Autonomiczny Ciągnik Rolniczy: Przyszłość Rolnictwa

Branża rolnicza nieustannie się rozwija, a wpływ na to ma technologia, która oferuje coraz większe możliwości. W wielu krajach na całym świecie trwają prace nad wyprodukowaniem całkowicie autonomicznego, innowacyjnego traktora. Maszyna taka niewątpliwie będzie miała mnóstwo zalet, jednak pojawiają się pytania, czy będzie w stanie zastąpić tradycyjne ciągniki.

Wprowadzenie do Autonomicznych Ciągników

Koncepcja i Potencjał

Koncepcja autonomicznego ciągnika nie jest fikcją: najbardziej znani producenci sprzętu rolniczego przedstawili już bowiem pierwsze prototypy maszyny tego typu. Jej działanie opiera się na pracy bez operatora. Producenci ciągników rolniczych urzeczywistniają plan bezzałogowych ciężkich maszyn. Obecne traktory to zaawansowane maszyny, wyposażone w nowoczesne systemy nawigacji i automatyzacji. Zaawansowane technologie rolnictwa precyzyjnego pozwalają już nie tylko wykluczyć konieczność prowadzenia ciągnika, monitorowania parametrów czy kontroli pracy maszyny przez kierowcę. Ciągnik autonomiczny dzięki tym rozwiązaniom może pracować z wykluczeniem kierowcy. Traktory te, jeśli chodzi o moc, zwykle mają wspólne techniczne cechy z ciągnikami prowadzonymi tradycyjnie.

Wyzwania i Dyskusje

Prototypy oraz zapowiedzi autonomicznych ciągników zrzeszyły wokół siebie zarówno grono fanów, jak i przeciwników. Zwolennicy tradycyjnych rozwiązań uważają, że sztuczna inteligencja oraz możliwość zdalnego kierowania pojazdem nie zapewnią tak dobrej kontroli, jaką jest realna obecność operatora w maszynie.

Jak Działa Autonomiczny Ciągnik?

Systemy Sterowania i Nawigacji

Ciągnik autonomiczny wyposażony jest w zaawansowane systemy sterowania opierające się na sygnale GPS oraz rozbudowane układy automatyki i sterowania, które już teraz stanowią wyposażenie nowoczesnych ciągników wyższej klasy. Wiele takich technologii zostało zaczerpniętych do stworzenia pojazdów autonomicznych. Należy do nich m.in. precyzyjny GPS wykorzystujący sieć RTK, o dokładności poniżej 2,5 cm. Oczy kierowcy zastępują czujniki radarowe, zbliżeniowe, laserowe skanery, zaś system komunikacji bezprzewodowej pozwala zarządzać pracą ciągnika.

Bezpieczeństwo w Działaniu

Producent zadbał przy tym oczywiście o bezpieczeństwo - po wykryciu przeszkód na swojej drodze ciągnik oczekuje na weryfikację obrazu z kamer i wznowienie pracy przez operatora za pośrednictwem komunikacji bezprzewodowej. Konwersja standardowego traktora na ciągnik robota oznacza, że zainstalowane jest w nim odbiornik GPS, a także 4 czujniki, które skanują otoczenie pod kątem przeszkód, ludzi lub zwierząt, aby traktor faktycznie się zatrzymał.

Kluczowe Zalety Autonomii w Rolnictwie

Wysoce zautomatyzowany ciągnik rolniczy pozwoli na zwiększenie możliwości kontroli maszyn, poprawienie wydajności i efektywności pracy oraz zmniejszenie kosztów eksploatacyjnych. Jedno jest pewne: ciągniki autonomiczne mogą stanowić prawdziwą innowację, która raz na zawsze odmieni charakter rolnictwa. Jest to bowiem sposób na umożliwienie sprawniejszej pracy poprzez swobodne wykonywanie najróżniejszych manipulacji maszyną lub kierowanie całą flotą - a wszystko to z pozycji wygodnego fotela w biurze.

Po co tak zaawansowane funkcje związane z automatyzacją w ciągnikach? Umożliwiają one optymalizację pracy poprzez odpowiedni dobór prędkości roboczej, ograniczenie czasu nawrotów czy wyeliminowanie zakładek. Autonomia to jak dodatkowa para rąk - ciągnik może pracować całą noc i nigdy się nie spóźnia. Autonomiczny ciągnik pozwala operatorowi w większym stopniu skupić się na samej kontroli oraz zwiększa komfort pracy, a w niektórych przypadkach zastępuje operatora do tego stopnia, że staje się on właściwie niepotrzebny.

