نقش فناوری و ربات‌ها در باغبانی علمی

بشر روز به روز در حال نزدیک‌تر شدن به عملیات برداشت خودکار محصولات است. روزانه شاهد ارتقا عملکرد تکنیک‌های بینایی رایانه‌ای، حسگرها و هوش مصنوعی در نظارت و پیش‌بینی بهتر رشد محصولات هستیم و ربات‌ها نیز به طور فزاینده‌ای قادر به برداشت دقیق‌تر محصولاتی مانند توت فرنگی یا گوجه‌فرنگی هستند. در رویداد سالانه بین المللی رباتیک RoboCrops که اخیرا در مرکز جهانی هورتی(World Horti Center) هلند برگزار شد، تعدادی از شرکت‌ها راه حل‌هایی را در زمینه تشخیص بیماری، پیش بینی برداشت و برداشت خودکار ارائه کردند.

هدف از برگزاری نمایشگاه RoboCrops سرعت بخشیدن به فرایند توسعه رباتیک در حوزه باغبانی علمی گلخانه‌ای(greenhouse horticulture) است. باغبانی علمی(Horticulture) شاخه‌ای از کشاورزی است که با هنر، علم، فناوری و تجارت پرورش گیاه در باغ سروکار دارد و شامل کاشت گیاهان دارویی، میوه، سبزیجات، مغزدانه‌ها، دانه‌ها، علف‌ها، جوانه‌ها، قارچ‌ها، جلبک، گل‌های زینتی، جلبک‌های دریایی و محصولات غیرغذایی مانند علف و درختان و گیاهان معطر است.

باغبانان علمی دانش و مهارت‌های خود و فناوری‌ها را مورد استفاده قرار می‌دهند تا گیاهانی را برای غذای انسان و استفاده‌های غیرغذایی و کاربردهای شخصی و نیازهای اجتماعی تولید کنند. بنابراین RoboCrops بر روی توسعه سخت افزار، حسگرها، بازوهای ربات و وسایل نقلیه خودکار و نرم افزار تصمیم گیری مورد نیاز برای کنترل ربات‌ها متمرکز است.

در نمایشگاهی که اخیرا برگزار شد نیز چندین شرکت راه حل‌های علمی بسیاری برای ارتقا این روش ارائه کردند. مزایای این راه حل‌های جدید واضح است. آن‌ها باعث می‌شوند که تولیدکنندگان کمتر به دردسرسازترین جنبه‌های شرکت‌های باغبانی علمی یعنی زمان و تخصص افراد ماهر در این زمینه وابسته باشند.

به عنوان مثال، “دیرک آلون”(Dirk Aleven) مدیر عامل شرکت “Foodventures” در این نمایشگاه گفت که پرورش دهندگان بخش زیادی از زمان خود را صرف بازرسی محصولات می‌کنند. آنها بدون شک پرورش دهندگان خوبی هستند. اما آیا نمی‌توانستیم آن زمان را کارآمدتر صرف کنیم؟ ربات‌ها می‌توانند این کار را در شب به خوبی انجام دهند که زمان کمتری می‌گیرد و نتایج بهتری می‌دهد و در نتیجه اندازه گیری‌ها به صورت عینی صورت می‌گیرد نه به صورت ذهنی.

RoboCrops همچنین نشان داد که وقتی صحبت از ربات‌سازی و دیجیتالی‌سازی می‌شود، فقط انتخاب فناوری مناسب کافی نیست زیرا حتی در آینده و پیشرفت فناوری نیز، باغبانی علمی همچنان به افراد آموزش دیده نیاز خواهد داشت. به هر حال، بهتر است همه کارها به هوش مصنوعی و ربات‌ها واگذار نشود.

نمایشگاه “RoboCrops” توسط جمعی از سازمان‌ها همانندFME، World Horti (WHC) و چند سازمان دیگر برگزار می‌شود و هدف آن گردآوری اکوسیستمی است که حول محور ربات‌ها فعالیت می‌کند.

