Nowe rozwiązania w robotyzacji
HORSCH od dawna zajmuje się takimi zagadnieniami jak automatyzacja i robotyzacja. W wywiadzie przeprowadzonym przez terraHORSCH Michael Horsch wyjaśnia, jak narodził się pomysł na Gantry (siewnik z portalowym układem jezdnym pozwalającym na rozszerzenie przestrzeni roboczej i zmniejszający do min. uwrocia) i jak wraz z bratem Philippem rozwijają tę koncepcję oraz co chcą w ten sposób osiągnąć.
terraHORSCH: Jak wpadł HORSCH na pomysł stworzenia siewnika Gantry?
Michael Horsch: Już od dłuższego czasu zajmujemy się różnymi aspektami automatyzacji i budowy robotów dla rolnictwa. Katalizatorem do budowy Gantry był problem, z którym zmagaliśmy się głównie w Ameryce Południowej. Od około pięciu, sześciu lat sprzedajemy tam, zwłaszcza do Brazylii, nasze 18-metrowe siewniki Maestros dedykowane dużym plantatorom uprawiającym soję i kukurydzę. Właściciele tych gospodarstw zrozumieli, jak powinno wyglądać prawidłowe gospodarowanie na tych terenach i sieją jedynie w siewie bezpośrednim. Opanowali także temat międzyplonów.
W rezultacie gleba ma więcej próchnicy i składników odżywczych oraz może zatrzymać więcej wody. Kluczem do postępu w Brazylii jest na dzisiaj uprawa międzyplonowa, a przede wszystkim odpowiednia mieszanka międzyplonów, wysiana dobrze i we właściwym czasie. Dzięki temu siew bezpośredni działa również długoterminowo bez orki i spulchniania gleby. Jedynie na terenach piaszczystych trzeba ją celowo spulchniać, co może być także wykorzystane do umieszczania depozytu nawozu w głębszych warstwach.
Jednak większość tamtejszych rolników ma problem ze znalezieniem pracowników do pracy na swoich bardzo dużych polach, gdyż ich liczba coraz bardziej maleje. Dlatego wolą mieć jedną lub dwie większe maszyny niż kilka małych.
Oczekiwania idą w kierunku 24 m szerokości roboczej lub więcej. Z punktu widzenia budowy maszyn istnieje jednak magiczna granica wynosząca 18 m. Przy tej szerokości nadal można dobrze złożyć siewnik, waga jest stosunkowo niewielka, a stabilność dobra. Od 24 m maszyny stają się bardzo ciężkie, a ich największy ciężar koncentruje się tam, gdzie go najmniej potrzeba, czyli w środku. Aby móc poradzić sobie z siłami działającymi podczas składania, potrzebna jest duża stabilność, a zatem i waga.
Zaczęliśmy wspólnie zastanawiać się nad tym, jakie rozwiązanie byłoby na tyle sensowne, by maszyny nie były zbyt duże i ciężkie, a zarazem wystarczająco ciężkie do siewu bezpośredniego i przede wszystkim z dobrym rozłożeniem ciężaru na całej szerokości roboczej. Tak wpadliśmy na pomysł skonstruowania pojazdu portalowego/bramowego Gantry. Nie jest to jednak nasz wynalazek.
terraHORSCH: Skąd wziął się pomysł na pojazd portalowy Gantry?
Michael Horsch: Pomysł na bramownicę Gantry ma już około 40 lat. śledzę jego rozwój w Anglii od wczesnych lat 80., odkąd zajmuje się nim np. National College of Agricultural Engineering w Silsoe. Dziś nie tylko my, ale również wiele innych firm pracuje nad tym pomysłem, wymyślając dla niego coraz bardziej ciekawe zastosowania, a także łącząc to z aspektem automatyzacji.
Wielu producentów, uczelni i start-upów zajmuje się dziś często małymi, najczęściej w pełni elektrycznymi, robotami, przy czym często podchodzą do tego mało praktycznie w sposób idealistyczny, oderwany od rzeczywistości. Chociaż są też już firmy, które komercjalizują te rozwiązania. Przyjrzeliśmy się na przykład firmie Farmdroid i zauważyliśmy, że pracują tam bardzo młodzi ludzie o mocno pragmatycznym podejściu wywodzący się ze środowisk rolniczych. Podchodzą do tej sprawy bardzo praktycznie, co moim zdaniem sprawia, że całość szybciej staje się bardziej akceptowalna i możliwa do wdrożenia. Jeśli dużo pracuje się teoretycznie, a zarazem wdraża te rozwiązania na małych obszarach testowych, to robi się znacznie wolniejsze postępy.