Przykłady Rozwiązań od Czołowych Producentów

John Deere

John Deere na autonomiczny ciągnik wybrał maszynę serii 8R. Obrazy rejestrowane przez kamery są przesyłane przez głęboką sieć neuronową, która klasyfikuje każdy piksel w ciągu około 100 milisekund i ustala, czy maszyna nadal się porusza, czy zatrzymuje, w zależności od tego, czy wykryto przeszkodę.

Case IH

W 2023 roku w Austrii firma Case IH po raz pierwszy w Europie zorganizowała pokaz pracującego autonomicznego ciągnika Case IH Magnum 340 z pakietem do jazdy autonomicznej firmy Raven. CNH Industrial, właściciel marek Case IH, Steyr i New Holland, również rozwija autonomiczne technologie. Przykładem ciągnika, który nie wymaga operatora, jest zaprezentowany koncepcyjny pojazd ACV marki Case IH. Ciągnik bez kabiny wygląda nietypowo, lecz ma pełną funkcjonalność. Jest to ciągnik autonomiczny z pełną kontrolą bez kierowcy.

New Holland

Koncepcja autonomicznego ciągnika New Holland NH Drive zaprezentowana została po raz pierwszy w 2016 roku na Farm Progress Show. Jest to maszyna bez kierowcy, która może wykonywać szeroki zakres zadań rolniczych w dzień i w nocy. Maszynę można monitorować i kontrolować za pomocą komputera w biurze lub tabletu. Model ten jest wyposażony w kabinę, która jest całkowicie identyczna z kabiną standardowego T8. Oznacza to, że może być również używany do operacji, w których pełna autonomia nie jest jeszcze możliwa, takich jak praca z ładowaczem czołowym i szybki transport drogowy.

Kubota

Autonomiczny ciągnik rolniczy Kubota MR 1000A Agri Robo KVT zaprojektowano z myślą o rynku japońskim. Prezentacja ciągnika na ostatnich targach Agritechnica pokazuje jednak plany Kuboty, aby wkrótce wprowadzić technologię autonomiczną także do Europy. Jako japońska firma, Kubota pierwotnie opracowała Agri Robo, aby rozwiązać problem utrzymania rolnictwa w kraju o starzejącej się populacji. Kubota Agri MR 1000A Robo KVT oparto na platformie popularnego modelu Kubota M5-112 i ma wiele podzespołów wspólnych z maszyną konwencjonalną. Układ hydrauliczny, obie osie oraz kabina są także takie same jak w standardowym ciągniku Kubota serii M5.

Yanmar

Yanmar to kolejna japońska firma z ciągnikiem autonomicznym. Yanmar oferuje 2 wersje, które umożliwiają jednemu operatorowi wykonywanie pracy dwóch. Dokładna i prosta praca jest również możliwa dzięki podążaniu za śladami traktora robota. W drugiej wersji ciągnik-robot jest używany jako pojazd podążający, w którym podąża on za innym ciągnikiem wykonującym tę samą pracę. W ten sposób jeden kierowca może obsługiwać 2 ciągniki jednocześnie.

Monarch

Do Polski w 2025 roku ma trafić w pełni elektryczny ciągnik MK-V amerykańskiego producenta, który może być także pojazdem autonomicznym. MK-V na co dzień dostępny jest w Stanach Zjednoczonych, jednak producent już w minionym roku zapowiedział ekspansję na Europę.

Poziomy Automatyzacji w Inżynierii Rolniczej

Technologię rolnictwa autonomicznego przedstawiła firma Claas podczas XXI Międzynarodowej Konferencji Rolnictwa Cyfrowego. W inżynierii rolniczej wyróżnianych jest pięć poziomów automatyzacji:

