آینده کشاورزی روباتیک نسل بعدی روبات های کشاورز چگونه خواهد بود؟

دید روباتیک در کشاورزی

دید ماشینی نقش بسیار مهمی در استقلال یافتن روبات ها در حوزه تولید مواد غذایی ایفا می کند. وظایفی که روبات ها با دید روباتیک خود برای نظارت بر کیفیت داشت و برداشت محصولات کشاورزی انجام می دهند شامل، تشخیص ویژگی های محصولات قابل برداشت، طبقه بندی زمانی محصولاتی که برای برداشت در اولویت هستند و آنالیز کیفیت آن ها، برای مثال تشخیص شروع بروز بیماری در گیاه است. دید روباتیک همچنین به منظور شناسایی، تفکیک و طبقه بندی و ردیابی اقلامی مانند میوه ها، گیاهان، احشام، انسان ها و غیره به کار می رود.

دید روباتیک به میزان زیادی متکی بر یادگیری ماشین برگرفته از دادگان دنیای واقعی است. یک چالش مهم در مورد دید روباتیک و ادراک ماشینی در حوزه کشاورزی روباتیک امکان پذیر کردن یادگیری نامحدود، برقراری سازگارپذیری بیشتر نسبت به تغییر فصول، ظهور بیماری ها و آفت های جدید و تنوع تازه ای از محصولات است.

زنجیره غذایی جهانی در قرن حاضر به دلیل رشد جمعیت، تغییرات آب و هوایی، فشارهای سیاسی تأثیرگذار بر پدیده مهاجرت، جریان یافتن جمعیت های روستایی به نقاط شهری و افزایش جوامع سالخورده تحت فشار است. این چالش ها ایجاب می‌کنند که در شیوه های تولید فرآورده های غذایی و کشاورزی که همه مردم دنیا به آن ها نیاز حیاتی دارند تغییر و تحولاتی داده شود و زنجیره غذایی ارتقا پیدا کند.

برای رفع کاستی های زنجیره غذایی و تغییر شیوه های تأمین غذا در دنیای مدرن نیازمند کشاورزی روباتیک هستیم. اساس کشاورزی روباتیک به کارگیری روبات ها در سه مرحله کاشت، داشت و برداشت است. ساخت روبات های میدانی که بتوانند محصولات برداشت شده را جا به جا کنند و با حسگرهای خود وجود محصول و نیز جانوران را در مزارع تشخیص دهند، روبات هایی که وجین کنند و زمین را مته بزنند، روبات هایی که توانایی برداشت محصول و انجام کارهای پیچیده و سنگین را داشته باشند، همچنین اضافه کردن فناوری های خودکار به ماشین آلات فعلی کشاورزی مانند تراکتورهای پیشرفته، استفاده از اپلیکیشن های روباتیک برای افزایش بازده نیروی کار انسانی، به کارگیری روباتیک نرم و بالاخره افزایش سیستم های خودکار و کاهش اتکا به نیروی انسانی در حوزه مدیریت کشاورزی، برنامه ریزی و تصمیم گیری از جمله فرصت هایی هستند که فناوری های جدید در اختیار ما می‌گذارند.
به زودی برقراری تعادل در زنجیره غذایی با ساخت سیستم های روباتیک نسل جدید امکان پذیر خواهد شد. این روبات های هوشمند، تغییرپذیر، تنومند و سازگار در شبکه ای ارتباطی با یکدیگر رفتار خواهند کرد و همگام با همتاهای انسانی خود در زمین های کشاورزی و کارخانجات تولید مواد غذایی مشغول به کار خواهند شد.

در سال های آینده تیم های چند مهارتی از روبات ها با تعامل و هماهنگی یکدیگر به طور خودکار فعالیت های خود را سازماندهی و عملکردهایشان را در تناسب با نیروی کار انسانی تنظیم خواهند کرد. روبات های مزرعه و کارخانه با برخورداری از ابزارهای قابل تبادل با یکدیگر مانند حسگرها و فناوری های روباتیک نرم، به تقویت کشاورزی پایدار کمک خواهند کرد، سوددهی تولید را بالا خواهند برد و امنیت آینده غذایی را پایه ریزی می‌کنند.

سکوهای روباتیک

برای تحقق این هدف باید با کمک پژوهش و نوآوری سکوهای روباتیک ستبر و نیرومند ساخته شوند، به طوری که برای کار در محیط های کشاورزی مناسب باشند. همچنین توانایی های آن ها برای درک مفاهیم و دستورالعمل ها، برنامه ریزی و هماهنگی با انسان ها و با یکدیگر، عمل کردن با دست ها
بازوهای روباتیک) و گرفتن اشیا، یادگیری و سازگارپذیری و بالاخره همکاری بدون خطر با کاربرهای انسانی باید ارتقاء داده شوند.

