Ciągniki bez kierowcy: Technologia, rozwój i przyszłość autonomicznego rolnictwa

Autonomiczny ciągnik to niewątpliwa przyszłość rolnictwa, która zaczyna powoli zmieniać oblicze współczesnych gospodarstw. Jeszcze niedawno roboty polowe kojarzyły się raczej z prezentacjami na targach niż z codzienną pracą. Dziś sytuacja ulega zmianie, a producenci maszyn krok po kroku przygotowują sprzęt do pracy bez operatora. Autonomiczne rolnictwo nie polega wyłącznie na zastąpieniu ciągnika robotem, lecz jest to cały system powiązanych technologii, obejmujący maszyny, czujniki, komunikację między urządzeniami, zarządzanie zadaniami oraz systemy bezpieczeństwa.

Czym jest ciągnik autonomiczny?

Ciągnik autonomiczny to pojazd, który do swojej pracy nie potrzebuje kierowcy. Tak naprawdę jest to niemal standardowy ciągnik rolniczy, z tym że nie potrzebuje operatora. Wyróżnia się przede wszystkim brakiem kabiny operatora, ponieważ jest kierowany zdalnie. Takie ciągniki są wyposażone w silniki diesla o różnej mocy, a napęd na gąsienice (w niektórych modelach) jest przenoszony poprzez agregat, który generuje prąd dla silników elektrycznych w gąsienicach, a także do napędu WOM-u i pompy hydraulicznej. Maszyny te są wyposażone z przodu i tyłu w trzypunktowy układ zawieszenia, ISOBUS oraz wszystkie niezbędne wyjścia, co sprawia, że mają wszystko, co nowoczesny traktor powinien posiadać.

Zalety autonomicznych ciągników

• Zwiększona wydajność: Mogą pracować nieprzerwanie przez znacznie dłuższy czas, nawet całą dobę, bez konieczności przerw. Ich precyzyjne prowadzenie i niezmordowane tempo pracy przyspieszają wykonywanie zadań. Wydajność dodatkowo wzrasta, gdy rolnicy zyskują pewność, że mogą jednocześnie wdrożyć wiele autonomicznych ciągników pracujących w koordynacji.
• Obniżone koszty operacyjne: Wyeliminowanie operatora ludzkiego znacząco obniża koszty eksploatacji, redukując wymagania dotyczące wykwalifikowanego personelu. Stałe tempo pracy, optymalizowane przez algorytmy, zmniejsza również zużycie paliwa. Dzięki płynniejszej jeździe, zużycie elementów pojazdu spada, co obniża koszty konserwacji.
• Precyzja w zastosowaniu środków: Systemy naprowadzania umożliwiają niezwykle precyzyjne siewy, opryski nawozami i stosowanie środków ochrony roślin. Precyzyjne umiejscowienie oznacza mniejsze nadużywanie i marnotrawstwo drogich chemikaliów, co pomaga zwiększyć marże zysku.
• Elastyczność i reagowanie w czasie rzeczywistym: W przeciwieństwie do sztywnych, rocznych planów, autonomiczne ciągniki reagują w czasie rzeczywistym na zmieniające się warunki. Natychmiastowe dane z czujników wilgotności pozwalają na zmianę nawadniania na poziomie granularnym, a nagłe wybuchy szkodników wyzwalają natychmiastowe, ukierunkowane opryski.
• Zrównoważone rolnictwo: Od zmniejszonego zużycia chemikaliów po mniejsze przyczepiane maszyny, autonomiczne ciągniki promują większą zrównoważoność. Ich lekkie, w pełni elektryczne modele znacznie mniej zagęszczają glebę niż ciężkie maszyny dieslowskie.
• Zwiększone bezpieczeństwo i zdrowie pracowników: Usunięcie operatorów z niebezpiecznego ciężkiego sprzętu zapobiega urazom i zgonom związanym z ciągnikami. Autonomiczne modele eliminują ryzyko przewrócenia, przejechania i zaplątania. Modele bez kabiny chronią również rolników przed narażeniem na toksyczne pestycydy.
• Możliwość skalowania i dostosowywania operacji: Autonomiczne floty łatwo skalują się do zarządzania dodatkowymi hektarami, co pozwala rolnikom opłacalnie rozszerzać działalność. Dostosowane maszyny, odpowiednie dla konkretnych upraw lub terenów, upraszczają również dywersyfikację gospodarstw.
• Zwiększone zbieranie danych i analizy: Kamery pokładowe, mapowanie GPS, czujniki i wizja komputerowa kierują autonomicznymi ciągnikami. Technologie te gromadzą ogromne ilości danych rolniczych, a analizy identyfikują wzorce i możliwości poprawy.
• Atrakcyjność dla młodszych pokoleń: Autonomiczne ciągniki i inteligentne rolnictwo oparte na danych są kluczowymi atrakcjami dla millenialsów i pokolenia Z, zwiększając zainteresowanie sektorem rolniczym.

