچه این شرکت هنوز در حال توسعه است، اما از برنامه تحقیقاتی Horizon اتحادیه اروپا بودجه دریافت کرده است.

روبات‌های کشاورزی در علف‌های هرز و چمن‌زنی

اگر تا به حال از یک باغ شخصی مراقبت کرده باشید، به خوبی می‌دانید که کارهایی مانند چمن‌زنی و کندن علف‌های هرز مهم و دشوار هستند. کشاورزان تجاری نیز آن را می‌دانند، اما در مقیاس وسیع چمن‌زنی یک مسئولیت زمان‌بر برای املاک بزرگ است. به همین دلیل است که روبات‌های مدیریت علف‌های هرز و چمن‌زنی -از جمله روبات‌هایی که هوش مصنوعی پیشرفته را در خود جای داده‌اند- گزینه‌هایی جذاب هستند.

LaserWeeder شرکت Carbon Robotics از هوش مصنوعی و بینایی رایانه‌ای برای مهار علف‌های هرز برای محصولات ویژه استفاده می‌کند. ماشین‌های چمن‌زنی می‌توانند بین محصولات زراعی و علف‌های هرز تمایز قائل شوند و سپس از فناوری لیزر برای از بین بردن علف‌های هرز بدون آسیب رساندن به محصولات دیگر استفاده کنند. این شرکت می‌گوید که فناوری آن می‌تواند کیفیت محصولات را بهبود بخشد و در عین حال هزینه‌ها را نیز کاهش دهد. Scythe Robotics ماشین‌های چمن‌زن برقی مستقل تولید می‌کند تا اطمینان حاصل شود که نگهداری از اموال کارآمد و پایدار است. ماشین چمن‌زنی M.52 این شرکت مجهز به دوجین حسگر است که ادراک 360 درجه را امکان‌پذیر می‌کند و همچنین هوش مصنوعی پیشرفته‌ای دارد که به ماشین اجازه می‌دهد در اطراف موانع حرکت کند. Naio Technologies سه روبات  مجزا را برای انجام هر کاری از کمک به کشاورزان در مزارع حیوانی گرفته تا مزارع سبزی‌ها و تاکستان‌ها توسعه داده است. یکی از مثال‌های قابل توجه، مشارکت این شرکت با Château Mouton-Rothschild برای به خدمت گرفتن تد، روبات قاتل علف‌های هرز این شرکت، در تاکستان‌های خود است. تد طولانی‌مدت به طور همزمان روی یک ردیف درخت انگور می‌چرخد و با کمک پهپادها نقشه تاکستان را ترسیم و بررسی می کند. تیغه‌های استاندارد صنعتی علف‌های هرز را از درخت انگور بیرون می‌کشند و در نتیجه نیاز به علف‌کش‌ها را کاهش می‌دهند. Nexus Robotics یک روبات  خودمختار علف‌های هرز به نام R2Weed2 ساخته است، که از هوش مصنوعی برای تمایز بین علف‌های هرز و محصولات بهره می‌گیرد تا علف‌های هرز از بین برود و دومی رشد کند. R2 داده‌هایی را جمع‌آوری می‌کند که به کشاورزان در تجزیه‌وتحلیل خاک و نظارت بر محیط زیست کمک می‌کند.

روبات‌های کشاورز در گلخانه

در کنار آوردن روبات‌های کشاورز به میدان، یکی از پیشرفت‌های بزرگ بعدی در اتوماسیون کشاورزی، روبات‌های گلخانه‌ای است. چندین استارت‌آپ وجود دارند که در حال خودکار کردن گلخانه‌ها هستند. همه عنصرهای گلخانه‌ای به شکل اتوماسیون قابل رشد نیست، اما برای برخی محصولات گلخانه‌ای به رشد خوبی رسیده‌اند. این شرکت‌ها وعده کاهش چشمگیر میزان آب مصرفی -90 تا 95 درصد کمتر- برای تولید محصول را می‌دهند و محیط‌های داخلی کنترل‌شده‌ای دارند که نیاز به آفت‌کش‌ها را از بین می‌برد. AppHarvest یک مزرعه سرپوشیده است که از هوش مصنوعی و روباتیک و همچنین جمع‌آوری آب باران و رشد دقیق برای کاهش مصرف آب و افزایش عملکرد محصول متمرکز شده است.

 این شرکت که در آپالاشیا مرکزی واقع شده است، قصد دارد محصولاتی پایدار تولید کند که بتوان آن را در عرض یک روز به 70 درصد از جمعیت کشور ارسال کرد. استفاده آن از روباتیک امکان بهینه‌سازی محیط‌های داخلی و نظارت بر گیاهان را فراهم می‌کند. در ادامه چیزی که کمپانی Iron Ox به عنوان «اولین مزرعه خودمختار جهان» توصیف می‌کند -فضایی به وسعت هشت هزار فوت مربع که بیشتر شبیه یک آزمایشگاه پژوهشی است تا یک مزرعه- دو روبات  بر رشد سبزی‌های برگی مانند کاهوی رومی و سرمه‌ای و بوک چوی، کلم پیچ و آرگولا و همچنین انواع گیاهان نظارت می‌کنند. تمام محصولات در داخل غلاف‌های هیدروپونیک (آب کشت) سنگین رشد می‌کنند. یک روبات  با استفاده از بینایی کامپیوتر و حسگرها به عنوان «چشم» خود، کارهای سنگین انجام می‌دهد و غلاف‌ها را در سراسر تاسیسات حمل می‌کند.

