اتوماسیون در کشاورزی

توسعه کشاورزی نقطه عطفی در بشریت بود. توانایی انسان در مهندسی محیط برای تولید غذای کافی برای حفظ رشد گسترده جمعیت اولین تغییر عمیق در رابطه بین انسان های کاملاً مدرن و محیط زیست بود. ظهور کشاورزی طیف وسیعی از پیشرفت ها را از استفاده از آتش و تهیه غذا تا ماشین آلات خودران آغاز کرد.
 
کشاورزی در 12000 سال گذشته ما را به جلو کشانده است، اما ما اکنون در نقطه عطفی هستیم. و با پیش بینی جمعیت جهانی 9.7 میلیارد نفری تا سال 2050، تولید محصولات کشاورزی باید حداقل 70 درصد نسبت سطح فعلی افزایش یابد تا به روندهای تغذیه ای کمک کند. اکنون بیش از هر زمان دیگری، فشار بر کشاورزان برای تولید محصولات مغذی، سلامت سیاره ما را بیشتر تحت فشار قرار می دهد.
با استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین، اتوماسیون در کشاورزی به سطح بعدی می رسد. هوپیما های بدون سرنشین می توانند محصولات آسیب دیده را با استفاده از انواع مختلف نور، از جمله مادون قرمز نزدیک تشخیص دهند. جمعیت جهان به طور پیوسته در حال افزایش است و اکنون به 7.7 میلیارد نفر رسیده است. سؤالی که به ذهن خطور می کند این است که همه این افراد قرار است چه چیزی بخورند؟ در درجه اول، این سؤال مربوط به صنعت کشاورزی است.

جمعیت رو به افزایش تنها چالش پیش روی کشاورزان مدرن نیست. در مورد کمبود نیروی کار و درخواست مصرف کنندگان برای تأمین هزینه های سازگار با محیط زیست چطور؟ پاسخ به همه این سؤالات، کشاورزی هوشمند است.

کشاورزی خودکار در حال حاضر یک حوزه متنوع است، بنابراین ما قصد داریم آخرین نوآوری ها و مزایای ناشی از آن را پوشش دهیم.

   
پیشرفت های جدید در فناوری های مختلف از روباتیک و هواپیماهای بدون سرنشین گرفته تا نرم افزار بینایی رایانه ای، کشاورزی مدرن را کاملاً متحول کرده است. کشاورزان در حال حاضر به ابزارهایی دسترسی دارند که به آنها کمک می کند خواسته های جمعیت رو به افزایش جهان را برآورده کنند.
  

اتوماسیون مزرعه چیست؟

اتوماسیون مزرعه، که اغلب با "کشاورزی هوشمند" مرتبط است، فناوری ای است که مزارع را کارآمدتر می کند و چرخه تولید محصولات زراعی یا دامی را خودکار می کند. تعداد فزاینده ای از شرکت ها در زمینه نوآوری در زمینه روباتیک برای توسعه هواپیماهای بدون سرنشین، تراکتورهای خودران، ماشین های جمع آوری روباتیک، آبیاری خودکار و روبات های بذرکار کار می کنند. اگرچه این فناوری ها نسبتاً جدید هستند، اما تعداد زیادی از شرکت های کشاورزی سنتی شاهد اتوماسیون کشاورزی در فرایندهای خود بوده اند.
 

چرا صدها صاحب مشاغل در کشاورزی خودکار سرمایه گذاری می کنند؟ چالش های فعلی که با بخش کشاورزی روبروست باید فوراً برطرف شود. اگر در این زمینه کار می کنید، این مشکلات برای شما چیز جدیدی نیست.

اتوماسیون مزرعه (یا کشاورزی هوشمند) انواع نوآوری های فناوری در کشاورزی سنتی برای بهینه سازی فرایند تولید مواد غذایی و بهبود کیفیت است. در حال حاضر، فناوری پیشرفته کشاورزی می تواند بخش مهمی از کارهای روزانه کشاورزان باشد.

در اتوماسیون مزرعه از چه فناوری هایی استفاده می شود؟

 
تصویر: چگونه اتوماسیون در حال تغییر صنعت کشاورزی است.
 
