Krajinou, ktorá je v digitalizácii a automatizácii najďalej, je bezpochyby Holandsko. U nás je to stále ešte skôr výnimočné. Pritom však problémy, ktoré majú holandskí pestovatelia ovocia a zeleniny, sa príliš nelíšia od problémov našich farmárov. Skôr by sme však mali povedať „ktoré mali“, pretože mnohé z nich sa im podarilo úplne alebo aspoň čiastočne vyriešiť pomocou moderných technológií.

Našťastie, aj u nás sa začína atmosféra v poľnohospodárstve meniť a farmári čím ďalej, tým viac premýšľajú o tom, ako by mohli prácu, ktorú robili rovnako aj desiatky rokov, začať robiť inak a efektívnejšie. Technologické firmy s dlhoročnými skúsenosťami s prácou v priemysle sa zamýšľajú nad tým, ako by sa dali riešenia, ktoré vznikli pre priemysel, preniesť do sveta poľnohospodárskej produkcie. Dôkazom toho, že to ide a že tieto snahy dávajú veľký zmysel, je príbeh úspešnej spolupráce medzi rýdzo technologickou firmou Fravebot (predtým OptiSolutions) a brnianskou rodinnou farmou Raječek, ktorej tradícia spadá až do obdobia prvej republiky.

Ako „ajťáci“ začali pestovať paradajky

„Pred troma rokmi sme sa začali seriózne zaoberať tým, ako riešenia, ktoré dodávame do priemyslu, preniesť do poľnohospodárstva,“ začína rozprávať príbeh Vratislav Beneš, šéfkonštruktér v spoločnosti Fravebot. „Vedeli sme, aké je zložité niečo poriadne vypestovať, a tušili sme, akými problémami poľnohospodárstvo trpí. Bol to však pre nás nový, úplne neznámy trh, ktorý nás veľmi lákal.“

Výsledkom ročného experimentovania v ich vlastnom skleníku bolo zistenie, že potreba je s veľkou pravdepodobnosťou niekde úplne inde, než si mysleli na začiatku. Trhanie paradajok robotom je nesmierne zložité a pritom oň nakoniec vôbec nejde. „Overili sme si technológie, ktoré sme potrebovali, prešli sme si množstvo slepých uličiek, ale najpodstatnejšie je, že sme už vedeli, čo chceme,“ hovorí V. Beneš. „V tejto fáze sme tiež pochopili, že potrebujeme expertnú znalosť, tzn. vedieť, na čo sa robotom pozeráme a čo vlastne vidíme. Bez toho by sme nemohli vôbec nič naprogramovať. Potrebovali sme nájsť partnera, s ktorým by sme spoločne dokázali projekt posunúť ďalej,“ uzatvára.

Farma Raječek s víziou digitalizácie a automatizácie

Tohto vysnívaného partnera našla firma Fravebot v rodinnej farme Raječek, ktorá hospodári na pozemkoch neďaleko centra Brna už od roku 1930, iba s nedobrovoľnou pauzou v období kolektivizácie. Súčasné vedenie firmy je už 3. a 4. generáciou rodiny Sklenářových. Tá sa v roku 2017 rozhodla špecializovať predovšetkým na pestovanie paradajok.

„Ani preškolený človek nemôže skontrolovať všetky rastliny. V praxi sa to robí tak, že sa kontroluje vybraná časť – robí sa tzv. prierezová analýza. S analytickým robotom sme však teraz schopní v našom fóliovníku s rozlohou 1 ha poskytnúť všetkým 30 tisícom rastlín starostlivosť na úrovni jednej rastliny,“ hovorí na margo prínosu nasadenia robotov aktuálny majiteľ firmy Raječek Matěj Sklenář, ktorý vyštudoval skleníkové pestovanie práve v Holandsku. „Okrem toho sa nám výrazne zvýšili výnosy a kvalita, ktoré nám predtým znižovali choroby a škodcovia. Dnes, keď robot objaví škodce, môžeme zasiahnuť okamžite a hlavne lokálne. Vďaka tomu za sezónu spotrebujeme 1 000x, možno 10 000x menej ochranných látok, teda pesticídov. Tým nielen znižujeme náklady, ale predovšetkým je naša produkcia oveľa ekologickejšia,“ zdôrazňuje M. Sklenář.