 دومی گیاهان منفرد را تجزیه‌وتحلیل و انتخاب می‌کند. همه اینها در زیر چراغ‌های ال‌ئی‌دی با کارایی بالا و زیر چشمان ده‌ها روبات  و دانشمند گیاهی در محل اتفاق می‌افتد. Iron Ox تولید  را در شهر خود، سن کارلوس، تگزاس آغاز کرد و محصولات این شرکت اکنون در چندین ایالت در مناطق غربی و جنوبی کشور در دسترس است. 

 Bowery Farming شامل سینی‌هایی است که بذرها داخل این سینی‌ها قرار می‌گیرند و بعد به صورت عمودی در خاک گلخانه کاشته می‌شوند. این شرکت از روباتیک، هوش مصنوعی و ال‌ئی‌دی برای رشد سبزی‌ها و گیاهان با هدف رفع مشکلات ناشی از کمبود نیروی کار، رونق جمعیت و کشاورزی متمرکز استفاده می‌کند.

در تاسیسات Bowery Farming، یک سیستم عامل اختصاصی و مجموعه‌ای از حسگرها داده‌ها را جمع‌آوری می‌کنند و تعادل فوق‌العاده دقیق آب، دما، مواد مغذی و رطوبت را حفظ می‌کنند. در همان زمان، تیمی از کشاورزان عمودی به برداشت و مراقبت از محصولات کمک می‌کنند. این شرکت سبزی‌ها و گیاهان خود را در Whole Foods، Foragers و وست‌ساید مارکت می‌فروشد. در منطقه مترو نیویورک، آنها همچنین از طریق پی‌پاد، جت‌کام و آمازون در دسترس هستند.

پهپادهای تصویربرداری هوایی و پهپادهای کاشت بذر

تصاویر هوایی می‌توانند با ارائه دید پرنده از محصولات کشاورزی، زمان زیادی را برای کشاورزان صرفه‌جویی کنند. به این ترتیب، آنها می‌توانند در کوتاه‌ترین زمان احساس سلامت پوشش گیاهی، مشکلات حشرات، طرح‌های آبیاری و رشد علف‌های هرز را تشخیص دهند. حتی به آنها امکان می‌دهد دقیقاً تعیین کنند که محصولات به چه مقدار آفت‌کش نیاز دارند. این به‌احتمال زیاد به دلیل محدودیت‌های FAA در پهپادهای خودران است، که مستلزم آن است که خلبانان فوراً آماده کنترل یک پهپاد باشند. هواپیماهای کوچک بدون سرنشین نیز باید در محدوده دید خلبان احتمالی در هنگام پرواز نگه داشته شوند. یکی از چندین شرکتی که پیشرفت‌های قابل توجهی در این زمینه داشته است، آمریکن روبوتیکس، تیم پشتیبان Scout است؛ یک پهپاد تصویربرداری هوایی که با مدل به اصطلاح «پهپاد در جعبه» مطابقت دارد. Scout در یک جعبه مقاوم در برابر رطوبت زندگی می‌کند، جایی که خود شارژ می‌شود و تمام داده‌ها را جمع‌آوری و پردازش می‌کند. هنگامی که برای بررسی زمین‌ها به پرواز نیاز است، جعبه بالا باز می‌شود و پهپاد کاملاً خودمختار و بدون نیاز به کنترل بلند می‌شود و از هوش مصنوعی برای تشخیص مسائل استفاده می‌کند. Scout در طول ماموریت‌هایی که می‌توانند بر اساس تقاضا برنامه‌ریزی یا راه‌اندازی شوند، داده‌های تنش محصول را جمع‌آوری می‌کند که کشاورزان می‌توانند در طول چرخه زندگی محصول استفاده کنند. هر خلبان پهپادی که بخواهد با هواپیمای بدون سرنشینی با وزن بیش از 55 پوند در هنگام برخاستن پرواز کند، باید از طریق FAA برای معافیت ویژه درخواست کند. این بدان معناست که کشاورزان غیرمعافی که می‌خواهند بذرهای بدون سرنشین را در سطح زیر کشت خود پراکنده کنند، در مقدار بذری که می‌توانند در یک بار پخش کنند محدود هستند. با این حال، تعدادی از تولیدکنندگان هواپیماهای بدون سرنشین را به طور خاص برای این منظور به بازار فرستاده‌اند. پهپاد سیستم‌های بین‌المللی دو پهپاد بذر و کود به پرواز در می‌آورد؛ یکی با ظرفیت حمل بار حدود چهار پوند و دیگری با محموله تقریباً 11پوندی. طبق گفته این شرکت، هر دو پهپاد دارای برد پروازی دومایلی و محدودیت زمانی 20 دقیقه هستند. این پهپاد‌ها در دو نوع  پهپادهای سمپاش و پهپادهای نظارتی عرضه می‌شوند که سلامت محصول را بررسی می‌کنند. این مفهوم حداقل به سال 1946 برمی‌گردد؛ زمانی که دکتر برنارد وونگات کشف کرد که در شرایطی خاص، وارد کردن ذرات یدید نقره به ابرها می‌تواند کریستال‌های یخ تولید کند که به طور بالقوه بارش ایجاد می‌کند. اگرچه تردیدهایی در مورد این مفهوم وجود دارد، اما با تشدید خشکسالی، سازمان‌های دولتی به تلاش خود ادامه می‌دهند. در سال 2017، موسسه تحقیقات صحرا، همراه با Drone America، به طور مشخص یک پهپاد بدون سرنشین بارور ابر را در طی یک پرواز خودمختار یک‌ساعته و فراتر از خط تصور پژوهشگران به فضا پرتاب کرد. از آن زمان، این موسسه برنامه‌ای را توسعه داده است که به طور منظم پژوهش‌هایی در مورد باروری ابرها در رشته کوه‌های مختلف در مناطق غربی ایالات‌متحده انجام می‌دهد.