Nový vývoj v oblasti robotizácie
Témy ako automatizácia a robotizácia sú v spoločnosti HORSCH sledované už dlhú dobu. V tomto rozhovore nám Michael Horsch rozpráva, ako spoločne s bratom Philippom prišli na myšlienku konštrukcie Gantry, ako vznikol, ako sa vznikla a kam smeruje.
terraHORSCH: Ako spoločnosť HORSCH prišla na riešenie Gantry?
Michael Horsch: Už dlho sa zaoberáme aspektmi automatizácie a konštrukcie robotov pre poľnohospodárstvo. Spúšťačom pre riešenie Gantry bol problém, ktorý vzišiel predovšetkým z Južnej Ameriky. Už asi päť až šesť rokov tam predávame naše 18-metrové stroje Maestro väčším pestovateľom sóje a kukurice, najmä v Brazílii. Na týchto farmách pochopili, ako na svojich pozemkoch správne hospodáriť, pôdu absolútne neorú a zvládli problém medziplodín. Pôda tak získa viac humusu a živín a dokáže zadržať viac vody. Kľúčom k pokroku v Brazílii je teraz pestovanie medziplodín – najmä správnych zmesí medziplodín, zasiatych čisto a v správny čas. Bezorbové obrábanie pôdy preto funguje aj v dlhodobom horizonte bez spracovania pôdy a kyprenia. Iba na piesočnatých stanovištiach je potrebné vykonať cielené kyprenie, ktoré možno využiť aj na uloženie hnojiva do hlbších vrstiev.
Väčšina tamojších poľnohospodárov má však problém s tým, že na obrábanie svojich veľmi rozsiahlych plôch má k dispozícii stále menej zamestnancov. Preto dávajú prednosť jednému alebo dvom väčším strojom pred niekoľkými malými.
Požiadavky smerujú k pracovnej šírke 24 m a viac. Zo strojárskeho hľadiska však existuje magická hranica - 18 m. Stroj sa ešte dá dobre zložiť, má relatívne malú hmotnosť a dobrú stabilitu. Stroje nad 24 m sú veľmi ťažké a hmotnosť je sústredená tam, kde ju najmenej potrebujete, teda uprostred. Aby bolo možné sily pri skladaní zvládnuť, je potrebná veľká stabilita, a teda aj hmotnosť.
Skúmali sme to a zvažovali, čo by malo zmysel, aby stroje neboli príliš veľké a ťažké, ale zároveň dostatočne ťažké na bezorbové spracovanie pôdy a predovšetkým s dobrým rozložením hmotnosti po celej šírke záberu. Vtedy sme prišli na konštrukciu Gantry. Nie je to však náš vynález.
terraHORSCH: Kde sa teda vzal nápad na konštrukciu Gantry?
Michael Horsch: Myšlienka Gantry je stará už asi 40 rokov. Tento vývoj sledujem už od začiatku 80. rokov v Anglicku, napríklad na National College of Agricultural Engineering v Silsoe. Okrem nás sa dnes touto myšlienkou a taktiež aspektom automatizácie zaoberá niekoľko ďalších firiem s veľmi zaujímavými aplikáciami.
Mnoho výrobcov, univerzít a začínajúcich podnikov sa často zaoberá malými, väčšinou plne elektricky poháňanými robotmi. Pritom sa často premýšľa v ideáli. Medzitým už existujú firmy, ktoré túto technológiu komercializujú. Pozreli sme sa napríklad na Farmdroid a všimli sme si, že tu pracujú veľmi pragmatickí mladí ľudia, ktorí pochádzajú z poľnohospodárskeho prostredia. Majú veľmi praktický prístup, čo podľa môjho názoru celú vec urýchľuje. Pokiaľ sa snažíte pracovať veľmi teoreticky a implementovať na malých testovacích plochách, postupujete oveľa pomalšie.
Spočiatku sme sa zamerali na veľké pracovné zábery, plne automatické výsevné operácie a pod.