پذیرش فناوری قدم به قدم صورت می‌گیرد. کشاورزان و تولید کنندگان به تدریج و در کنار تجهیزات فعلی خود با فناوری های جدید منطبق خواهند شد. بنابراین در آینده ای قابل پیش بینی، انسان‌ها و روبات ها وظایف را در همکاری و تعامل با یکدیگر انجام خواهند داد که البته این همکاری باید ایمن باشد. با وجود این که فناوری کشاورزی روباتیک روز به روز خودکار و مستقل‌تر ‌عمل می‌کند، نظارت انسانی بر آن یک عامل ایمنی اجتناب‌ناپذیر خواهد بود.

در سال‌های آینده سکوهای روباتیک برقی کوچک‌تر جایگزین ماشین آلاتی خواهند شد که امروزه با سوخت‌های فسیلی کار می‌کنند. در نتیجه این تغییر و تحولات، انتشار گازهای آلاینده کاهش خواهد یافت. در سال های اخیر شاهد اختصاص یافتن زمین های کشاورزی به سامانه های تولید برق از انرژی خورشیدی (Photovoltaics)، توربین های بادی و افزایش پرورش گیاهان بی هوازی بوده ایم. بنابراین، کاربرد دوگانه زمین هم برای تولید مواد غذایی و هم به منظور تولید الکتریسیته به توسعه کشاورزی روباتیک کمک خواهد کرد. بسیاری از ماشین آلات کشاورزی با اتصال به یک محرک مکانیکی که اغلب یک تراکتور است روی زمین به حرکت در می‌آیند. اگر نیروی محرکه برقی جایگزین آن ها شود، میزان تولید بالاتر می‌رود و مجموع ابزارآلات به کار رفته ایمن تر می‌شوند. یکی از شایع ترین عواملی که باعث آسیب دیدگی و مرگ کشاورزان می‌شود، ماشین آلات مکانیکی هستند. برقی شدن و اتوماتیک شدن تجهیزات، سلامتی بیشتر و خطرات کمتر را برای کشاورزان و کارگران کارخانه به همراه خواهد داشت.
دامنه وسیعی از فناوری ها، درها را برای گذار به روباتیک کشاورزی باز می‌کنند. بعضی از فناوری ها به طور اختصاصی برای حوزه کشاورزی ابداع خواهند شد و برخی فناوری هایی که هم اکنون هم در حوزه های دیگر صنعت مورد استفاده هستند با کاربردهای کشاورزی منطبق خواهند شد. وسایل نقلیه اتوماتیک، هوش مصنوعی و یادگیری ماشین از آن جمله اند.

سکوهای روباتیک به دو دسته روبات های اختصاص یافته برای محصولات از پیش تعیین شده و روبات های چندکاره تقسیم می‌شوند. روبات های کنونی در زیرساخت های کشاورزی مشخص و مساحت معینی می‌توانند حرکت کنند. به علاوه به قدر کافی ستبر و مقاوم نیستند که بتوانند شرایطی مانند زمین گل آلود، باران، مه، گرما و سرما را تحمل کنند. برای مثال، بازوهای مکانیکی فعلی آن قدر مجهز نیستند که بتوانند در رطوبت گلخانه ها دوام بیاورند. نسل های بعدی روبات ها این محدودیت ها را نخواهند داشت. گسترش تکنیک های سریع ساخت مدل های اولیه روبات ها و وجود پردازشگرهای کم هزینه، این امر را میسر می‌کنند.

نیروی حرکتی

فناوری حرکتی به کار رفته در روبات های کشاورزی در حال حاضر از بخش های دیگر مانند پهپادها قرض گرفته شده یا به آن ها اضافه شده است؛ مانند تراکتورهای خودکار. روبات های زمینی نسل بعد در محیط های نامساعد، زمین های ناهموار و گلی، چمنی و شن و ماسه ای و نیز در گلخانه ها با حرکت روی ریل یا زمین بتونی به راحتی حرکت خواهند کرد و روبات های هوایی نیز برای مدتی طولانی در شرایط آب و هوایی مختلف پرواز خواهند کرد. روبات های آینده در مقایسه با تراکتورها، وزن بسیار کمتری خواهند داشت اما از آن جایی که باید کارهایی که نیاز به نیروی زیادی دارند انجام دهند وزنشان بیشتر و ابعادشان بزرگ تر خواهد شد. بیشتر روبات های کشاورزی امروزی با استفاده از باتری و موتور برقی کار می‌کنند.