Wyzwania i ograniczenia

• Znaczne koszty inwestycji początkowych: Z cenami bazowymi zaczynającymi się od około 500 000 USD, autonomiczne ciągniki są poza zasięgiem wielu mniejszych producentów. Znacząca inwestycja kapitałowa może się nie zwrócić w przypadku gospodarstw poniżej 5000 akrów.
• Stroma krzywa uczenia się obsługi: Rolnicy nadal muszą rozwijać specjalistyczne umiejętności w zakresie oprogramowania do automatyzacji sterowanej GPS, diagnostyki opartej na czujnikach i analizy danych rolniczych.
• Wymagania dotyczące zmodernizowanej infrastruktury: Aby umożliwić automatyzację, gospodarstwa rolne potrzebują wystarczającego, szybkiego połączenia internetowego do niezawodnego przesyłu danych, serwerów do zarządzania danymi mapowania GPS, stacjonarnego zasilania elektrycznego do ładowania oraz możliwości wsparcia technicznego.
• Potencjalne zakłócenia automatyzacji: Każde wyłączenie czujników lub kamer ciągnika grozi ogólnym niepowodzeniem automatyzacji. Zalane pola, zakryte kamery, zapylone czujniki i zasłonięte sygnały GPS mogą tymczasowo zakłócić działanie autonomiczne.
• Podatność na cyberataki: W miarę jak autonomiczne ciągniki stają się coraz bardziej połączone, stają się one podatne na zagrożenia cyberbezpieczeństwa. Złośliwi aktorzy mogą wykorzystać luki, aby ukraść dane lub spowodować chaos, przejmując kontrolę nad pojazdami.
• Ograniczenia sprzętowe obecnych modeli: Wczesne modele autonomicznych ciągników produkcyjnych nadal nie mogą całkowicie zastąpić ludzkich obowiązków. Większość z nich nie posiada manipulatorów do zadań takich jak inspekcja upraw czy odtykanie narzędzi.
• Obawy społeczne dotyczące utraty miejsc pracy: Chociaż autonomiczne ciągniki wypełniają braki w sile roboczej w rolnictwie, utrzymują się obawy, że zastąpią pozostałych pracowników rolnych.

Jak działa ciągnik autonomiczny?

Do obsługi ciągnika autonomicznego wystarczy de facto komórka, tablet czy komputer. Na początku procesu, który wykonuje się tylko raz, mapuje się pole za pomocą specjalnej tyczki-anteny. Zaznacza się granice oraz wszystkie przeszkody, takie jak słupy, studzienki czy rowy. Następnie te punkty są przesyłane do laptopa, na podstawie których wyznacza się obszar pracy. Wirtualnie dodaje się narzędzie, z którym maszyna ma pracować, programując odstępy, prędkości i kierunki przejazdów. Ciągnik autonomiczny posiada komponenty, które skanują przestrzeń wokół niego. W momencie, kiedy pojawi się przeszkoda (np. dzikie zwierzę, kamień, czy człowiek zbliży się zbyt blisko), maszyna zwalnia. Prace ciągnika na polu można "podglądać" z domu dzięki dwóm kamerom, które w czasie rzeczywistym przesyłają obraz.

Pionierzy technologii autonomicznych w rolnictwie

AgXeed: holenderski start-up

AgXeed to holenderski start-up założony w 2018 roku, którego misją od początku było uwolnienie rolników od czynności, które mogłaby wykonywać za nich maszyna, a także „uwolnienie” gleby od ciągników, które nieustannie zwiększają swoją masę. Autonomiczne ciągniki AgXeed, dostępne w Agrihandler, wyróżniają się brakiem kabiny operatora, ponieważ są kierowane zdalnie. Jedynym zadaniem człowieka jest dojazd z gospodarstwa na pole i na odwrót. Maszyny te wyposażone są w silniki diesla marki Deutz AG o mocy od 75 KM do 156 KM i są w stanie pracować z różnymi urządzeniami towarzyszącymi. Najmocniejszy model, Agbot 5.115 T2, z powodzeniem współpracuje z agregatami przedsiewnymi, siewnikami czy kultywatorami. Najmniejszy i najwęższy model to Agbot 2.055 W3, który samodzielnie może pracować m.in. w winnicach czy sadach. AgBoty są w stanie działać bez przerwy niemal przez całą dobę dzięki inteligentnym algorytmom, które pozwalają zaplanować różne scenariusze prac w zależności od okoliczności. Wszystkimi urządzeniami AgXeed można kierować z poziomu aplikacji.