هدف اصلی فناوری اتوماسیون مزرعه، پوشش دادن کارهای ساده تر و پیش پا افتاده است. در این جا برخی از فناوری های عمده ای که بیشتر توسط مزارع مورد استفاده قرار می گیرد آورده شده است. در واقع کشاورزی هوشمند یک حوزه بسیار گسترده است، و بنابراین استفاده از آن بستگی زیادی به نیازهای فردی شرکت دارد. آیا هواپیماهای بدون سرنشین یا روبات ها مناسب تجارت شما خواهند بود؟ بیایید ببینیم در موارد مختلف چه چیزی بهتر عمل می کند
 .

اتوماسیون برداشت

ثابت شده است که برداشت میوه و سبزیجات به طور خودکار کار دشواری است. روبات های برداشت باید با محصولات خود ملایم باشند تا از کبودی و آسیب دیدن جلوگیری شود. Agrobot اولین روبات را برای برداشت ملایم توت فرنگی، بدون توجه به مکان و نحوه رشد آن، با موفقیت توسعه داد. از طریق یک پلت فرم سیار قابل انعطاف، حداکثر 24 دستکاری کننده روباتیک با هم کار می کنند تا میوه ای را انتخاب کنند که مطابق با استاندارد کیفیت کشاورز باشد.
  
یکی دیگر از شرکت ها، Abundant Robotics ، اولین برداشت کننده محصول سیب روباتیک تجاری در جهان است. ماشین های آنها میوه های شکننده را با استفاده از خلأ به جای هر پنجه یا دستگیره ای برای کندن سیب، از شاخه جدا می کنند.
 

در واقع کشاورزی محل مناسبی برای نوآوری در حوزه روباتیک است: کشاورزان معمولاً باید با کارهای تکراری در این زمینه روبرو می شوند، و این کار در درجه اول مستلزم کار و زحمت زیاد است. اکنون روبات های کشاورزی یا "agrobot" ها با طیف وسیعی از وظایف روبرو هستند: برداشت، آبیاری، بذرپاشی و غیره. 

تراکتورهای خودگردان

تراکتورهای خودگردان را می توان از راه دور کنترل کرد یا حتی از قبل برنامه ریزی کرد تا خودگردانی کامل به یک تولید کننده داده شود. تراکتور خودگردان Rabbit Tractor نه تنها از طریق کاهش هزینه های نیروی کار، بلکه از طریق افزایش کارایی در عملیات و افزایش عملکرد، به کشاورزانِ محصولات زراعی ارزش می دهد. کیت های اتوماسیون تراکتوری حتی توسط Bear Flag Robotics در حال توسعه است که با مقاوم سازی مقرون به صرفه تراکتورهای موجود با فناوری پیشرفته بدون راننده و کنترل اجرا، اتوماسیون را برای کشاورزان در دسترس تر می کند.
  

همان طور که اشاره شدBear Flag Robotics  در ساخت تراکتورهای بدون راننده تخصص دارد و هدف آن ارزان کردن نیروی کار برای کشاورزان است. آنها می توانند چندین تراکتور را از راه دور کنترل کنند، مسیر دستگاه را برنامه ریزی کنند، گزارشات و هشدارهای لحظه ای دریافت کنند – و کار را می توان بدون دخالت مستقیم انسان در این زمینه انجام داد.

همان طور که گفته شد این نوع تراکتورهای خودگردان را می توان از راه دور کنترل کرد. فقط لازم است در هنگام راه اندازی اولیه و نگهداری منظم ماشین ها کمک کنید. با گذشت زمان، تراکتورهای هوشمند با فناوری هایی مانند سیستم های بینایی، ابزارهای تشخیص نور، GPS  و غیره مستقل می شوند.