Roboty už aj pri zbere jahôd

Na farme Raječek na tohtoročnej úrode jahôd testujú už novú generáciu robotov FRAVEBOT. Roboty sú vybavené riadiacim systémom SIMATIC S7-1500 a ďalšími technológiami spoločnosti Siemens a majú za úlohu zbierať zrelé jahody a monitorovať zdravotný stav rastlín a plodov. Navigácia robota je simulovaná a trénovaná na digitálnom dvojčati v prostredí NVIDIA Isaac, nasadená umelá inteligencia na detekciu chorôb a škodcov sa cvičí na digitálnom dvojčati rastlín a plodov v prostredí NVIDIA Omniverse.

Budúcim trendom poľnohospodárstva je udržateľné pestovanie plodín s menej zdrojmi a bez použitia chemických prípravkov. Aby poľnohospodári mohli vyhovieť týmto novým nárokom a požiadavkám, musia úzko spolupracovať s priemyslom, ktorý im dokáže poskytnúť potrebné nástroje. FRAVEBOT (Fruit and Vegetable Robot), ktorý monitoruje a zbiera jahody, je výsledkom spolupráce spoločností Fravebot, Siemens, rodinnej farmy Raječek a radu odborníkov na pestovanie ovocia a zeleniny.

V skleníkoch farmy Raječek sa preháňajú hneď dva roboty FRAVEBOT: FRAVEBOT Scout monitoruje zdravie jahôd a plodov a samozrejme aj ich zrelosť, zatiaľ čo FRAVEBOT Harvestor pomáha so zberom. „Rozdelenie pracovných činností medzi dva typy robotov je výhodné v mnohých smeroch,“ vysvetľuje V. Beneš. „Scouti, ktorých primárnou úlohou je monitorovanie rastlín, sa pohybujú po skleníku rýchlejšie, a keby mali súčasne vykonávať aj nejakú prácu, zdržovalo by ich to. Naopak, pracovné roboty fungujú efektívne v prípade, keď vychádzajú iba tam, kde sú potrebné,“ dodáva.

FRAVEBOT ako súčasť ekosystému Siemens Xcelerator

Siemens pre projekty FRAVEBOT zaisťuje rozhranie s fyzickým svetom. „Víziou spoločnosti Siemens je stať sa dodávateľom riešení a súčasne prepájať rôznych dodávateľov technologických riešení tak, aby sme dokázali uspokojiť potreby koncového zákazníka,“ vysvetľuje Tomáš Fronek, vedúci oddelenia priemyselnej automatizácie českého Siemensu. „V tomto konkrétnom prípade zákazník z odboru poľnohospodárstva, ktorý potrebuje pomôcť so zberom alebo s monitoringom rastlín, nájde na platforme Siemens Xcelerator už konkrétne riešenie: technológie Siemens kombinované s grafickými mikroprocesormi Nvidia a softvérom od spoločnosti Fravebot, ktorá je jedným z partnerov Siemens na tejto platforme. Zákazníkovi je tak k dispozícii kompletné riešenie, ktoré môže nasadiť bez toho, aby musel dopytovať viac rôznych dodávateľov. Na jedno kliknutie získa funkčné riešenie so zárukou, že bude fungovať, navyše doložené aj konkrétnou referenciou,“ dopĺňa T. Fronek.

Robot trénuje vo virtuálnom priestore

Úplne unikátnym rysom riešenia od Fravebotu je trénovanie robota v prostredí digitálneho dvojčaťa. To zatiaľ nevie žiadny zo zahraničných konkurenčných projektov a je to prístup, ktorý vyvoláva veľký ohlas aj v akademických kruhoch zaoberajúcich sa výskumom aplikácií moderných technológií v poľnohospodárstve.