Początkowo koncentrowaliśmy się na dużych szerokościach roboczych, w pełni automatycznych procesach siewu itp.
Szczególnie duże 12- i 18-metrowe siewniki, które składają się do przodu i mają niewielkie szerokości transportowe oraz duże zbiorniki na nasiona, można łatwo zautomatyzować. Oczywiście nadal prowadzimy badania nad tradycyjnymi maszynami i rozwijamy nasze pomysły.
Jednym z pierwszych wniosków, do jakich doszliśmy, odnosząc się do kilku ostatnich lat i naszych doświadczeń nabytych podczas testów z robotami, jest to, że istnieje tylko niewielki potencjał oszczędzania personelu. Zmieniają się tylko obszary odpowiedzialności – nie siedzisz już w kabinie, ale sprawdzasz, czy maszyna dobrze wykonuje swoją pracę i stale optymalizujesz ustawienia w celu uzyskania optymalnych wyników pracy – i to często jedynie po prostu idąc za maszyną.
terraHORSCH: Jak to będzie wyglądało w przyszłości?
Michael Horsch: Sprawy posuwają się teraz szybko do przodu, ale wciąż pozostaje jeszcze wiele do zrobienia w zakresie oprogramowania. Na przykład jeśli chodzi o planowanie śladu, po którym przejeżdża robot, lub rozpoznawanie środowiska, wciąż jest wiele do zrobienia, bo w tym zakresie istnieje jeszcze sporo know-how. Całość jednak rozwija się szybko dzięki naszej ciągłej pracy testowej w terenie, a zwłaszcza na naszym własnym gospodarstwie testowym AgroVation.
Około dwanaście lat temu na tym samym gospodarstwie rozpoczęliśmy testy nad kontrolowanym ruchem Controlled Traffic Farming. Chcieliśmy wtedy sprawdzić, czy można uzyskać większą wydajność maszyn i czy jazda jedynie po tych samych śladach wpłynie pozytywnie na strukturę gleby, a tym samym na plony. Zdaliśmy sobie wówczas sprawę, że był to również pierwszy krok w kierunku robotyki oraz że musimy planować ślady i zdigitalizować pole.
Jednak w przypadku Controlled Traffic od strony uprawowej nie osiągnęliśmy tego, na co liczyliśmy. Natomiast podczas zbiorów najbardziej sensowne okazało się przemieszczanie ciężkich ładunków po stałych torach. Zwłaszcza podczas zbioru kukurydzy gleba często jest mokra i cierpi na tym pszenica, która jest wysiewana po kukurydzy. Bardzo nam tutaj pomaga CTF. Od czasu do czasu zauważaliśmy pewne pozytywne efekty na ciężkich glebach. Jak było mokro i ustalono jazdę po stałych torach, to miało to niewielki pozytywny wpływ na rozwój łanu, a plon był większy w jednocyfrowym zakresie procentowym.
Widać było również wyraźnie, że jeśli uprawa jest wykonywana wyłącznie przy użyciu CTF, gleby nieuchronnie stają się nierówne. Nawet w przypadku siewu bezpośredniego i wieloletniego używania CTF w Australii wyniki prac były takie same. Kiedy zaprzęg co roku przejeżdża tym samym śladem w tym samym kierunku, tworzą się fale podłużne i poprzeczne, co np. ma wpływ na jakość uprawy i siewu, na szybkość jazdy oraz w przypadku opryskiwacza na jakość oprysku.
Również w przypadku kombajnu zbożowego okazało się, że trudno jest podążać w śladzie, jeśli zboże jest wyległe. Co więcej: jeśli jeździsz zawsze po tym samym śladzie, to tor, bez względu na to, gdzie się znajduje, staje się „polną drogą”. A każdy wie, co staje się z polną drogą po kilku latach: ma dziury, staje się nierówna i przede wszystkim coraz trudniej jeździ się po niej, gdy jej nawierzchnia jest mokra.
terraHORSCH: Jak wygląda horschowskie rozwiązanie tego problemu, tj. Ganty? Jak rozwija się to dalej?
Michael Horsch: Motywacją nie było budowanie kolejnej ciężkiej, żelaznej kolubryny, która mocno ugniatałaby ziemię. Wchodzimy w temat Gantry (siewnik z portalowym układem jezdnym) z dwoma kołami z przodu i dwoma kołami z tyłu, którego rama jest wsunięta między koła. W naszym przypadku przednia oś jest szersza – w rozstawie 12 m, zaś tylna umieszczona w rozstawie 4 m.
