V zemědělství se stále častěji objevují aplikace, které s přesností srovnatelnou s lidskými pracovníky detekují choroby rostlin, odstraňují plevele, hubí škůdce, zajišťují rostlinám dostatek vláhy, sklízejí plodiny či pomáhají v dalších oblastech, kde ještě nedávno byly lidské oči a ruce nenahraditelné. Nahradí je ale jednou zcela roboti a stanou se robotičtí sběrači zemědělských plodin běžnou součástí výbavy farmářů? Trend ukazuje, že se zemědělství ubírá směrem k robotizaci a využití autonomních systémů.
Podle analýzy dat, která byla zveřejněna na stránkách Future Farming, narostlo mezi roky 2021 a 2022 nasazení polních a sklizňových robotů pro venkovní produkci o 55 procent. Nejoblíbenější byli víceúčeloví roboti a nejrychleji rostly prodeje robotů určených pro sklizeň.
Nedávno zveřejněná analýza inovační výkonnosti v zemích Evropské unie z dílny Evropské komise zařazuje Česko do skupiny takzvaných mírných inovátorů. Nejlepších výsledků dosahuje Dánsko následované Švédskem, Finskem, Nizozemskem a Belgií. Mezi lety 2016 a 2023 se výkonnostní rozdíly mezi státy zmenšily, přičemž se zlepšuje také pozice Česka.
Robot upozorní na nemoci
Na českých farmách se už objevily první autonomní stroje. Například na brněnské farmě Ráječek používají robota, který na základě analýzy dat vyhodnocuje zdravotní stav rajčat a jahod. Jmenuje se Fravebot, dokáže zaštipovat listy, aby plody měly dostatečný prostor, a hlavně hlídá správný růst rostlin. S využitím prvků umělé inteligence dokáže sám určit, co jim schází a jak jejich stav zlepšit.
Používání robotických strojů znamená vyšší přesnost při práci a větší efektivitu. Na farmách, kde se pěstují tisíce rostlin, není v lidských silách procházet každý řádek a hledat, kde je problém. V praxi většinou farmáři vsadí na reprezentativní vzorek a podle něj se odhaduje celkový stav. „Fravebot nám ale umožní vědět o každé rostlině. Zpřesní se nám tím pěstování a snížíme tím množství chemických prostředků,“ říká Matěj Sklenář z farmy Ráječek, která s robotickými technologiemi pracuje již sedm let. Začala s používáním traktoru s autopilotem, do okopávání salátu zapojila robotickou plečku a počítače tu ovládají větrání i závlahu.
Fravebot je pak další krok, při kterém je využívána umělá inteligence. Robot je autonomní, pohybuje se ve skleníku sám a je schopen jedno místo navštívit opakovaně. V čase se tak dá pozorovat, co se s rostlinou děje. „V pondělí objeví tečku na jednom listě, v úterý na čtyřech a ve středu se mu zdá divných pět listů. Z toho se dá spolehlivě vyhodnotit, že se na rostlině děje něco špatného, odešle proto zprávu farmáři, který už nemusí projít čtyřicet tisíc rostlin, aby zjistil, že je někde nějaký problém,“ popisuje fungování technologie Vratislav Beneš, jednatelem společnosti Fravebot, která za nápadem rajčatového robota stojí.
Obecně pomáhá umělá inteligence s rozpoznáním nemocí nebo zralosti plodin. Reálná data následně posílá majitelům farem, kteří na jejich základě činí rozhodnutí, například zda je skutečně nutné aplikovat postřik.
Roboti na jahodách
Digitalizace zemědělství v posledních letech velmi pokročila a vývoj ukázal, že se v zemědělství mohou používat podobné postupy a řešení, které se v minulosti využívaly především v průmyslu. Na rozdíl od něj je při vývoji robotických technologií pro zemědělství největším soupeřem příroda – rostliny rostou, otáčejí se za sluncem, každý list je jiný a sem tam někdo plody i během procesu učení utrhne. Složité je také natrénování neuronových sítí, aby viděly to, co mají. Fravebot se proto trénuje v prostředí digitálního dvojčete.