Tím vývojárov zo spoločnosti Fravebot dokáže generovať tzv. syntetické údaje a v omniverze, ktoré beží na grafických kartách Nvidia, nasimulovať jednotlivé riadky jahôd. Vďaka tomu, že simulačné nástroje dnes vedia simulovať aj fyzikálne zákony (napríklad hmotnosť jahôd), možno dopredu natrénovať neurónové siete robota bez toho, že by sa musel pohybovať v reálnom prostredí. Tým sa výrazne urýchli proces vývoja robota a súčasne sa ušetria náklady, pretože učenie robota v reálnom prostredí je vždy drahé. Tréning neurónovej siete pre konkrétny projekt a konkrétneho zákazníka sa môže začať ešte skôr, ako sa robot fyzicky postaví. „To je podľa mňa tá hlavná cesta: nezamerať sa iba na robotickú časť, ale aj na analytiku a používateľské rozhranie pre pestovateľov,“ zdôrazňuje M. Sklenář z rodiny Sklenářových, majiteľov farmy Raječek.

Druhá generácia robotov FRAVEBOT je vybavená novými technológiami Siemens. FRAVEBOT je postavený na vyššej verzii riadiaceho systému SIMATIC S7-1500 (predchádzajúca verzia využívala SIMATIC S7-1200) doplneného o modul TM NPU (neural processor unit). Na zabezpečenie behu neurónových sietí je modul S7-1500 TM NPU vybavený TensorBoxom 520A – priemyselným PC s integrovaným čipom založeným na technológii Nvidia Xavier Nx.

Jahodový robot obsahuje aj niekoľko úplných noviniek z portfólia Siemens. Predovšetkým ide o 5G smerovač Scalance MUM856-1, ktorý umožňuje napríklad reálny prenos videa snímaného kamerou do centrálneho riadiaceho systému. Spolu s wifi 6, ktorá je ponúkaná v totožnom formáte, navyše dovoľuje rýchlu komunikáciu a vzdialenú správu pomocou SINEMA Remote Connect – klienta na centrálnu správu všetkých pripojení VPN.

Ďalšou novinkou je RobotLibrary – technologická knižnica umožňujúca programovanie a riadenie robota len s využitím TIA Portalu a interpretera na strane robota, čím odpadá nutnosť dvoch programovacích prostredí. „Toto riešenie výrazne uľahčuje programovací proces a súčasne ponúka istú modulárnosť. Len čo si zákazník pripraví program, už je teoreticky jedno, aký robot a od ktorého výrobcu chce ovládať. Počet výrobcov, ktorých roboty riešenie podporuje, postupne narastá,“ vysvetľuje T. Fronek.

Využitie robotických farmárov je veľmi široké

Okrem jahôd a paradajok možno všetky varianty robotického farmára FRAVEBOT využiť na pestovanie a zber mnohých ďalších plodín. Jediným obmedzením je nutná existencia skleníkovej infraštruktúry, tzn. koľají, po ktorých sa robot pohybuje; dobré je mať aj kvalitné nástroje na monitorovanie prostredia v skleníku, pretože sledovanie vzájomnej väzby medzi patogénom s prostredím, v ktorom sa rastliny nachádzajú, prináša veľmi veľa cenných informácií. Popri ovocí a zelenine môžu v budúcnosti roboty FRAVEBOT využívať aj pestovatelia okrasných rastlín, predovšetkým kvetín, pri ktorých veľmi záleží na vzhľade a neporušenosti.

Predprodukčné modely robotov FRAVEBOT sa chystajú do výroby

Všetky modely poľnohospodárskych robotov od spoločnosti Fravebot, nástupníckej firmy spoločnosti OptiSolutions, ktoré sú nasadené na farme Raječek, sú už v predprodukčnej fáze vývoja. A čoskoro sa už začnú vyrábať verzie produkčné. Počíta sa s predajom hlavne do zahraničia do skleníkových veľmocí, ako je Holandsko, Kalifornia alebo Španielsko.

Zdroje

[1] Na cestě k automatizovanému zemědelství: rajčatový robot. [online]. Prvýkrát publikované v časopise VISIONS 25. 1. 2023. 

[2] Díky technologiím Siemens může robot na sklizeň jahod trénovat ve virtuálním prostoru. Siemens, s. r. o. Tlačová správa. [online]. Publikované 29. 6. 2023. 

-tog-