در طول برگزاری نمایشگاه “فرانس-پیتر دچرینگ”(Frans-Peter Dechering) از شرکت “Corvus Drones” نشان داد که هواپیماهای بدون سرنشین نارنجی رنگ او می‌توانند عملیات بازرسی محصول را انجام دهند زیرا آنها از محصول عکس می‌گیرند و سپس عکس‌ها برای تجزیه و تحلیل استفاده می‌شوند. این نوع راه حل داده‌های دقیق، به پرورش دهنده و رایانه او داده‌های بهتری ارائه می‌دهد.

“رونالد هوک”(Ronald Hoek) از شرکت Blue Radix نیز توضیح داد که چگونه یک الگوریتم به دریافت اطلاعات صحیح از آن داده‌ها کمک می‌کند و “ادوین ون لاهاون”(Edwin van Laerhoven) از شرکت Certhon-Denso نیز توضیح داد که چگونه ربات‌ها می‌توانند از داده‌ها برای برداشت محصولات استفاده کنند.

در آینده، تکنیک‌های نوظهور کنونی بیشتر توسعه خواهند یافت. تولیدکنندگان می‌توانند انواع مناسبی از فناوری‌های نوین راه‌حل‌ها را از بازار بخرند و آن‌طور که می‌دانند از آن استفاده کنند.

“دنی هتاریا”(Danny Hetharia) از شرکت Sobolt در طول معرفی فناوری خود در مورد هوش مصنوعی گفت: اما همه چیز به این سادگی نیست. کارآفرینان باید با افرادی کار کنند که واقعا کار و چالش‌های آنها را درک می‌کنند و خودشان نیز مایل به ریسک هستند. کاربرد هوش مصنوعی اغلب پیچیده‌تر از آنچه بسیاری از ارائه دهندگان وعده می‌دهند است.

“گربن اسپلینتر”(Gerben Splinter) محقق دانشگاه و پژوهشگاه واخِنینگِن(WUR) در مورد تحقیقات خود در مورد رابطه بین افراد و ماشین‌ها در یک شرکت باغبانی علمی گفت: کارمندان باید یاد بگیرند که چگونه با ربات‌ها کار کنند. به عنوان مثال، آنها باید مهارت‌های جدیدی را بیاموزند یا حتی به آنها شغل جدیدی داده شود تا انجام دهند. به گفته اسپلینتر، بخش باغبانی علمی باید اکنون به این موضوع توجه بسیاری کند.

اما یکی از افرادی که نتیجه‌گیری جالبی از این رویداد داشت، “جیم استولز”(Jim Stolze) یکی از کارآفرینان این نمایشگاه بود. وی در این باره گفت: ربات سازی(robotization) در بیشتر موارد کار انسان است و باغبانی علمی به افراد باهوش برای انجام برخی کارها نیاز دارد. چیزی که من بر آن تاکید دارم این است که هدف RoboCrops گردهم آوردن این افراد است. به دلیل شیوع کرونا، دو سال طول کشید تا این رویداد در نهایت برگزار شود. اما در این میان، ما باز هم بیکار نبودیم و جلسات دیجیتالی زیادی برگزار کردیم. با این حال، متوجه می‌شوید که این نوع گردهمایی‌ها برای یک اکوسیستم واقعا مهم هستند.

نگاهی به برخی فناوری‌ها در حوزه کشاورزی رباتیک

کشاورزان در آینده ممکن است از پشت صحنه همه چیز را کنترل کنند و دیگر شاهد هیچ انسانی در سطح مزارع نباشیم. کشاورزان ممکن است به زودی مجبور شوند به جای کار در مزارع، به زندگی و نظارت در پشت صحنه عادت کنند، زیرا ربات‌ها و هوش مصنوعی به طور فزاینده‌ای در حال پیشرفت هستند و در بسیاری از موارد، بسیار بیشتر از توانایی‌های کارگران انسانی توانایی دارند.

جدیدترین نمونه از این پیشرفت در قالب اولین مزرعه کاملا خودکار و تحت هدایت کامل ربات‌ها در استرالیا است که با هزینه ۲۰ میلیون دلار راه‌اندازی شده است.

