Chytré zariadenia v priemysle (5)

Využitie v poľnohospodárstve.
Chytré zariadenia v priemysle (5)

Poľnohospodársky priemysel v Slovenskej republike vyprodukuje vo finančnom meradle takmer 2,7 miliardy € z hľadiska hrubého domáceho produktu ročne. Aj vďaka takejto výkonnosti nie je poľnohospodársky sektor zďaleka zanedbateľnou súčasťou priemyslu na Slovensku. Z mnohých dôvodov, najmä však z dôvodu nízkej pridanej hodnoty, nízkych platov a prevažujúcej náročnej fyzickej práce, dlhodobo bojuje s nedostatkom vhodných pracovných síl. Práve tento fakt, ako aj perspektívy zvýšenia efektívnosti sú pádnymi dôvodmi na vstup SMART technológií vrátane koncepcie internetu vecí do agrosektora.

Ako dochádza v priemysle k štvrtej priemyselnej revolúcii a zavádza sa pojem Industry 4.0, tak aj v poľnohospodárstve príchod chytrých technológií štartuje fenomén Tretej zelenej revolúcie [1]. Veľká časť inovácií v priemyselnej automatizácii je vo všeobecnosti aplikovateľná aj v poľnohospodárskej druhovýrobe, teda v spracovaní živočíšnych a rastlinných poľnohospodárskych produktov. Keďže túto oblasť sme už pokryli prvým článkom série, ciele týkajúce sa druhovýroby spomenieme okrajovo na záver. V tomto článku sa chceme zamerať predovšetkým na využitie SMART a nositeľných zariadení v poľnohospodárskej prvovýrobe.

Využitie SMART zariadení v rastlinnej výrobe a lesnom hospodárstve

Rastlinná výroba ponúka v súčasnosti široké uplatnenie rôznych environmentálnych meraní. Senzory na meranie zdravia a fyziologického stavu rastlín (napr. systém SAVE GRAPE [2]), UV žiarenia, teploty, analýzu minerálov z pôdy (resp. iného základu), vlhkosti prostredia a pôdy a pôdneho PH nachádzajú svoje miesto od hydroponického pestovania cez skleníky až po tradičné pestovanie plodín na poliach. Existuje množstvo riešení na meranie spomenutých vlastností individuálne, ale aj komplexné IoT riešenia, ktoré vďaka svojim bezdrôtovým komunikačným schopnostiam poskytujú súhrnné geolokalizované informácie. Výsledkom takýchto riešení sú napríklad teplotné mapy, resp. pri analytickom spracovaní získaných dát aj predikcie úrodnosti/výnosnosti podľa druhu, odrody, stavu plodiny a meteo informácií alebo rôzne výstrahy [3].

Použiteľnosť nositeľných zariadení v tomto odvetví poľnohospodárstva (resp. lesníctva) by mohlo znieť diskutabilne, avšak aj pre špecifické rastliny (napr. stromy, kry, kukuricu) existujú špeciálne upravené „nositeľné“ zariadenia (resp. sondy), ktorých úlohou je monitorovať zdravie a fyziológiu rastliny, napríklad v podobe obsahu vody, toku živice [4], odvádzania teploty či rastu pomocou tenzometrov [5]. Takéto zariadenia v kombinácii s pôdnymi senzormi môžu poskytovať plošné geograficky rozsiahle informácie pre lesné hospodárstvo o stave pôdy (lesa), resp. varovať pred vysúšaním, chorobami, premnožením škodcov a zvýšeným rizikom lesného požiaru.

Využitie SMART zariadení v živočíšnej výrobe

V živočíšnej poľnohospodárskej prvovýrobe nie sú dnes SMART a nositeľné zariadenia už žiadnou novinkou. Prvou lastovičkou, ktorú môžeme radiť do kategórie nositeľného zariadenia, sú RFID identifikačné implantáty zvierat, ktoré spĺňajú štandard ISO 11784 (resp. ISO 11785). Pri použití čítačiek s ďalekým dosahom je čítacia vzdialenosť čipu maximálne 1 m. Táto vzdialenosť však stačí na realizáciu viacerých meraní [6], napr. na automatické spočítavanie zvierat. Príkladom je systém Sheep Counter od spoločnosti Shearwell Data Ltd. na počítanie oviec. Na rozdiel od humánnych nositeľných zariadení disponujú zariadenia v živočíšnej výrobe širšou paletou senzorov najmä vďaka tomu, že sú zvyčajne implantované pod kožu zvieraťa. V prvom rade sa zameriavajú na zdravie a výživu zvierat, napr. analýzou potu, séra, meraním telesnej teploty, vďaka čomu je ich využitie praktické pri detekcii stresu, patogénov, bakteriálnych a vírusových ochorení, analýze obsahu antibiotík v krvi a podobne. Okrem iného môžu byť takéto implantáty použité na dávkovanie liečiv. Ako drvivá väčšina nositeľných zariadení, tak aj tieto môžu slúžiť na získanie celkových prehľadových informácií o úžitkovej hodnote, výkonnosti a zdravotnom stave chovu vrátane informácií o pohybe a polohe zvierat. Tomuto konceptu hovoríme internet zvierat (Internet of Animals). Príkladom je nositeľný produkt Silent Herdsman spoločnosti Afimilk na sledovanie zmien v správaní kráv a optimalizáciu dojivosti v podobe textilného obojku.