• Poziom pierwszy: Wsparcie operatora. Maszyna pomaga kierowcy w prowadzeniu pojazdu lub sterowaniu procesem.
• Poziom drugi: Częściowa automatyzacja. Traktor ma kontrolę nad jazdą w konkretnym przypadku użycia. Operator obserwuje otoczenie i przez większość czasu pracy nie wykonuje żadnego ręcznego prowadzenia. Jego rola sprowadza się jedynie do przyjechania ciągnikiem z maszyną na pole i włączenia przycisku „start”, który uruchamia autonomiczny system prowadzenia.
• Poziom trzeci: Automatyka nadzorowana. Maszyna przełącza się w bezpieczny stan operacyjny w przypadku zagrożenia bez interakcji z człowiekiem. Na tym poziomie operator nie musi monitorować systemu w każdym momencie, ale musi być w stanie zawsze poradzić sobie z zakłóceniami, które mogą wystąpić podczas pracy.
• Poziom czwarty: Pełna automatyzacja warunkowa. System może inteligentnie radzić sobie ze wszystkimi sytuacjami automatycznie w określonym przypadku użycia. Operator nie jest wymagany w zdefiniowanym przypadku użycia.
• Poziom piąty: Pełna autonomia.

Podejście Firmy Claas: Moduł VCU

Firma Claas weszła na poziom drugi autonomii. Niemiecki producent wprowadził do swoich traktorów operatora przyszłości w postaci modułu VCU (Vehicle Control Unit). Produkowany jest on przez holenderską firmę AgXeed, która znana jest z wytwarzania autonomicznych ciągników AgBots. Claas chce kształtować przyszłość rozwiązań autonomicznych, a jest to ich pierwszy etap. Wraz z firmą AgXeed wprowadzają to rozwiązanie do sprzedaży jako pierwsi. Obecnie na całym świecie pracuje 60 ciągników wyposażonych w VCU. Technologie prowadzące do autonomicznej pracy ciągników będą w najbliższych latach intensywnie rozwijane, a celem jest danie rolnikom możliwości korzystania z takich rozwiązań, niekoniecznie oferując wyłącznie nowe maszyny.

Wdrażanie i Działanie Modułu VCU

Moduł VCU to niewielka skrzynka, która montowana jest na ciągnikach. W przypadku traktorów marki Claas może on stać się wyposażeniem modeli XERION 12 i AXION 9. Moduł wielkości niedużej skrzynki jest wpinany w magistralę ISOBUS. Na gąsienicowym traktorze XERION montowany jest z boku kabiny, w traktorze AXION na dachu. To wystarczy, jeśli chodzi o kwestie związane z montażem fizycznych i materialnych elementów elektronicznych w ciągniku, by zyskał on funkcje autonomicznej pracy. W kabinie znajduje się jeszcze tablet regulujący funkcjami oraz pracą ciągnika. Tablet łączy się poprzez Wi-Fi z zamontowaną na ciągnikach skrzynką z modułem VCU.

Planowanie Pracy i Obsługa

Autonomiczną pracę ciągnika wcześniej trzeba odpowiednio zaplanować. Służą do tego rozwiązania informatyczne. W systemie CLAAS connect, jeśli taki w gospodarstwie jest używany, znajdują się informacje związane z zarządzaniem pracą maszyn oraz linie graniczne uprawianych działek. Do wyznaczania pracy ciągnika z modułem VCU służy portal TraXwise. Dane o granicach działek mogą zostać zintegrowane. W przypadku braku wytyczonych wcześniej działek można tego dokonać poprzez objazd ciągnikiem granic przy użyciu odbiornika RTK.

Do oprogramowania wstawia się informacje o tym, z jaką maszyną będzie traktor pracował. Trzeba podać jej rodzaj, gdyż wyliczenia uwzględniają to, czy na polu będą prowadzone zabiegi siewnikiem, maszyną uprawową, rozsiewaczem czy też talerzówką. W portalu tworzony jest profil narzędzia, gdzie trzeba bardzo dokładnie określić jego wymiary. Dzięki temu program może wyliczyć wszystkie kąty skrętu i średnice zawracania. Kiedy praca odbywa się z szeroką maszyną, program musi uwzględnić i przewidzieć to, jak będzie się ona zachowywała podczas wykonywania skrętów. Rozwiązanie sprawdza się zwłaszcza na działkach o nieregularnych kształtach. Program przewiduje ścieżki pracy. Te czynności są wykonywane przez program i, co bardzo ważne, nie ma w nich udziału sztucznej inteligencji. Brak sztucznej inteligencji powoduje, że zlecenie dla ciągnika nie będzie zawierać błędów. Algorytm bowiem w oparciu o dostarczone dane maszyny i granice działki ustala tory jazdy dla maszynowego zestawu na całym polu. Traktor sam zawraca na uwrociach.