„Ve virtuálním prostředí jsme postavili skleník, v něm rostlou jahodníky, na nich jsou virtuální nemoci a plody a kolem jezdí virtuální roboti,“ popisuje Vratislav Beneš a dodává, že díky digitálnímu dvojčeti se učící proces zkrátil o dva roky. „Troufnu si říct, že kdyby teď za námi někdo přišel s tím, že hledá řešení například pro okurky, měli bychom ho do půl roku,“ je přesvědčený.
Fravebot používá systémy od Siemensu, který se zaměřuje na vývoj a výrobu systémů, které roboty řídí. „Dalo by se použít přirovnání, že robot je golem a řídicí systém je šém, který jej oživuje a řídí jeho činnost,“ vysvětluje Tomáš Froněk, vedoucí oddělení Factory Automation, Siemens Digital Industries.
Neříkáme systému to, jak má konkrétní předmět vypadat, ale pouze řekneme – tohle je jablko, tohle je hruška, a systém se sám naučí věci rozpoznávat.
V minulém fiskálním roce dosáhly výdaje Siemensu na výzkum a vývoj 5,6 miliardy eur. Většinu produktů a řešení, které z těchto aktivit vychází, lze použít v mnoha aplikacích včetně zemědělství.
„V současné době vidíme nárůst plochy skleníků a celkově přesun směrem k hospodaření v umělém klimatu. To vede k využívání méně půdy a zdrojů, vody a hnojiv a také možnosti využití pokročilé automatizace, robotů automatického zavlažování, přihnojování a podobně,“ nastiňuje současný vývoj Tomáš Froněk. Podle jeho slov bude nasazení robotů v zemědělství pravděpodobně vypadat podobně jako v průmyslu – nejdříve roboti nahradí lidi v činnostech, které jsou fyzicky náročné nebo mohou být i nebezpečné. Další rozšíření lze očekávat v úkonech, které se provádějí stále dokola. Froněk si také myslí, že se bude stále více využívat takzvaných kobotů, tedy robotů, kteří pracují v přímé spolupráci s člověkem.
Venkovní prostředí je výzva
Ve světě již najdeme řadu zajímavých projektů využívajících robotické technologie. Siemens například spolupracuje s firmou 80 Acres Farms na rozvoji vertikálního zemědělství. Ta provozuje několik farem na jihozápadě amerického státu Ohio a kromě inteligentních systémů řízení objektu a spotřeby energie používá roboty a umělou inteligenci také pro zvedání těžkých břemen.
V Česku existuje také několik zajímavých projektů, které se zaměřují na robotizaci zemědělství a využívání umělé inteligence. Například opavský start‑up Ullmanna vyrábí inteligentní plecí zařízení, které si poradí s plevelem v mátě i kukuřici, a to pomocí strojového vidění a učení. Systém kamer dokáže ve vysoké rychlosti rozeznat zemědělské plodiny od plevele a ten odstranit.
Robotická zařízení v zemědělství lze dělit například i podle toho, zda se využívají v halách, nebo ve venkovním prostředí. A právě vysoká variabilita prostředí je obrovskou výzvou pro polní roboty ve srovnání se skleníkovými provozy. „V takovém případě, podobně jako u stájových robotů, se platforma pohybuje v jasně daných a vymezených prostorách, za stejné teploty, osvětlení a celkově podmínek. Každopádně i v takových podmínkách se musí prostředí, tvary rostlin a pěstební technologie přizpůsobit robotu, nikoliv naopak,“ říká Milan Kroulík z katedry zemědělských strojů, Technické fakulty České zemědělské univerzity v Praze (ČZU).