New Holland NHDrive: koncepcyjny ciągnik autonomiczny

Innowacyjne podejście New Holland zostało nagrodzone odznaczeniem Silver Innovation Model dla ciągnika autonomicznego New Holland NHDrive. Koncepcyjny ciągnik autonomiczny NHDrive, oparty na modelu T8 Blue Power, został opracowany przez CNH Industrial we współpracy z firmą Autonomous Solutions Incorporated (ASI). NHDrive to w pełni samodzielny pojazd bezzałogowy, który można monitorować i kontrolować przy pomocy komputera stacjonarnego lub tabletu. Zapewnia maksymalną elastyczność dzięki możliwości samodzielnej pracy, a jednocześnie dysponuje w pełni wyposażoną kabiną do zadań wymagających nadzoru kierowcy. Może pracować przez całą dobę, wykorzystując okresy o korzystnych warunkach pogodowych, samodzielnie lub wraz z innymi autonomicznymi maszynami, a także w parze z maszynami prowadzonymi przez operatora. W przyszłości ciągnik wyposażony w przyczepę będzie w stanie w pełni zautomatyzować transport i przeładunek ziarna w czasie żniw.

System High Efficiency Heat Rejection System (HEHRS)

NHDrive wykorzystuje system HEHRS, który składa się z dwóch pętli: wysokiej temperatury do chłodzenia silnika oraz niskiej temperatury do miejscowego chłodzenia układów pojazdu. Moduł termiczny składa się z jedynie dwóch radiatorów, z których jeden chłodzi silnik, a drugi pętle niskiej temperatury. Tradycyjne radiatory powietrze-ciecz zostały zastąpione znacznie wydajniejszymi wymiennikami płytowymi. System jest wysoce elastyczny, sprzyja optymalnemu układowi komponentów, maksymalizuje wydajność i ogranicza pobór mocy wentylatora. Mniejsze radiatory i zoptymalizowany układ sprawiają, że pod maską jest więcej przestrzeni. Uproszczony moduł termiczny ułatwia konserwację i czyszczenie wymiennika. Przepływ płynu chłodzącego jest dynamicznie równoważony przez pompę elektryczną, umożliwiającą zarządzanie dystrybucją płynu chłodzącego przy użyciu dedykowanych zaworów, co pozwala na pracę elementów w dowolnych, nawet najbardziej ekstremalnych temperaturach. Jest to system modularny, więc w miarę potrzeby można zamontować dodatkowe chłodnice.

Farmertronics eTrac: elektryczny i ekologiczny

Thieu Berkers założył firmę Farmertronics w 2012 roku, a inspiracją do stworzenia autonomicznego ciągnika eTrac był jego ojciec. eTrac to zaawansowany technologicznie autonomiczny ciągnik, który jest nie tylko przyjazny dla środowiska, ale także pozwala rolnikom zyskać więcej wolnego czasu. Waży zaledwie 1000 kg, co zapobiega niezamierzonemu zagęszczaniu gleby. Jest także w pełni elektryczny, co czyni go praktycznie bezobsługowym. Dzięki funkcji zbierania danych i przekazywania informacji zwrotnych, użytkownik otrzymuje dokładny wgląd w zbiory, co czyni całe rozwiązanie bardziej opłacalnym. eTrac pozwala zaoszczędzić na kosztach pracowników, ponieważ nie potrzebuje kierowcy, a praca może odbywać się zarówno w dzień, jak i w nocy. Zwrot z inwestycji następuje już po czterech latach. Firma Farmertronics wybrała siłownik elektryczny LINAK® z interfejsem magistrali CAN do podnoszenia zespołu tnącego, co ułatwiło integrację z innymi komponentami ciągnika. Farmertronics stale dodaje nowe funkcje, takie jak opryskiwacz, czujniki 3D i siewnik, aby uczynić swój produkt jeszcze bardziej niezawodnym i precyzyjnym.