Moduł VCU reguluje wszystkimi funkcjami ciągnika. Tam, gdzie siewnik ma zacząć siać, uruchamia napędy maszyny, podnosi też w odpowiednich momentach dojazdu do granicy pola narzędzia uprawowe i ponownie po wykonanym nawrocie je opuszcza na wcześniej zaprogramowaną głębokość. Zlecania pracy są wysyłane z programu TraXwise do tabletu sterującego, który znajduje się w kabinie ciągnika. Istnieje możliwość zainstalowania dodatkowych kamer, które mogą przesyłać rzeczywisty obraz pracy na przykład do siedziby gospodarstwa.

Rola Operatora i Korzyści

Operator cały czas jest w kabinie, jednak jego rola ogranicza się wyłącznie do bieżącej obserwacji i kontroli bezpieczeństwa jazdy. Sytuacje krytyczne mogą bowiem wystąpić na przykład w momencie, kiedy platforma TraXwise nie otrzyma informacji o przeszkodach terenowych, jakie występują na danej działce. Operator przyjeżdża na pola, wciska przycisk start, zaczynając pracę i stop, kiedy zabieg na całej działce zostanie ukończony.

Dotychczas jazda automatyczna wiązała się z zarządzaniem jedynie układem kierowniczym ciągnika. VCU przejmuje kontrolę nad wszystkimi układami ciągnika i w pełni zarządza jego pracą. Reguluje między innymi skrzynią biegów, jest w stanie spowodować, że ciągnik się zatrzyma lub ponownie ruszy. Dzięki modułowi zbierane są także informacje o parametrach pracy ciągnika. Rejestrowany jest między innymi czas pracy, obciążenie silnika, wydajność i zużycie paliwa.

W wielu gospodarstwach występują problemy z zatrudnieniem wykwalifikowanych operatorów. Ci mniej doświadczeni mają kłopoty z wykonywaniem prac na działkach o nieregularnych granicach tak, aby jak najmniej czasu spędzać na manewrze zawracania. W przypadku VCU do ciągnika można oddelegować osobę, która będzie tylko obserwować i kontrolować pracę maszynowego zestawu. Moduł VCU to poziom drugi automatyzacji inżynierii rolniczej i jest to tylko etap rozwoju maszyn automatycznych, który obecnie wymaga operatora.

Modernizacja Istniejących Maszyn: Instytut Fraunhofera

Naukowcy z niemieckiego Instytutu Fraunhofera na wydziale Optyki, Technologii Systemowych i Eksploatacji Obrazu (IOSB) opracowali w pełni funkcjonalny zestaw do modernizacji ciągnika, który umożliwia zdalne sterowanie. Rozwiązanie to przetestowano na normalnym, rolniczym ciągniku Claas Arion, do którego na dachu zamontowano stworzony przez nich zestaw nazwany EnvP.

Inżynierowie z Instytutu Fraunhofera w Ilmenau w Turyngii stwierdzili, że zamiast projektować zupełnie nowe autonomiczne maszyny, można skupić się na modernizacji już istniejących modeli. Kluczowym elementem jest tu opracowana przez nich kompaktowa jednostka sterująca montowana na dachu pojazdu. Ta niewielka, kompaktowa jednostka może bezpośrednio ingerować w magistralę CAN ciągnika. Łączy ona funkcje zasilania, nawigacji, komunikacji i czujników. Dzięki temu możliwe jest precyzyjne sterowanie ciągnikiem właściwie z dowolnego miejsca.

Nowatorskie podejście inżynierów z Instytutu Fraunhofera pozwala rolnikom wykorzystać ich obecne maszyny, zamiast inwestować w drogie nowe modele. Technologia, która wcześniej była wykorzystywana głównie przez wojsko, może teraz znaleźć praktyczne zastosowanie w codziennej pracy rolników.

Perspektywy Rozwoju Autonomicznego Rolnictwa

Pojazdy koncepcyjne, takie jak ACV od Case IH, są obecnie poddawane różnorodnym badaniom. W przyszłości mogą przyczynić się do zwiększenia wydajności pracy oraz ograniczenia zapotrzebowania na pracowników, o których już teraz nie jest łatwo. Trzeba będzie jednak zaczekać na pozytywne przejście wszelkich możliwych testów, spadek cen zaawansowanych systemów. Wszystko wskazuje na to, że już niedługo na polach zobaczymy w pełni zautomatyzowane ciągniki sterowane na odległość.

tags: #ciagnik #rolniczy #samosterujacy