تأمین نیروی محرکه

روبات های آینده به تحول فناوری باتری ها بستگی دارد، اما این احتمال وجود دارد که هم با موتور الکتریکی و هم با موتور درون سوز حرکت کنند. این که اندام حرکتی روبات ها از چه نوعی باشد مثلاً چرخ دار یا ریلی، به نوع وظیفه ای که انجام می‌دهند بستگی دارد. برای برداشت محصولاتی که ریشه زیرزمینی دارند باید سکوهای روباتیک سنگین تری نسبت به روبات هایی که برای برداشت میوه طراحی می‌شوند به کار رود. روبات های مجهز به پاهای روباتیک فضای کمتری را روی زمین اشغال می‌کنند و در حرکت انعطاف پذیرتر هستند. برای مثال می‌توانند یک وری راه بروند یا در فضاهای تنگ بین محصولات کاشته شده حرکت کنند. آن چه برای توسعه این روبات ها مد نظر قرار دارد افزایش چالاکی و امکان نصب حسگرهای تخصص یافته روی آن هاست. با تحقق چنین ایده ای مفهوم «کشاورزی دقیق»[۱] به طور کامل و ملموس اجرایی خواهد شد.

کشاورزی دقیق که به آن کشاورزی هوشمند هم می‌گویند شامل به کارگیری تکنیک های نظارتی و مداخله ای به منظور افزایش بهره وری است که با به کارگیری فناوری های خودکار و دارای حسگر انجام می‌شود. یکی از رویکردهای کشاورزی دقیق استفاده بیشتر از ماشین های هوشمند جهت کاهش مصرف انرژی، کاهش تولید زباله، کاهش اثرات مخرب زیست محیطی، افزایش پایداری غذایی و بهبود اقتصاد است. از دیگر مزایای کشاورزی دقیق امکان مداخله در فضای کشت است. برای مثال می‌توان به قابلیت حرکت روی زمین آبیاری شده چسبنده و کار در طول شب اشاره کرد.

حیوانات مزرعه و روبات ها

در حال حاضر برای دوشیدن شیر گاوها از روبات ها استفاده می‌شود. اگرچه میزان شیری که به روش های روباتیک به دست می‌آید در حال حاضر درصد کمی‌را تشکیل می‌دهد، طبق مطالعه ای
که اتحادیه اروپا انجام داده است پیش بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۵ حدود ۵۰ درصد از احشام در اروپا توسط روبات ها دوشیده شوند. سیستم های روباتیک علاوه بر دوشیدن شیر، به تدریج وظایفی مانند جمع آوری مدفوع احشام و حمل و جا به جایی علوفه را نیز انجام می‌دهند. به لطف کشاورزی هوشمند می‌توان وضعیت بهداشت و سلامت حیوانات مزرعه از جمله گاوها، گوسفندها و مرغ و خروس ها را سنجید. مزرعه داران نیازمند سیستم هایی ارتقاء یافته برای نظارت بر دام های خود و محل زندگی آن ها هستند تا بتوانند محیطی راحت و عاری از استرس برایشان فراهم کنند. فقط از این طریق است که بهترین و بالاترین میزان تولید گوشت و لبنیات به دست می‌آید.

بازوهای روباتیک

کشاورزی آینده به بازوهای مکانیکی نیاز خواهد داشت تا با انجام وظایف مهارتی و سنگین جایگزین نیروی انسانی شوند، هزینه ها را کاهش دهند و کیفیت عملکردشان بیشتر شود. بدین ترتیب، ماشین آلات بزرگی مانند ماشین های کاشت، داشت و برداشت محصول با وسواس و گزینش بیشتری عملیات مربوطه را انجام خواهند داد. طراحی این نوع فناوری همواره در حال پیشرفت است و دست های روباتیکی برای برداشت محصولات حساسی مانند قارچ، توت فرنگی، گوجه فرنگی و تمشک ساخته خواهند شد. بازوهای روباتیک دیگری به ابزار برش دهنده مجهز می‌شوند تا برداشت محصولاتی مانند کلم یا کاهو آسان تر شود. بازوهای مکانیکی نقش میدانی مهم نیز در زمین کشاورزی برای تکمیل کار برداشت ایفا خواهند کرد. کارهایی مثل وجین کردن و کندن علف های هرز، آب پاشی دقیق و بازرسی، آفت زدایی و درمان گیاهان از آن جمله اند. بازوهای مکانیکی در اموری مانند بسته بندی و انبار مواد غذایی در انبارهای بزرگ خودکار شده حضور خواهند داشت. این بازوها باید به قدری دقیق و هوشمند باشند که بتوانند اندازه و شکل محصولات از یک نوع را تشخیص دهند و در چیدن و بسته بندی کردن میوه جات و سبزیجات نرم و شکننده با ظرافت و دقت عمل کنند.