„Tato podmínka platí také u polních robotů. Mnoho inženýrů v minulosti vyvinulo traktory fungující bez řidiče, ale žádný z nich nebyl úspěšný, neboť nebyl schopen zahrnout rozmanitost skutečného prostředí. Mnozí z nich převzali průmyslový způsob hospodaření, kde je všechno předem známé a stroje pracují výhradně podle předem definovaných postupů – stejně jako výrobní linka,“ dodává Milan Kroulík z ČZU.
Venkovní prostředí přináší mnoho výzev i z pohledu senzoriky. Jednou z nich je zajištění bezpečnosti. Musí se zajistit, aby autonomní robot, který se pohybuje a pracuje bez zásahu člověka, neublížil pracovníkům ve svém okolí ani těm, kteří se kolem něj pohybují náhodou. K tomu se používají zařízení založená na laserové nebo radarové technologii.
„Jde o takové zařízení, které je schopné detekovat osobu v dostatečné vzdálenosti pro to, aby stroj dokázal bezpečně zastavit. Je ale vždy nutné se vypořádat s falešnými detekcemi způsobenými okolním prostředím, jako jsou povětrnostní vlivy, prach, plodiny a podobně,“ říká Radek Rutkovský, vedoucí produktového managementu a marketingu společnosti Sick, která na trh dodává nejrůznější komponenty, pomáhající systémům a robotům fungovat, rozpoznávat věci a být bezpečné pro okolí.
„Pokud si představíme autonomní traktor nebo kombajn pro sklizeň například kukuřice, obilí nebo vysoké trávy, tak je se současnými technologiemi prakticky nemožné spolehlivě detekovat osobu v takovém prostředí. Bezpečnost se tedy řeší primárně tam, kde je přímá viditelnost a osoba se dá detekovat prostřednictvím bezpečnostních radarů či lidarů,“ doplňuje Radek Rutkovský. Dle jeho názoru se v současné době prosazují spíše technologie, které pomáhají řidičům zemědělské techniky zefektivnit práci. Především se jedná o laserové skenery, které mapují okolní terén, zajišťují, aby nedošlo ke kolizi s jiným předmětem, navádějí techniku do přesné polohy nebo kontrolují náklon celého zařízení, případně jenom jeho části.
Poměrně dynamicky se rozvíjí také oblast strojového vidění s využitím neuronových sítí. Tyto systémy fungují tak, že kamera sbírá velké množství snímků, a z nich se učí. „Neříkáme systému to, jak má konkrétní předmět vypadat, jaký má tvar a podobně, ale pouze řekneme – tohle je jablko, tohle je hruška, a systém se sám naučí věci rozpoznávat,“ vysvětluje Radek Rutkovský.
Princip neuronových sítí je známý už poměrně dlouho, ale teprve pokrok v oblasti informačních technologií, a možnost využití velkého výpočetního výkonu umožňují jejich praktické používání. „V oblasti strojového vidění nabízíme jak 2D technologii, můžete si ji představit jako standardní fotografii, tak i 3D, kde můžeme vidět 3D obrázek. Podobné technologie se používají i v dalších procesech například k odhalení začínající hniloby nebo jiného poškození plodů před jejich uskladněním,“ uvádí Radek Rutkovský.
V rámci Česka spolupracuje společnost Sick s několika výrobci zemědělské techniky, ale jde spíše o vybavení strojů snímači pro výsuv ramen a detekci hladiny osiva.
Roboti mezi krávami a drůbeží
V době, kdy je na planetě přes osm miliard lidí, rostou nároky na vyšší efektivitu a produktivitu zemědělství. Zároveň nárůst cen hnojiv a chemikálií a také tlaky na udržitelnější postupy nahrávají používání robotických technologií. Ty mohou pomoci šetřit místem potřebným pro pěstování rostlin, ale také s tím, jak pracovat efektivněji, s větší produktivitou a s ohledem na životní prostředí.