این پروژه موسوم به “مزرعه بدون دخالت دست” توسط محققان دانشگاه “چارلز استورت” در جزیره واگا واگای استرالیا و با همکاری مرکز تحقیقات “Food Agility” در دست توسعه است.

این مزرعه ۱۹۰۰ هکتاری پس از تکمیل و راه‌اندازی، به عنوان نمایشی از توانایی رباتیک و هوش مصنوعی در کشاورزی عمل خواهد کرد.

از جمله فناوری‌های به نمایش درآمده در این مزرعه رباتیک، استفاده از پهپادها، تراکتورهای رباتیک، ربات‌های برداشت کننده محصولات و حسگرهای اندازه‌گیری میزان انتشار کربن و سایر معیارهای لازم برای پرورش محصولات خواهد بود.

ضمن اینکه از هوش مصنوعی برای اتخاذ تصمیمات مدیریتی خودکار استفاده خواهد شد.

“ریچارد نورتون” مدیرعامل “Food Agility” در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح داد که تحقق کشاورزی بدون دخالت دست، بسیار نزدیک‌تر از آن است که بسیاری از مردم تصور می‌کنند.

وی توضیح داد: اتوماسیون(خودکارسازی) کامل، یک مفهوم دور نیست و هم اکنون نیز معادنی وجود دارند که کاملاً به صورت خودکار و توسط ربات‌ها اداره می‌شوند. سال‌های زیادی نخواهد گذشت که فناوری، کشاورزان را از مزارع بیرون بکشد و آنها را در دنیای رباتیک، اتوماسیون و هوش مصنوعی غرق کند.

گفتنی است که مزرعه مذکور در استرالیا در حال حاضر مشغول به فعالیت است و آزمایشات اولیه نشان داده است که این مزرعه در شب و هنگامی که کشاورزان انسانی در خواب هستند نیز فعالیت می‌کند.

رباتی که آبیاری محصولات را گوشزد می‌کند

آگاهی از زمان دقیق آبیاری گیاهان برای یک باغبان یا کشاورز معمولی به اندازه کافی چالش برانگیز است. اما این موضوع برای صنعت کشاورزی یک وظیفه بزرگ است که طی سال‌های گذشته نیاز به نوآوری و فناوری در آن احساس شده است تا به کشورها کمک کند منابع آب خود را هوشمندانه مدیریت کنند.

گروهی از محققان دانشگاه “یو سی ریورساید” و “یو سی مرسد” رباتی ساخته‌اند که به کشاورزان یادآوری می‌کند که چه زمانی محصولات خود را آبیاری کنند.

اکنون گروهی از محققان دانشگاه کمک هزینه بیش از یک میلیون دلاری را از طریق برنامه “ابتکار ملی رباتیک بنیاد ملی علوم” از وزارت کشاورزی ایالات متحده برای مقابله با این چالش دریافت کرده‌اند و نتیجه آن به یک محفظه فشار رباتیک ختم شده است که از برگ‌ها به طور خودکار نمونه‌برداری می‌کند و بلافاصله آنها را آزمایش می‌کند تا داده‌های مورد نیاز برای تعیین زمان دقیق نیاز به آبیاری محصول را فراهم کند.

رباتی که تک‌تک گیاهان مزارع را رصد می‌کند

ربات “مینرال” ساخته محققان شرکت “الفبت” با شناسایی حشرات و آفات محصولات، به کشاورزان کمک می‌کند به شیوه‌های کشاورزی پایدارتر برسند و ضمن کاهش هزینه‌های خود به محصولات پربارتری دست یابند.

در سال ۲۰۱۸، آزمایشگاه X در شرکت مادر گوگل یعنی “الفبت”(Alphabet) اعلام کرد که در حال بررسی چگونگی استفاده از هوش مصنوعی برای بهبود کشاورزی است. اکنون این آزمایشگاه از پروژه “کشاورزی محاسباتی” خود که “مینرال”(Mineral) نام دارد، رونمایی کرده است.

تیم سازنده “مینرال” طی چند سال گذشته در حال توسعه و آزمایش طیف وسیعی از نمونه‌های نرم افزاری و سخت افزاری مبتنی بر هوش مصنوعی، شبیه سازی، حسگرها، رباتیک و سایر موارد بوده است.