Chodzi o to, by nie było ani jednego śladu, po którym przejeżdża się dwa razy. Bo kiedy jest mokro i przejedziesz dwa razy w tym samym śladzie, w tym również między rzędami, może się zdarzyć, że narobisz większego bałaganu, a rezultatem będzie silne zagęszczenie.
W zeszłym roku w czasie pandemii koronawirusa COVID-19 w okolicach świąt Bożego Narodzenia mój brat i ja zastanawialiśmy się nad tym problemem i wpadliśmy na pomysł, aby nie budować siewnika do kukurydzy o szerokości roboczej 24 m, przy którym trzeba iść na kompromisy, czyli takiego ze zbyt małymi kołami i zbyt dużą wagą w środkowej części, ale aby od razu ustawić maszynę jako robota. Tak narodził się nasz pomysł na Gantry, czyli siewnik robot z portalowym układem jezdnym w nieco zmodyfikowanej formie, z ramą między kołami itp. Pomysł ten został następnie w pełni zaprojektowany w ciągu zaledwie kilku dni. Na początku stycznia jeden z naszych inżynierów dopracował rysunki i przygotował wszystko do budowy maszyny.
terraHORSCH: Jaki status ma teraz ta maszyna? W jakich obszarach natrafiacie jeszcze na problemy, które wymagają rozwiązania?
Michael Horsch: Obecnie jesteśmy w trakcie prób i testów. Pod koniec maja Gantry pojechał do Brazylii, abyśmy mogli przeprowadzić tam zakrojone na szeroką skalę testy. U nas nie mamy takich możliwości. Gantry jest zbyt szeroki, przez co nie jest dopuszczony do jazdy po drogach publicznych.
Wciąż nierozwiązana jest także kwestia oprogramowania. Technicznie rzecz biorąc, jest to łatwe. Jak zawsze główną pracę wykonuje oprogramowanie. Przed nami jeszcze długa droga, zanim praca czujników będzie tak zaawansowana, że maszyna będzie reagowała wystarczająco szybko i jak należy.
To, co uświadamiamy sobie co jakiś czas na etapie testów polowych, to fakt, że bez kabiny osiąga się znacznie większą wydajność i wyższą jakość pracy. Kabina często jest wykorzystywana do innych celów, np. do odpoczynku.
Zaletą jest to, że zyskuje się dużo miejsca w miejscu montażu. To znacznie poprawia dostępność – dzięki temu można łatwo szybko dostać się z każdej jej strony, nawet od dołu. Konstrukcja ramy, a zwłaszcza ramy głównej, jest prosta, elegancka, a przede wszystkim wyjątkowo stabilna. Pozwala to budować większe szerokości robocze. Prawdopodobnie możemy rozszerzyć naszą koncepcję do 30 m, a nawet do 36 metrów. Dzięki dużym zbiornikom generujemy większy zasięg, poza tym możemy je umieścić tam, gdzie potrzebujemy większej masy.
Oczywiście w pewnym momencie osiąga się granicę tego, co mogą unieść cztery koła. Krytycznie zaczyna być przy 40-50 tonach, szczególnie podczas zakręcania, gdy rama nasienna zostaje podniesiona, lub w mokrych warunkach. Całość bez ładunku waży już prawie 30 t, plus 10-15 t materiału siewnego – ciężar szybko się sumuje. Niemniej jednak ta koncepcja jest łatwiejsza do opanowania niż konstrukcja rozproszona/przestrzenna. W przypadku siewu bezpośredniego należy równomiernie doprowadzić ciężar tam, gdzie znajdują się korpusy siewne, w tym również te zewnętrzne. Im szersza maszyna, tym trudniej to osiągnąć.
terraHORSCH: Które obszary można łatwo zautomatyzować dzięki takim pomysłom?
Michael Horsch: Jeśli chodzi o automatyzację, uważam, że ważne jest, aby zająć się najłatwiejszymi do wdrożenia problemami, które dotyczą siewu, ochrony roślin, nawożenia i mechanicznego zwalczania chwastów. Uprawa gleby nie jest kwestią nadrzędną, a zarazem nie jest też tak skomplikowana, w związku z czym jest rozwijana niejako przy okazji. Z drugiej strony automatyzacja procesów zbiorów jest bardzo skomplikowana.
Daleko nam do tego, by kombajn mógł jeździć po polu bez kierowcy, niezależnie od tego, czy jest to kombajn do zbóż, ziemniaków, czy kombajn do buraków cukrowych. W tym obszarze jest po prostu zbyt wiele czynników mających znaczenie. Każdy, kto kiedykolwiek młócił kombajnem wyległy łan, ten wie, jakie to wyzwanie.