„Automatizace se nevyhýbá ani živočišné výrobě. V chovech prasat a drůbeže jsou již několik let všechny nově budované nebo rekonstruované stáje plně či částečně automatizovány. Jednotlivé systémy sledují teplotu a kvalitu vzduchu a automaticky upravují jejich hodnoty. Krmení je zajištěno pro jednotlivé kategorie podle aktuální potřeby a každá skupina zvířat dostává pomocí systémů automatického krmení přesně složenou dávku krmiva,“ říká k tématu Vladimír Pícha, tiskový mluvčí Zemědělského svazu ČR. Podle jeho slov bude podíl zařízení vedoucích k automatizaci a robotizaci nadále růst.
Na farmách se také můžeme setkat s dojícími roboty, kteří poznají, zda kráva potřebuje podojit, a pokud ano, pomocí 3D kamery pod ni nasměruje robotické rameno. Robot nešetří jen čas farmáři, ale pomocí senzorů dokáže zhodnotit také kvalitu mléka a zdravotní stav zvířete.
„Dojící roboti mají své pevné místo v dojírnách již řadu let. Stejně tak roboti pro zakládání krmiv nebo odklízení chlévské mrvy. Celkově je v živočišné výrobě na vysoké úrovni zaveden monitoring jednotlivých kusů a s těmito informacemi můžeme cíleně pracovat. Není to ale pouze skot. Robotické systémy najdeme také u volných chovů nosnic nebo brojlerů, kde celkem jednoduché platformy pohybují hejnem drůbeže a zajišťují její pohyb, který vede u brojlerů k lepší kvalitě masa a lepšímu zdravotnímu stavu drůbeže, u nosnic si touto cestou pomáháme k tomu, aby nosnice vyhledávaly snůšková místa k tomu určená a nebyly při své činnosti rušeny. Sníží se tak výrazně ztráta nebo poškození vajec,“ říká Milan Kroulík z ČZU.
Charakter zemědělství v Česku má řadu specifik, jako jsou přítomnost velkých zemědělných podniků a velká výměra pozemků. „Požadované snižování výměry půdních bloků, spojené s optimalizací pozemků, nahrává přípravě na nástup robotů, kdy můžeme vytvořit tvary pozemků a manipulační plochy, které budou více vyhovovat pohybu autonomních strojů,“ vysvětluje Kroulík. „Zemědělský robot sám o sobě mnoho nezmůže, bude potřebovat podpůrné systémy, manipulaci s materiálem, doplňovat osivo, hnojivo nebo zrno či balíky odvážet,“ doplňuje.
Stáhněte si přílohu v PDF
Podle oslovených odborníků bude počet robotů na farmách narůstat. A to nejen vlivem nedostatku pracovníků v zemědělství a potřeby nahradit namáhavou práci stroji. Farmáři chtějí zefektivnit výrobu, zvýšit pohodu zvířat a více chránit životní prostředí. Nedostatek lidí v zemědělství je ale nadále velkým motorem robotizace v tomto sektoru.
„Podle odhadů je zaváděním robotiky ohroženo asi 47 procent celkové zaměstnanosti a pozic v zemědělství v USA. Přestože je zpráva specifická pro americký trh práce, naznačuje, jak by mohl platit trend po celém světě. Na druhou stranu vznikne řada nových pozic, pro které nyní ještě neznáme přesné pojmenování,“ říká Milan Kroulík. Nemělo by to tedy být tak, jako když koně přišli o práci kvůli traktorům a počet koní v důsledku tohoto pokroku postupně klesl o 85 procent.
„Spousta lidí si myslí, že roboti budou brát lidem práci v zemědělství, ale třeba takových rajčat je několik druhů a jejich utržení je jednodušší pro člověka než robota. Já spíš vidím jejich přidanou hodnotu v rozhodování při pěstování, kdy díky nim se už nebudeme řídit reprezentativními vzorky, ale budeme dělat rozhodnutí na základě celku,“ domnívá se Matěj Sklenář z farmy Ráječek.
Článek byl publikován ve speciální příloze HN Automatizace a robotizace.
Roboti na jahodách
