Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Robotika se rychle prosazuje ve výrobě nejen v průmyslu, ale i v zemědělství. Do té míry, že v poslední době, po vzoru průmyslu, se v Německu začíná hovořit o paradigmatu Landwirtschaft 4.0 (Zemědělství 4.0). Významný přínos v této oblasti představují výzkumné a vývojové aktivity probíhající z iniciativy společnosti Robert Bosch GmbH, nyní zhmotněné v podobě prototypu zemědělského robotu s názvem BoniRob.
Autonomní zemědělský robot BoniRob
Firma Robert Bosch GmbH je dlouholetým spolupracujícím partnerem mj. vysoké školy v Osnabrücku. Jedním z nejúspěšnějších výsledků jejich vzájemné spolupráce je prototyp autonomního zemědělského robotu BoniRob, na jehož vývoji jako důležitý partner z průmyslu spolupracoval také renomovaný výrobce zemědělských strojů, firma Amazonen-Werke z Hasbergenu. Robot Boni-Rob vznikl v rámci veřejného projektu vypsaného v Německu Spolkovým ministerstem pro výživu a zemědělství (BMEL) a Spolkovým úřadem pro zemědělství (BLE) za účelem podpořit udržitelný rozvoj zemědělství, na které jsou do budoucna kladeny značné požadavky.
Podle kvalifikovaných odhadů musí výnosy v zemědělství k udržení kroku se zvětšujícím se počtem obyvatel Země růst ročně nejméně o 3 %. Zejména ve vyspělých zemích se přitom zemědělství potýká s nedostatkem kvalitních pomocných pracovníků pro práci na polích. Zemědělství je takto považováno za důležitou cílovou oblast použití servisních robotů, které ovšem „nezaskakují“ jenom tam, kde je nedostatek pracovních sil nebo je třeba zbavit pracovníky tělesně namáhavé práce. Díky své velké přesnosti roboty navíc šetří pohonné hmoty a umožňují přesně a úsporně sít, aplikovat umělá hnojiva apod. „Stroj BoniRob umožňuje realizovat ekologicky i ekonomicky orientované a široce automatizované zemědělské procesy bez přítomnosti člověka,“ zdůrazňuje prof. Dr. Arno Ruckelshausen z vysoké školy v Osnabrücku hlavní přednosti robotu.
Při vývoji robotu BoniRob využili odborníci ze společnosti Robert Bosch své znalosti a dlouholeté zkušenosti zejména v oborech senzoriky, automatické navigace a strojového vidění. V polovině roku 2014 společnost převedla své vývojové pracovníky do nově založeného
start-up podniku s názvem Deepfield Robotics s aktuálním prvořadým úkolem dokončit vývoj robotu BoniRob a připravit jeho sériovou výrobu ve firmě Amazonen Werke (viz např.
www.deepfield-robotics.com/de/Ueber-uns.html).
Základem je robotická platforma
Základem robotu BoniRob je autonomní mobilní robotická platforma pro použití v zemědělství, vynikající velmi dobrými manévrovacími schopnostmi, které jí poskytuje především čtveřice navzájem nezávisle ovládaných hnacích kol s proměnným rozchodem. Použitá pokročilá metoda určování polohy s využitím systému družicové navigace GPS umožňuje robotu manévrovat na poli s centimetrovou přesností. Systém automatické navigace robotu, zahrnující vedle systému GPS také např. laserové dálkoměry (Lidar), akcelerometry a počítadla otáček kol, poskytuje např. robotu možnost autonomně jet podél řádku s vysázenými rostlinami. Zdrojem energie pro robot je vestavěná akumulátorová baterie, která dodává energii pro trakční motory i pro elektroniku robotu. Lze však také použít pomocný dieselgenerátor a tím zvětšit dojezd a prodloužit dobu provozuschopnosti robotu, který může pracovat i ve velmi těžkých polních podmínkách.
Konstrukce robotu je modulární, s vyměnitelnými pracovními moduly pro každý z uvažovaných způsobů jeho použití. Mechanická, elektrická a datová rozhraní modulů umožňují robot snadno rozšiřovat a programovat. V současnosti existují pracovní moduly pro mechanické odstraňování plevele, pro měření hutnosti nebo analýzu složení půdy, pro podporu pěstování rostlin a pro ekologicky šetrnou kultivaci zemědělských ploch; další jsou na základě zkušeností a potřeby postupně vyvíjeny.
Snímání okolí a strojové vidění při pěstování rostlin
Vedle pokročilé zemědělské techniky a zlepšené ochrany rostlin je v oboru rostlinné výroby připisován velký význam zejména zvyšování účinnosti pěstitelských postupů. Pěstitelé mohou v současnosti v laboratoři velmi podrobně analyzovat dědičnou výbavu nových druhů rostlin. Jak dobře ale různé druhy rostlin skutečně rostou, nakolik jsou odolné proti vnějším vlivům, kolik hnojiva a vody potřebují apod. – to vše se projevuje teprve v praxi, při vysazení rostin na pole. Tam odborníci na rostlinnou výrobu ručně vyšetřují a analyzují často tisíce rostlinných jedinců, u nichž zjišťují tvar vzrůstu rostliny, obsah chlorofylu, velikost a barvu listů, velikost a tvar plodů, oddolnost proti napadení škůdci a působení herbicidů atd. Poté, na základě výsledků těchto průzkumů, se rozhodují, kterými druhy rostlin se budou nadále zabývat – část názvu této tzv. bonitace se stala součástí názvu robotu BoniRob, který uvedené analytické postupy umožňuje automatizovat a výrazně zrychlit. Robot přitom využívá zejména automatické rozpoznávání obrazů, které snímají jeho skenery a kamery. Automatizovaná analýza ušetří pěstitelům rostlin mnoho času a námahy.