بذرپاشی و وجین علف های هرز

روباتیک هایی که برای کاشت بذر و وجین کردن علف های هرز توسعه یافته اند می توانند مناطق خاصی از محصول را مورد هدف قرار دهند. در کاشت بذر، این می تواند به راحتی کارها و پیش پا افتادگی های روزمره در مزرعه را کاهش دهد. روبات های علف های هرز می توانند فوق العاده دقیق باشند و با بینایی رایانه میزان استفاده از آفت کش ها را تا 90٪ کاهش دهند. Blue River Technology  از فناوری کامپیوتری بینایی و روباتیک استفاده می کند تا علف کش ها را فقط در موارد مورد نیاز و دقیقاً با آن چه مورد نیاز است اسپری کند. این به کشاورزان راه جدیدی برای کنترل و جلوگیری از علف های هرز مقاوم به علف کش می دهد.
اتوماسیون مزرعه، که اغلب با "کشاورزی هوشمند" مرتبط است، فناوری ای است که مزارع را کارآمدتر می کند و چرخه تولید محصولات زراعی یا دامی را خودکار می کند. روبات های کاشت بر منطقه خاصی از زمین متمرکز می شوند و با دقت بالایی کار می کنند. این نوع روبات های کشاورزی از هوش مصنوعی و بینایی رایانه ای استفاده می کند ، که به کاهش استفاده از آفت کش ها در مزرعه و متعاقباً تولید غذای باکیفیت کمک می کنند.

Eco Robotics  روبات های علف های هرز کاملاً خودگردان تولید می کند که از انرژی خورشیدی برای کار خود استفاده می کنند. این سبزترین رویکرد است: یک ماشین کوچک چهار چرخ در حال حرکت در سراسر مزرعه است و علف کش ها را با حداقل آسیب به محصولات و محیط زیست سمپاشی می کند. این اولین ماشین کاملاً خودگردان برای یک وجین اکولوژیکی تر و اقتصادی تر از محصول های ردیفی، علفزارها و کشت های مخلوط است.
  

آبیاری خودکار

سیستم های آبیاری با کمک روبات تقریباً شامل دو قسمت بزرگ می شوند: یک سیستم آبیاری قطره ای زیر سطحی (SDI) (Subsurface Drip Irrigation) به علاوه سنسورهای ویژه.

SDI  در صنعت کشاورزی بسیار شناخته شده است - وسیله ای دقیق است برای کنترل میزان آب مورد استفاده و زمان دریافت گیاهان از آن را تعیین می کند. اگرچه این سیستم ها به طور واضح از آبیاری دستیِ گیاه به گیاه پیشرفته تر هستند، اما هنوز کامل نیستند زیرا به کمک انسان نیاز دارند.

حسگرهای IoT پیچیده تر می توانند سطح رطوبت را به تنهایی کنترل کرده و تجزیه و تحلیل بلادرنگ را به یک دستگاه هوشمند ارسال کنند. ترکیب SDI و چنین سنسورهایی تجهیزات کشاورزی خودکار را به وجود می آورد که کار را تسهیل می کند و در منابع آب صرفه جویی می کند.

پروژه RAPID (تحویل آبیاری دقیق با کمک روبات ((Robot-Assisted Precision Irrigation Delivery))) به کشاورزان یک راه حل مقرون به صرفه بر اساس کار منتشر کننده های آبیاری قابل تنظیم در سراسر مزرعه ارائه می دهد.

هواپیماهای بدون سرنشین

از پهپادها می توان برای نظارت بر شرایط از راه دور و حتی برای استفاده از کودها، سموم دفع آفات و سایر درمان ها از بالا استفاده کرد. آنها همچنین می توانند به سرعت و به گونه ای مقرون به صرفه مناطق مشکل ساز را با استفاده از تصاویر و تجزیه و تحلیل مادون قرمز شناسایی کنند تا به کشاورزان در تشخیص مشکلات در مراحل اولیه کمک شود.American Robotics  در حال توسعه یک "Robot-as-a-service" کاملاً خودگردان با یک هواپیمای بدون سرنشین خودگردان، ایستگاه پایه و پلت فرم تجزیه و تحلیل است که برای پرورش دهندگان بینش هایی در تفکیک پذیری ها (وضوح)، فرکانس ها و سرعت ها فراهم می آورد که قبلاً امکان پذیر نبود.
 

هواپیماهای بدون سرنشین نقش مهمی در تغییرات نوآورانه کشاورزی دارند. پیش از این، فقط با هلیکوپتر یا حتی ماهواره امکان مشاهده یک مزرعه وجود داشت - اکنون همه چیز تغییر کرده است. استفاده از هواپیمای بدون سرنشین ارزان تر است و به مهارت خاصی مانند پرواز با هلیکوپتر نیاز ندارد.
 

