Drony ako zdroj nových a rozsiahlych údajov

Vedci z oblasti poľnohospodárskeho výskumu vždy používali najmodernejšie technológie a skúmali spôsoby, ako ich integrovať do poľnohospodárskych systémov. Umelá inteligencia (UI) získava v poslednom čase v poľnohospodárskych disciplínach značnú pozornosť, pretože má potenciál využiť rozsiahle údaje, ktoré sú teraz ľahko dostupné pomocou systémov bezpilotných lietadiel (Unmanned Aerial System – UAS).

Nasadenie jednotlivých fyzických senzorov je často nákladné a časovo náročné. Ich údržba na poli je tiež náročná, pretože často nejakým spôsobom súvisia s činnosťami na poli, ako je obrábanie pôdy, výsadba, postrek a zber. V zjednodušenom zmysle sa dá povedať, že rastliny v sebe spájajú genetické informácie s informáciami o okolitom prostredí. Ako? Tým, že reagujú na fyzikálne a chemické vlastnosti pôdy, dostupnosť vlhkosti, biotické a abiotické faktory, ako aj na postupy riadenia. V tomto ohľade môžu rastliny slúžiť ako poľné biologické sondy, ktoré môžu byť hodnotené senzormi umiestnenými na UAS. Tradičné metódy zberu údajov o plodinách často nedokážu zachytiť odchýlky na poli kvôli obmedzenému rozsahu vzorkovania a sú náchylné na určitú úroveň subjektivity. S týmto cieľom môžu UAS vybavené vhodnými senzormi merať časový priebeh rastu rastlín presne, rýchlo a nákladovo efektívne. Tieto relatívne dostupné systémy tiež umožňujú zber presných údajov s priestorovými a časovými značkami, ktoré boli predtým prostredníctvom konvenčných leteckých a vesmírnych platforiem diaľkového snímania nedosiahnuteľné [1].

Presné poľnohospodárstvo vyžaduje presné mapy

Ochrana zdrojov pri optimalizácii výnosov – to je spôsob, ako poľnohospodári dosiahnu vytúžený grál – robiť/vyrobiť viac za menej. Rovnaký cieľ sledujú každodenne aj odborníci spoločnosti GeoPard Agriculture. Startup v Kolíne nad Rýnom vyvinul platformu precízneho poľnohospodárstva na podporu poľnohospodárskych činností s cieľom inteligentnejšieho rozhodovania o využívaní pôdy a manažmente plodín. Spojením historických súborov údajov s geogra­fickými súvislosťami, ako sú výnosy, vlastnosti pôdy, satelitné snímkovanie a topografia, umožňujú mapy vytvorené spoločnosťou GeoPard presný poľnohospodársky prístup k najheterogénnejším poliam, rozpoznávajú nestabilné vegetačné zóny, získavajú údaje z pozemných senzorov a dokonca dokážu identifikovať oblaky a tiene. Vďaka aplikácii umelej inteligencie a strojového učenia vo svojej viacvrstvovej analytike je aplikácia GeoPard účinným nástrojom, ktorý pomáha farmárom zvýšiť návratnosť investícií a produktivitu selektívnym aplikovaním semien, hnojív, herbicídov a fungicídov vďaka dômyselnejšiemu porozumeniu profilu každého poľa [2].

Napriek tomu, že potenciál mapovacej technológie je obrovský, GeoPard čelí niektorým významným výzvam pri plnení svojho poslania vytvárať perfektné mapy pre poľnohospodárske odvetvie. Spoluzakladateľ spoločnosti Dmitrij Dementiev vysvetľuje, že hoci má jeho tím prístup k bezplatným a vysokokvalitným satelitným údajom, „bez verejne dostupného dátového úložiska zameraného na pôdohospodárstvo, ku ktorému má prístup každý startup, je to veľká výzva; pestovateľom by sme mohli poskytnúť obrovské výhody a ešte viac služieb, ak by sa s nami podelili o údaje o svojich poliach“. Zlúčením existujúcich súborov údajov s ďalšími informáciami z konkrétnych súkromných oblastí by modely GeoPard iba zvýšili presnosť a umožnili ďalšiu optimalizáciu využívania pôdy.

Traktor budúcnosti je už tu

Inteligentnejšie a presné poľnohospodárstvo sú dva spôsoby, ako zmierniť výzvy, ktoré pred nami stoja. Táto cesta je hrboľatá a vyžaduje ešte veľa testovania rôznych riešení doslova priamo na poliach. Zoberme si nejakého farmára s jeho (aj keď zatiaľ imaginárnymi) autonómnymi kombajnmi na diaľkové ovládanie: „Pre vývojárov bude veľmi náročnou úlohou úplná integrácia do jednej edge platformy na poľnohospodárskom vozidle, aby sa stalo inteligentnejším. Najnovšie inovatívne prístupy sa zameriavajú na to, aby operátor prevzal priamu kontrolu nad vozidlom zo vzdialeného miesta,“ vysvetľuje Dr. Martijn Rooker, manažér inovačných projektov a financovania v rakúskej spoločnosti TTTech Group so sídlom vo Viedni. Spoločnosť TTTech Group a HYDAC International založili spoločný podnik TTControl, ktorý sa špecializuje na bezpečnostné riadenie, displeje a riešenia prepojenia pre terénne vozidlá, ako sú traktory a iné poľnohospodárske stroje.