Ekologicky šetrná likvidace plevele
Zemědělský robot BoniRob může lidem výrazně usnadnit a zrychlit také každodenní práce na poli, např. při setí, hnojení a odstraňování plevele. Specifický je způsob odstraňování plevele, kdy BoniRob jede pomalu po poli a tu a tam z jeho útrob „vystřelí“ pěchovadlo, které se velkou rychlostí silou zaboří do půdy. Cíleně přesně přitom trefí a zatlačí do země nežádoucí rostlinu kopřivy, heřmánku či jiného plevele, což znamená její konec. Poté, co robot opracuje celé pole, zůstanou na něm již jenom mladé rostlinky kukuřice, pšenice, žita, řepy apod. Všechno, co by jejich růstu mohlo vadit, nenávratně zmizelo v půdě. A to ekologicky, bez jediné kapky jedovatého herbicidu či jiného chemického přípravku. Robot takto ničí plevel s účinností větší než 90 %.
Podmínkou přitom je, aby robot dokázal podle tvaru, barvy a velikosti listů spolehlivě rozlišit užitečné rostliny od plevele. Umožňuje mu to již zmíněný vestavěný inteligentní systém strojového vidění, který je ovšem třeba pro danou úlohu nejprve vše potřebné naučit. Není to snadné, protože v raném stadiu růstu jsou si např. listy mrkve a heřmánku velmi podobné a není vůbec snadné je rozlišit. Použita je metoda tzv. opakovaného strojového učení, kdy robot snímá a analyzuje velký počet obrázků, v nichž vědci označí listy plevele. Robot BoniRob se tak postupně učí stále lépe rozlišovat podle barvy, tvaru a velikosti listu mezi žádanou rostlinou a nežádoucími rostlinami a jeho inteligence díky strojovému učení postupně roste.
Závěr
Zemědělský robot BoniRob má mnoho vynikajících vlastností, díky nimž již získal některá významná ocenění. Pozornost poutá zejména jeho modulární uspořádání, umožňující robot vždy poměrně snadno přizpůsobit potřebám dané úlohy. Na začátku roku 2015 obdrželi partneři zúčastnění na projektu na Evropském fóru robotiky ve Vídni prestižní ocenění v oboru transferů techniky 2015 eu- Robotics Technology Transfer Award. V září 2015 udělil spolkový ministr zemědělství robotu BoniRob německou inovační cenu Gartenbau 2015 v kategorii Technik.
Více o schopnostech a možnostech využití robotu BoniRob se lze dozvědět např. na adrese
www.deepfield-robotics.com. Společnost Robert Bosch očekává, že po rozšíření robotů BoniRob se výrazně změní podmínky a způsob hospodaření v rostlinné výrobě a obor jako celek bude dobře připraven na začlenění do chystané koncepce
Landwirtschaft 4.0.
[Feldroboter BoniRob der Bundeskanzlerin vorgestellt. Pressemitteilung Hochschule Osnabrück, 20. 10. 2015.]
Inovační aktivity společnosti Robert Bosch
Německá společnost Robert Bosch GmbH, založená v roce 1886 ve městě Gerlingen severozápadně od Stuttgartu, v současnosti úspěšně působí po celém světě. Se svými téměř 290 000 zaměstnanců zaznamenala v roce 2014 obrat ve výši 48,9 miliardy eur. Veřejnosti je známa zejména výrobou dílů a zařízení pro automobilový průmysl, kvalitních domácích spotřebičů a elektrického nářadí. Neméně úspěšná je i v nových oborech, jako jsou např. technika pro inteligentní domy, automatizované mobilní prostředky, průmyslová automatizace či robotika. Významně se zde opírá o vlastní výzkum a vývoj nové techniky, které jí otevírají cestu k rozšiřování sortimentu produktů, které dodává. V poslední době společnost vydává na výzkum a vývoj ročně okolo tří miliard eur a např. jen v roce 2014 přihlásila asi 4 600 patentů.
Pro posílení své inovační síly společnost vybudovala v Renningenu (asi 50 km západně od Stuttgartu) s vynaložením téměř 310 milionů eur nové moderní výzkumné a vývojové středisko typu univerzitního pracoviště určené k rozvoji disciplín přesahujících její dosavadní zaměření. V novém výzkumném kampusu o rozloze 110 000 m
2 bude pracovat asi 1 700 tvůrčích pracovníků v oboru zejména aplikovaného výzkumu a vývoje průmyslových produktů. Motto kampusu zní
Vernetzt für Millionen Ideen (
Propojení pro miliony myšlenek) a podle společnosti jde o současný uzlový bod její celosvětové sítě výzkumu a vývoje (
www.bosch-renningen.de).
Nový výzkumný kampus byl oficiálně otevřen 14. října 2015 za účasti spolkové kancléřky Dr. Angely Merkelové, která ve svém proslovu ocenila výzkum a inovace jako významné zdroje lidského blahobytu a posléze, při obchůzce výzkumného areálu, si s uznáním prohlédla mj. právě zemědělský robot BoniRob (obr. 1 v textu článku).
Ing. Karel Kabeš
Obr. 1. Představení prototypu robotu BoniRob spolkové kancléřce Dr. Angele Merkelové při její prohlídce nového výzkumného areálu společnosti Robert Bosch (foto: Robert Bosch GmbH)
Obr. 2. Prototyp zemědělského robotu BoniRob v činnosti na poli (foto: Robert Bosch GmbH)