هواپیماهای بدون سرنشین می توانند عکس ها و فیلم های هوایی بگیرند و کیفیت فایل ها با گذشت زمان بهتر می شود. اما این تنها راه استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین در کشاورزی نیست.
 

اندازه متوسط ​​مزرعه نظارت بر وضعیت برداشت را تقریباً غیرممکن می کند. پیش از این، قابل اطمینان ترین راه حل، تصاویر ماهواره ای بود، اما با این وجود، این به کشاورزان تضمین کافی نمی دهد: چنین تصاویری نادرست بوده و اطلاعات بلادرنگ را ارائه نمی دهد.

با استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین، اتوماسیون در کشاورزی به سطح بعدی می رسد. هوپیما های بدون سرنشین می توانند محصولات آسیب دیده را با استفاده از انواع مختلف نور، از جمله مادون قرمز نزدیک تشخیص دهند. کشاورزان این اطلاعات را بلافاصله دریافت می کنند و می توانند به سرعت به شرایط متغیر واکنش نشان دهند (مثلاً پهپاد eBee SQ که توسط senseFly توسعه یافته است).

هواپیماهای بدون سرنشین هنگام ایجاد طرح کاشت نیز مفید هستند. آنها نقشه های میدانی سه بعدی را با تجزیه و تحلیل خاک ارائه می دهند - این به کشاورزان کمک می کند تا تصمیمات درستی را در ابتدای چرخه محصول بگیرند.

هدف اصلی DroneSeed کمک به جنگل کاری زمین ها پس از آتش سوزی است. هواپیمای بدون سرنشین ماژولی را حمل می کنند که دانه ها را در محل تعیین شده و فاصله مشخصی از یکدیگر "شلیک" می کند. برای ایجاد این امکان، توسعه دهندگان از هوای فشرده استفاده می کنند - به این ترتیب، دانه ها در مزرعه ه طور نامنظم پراکنده نمی شوند.

جنگلداری، اما تنها شاخه ای نیست که به کمک یک هواپیمای بدون سرنشین نیاز دارد. ممکن است شاهد باشیم که "کاشت هوایی" بیشتر به عنوان بخشی از اتوماسیون کشاورزی مورد استفاده قرار می گیرد.

مزایای اتوماسیون مزرعه

 
تصویر: چگونه اتوماسیون در حال تغییر صنعت کشاورزی است.
 
فناوری اتوماسیون مزرعه مسائل عمده ای مانند افزایش جمعیت جهان، کمبود نیروی کار در مزرعه و تغییر ترجیحات مصرف کننده را حل می کند. مزایای خودکارسازی فرایندهای کشاورزی سنتی بسیار مهم است.
 

منفعت مصرف کننده

ترجیحات مصرف کنندگان به سمت محصولات ارگانیک و تولید پایدار تغییر می کند. با فناوری اتوماسیون، تولید سریع تر، تازه تر و پایدارتر به دست مصرف کنندگان می رسد. افزایش بهره وری ناشی از اتوماسیون، عملکرد و میزان تولید را افزایش می دهد، و بنابراین هزینه های مصرف کنندگان را کاهش می دهد.
 

حجم زیاد غذاهای فست فود و سایر وعده های غذایی ناسالم در بازار باعث شده است تا محصولات غذایی سالم تری تقاضا شود. تأثیری که غذای ناسالم بر بدن ما گذاشته است منجر به رویکرد "بازگشت به اصول اولیه" شده است: مصرف کنندگان در سراسر جهان مشتاق غذاهای مفید گیاهی هستند. کشاورزان باید مقدار زیادی از آن را برای برآوردن تقاضای مصرف کننده جدید تأمین کنند.