یکی از چالش های برداشت محصولات با بازوهای روباتیک مربوط به محصولاتی است که به طور یکپارچه و هم زمان رسیده نمی‌شوند. در مورد غلات و سبزیجات ریشه ای مشکلی وجود ندارد، اما سبزیجاتی مانند گوجه فرنگی باید جداگانه و با توجه به میزان رسیده بودن هر کدامشان چیده شوند. بازوهای روباتیک هنوز قادر نیستند این گونه سبزیجات را طوری برداشت کنند که از سبزیجات کال و گیاهان اطراف صرف نظر کنند. به همین دلیل برای این کار هنوز به نیروی انسانی احتیاج است، چون انسان ها از لحاظ داشتن مهارت، ادراک پیشرفته و قدرت تصمیم گیری بر روبات ها برتری دارند.

راهکاری که انتظار می‌رود این چالش را برطرف کند روباتیک نرم است. سازندگان روبات ها در حال طراحی انبرهای گیرنده و حتی مفاصل و بندهای نرم تری هستند تا بدون صدمه زدن به محصولات حساس آن ها را برداشت کنند؛ مانند دست های نرم برای برداشت کاهو و ابزار مکنده برای چیدن سیب از درختان. بازوهای روباتیک سفت برای عملیات های بدون حساسیت و یکنواخت کارخانه ای مناسب هستند، اما بازوهای روباتیک کشاورزی در عملکرد خود نیاز به هماهنگی حسی و حرکتی دارند. برای تشخیص سفتی جسمی‌که لمس می‌کنند در دست های آن ها ساختارهای قابل ارتجاع کار گذاشته می‌شود که بسیار شبیه به دست انسان عمل می‌کنند.

رویکرد دیگری که آینده روبات های کشاورز را دگرگون می‌کند استفاده از سیستم های دیداری برای مکان یابی محصول مورد نظر و ایجاد واکنش مستقیم نسبت به آن است. اما اگر ساقه ها
و برگ ها، میوه مورد نظر را از دید پنهان کرده باشند این سیستم کارایی نخواهد داشت. بینایی به تنهایی برای در دست گرفتن و چیدن محصول کافی نیست. بنابراین این روبات ها هم مانند انسان ها باید از نوعی حس لامسه برای تنظیم عملکردشان نسبت به محصول استفاده کنند تا مطمئن شوند که با موفقیت چیده می‌شود. فناوری های هوش مصنوعی، به ویژه یادگیری ماشین نقش عمده ای در تعامل بین انسان ها و روبات ها بازی می‌کنند و برای ساخت روبات های کشاورزی اجتناب ناپذیر خواهند بود. دانشمندان در حال انجام مطالعات بیشتر در زمینه روش های یادگیری عمیق هستند، به ویژه در مورد وظایفی که با ادراک ارتباط دارند. این روش ها شامل تعبیر داده های جمع شده توسط حسگر، از جمله داده های مربوط به شناسایی و تفکیک در اموری مانند حذف علف های هرز و میوه چینی است.

کشاورزی با روبات‌ها

کشاورزهای آینده شباهتی به کشاورزهای کنونی نخواهند داشت. آن‌ها بیشتر دانشمندان و برنامه نویس‌هایی خواهند بود که با داده‌ها سر و کار دارند. جوامع امروزی از هم اکنون با ایده ماشین آلات خودکار آشنایی دارند و نمونه بارز آن‌ها تراکتورهایی هستند که بدون شتاب و با حوصله طول و عرض زمین‌های کشاورزی را طی می‌کنند.

پیشرفت‌های فناوری تازه تر روبات‌ها و پهپادهایی را پیش رویمان گذاشته اند که در ۲۴ ساعت شبانه روز طی هفت روز هفته کار می‌کنند، مقادیر زیادی از داده‌های کشاورزی را جمع آوری می‌کنند و در زمین‌های کشاورزی کار فیزیکی انجام می‌دهند. داده‌های روبات‌های کشاورز به منظور بهینه سازی تولیدات غذایی و استفاده از منابع به کار می‌روند.

ماشین آلات سنگین باعث فشرده شدن خاک و در نتیجه کاهش رشد ریشه‌های گیاهان می‌شوند، علاوه بر این که حاصلخیزی خاک را کم می‌کنند که این در نهایت منجر به کاهش تولید محصول می‌شود. اما با جایگزین کردن روبات‌های سبک وزن خودکار و پهپادهایی که کوچک ترین تماسی با زمین ندارند مشکل فشردگی خاک حل و تولید محصولات غذایی پایدارتر می‌شود.

یکی دیگر از مزایای کشاورزی با روبات‌ها، نظارت بر محصولات از راه دور با کمک حسگرهایی است که ردیابی شام و ناهار ما را از مزرعه تا سر میز امکان پذیر می‌کند.