Chiński autonomiczny ciągnik ET504-H z napędem wodorowym i siecią 5G

Chińska agencja prasowa Xinhua zaprezentowała innowacyjny projekt autonomicznego ciągnika ET504-H. Ciągnik jest niewiele większy od auta osobowego i nie posiada kabiny. Kluczowy jest jego napęd - posiada akumulator litowy i wykorzystuje paliwo wodorowe. Bez obciążenia działa na ogniwach wodorowych, a przy zwiększonym obciążeniu wspiera go bateria elektryczna. Ciągnik korzysta z nowoczesnej transmisji danych poprzez sieć 5G, co pozwala na monitorowanie pojazdu i otaczającego go środowiska pracy w czasie rzeczywistym, skutecznie poprawiając niezawodność działania. ET504-H, zaprezentowany przez państwowy National Institute of Agro-machinery Innovation and Creation (CHIAIC), wydaje się być pierwszym na świecie ciągnikiem z napędem wodorowym i wykorzystującym sieć 5G, choć autonomiczne ciągniki są rozwijane od lat 60. XX wieku.

Poziomy automatyzacji w inżynierii rolniczej

W inżynierii rolniczej wyróżnia się pięć poziomów automatyzacji, które sukcesywnie zwiększają niezależność maszyn od operatora:

1. Wsparcie operatora: Maszyna pomaga kierowcy w prowadzeniu pojazdu lub sterowaniu procesem.
2. Częściowa automatyzacja: Traktor ma kontrolę nad jazdą w konkretnym przypadku użycia. Operator obserwuje otoczenie i przez większość czasu pracy nie wykonuje ręcznego prowadzenia, jego rola sprowadza się jedynie do przyjechania ciągnikiem z maszyną na pole i włączenia przycisku „start”.
3. Automatyka nadzorowana: Maszyna przełącza się w bezpieczny stan operacyjny w przypadku zagrożenia bez interakcji z człowiekiem. Operator nie musi monitorować systemu w każdym momencie, ale musi być w stanie zawsze poradzić sobie z zakłóceniami.
4. Pełna automatyzacja warunkowa: System może inteligentnie radzić sobie ze wszystkimi sytuacjami automatycznie w określonym przypadku użycia. Operator nie jest wymagany w zdefiniowanym przypadku użycia.
5. Pełna automatyzacja: System jest w stanie samodzielnie wykonywać wszystkie zadania w każdym środowisku bez interwencji człowieka.

Claas, wprowadzając moduł VCU (Vehicle Control Unit) od firmy AgXeed do swoich traktorów, wszedł na drugi poziom autonomii. Moduł VCU to niewielka skrzynka, która montowana jest na ciągnikach (w modelach XERION 12 i AXION 9) i wpinana w magistralę ISOBUS. Tablet w kabinie łączy się poprzez Wi-Fi z modułem VCU, regulując funkcjami i pracą ciągnika. Autonomiczną pracę planuje się za pomocą rozwiązań informatycznych, takich jak system CLAAS connect i portal TraXwise. Algorytm na podstawie dostarczonych danych maszyny i granic działki ustala tory jazdy, a ciągnik sam zawraca na uwrociach. Moduł VCU reguluje wszystkimi funkcjami ciągnika, w tym skrzynią biegów, podnoszeniem i opuszczaniem narzędzi oraz uruchamianiem napędów maszyn. Operator cały czas jest w kabinie, ale jego rola ogranicza się wyłącznie do bieżącej obserwacji i kontroli bezpieczeństwa jazdy. System zbiera także informacje o parametrach pracy ciągnika, takie jak czas pracy, obciążenie silnika, wydajność i zużycie paliwa.

Autonomia w praktyce: Agribot i Skycrops w Polsce

Na polskim rynku, choć trudno o autonomiczne ciągniki rolnicze w masowej produkcji, technologia ta coraz śmielej wkracza w produkcję sadowniczą. Wrocławski Agribot od 6 lat buduje autonomicznego robota sadowniczego, który będzie mógł za człowieka wykonywać wszelkie prace w sadach czy winnicach, takie jak opryski, ich dozowanie czy przycinanie drzew. Nad podobnym robotem pracuje również spółka Skycrops z Gliwic. Firmy te, choć na razie skupiają się na robotach sadowniczych, mogą w przyszłości pokusić się o rozwój autonomicznych ciągników rolniczych, przyczyniając się do rolniczej rewolucji.

tags: #ciagnik #jedzie #bez #bez #kierowcy