یکی از ابزارهایی که از این پروژه بیرون آمده است، آفت‌کش گیاه رباتیک است. این ماشین که با استفاده از پنل‌های خورشیدی کار می‌کند، وارد مزرعه کشاورز می‌شود و هر گیاه و بوته‌ای را که در طول مسیر از آن عبور می‌کند با مجموعه‌ای از دوربین‌ها و حسگرها بررسی می‌کند.

مینرال” با استفاده از داده‌های ماهواره، هواشناسی و خاک به کشاورزان بینش بیشتری درباره محصولات خود می‌دهد.

یکی از وعده‌های اصلی این فناوری این است که می‌تواند به کشاورزان در عیب‌یابی تک تک گیاهان کمک کند. به این ترتیب، اگر فقط تعداد اندکی از محصولات به سموم دفع آفات یا نوعی دیگر از مراقبت احتیاج داشته باشند، کشاورزان می‌توانند تنها به آنها برسند و در هزینه‌های خود صرفه‌جویی کرده و تأثیرات منفی سموم و آفت کش‌ها و مواد شیمیایی را بر محیط زیست کاهش دهند.

نابودی آفت‌های کشاورزی با ربات خودران خورشیدی

شرکت “اکوروبوتیکس”(Ecorobotix) سوئیس اخیرا ربات کشاورزی چهار چرخ خودرانی به نام آوو(Avo) توسعه داده است که بر روی قسمت صاف این ربات صفحات خورشیدی تعبیه شده‌اند.

این ربات کاملا اتوماتیک است و می‌تواند به طور خودکار به داخل مزرعه برود و علف‌های هرز محصولات کشاورزی را از بین ببرد. این ربات با دقت بالایی که دارد می‌تواند علف‌های هرز را با استفاده از مقادیر دقیقی از آفت کش در محل دقیق آن علف‌های هرز ریشه کن کند.

عملکرد ربات مذکور اینگونه است که ابتدا علف‌های هرز را تشخیص داده و به طور انتخابی مقدار کمی از آفت کش را روی آنها اسپری می‌کند. به گفته شرکت سازنده با این ربات می‌توان حدود ۹۵ درصد در مصرف آفت‌کش‌ها صرفه‌جویی کرد. آفت‌کش‌ها موادی به صورت مایع، جامد یا گاز هستند که به منظور نابودی آفت‌ها به کار می‌روند.

ربات آوو کاملا مستقل عمل می‌کند و انرژی آن از انرژی خورشیدی و باتری‌های قابل شارژ تامین می‌شود. قبل از استفاده از آن کشاورز باید تمام اطلاعات مربوطه اعم از اینکه مزرعه چگونه به نظر می‌رسد و دقیقا محل کاشت محصولات کجا است را مشخص کند. سپس سیستم رایانه‌ای ربات با در نظر گرفتن محدودیت‌های زمین و سایر موارد یک مسیر ناوبری ایجاد می‌کند. با استفاده از جی پی اس و ناوبری بصری، آوو قادر است با دقت بالایی حرکت کند.

این ربات دارای چهار چرخ است و هر چرخ می‌تواند به طور مستقل ۳۶۰ درجه بچرخد. از آنجا که می‌توان هر چهار چرخ را به طور مستقل کنترل کرد قدرت مانور و چرخش آوو بالا است. این بدان معنی است که تعداد کمی از قسمت‌ها وجود دارد که نمی‌تواند از آنجا عبور و آنها را سمپاشی کند. در حالت عادی و به طور سنتی کشاورزان با استفاده از تراکتوری که دستگاه اسپری در پشت آن قرار دارد این کار را انجام می‌دهند.

آوو از سرعت مطلوبی برخوردار است و گردش استاندارد آن ۰.۶ هکتار در ساعت است. این ربات همچنین می‌تواند در شب کار کند. بسته به روشنایی خورشید، ظرفیت شارژ باتری و شرایط زمین، این ربات قادر به انجام کار در زمینی با مساحت ۱۰ هکتار در روز( و کار در شب) است.