Poloautonómny traktor, ktorý tento spoločný podnik vyvíja, bude vybavený novým výkonným procesorom, aby celé vozidlo fungovalo ako edge zariadenie takmer autonómne. Traktor by interagoval s inými strojmi v teréne – s dronmi, so senzormi – a keď narazí na neznámu situáciu, môže do toho vstúpiť a pomôcť ľudský operátor. Prostredníctvom tejto interakcie s ľuďmi operačný systém aktuali­zuje svoje interné znalosti, efektívne sa naučí, čo robiť nabudúce, zvýši bezpečnosť, efektivitu a produktivitu. Pretože sa traktor pripája k cloudovým riešeniam, bude oblasť jeho nasadenia vyžadovať nielen komunikačné pokrytie na úrovni 5G, ale aj jeho hardvér a softvér musia byť dostatočne silné, aby odolali otrasom a náročným prácam na poli.

Umelá inteligencia zlepšuje presnosť postrekov

„Spoločnosť ecoRobotix vyvinula jedinečnú technológiu, ktorá kombinuje umelú inteligenciu a mimoriadne presné bodové postrekovanie pre tzv. presné poľnohospodárstvo, čo umožňuje bezprecedentné zníženie množstva herbicídov, fungicídov a insekticídov,“ uviedol Steve Tanner, riaditeľ technického oddelenia a spoluzakladateľ ecoRobotix. Spoločnosť vo svojom postrekovacom zariadení s názvom ARA nasadzuje kamery a pokročilé algoritmy strojového učenia na presnú identifikáciu druhu a umiestnenia burín v rôznych plodinách alebo plodín napadnutých hubami či hmyzom. Rozprašovacími dýzami potom aplikuje mikrodávku príslušného prípravku na ochranu rastlín, extrémne cielenú až na plochu 3 x 8 cm. Inovatívna konštrukcia stroja chráni užitočný hmyz, akým sú včely, a zabraňuje unášaniu postrekom. V porovnaní s bežnými postrekovacími strojmi sú poľnohospodári schopní ušetriť až 95 % prípravkov na ochranu rastlín. Vďaka tomu im riešenie umožňuje efektívne eliminovať zvyšky postrekovacích prípravkov v potravinách a vo vode.

EcoRobotix týmto spôsobom využíva technológiu UI na prechod k udržateľnejšiemu a ekologickejšiemu poľnohospodárstvu a zároveň šetrí poľnohospodárom peniaze. ARA ponúka presvedčivo rýchlu návratnosť investícií kratšiu ako tri roky, pričom znižuje celkové náklady na opatrenia na ochranu rastlín až o 40 % a zvyšuje výnosy plodín o 5 až 10 % [3].

Inteligentné roboty, ktoré pomôžu riadiť tzv. vnútorné farmy

Virgo je univerzálne robotické zariadenie, ktoré možno nakonfigurovať na identifikáciu a zber viacerých plodín rôznej veľkosti vrátane paradajok, papriky, uhoriek a jemnejšieho ovocia, ako sú napríklad jahody. Robot Virgo môže pracovať vnútri aj vonku, ale jeho tvorcovia zo startupu Root AI (dnes už súčasť spoločnosti AppHarvest, pozn. red.) sa zamerali na poľnohospodárstvo s kontrolovaným prostredím. Za posledné tri roky zhromaždil najväčší súbor údajov o rajčiakoch na svete, aby mu umožnil identifikovať viac ako 50 ­odrôd v rôznych pestovateľských prostrediach a v rôznych fázach zrelosti. To mu s vysokou presnosťou umožňuje rozpoznať, ako a kedy rajčiaky oberať.

Virgo používa na skenovanie a generovanie 3D farebného obrazu oblasti, kde sa nachádzajú strapce rajčiakov, súpravu kamier v kombinácii s infračerveným laserom. Keď mapuje paradajky, vyhodnotí ich orientáciu a určí, či sú zrelé na zber. Robot možno naprogramovať tak, aby robil aj ďalšie hodnotenia kvality. Skenovanie umožňuje robotu nájsť najmenej komplikovanú a najrýchlejšiu trasu na zber plodiny ešte skôr, ako sa robotické rameno s uchopovačom rozhýbe. Robot dokáže identifikovať stovky paradajok v zlomku sekundy bez toho, aby sa musel pripájať ku cloudu. Zabudovaný mechanizmus spätnej väzby neustále vyhodnocuje svoju účinnosť, takže sa učí, ako najefektívnejšie zberať akúkoľvek konfiguráciu ovocia [4].

Literatúra

[1] Jung, J. – Maeda, M. – Chang, A. – Bhandari, M. – Ashapure, A. – Landivar-Bowles, J.: The potential of remote sensing and artificial intelligence as tools to improve the resilience of agriculture production systems. In: Current Opinion in Biotechnology, 2021, 70, s.15 – 22.

[2] Autonomous tractors and plant-level precision farming: how Europe’s farmers can leverage the power of AI, machine learning, and automation to feed a changing world, Medium. [online]. Publikované 11. 5. 2021.

[3] ECOROBOTIX RAISES USD 14.7 MILLION IN LATEST SERIES C FUNDING, ecoRobotix. [online]. Publikované 16. 6. 2021.

[4] AppHarvest Acquires Agricultural Robotics and Artificial Intelligence Company Root AI to Increase Efficiency, AppHarvest, Inc. [online]. Publikované 8. 4. 2021.