Nový vývoj v oblasti robotizace
Společnost HORSCH se tématy jako automatizace a robotizace zabývá již dlouhou dobu. V tomto rozhovoru nám Michael Horsch vypráví, jak společně s bratrem Filipem přišli na myšlenku konstrukce Gantry, jak vznikl, jak se vyvíjí a kam směřuje.
terraHORSCH: Jak společnost HORSCH přišla na řešení Gantry?
Michael Horsch: Již dlouho se zabýváme aspekty automatizace a konstrukce robotů pro zemědělství. Spouštěčem pro řešení Gantry byl problém, který vzešel především z Jižní Ameriky. Už asi pět až šest let tam prodáváme naše 18metrové stroje Maestro větším pěstitelům sóji a kukuřice, zejména v Brazílii. Na těchto farmách pochopili, jak na svých pozemcích správně hospodařit, půdu absolutně neorají a zvládli problém meziplodin. Půda tak získá více humusu a živin a dokáže zadržet více vody. Klíčem k pokroku v Brazílii je nyní pěstování meziplodin – zejména správných směsí meziplodin, zasetých čistě a ve správný čas. Bezorebné obdělávání půdy proto funguje i v dlouhodobém horizontu bez zpracování půdy a kypření. Pouze na písčitých stanovištích je třeba provést cílené kypření, které lze využít i k uložení hnojiva do hlubších vrstev.
Většina tamějších zemědělců má však problém s tím, že k obdělávání svých velmi rozsáhlých ploch má k dispozici stále méně zaměstnanců. Proto dávají přednost jednomu nebo dvěma větším strojům před několika malými.
Požadavky směřují k pracovní šířce 24 m a více. Ze strojařského hlediska však existuje magická hranice – 18 m. Stroj se ještě dá dobře složit, má relativně malou hmotnost a dobrou stabilitu. Stroje nad 24 m jsou velmi těžké a hmotnost je soustředěna tam, kde ji nejméně potřebujete, tedy uprostřed. Aby bylo možné síly při skládání zvládnout, je zapotřebí velká stabilita, a tedy i hmotnost.
Zkoumali jsme to a zvažovali, co by mělo smysl, aby stroje nebyly příliš velké a těžké, ale zároveň dostatečně těžké pro bezorebné zpracování půdy a především s dobrým rozložením hmotnosti po celé šířce záběru. Tehdy jsme přišli na konstrukci Gantry. Není to však náš vynález.
terraHORSCH: Kde se tedy vzal nápad na konstrukci Gantry?
Michael Horsch: Myšlenka Gantry je stará už asi 40 let. Tento vývoj sleduji již od počátku 80. let v Anglii, například na National College of Agricultural Engineering v Silsoe. Kromě nás se dnes touto myšlenkou a také aspektem automatizace zabývá několik dalších firem s velmi zajímavými aplikacemi.
Mnoho výrobců, univerzit a začínajících podniků se často zabývá malými, většinou plně elektricky poháněnými roboty. Přitom se často přemýšlí v ideálu. Mezitím již existují firmy, které tuto technologii komercializují. Podívali jsme se například na Farmdroid a všimli jsme si, že zde pracují velmi pragmatičtí mladí lidé, kteří pochází ze zemědělského prostředí. Mají velmi praktický přístup, což podle mého názoru celou věc urychluje. Pokud se snažíte pracovat hodně teoreticky a implementovat na malých testovacích plochách, postupujete mnohem pomaleji.
Zpočátku jsme se zaměřili na velké pracovní záběry, plně automatické výsevní operace apod.
Zvláště velké secí stroje o záběru 12 a 18 m, které se sklápějí dopředu a mají kompaktní přepravní šířku a velké nádrže na osivo, se dají dobře autonomizovat. Samozřejmě musíme ještě provádět další výzkumy a myšlenky rozvíjet.
Jedním z prvních zjištění posledních let, které jsme učinili u robotů v rámci zkušebního užívání je, že potenciál úspory personálu je jen malý. Mění se pouze úkoly – už nesedíte v kabině, ale kontrolujete, zda stroj odvádí svou práci, a trvale optimalizujete nastavení pro co nejlepší výsledek práce – a to často jen tím, že za ním běžíte.
terraHORSCH: Jak to bude vypadat v budoucnu?
Michael Horsch: Teď to jde rychle, ale stále je před námi spousta práce na softwaru. Například v oblasti plánování kolejových drah nebo rozpoznávání prostředí je stále co zlepšovat a je v tom ještě mnoho know-how. Celá věc se však rychle posouvá kupředu především díky naší neustálé zkušební práci v terénu, zejména na naší vlastní zkušební farmě AgroVation.
Před dvanácti lety jsme se na této farmě zabývali také tématem řízeného provozu Controlled Traffic. Chtěli jsme zjistit, zda se nám podaří ze strojů vytěžit větší efektivitu a zda bude mít vliv na strukturu půdy, a tím bude účinkovat i na výnosy, když se všechny přejezdy přesunou na pevné dráhy a zbytek už se přejíždět nebude. Uvědomili jsme si, že je to také první krok k robotice, že musíme dráhy plánovat a pole digitalizovat.