بهره وری کار

نیروی کار بیش از 50 درصد هزینه پرورش مزرعه را به خود اختصاص می دهد و 55 درصد از کشاورزان می گویند که از کمبود نیروی کار متأثر شده اند. به همین دلیل، 31 درصد از کشاورزان به سمت محصولات کم کار می روند. در این حال، پتانسیل عظیمی با روبات های برداشت وجود دارد. کارهای معمول را می توان با فناوری روباتیک، کاهش هزینه های نیروی کار و نیروی انسانی مورد نیاز در میان کمبود نیروی کار در صنعت کشاورزی، خودکار کرد. یک دستگاه روبات برداشت توت فرنگی این پتانسیل را دارد که در مدت 3 روز از مساحت 25 هکتار برداشت کرده و جایگزین 30 کارگر مزرعه شود.
 

درواقع باید گفت کمبود نیروی کار در کشاورزی معضل مهمی است. امروزه به سختی می توانید نوجوانی را بیابید که رؤیای کشاورز شدن را در سر می پروراند. حقیقت این است که جمعیت جهان به بیشتر دنبال زندگی شهری هستند، و بنابراین تجارت کشاورزی باید با کمبود نیروی کار مقابله کند. علاوه بر این، شیوه های کشاورزی مدرن در دهه گذشته تغییر کرده است، که این آموزش کارگران جدید را دشوار می کند.

کاهش ردپای زیست محیطی

 روش های اتوماسیون مزرعه می تواند کشاورزی را سودآورتر کرده و در عین حال ردپای اکولوژیکی کشاورزی را نیز کاهش دهد. برخی از نرم افزارهای کاربردی مخصوص وجود دارد که می توانند میزان سموم دفع آفات و کود مورد استفاده را کاهش داده و در عین حال انتشار گازهای گلخانه ای را نیز کم کنند.
 
عموم مردم و مقامات محلی انتظار دارند که شرکت های کشاورزی سازگار با محیط زیست باشند و رویکرد مسئولانه ای در قبال کار خود نشان دهند. کشاورزان باید استفاده از اجزای شیمیایی، به ویژه آفت کش ها را کاهش دهند. صاحبان مشاغل در بخش کشاورزی به دنبال راه حلی در پاسخ به این تقاضای اجتماعی و زیست محیطی هستند و می توانند آن را در اتوماسیون مزرعه پیدا کنند.
 

چالش های اتوماسیون مزرعه

 
تصویر: اتوماسیون چگونه صنعت کشاورزی را متحول می کند.
 ثابت شده است که برداشت میوه و سبزیجات به طور خودکار کار دشواری است. روبات های برداشت باید با محصولات خود ملایم باشند تا از کبودی و آسیب دیدن جلوگیری شود. با این وجود، چالش های اتوماسیون مزرعه نیز وجود دارد که باید بر آنها غلبه کرد. هزینه های بالای استفاده از فناوری های روباتیک مانع بزرگی برای ورود کشاورزان به ویژه در کشورهای در حال توسعه است. به عنوان مثال، کاشت کنندگان روباتیک باید آب یا آفت کش هایی با وزن قابل توجه حمل کنند. سخت افزار باید به گونه ای متفاوت ساخته شود، که این هزینه های بیشتری را برای اندازه بزرگ تر ایجاد می کند. مشکلات فنی و خرابی تجهیزات نیز هزینه های بالایی را برای رفع برای چنین تجهیزات تخصصی به همراه دارد. به منظور استفاده کامل از اتوماسیون مزرعه، کشاورزان باید دانش و تجربه خود را با این فناوری های جدید ترکیب کنند.

نگاه به آینده

ما تنها در مراحل اولیه فناوری اتوماسیون مزرعه هستیم، اما این می تواند کشاورزی را متحول کند. این راهی را همراه با پیشرفت فناوری ها، سیستم های تولید و نرم افزار، به سوی یک کشاورزی پایدارتر و کارآمدتر ارائه می دهد. هر سال، فناوری اتوماسیون پیچیده تر می شود و آن چه چند سال پیش پیشرفته بود به زودی عادی و مقرون به صرفه می شود. عنصر انسانی همیشه یک جنبه اساسی در مدیریت مزرعه خواهد بود، اما وسایل نقلیه کاملاً خودگردان و تجهیزات مزرعه در راه است.
 
منبع:
اینلی کو، plugandplaytechcenter، آلکسی چالمو، easternpeak