Zvlášť veľké sejacie stroje so záberom 12 a 18 m, ktoré sa sklápajú dopredu a majú kompaktnú prepravnú šírku a veľké nádrže na osivo, sa dajú dobre autonomizovať. Samozrejme musíme ešte robiť ďalšie výskumy a myšlienky rozvíjať.
Jedným z prvých zistení posledných rokov, ktoré sme urobili pri robotoch v rámci skúšobného používania je, že potenciál úspory personálu je len malý. Menia sa iba úlohy – už nesedíte v kabíne, ale kontrolujete, či stroj odvádza svoju prácu a natrvalo optimalizujete nastavenie pre čo najlepší výsledok práce – a to často len tým, že za ním bežíte.
terraHORSCH: Ako to bude vyzerať v budúcnosti?
Michael Horsch: Teraz to ide rýchlo, ale stále je pred nami veľa práce na softvéri. Napríklad je stále čo zlepšovať v oblasti plánovania koľajových riadkov alebo rozpoznávania prostredia a je v tom ešte mnoho know-how. Celá vec sa však rýchlo posúva dopredu predovšetkým vďaka našej neustálej skúšobnej práci v teréne, najmä na našej vlastnej skúšobnej farme AgroVation.
Pred dvanástimi rokmi sme sa na tejto farme zaoberali aj témou riadenej prevádzky Controlled Traffic. Chceli sme zistiť, či sa nám podarí zo strojov vyťažiť väčšiu efektivitu a či bude mať vplyv na štruktúru pôdy, a tým bude účinkovať aj na výnosy, keď sa všetky prejazdy presunú na pevné dráhy a zvyšok už sa prechádzať nebude. Uvedomili sme si, že je to aj prvý krok k robotike, že musíme dráhy plánovať a pole digitalizovať.
Z agronomického hľadiska nám však Controlled Traffic nepriniesol to, v čo sme dúfali. Pri zbere má najväčší zmysel pohybovať sa s ťažkým nákladom po pevných dráhach. Najmä pri zbere kukurice je často mokro a pšenica, ktorá prichádza po kukurici, trpí. Tu nám CTF veľmi pomáha. Tu a tam sme zaznamenali nejaké účinky pri ťažkých pôdach. Keď bolo mokro a mali sme položené pevné dráhy, pri vývoji porastu a výnosu boli malé účinky merateľné v ráde jednotiek percent.
Bolo tiež zrejmé, že pri spracovaní pôdy výhradne pomocou CTF sa nevyhnutne pôda stáva nerovnou. Aj pri bezorbovom obrábaní pôdy a dlhoročnom využívaní CTF v Austrálii máme rovnaké skúsenosti. Pri každoročnej jazde v rovnakej koľaji a smere sa tvoria pozdĺžne a priečne vlny. To ovplyvňuje kvalitu spracovania pôdy a siatie a rýchlosť jazdy napríklad pri postreku. Tiež na kombajnoch bolo zistené, že je do istej miery ťažké kopírovať povrch v prípade poľahnutého obilia. Ak navyše idete po pevných koľajach, stáva sa z nich, nech už sú kdekoľvek, „poľná cesta“. A každý vie, čo sa stane s poľnou cestou za niekoľko rokov. Sú na nej výmole, je nerovná a predovšetkým sa po nej zamokra jazdí stále horšie.
terraHORSCH: Ako vyzerá konštrukcia HORSCH Gantry? Ako sa ďalej vyvíjala?
Michael Horsch: Motivácia nebola postaviť ďalšie ťažké železné monštrum, ktoré zhutní pôdu. Používame portálový spôsob s dvoma kolesami vpredu a dvoma kolesami vzadu a rám je prevlečený medzi kolesami. Predná náprava je v našom prípade širšia - je na rozchod 12 m. Zadná náprava je na rozchod 4 m. Dôvodom je, že vďaka tomu neexistuje ani jedna dráha, ktorá by bola prejdená zakaždým dvakrát. Pokiaľ je totiž mokro a vy idete dvakrát po rovnakej dráhe, dokonca aj medzi riadkami, môžete narobiť obrovskú paseku a následok je silné zhutnenie.