Z agronomického hlediska nám však Controlled Traffic nepřinesl to, v co jsme doufali. Při sklizni má největší smysl pohybovat se s vysokým nákladem po pevných drahách. Zejména při sklizni kukuřice je často mokro a pšenice, která přichází po kukuřici, trpí. Zde nám CTF velmi pomáhá. Tu a tam jsme zaznamenali nějaké účinky u těžkých půd. Když bylo mokro a měli jsme položené pevné dráhy, u vývoje porostu a výnosu byly malé účinky měřitelné v řádu jednotek procent.
Bylo také zřejmé, že při zpracování půdy výhradně pomocí CTF se nevyhnutelně půda stává nerovnou. I při bezorebném obdělávání půdy a dlouholetém využívání CTF v Austrálii máme stejné zkušenosti. Při každoroční jízdě ve stejném pruhu a směru se tvoří podélné a příčné vlny. To ovlivňuje kvalitu zpracování půdy a setí a rychlost jízdy například při postřiku. Také u sklízecích mlátiček bylo zjištěno, že je do jisté míry obtížné kopírovat povrch v případě polehlého obilí. Pokud navíc jedete po pevných kolejích, stává se z nich, ať už jsou kdekoli, „polňačka". A každý ví, co se stane s polní cestou za několik let. Jsou na ní výmoly, je nerovná a především se po ní zamokra jezdí stále hůř.
terraHORSCH: Jak vypadá konstrukce HORSCH Gantry? Jak se dále vyvíjela?
Michael Horsch: Motivace nebyla postavit další těžké železné monstrum, které zhutní půdu. Používáme portálový způsob se dvěma koly vpředu a dvěma koly vzadu a rám je provlečen mezi koly. Přední náprava je v našem případě širší – je na rozchod 12 m. Zadní náprava je na rozchod 4 m. Důvodem je, že díky tomu neexistuje ani jedna dráha, která by byla přejeta pokaždé dvakrát. Pokud je totiž mokro a vy jedete dvakrát po stejné dráze, dokonce i mezi řádky, můžete nadělat obrovskou paseku a následek je silné zhutnění.
Loni v období pandemie koronaviru kolem Vánoc jsme o tom s bratrem dál přemýšleli a přišli s nápadem nestavět 24m secí stroj na kukuřici, kde se dělají špatné kompromisy s příliš malými koly a příliš velkou hmotností ve střední části, ale stroj navrhnout rovnou jako robota. Tak se zrodila naše myšlenka Gantry – v mírně upravené podobě s rámem uprostřed a tak dále. Tento nápad byl pak zkonstruován během několika dní. Na začátku ledna jsme pověřili jednoho z našich inženýrů, aby vše dokončil a stroj postavil.
terraHORSCH: Jaký je současný stav? Kde jsou v současné době ještě problémy?
Michael Horsch: Vsoučasné době jsme v procesu zkoušení a testování. Koncem května se stroj vydal do Brazílie, aby na něm zde byly provedeny rozsáhlé zkoušky. Tady nemáme dost možností – stroj je příliš široký a neexistuje silniční povolení.
Stále nevyřešená je také otázka softwaru. Z technického hlediska je to snadné. Hlavní práci jako vždy odvádí software. Ještě dlouho potrvá, než technologie senzorů dosáhne stavu, kdy bude stroj reagovat dostatečně rychle a bude dělat to, co má.
Při zkouškách v terénu jsme si opakovaně uvědomili, že pokud se odstraní kabina, dosáhne se mnohem vyšší efektivity a kvality práce. Kabina se často používá k jiným účelům, a to k odpočinku.
Výhoda je však také to, že získáte spoustu konstrukčního prostoru. Tím se výrazně zlepšuje dostupnost a dosáhnete všude – i zespodu. Konstrukce rámu, zejména hlavního rámu, je jednoduchá, elegantní a především velmi stabilní. To umožňuje stavět širší stroje. Náš koncept můžeme pravděpodobně rozšířit až na 30 nebo dokonce 36 metrů. S velkými nádržemi získáme větší dosah a lze je umístit tam, kde je potřeba větší hmotnost.
Samozřejmě někde bude dosaženo hranice toho, co čtyři kola unesou. Kritický bod nastává při 40–50 tunách na kolech, zejména při otáčení, při zvednutí secího rámu nebo za mokra. Prázdný stroj váží téměř 30 tun a ještě musíme počítat s 10–15 tunami osiva – hmotnost se rychle sčítá. Přesto je tato koncepce zvládnutelnější než rozdělená konstrukce. Při přímém výsevu musíte váhu rozložit rovnoměrně tam, kde se nacházejí tělesa řádků, a rovněž úplně zvenku. Čím je stroj širší, tím obtížnější je toho dosáhnout.
terraHORSCH: Které oblasti lze pomocí těchto myšlenek dobře automatizovat?
Michael Horsch: Myslím si, že v oblasti automatizace je důležité zabývat se tématy, která jsou nejsnáze proveditelná, což se týká setí, ochrany rostlin, hnojení a mechanické regulace plevelů. Kultivace půdy není tolik v popředí, ale také není tak složitá a probíhá spíše jako vedlejší záležitost. Automatizace sklizňových prací je naopak velmi složitá. Zdaleka nejsme schopni řídit sklízecí stroj na poli bez řidiče, ať už se jedná o sklízecí mlátičku, sklízeč brambor nebo sklízeč cukrové řepy. V této oblasti je prostě příliš mnoho ovlivňujících faktorů. Každý, kdo například někdy sklízecí mlátičkou zpracovával polehlé obilí, ví, jaký je to problém.