Využitie SMART zariadení pri výrobe vedľajších produktov poľnohospodárskej výroby

Zaujímavé využitie nachádzajú SMART zariadenia aj pri výrobe vedľajších poľnohospodárskych produktov, akým je napríklad kompost. Pri výrobe kompostu treba v závislosti od použitého výrobného postupu sledovať napr. vlhkosť, teplotu, biologickú stabilitu materiálu či obsah kyslíka [8]. Podobne ako pri analýze pôdy, aj v tomto prípade je vhodné využiť senzorické sondy v rôznych hĺbkach a miestach kompostového základu, pričom vizualizácia aktuálneho stavu kompostu môže byť realizovaná podobne ako mapa výnosnosti pôdy na obr. 6, avšak v podobe rezu, napr. v prípade krechtových kompostov.

Záver

V tomto článku sme poukázali na dôležitosť SMART a nositeľných zariadení v oblasti poľnohospodárskej prvovýroby. Ako sme spomenuli v úvode, ich využitie v druhovýrobe je veľmi podobné ako v priemyselnej automatizácii. Na základe toho možno okrem spomenutých prípadov využiť SMART technológie aj v nasledujúcich oblastiach [1]:

  • manažérske informačne systémy – plánovanie výroby, zberu, skladovania,
  • presné poľnohospodárstvo – manažovanie priestorovej a časovej variability, správa materiálového toku, vstupov a výstupov s cieľom znížiť záťaž na životné prostredie,
  • automatizácia a robotizácia – uplatňovanie robotizácie a automatizácie v rôznych oblastiach poľnohospodárstva.

Predpokladáme, že existujúci trend, ktorý sme naznačili niekoľkými prípadmi použitia, bude aj v dôsledku inovácií v oblasti nositeľných a SMART technológií čoraz viac zasahovať aj do poľnohospodárskej prvovýroby a ovplyvní tak do veľkej miery postupy a činnosti v tomto dôležitom sektore hospodárstva.

Zdroje

[1] BioSense: SmartAKIS. [online]. Dostupné na: https://www.smart-akis.com/index.php/network/what-is-smart-farming/).

[2] Mitchell, L.: Save protection grape: The advanced monitoring system of the vineyard for and efficient and practical management of production. [online]. Whitepaper Auroras. 7. pp. Dostupné na: https://www.auroras.eu/save-the-proactive-monitoring-system-for-the-vineyard/.

[3] WinField United – R7® Tool. [online]. Dostupné na: https://www.winfieldunited.com/Technology/R7-Tool.

[4] Laboratory of Plant Ecology. [online]. Ghent University. Dostupné na: https://treewatch.net/wageningen-university-research/.

[5] James, S. A. – Clearwater, M. J. et al: Heat dissipation sensors of variable length for the measurement of sap flow in trees with deep sapwood. [online]. In: Tree Physiology, 2002, vol. 22, no. 4, pp. 277 – 283. Heron Publishing – Victoria, Canada. ISSN 1758-4469.

[6] Mutenje, T. J. – Simalenga, T. – Smithers, J. C. (2013). Conventional vs. Radio Frequency Identification (RFID) Controlled Cattle Handling Technology Review: The Way Forward. AMA-AGRICULTURAL MECHANIZATION IN ASIA, AFRICA AND LATIN AMERICA, 44(2), 76 – 84.

[7] Neethirajan, S.: Recent advances in wearable sensors for animal health management. In: Sensing and Bio-Sensing Research, 2017, vol. 12, pp. 15 – 29. ISSN 2214-1804.

[8] Petersen, M.: Compost monitoring. [online]. Iowa Scaled Engineering, LLC. Publikované 23. 3. 2013. Dostupné na: https://www.iascaled.com/blog/compost-monitor/.

Poďakovanie

Táto séria článkov vznikla vďaka realizácii projektov podporených Kultúrno-edukačnou grantovou agentúrou Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu SR a Slovenskej akadémie vied pod číslom 05TUKE-4/2017 a Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na základe zmluvy č. APVV-16-0213.

Ing. Pavol Šatala
pavol.satala@tuke.sk

Ing. Vladimír Gašpar, PhD.
vladimir.gaspar@tuke.sk

doc. Ing. Peter Butka, PhD.
peter.butka@tuke.sk

Technická Univerzita v Košiciach
Fakulta elektrotechniky a informatiky
Katedra kybernetiky a umelej inteligencie – Oddelenie hospodárskej informatiky
Laboratórium chytrých technológií
Vysokoškolská 4, 042 00 Košice
http://kkui.fei.tuke.sk/chi/smart