Vlani v období pandémie koronavírusu okolo Vianoc sme o tom s bratom ďalej premýšľali a prišli s nápadom nestavať 24 m sejací stroj na kukuricu, kde sa robia zlé kompromisy s príliš malými kolesami a príliš veľkou hmotnosťou v strednej časti, ale stroj navrhnúť rovno ako robota. Tak sa zrodila naša myšlienka Gantry – v mierne upravenej podobe s rámom uprostred a tak ďalej. Tento nápad bol potom skonštruovaný v priebehu niekoľkých dní. Na začiatku januára sme poverili jedného z našich inžinierov, aby všetko dokončil a stroj postavil.
terraHORSCH: Aký je súčasný stav? Kde sú v súčasnej dobe ešte problémy?
Michael Horsch: V súčasnej dobe sme v procese skúšania a testovania. Koncom mája sa stroj vydal do Brazílie, aby na ňom boli vykonané rozsiahle skúšky. U nás nemáme dosť možností - stroj je príliš široký a neexistuje cestné povolenie.
Stále nevyriešená je aj otázka softvéru. Z technického hľadiska je to ľahké. Hlavnú prácu ako vždy odvádza softvér. Ešte dlho potrvá, kým technológia senzorov dosiahne stav, kedy bude stroj reagovať dostatočne rýchlo a bude robiť to, čo má.
Pri skúškach v teréne sme si opakovane uvedomili, že pokiaľ sa odstráni kabína, dosiahne sa oveľa vyššia efektivita a kvalita práce. Kabína sa často používa na iné účely, a to na odpočinok.
Výhoda je však aj to, že získate veľa konštrukčného priestoru. Tým sa výrazne zlepšuje dostupnosť a dosiahnete všade - aj zospodu. Konštrukcia rámu, najmä hlavného rámu, je jednoduchá, elegantná a predovšetkým veľmi stabilná. To umožňuje stavať širšie stroje. Náš koncept môžeme pravdepodobne rozšíriť až na 30 alebo dokonca 36 metrov. S veľkými zásobníkmi získame väčší dosah a je možné ich umiestniť tam, kde je potrebná väčšia hmotnosť.
Samozrejme niekde bude dosiahnutá hranica toho, čo štyri kolesá unesú. Kritický bod nastáva pri 40–50 tonách na kolesách, najmä pri otáčaní, pri zdvihnutí sejacieho rámu alebo za mokra. Prázdny stroj váži takmer 30 ton a ešte musíme počítať s 10–15 tonami osiva – hmotnosť sa rýchlo sčíta. Napriek tomu je táto koncepcia zvládnuteľnejšia ako rozdelená konštrukcia. Pri priamom výseve musíte váhu rozložiť rovnomerne tam, kde sa nachádzajú telesá riadkov a tiež úplne zvonku. Čím je stroj širší, tým ťažšie je to dosiahnuť.
terraHORSCH: Ktoré oblasti je možné pomocou týchto myšlienok dobre automatizovať?
Michael Horsch: Myslím si, že v oblasti automatizácie je dôležité zaoberať sa témami, ktoré sú najľahšie uskutočniteľné, čo sa týka siatia, ochrany rastlín, hnojenia a mechanickej regulácie burín. Kultivácia pôdy nie je toľko v popredí, ale tiež nie je taká zložitá a prebieha skôr ako vedľajšia záležitosť. Automatizácia zberových prác je naopak veľmi zložitá. Zďaleka nie sme schopní riadiť zberový stroj na poli bez vodiča, či už sa jedná o obilný kombajn, zberač zemiakov alebo cukrovej repy. V tejto oblasti je jednoducho príliš veľa ovplyvňujúcich faktorov. Každý, kto napríklad niekedy kombajnom zberal poľahnuté obilie, vie, aký je to problém.