FIRA 2023 -tapahtumassa käsiteltiin robotiikkaa monelta kantilta – erilaiset sovellukset ovat tulossa maanviljelyn avuksi

Hollantilainen Agxeed on tuotantovalmis peltorobotti, joka on suunniteltu korvaamaan traktori, ja joka käyttää nykyisiä työlaitteita. Agbots 1 on telavetoinen ja dieselkäyttöinen, teho on parhaimmillaan 156 hv. Telojen leveyttä ja raideväliä voidaan muuttaa. Nostolaitteet takana katerogia III, edessä kategoria II. Takaa löytyy myös v.o.a. Tulossa on myös pyöräversio Agbots 2. Claas on mukana osaomistajana. Käyttäjinä olevien hollantilaistilojen peltolohkot rajoittuvat tilakeskukseen, joten maantieajoa ei ole. Laitteessa ei ole erityistä sensoriautomatiikkaa, se toimii kuten tavallinen traktori. GPS ohjaa liikettä. Systeemiin kuuluu hallintaohjelmisto töiden suunnitteluun, sekä päisteautomatiikka. Kuvan maissin kylvöyhdistelmä tulee Amazonelta.  Kuva: Valmistaja

Jokavuotinen robotiikkatapahtuma FIRA sisälsi nyt ensimmäistä kertaa myös kenttänäytöksen. Eteläinen Ranska mahdollisti jo ajon pellolla, vaikkakaan varsinainen kausi ei vielä ollut alkanut. Vaikka työnäytöksessä ei oltukaan varsinaisessa työtilanteessa, antoi koneisiin tutustuminen likietäisyydellä realistisimman tuntuman autonomisten laitteiden mahdollisuuksiin.

Luettelonomaisesti eri robottien tarjonta lähestyy jo 50 konemerkin rajapyykkiä. Monet tarjokkaista ovat toki erilaisia projekteja, mutta jo markkinoille tulleita tai lähitulevaisuudessa tuleviakin malleja on jo useita.

Asenne autonomisiin laitteisiin eli robotiikkaan vaihtelee. Jos laitteiden nopeutta ja kulun sulavuutta arvioi kriittisesti, ikään kuin traktorikuskin näkökulmasta, voi kyllä sanoa, että robotit ovat vielä varsin kömpelöitä ja hitaita. Sensoritekniikka, mikä tarvitaan ihan yksinkertaisimpienkin työtehtävien suoritukseen, on edelleen kehitysvaiheessa. Vielä pitää paikkansa toteamus, että hyvää kuskia ei robotiikan keinoin pystytä haastamaan. Ihminen kun pystyy muodostamaan tarkan tilannekuvan monien aistimusten avulla ja myös toimimaan nopeasti.

Roboteilla riittää haastetta, koska kaikki toiminnot nojaavat sensoreiden antamaan tietoon ja ihmiselle yksinkertaisen tehtävän suoritus autonomisesti vaatii huomattavan paljon sensorointia, älyä ja laskentakapasiteettia. Kehitys kuitenkin kehittyy, eikä viisasteluun ole varaa. Robotiikan edut tulevat esille töissä, missä on tehtävä jatkuvia toistoja samantyyppisissä tilanteissa. Hyvä käytännön esimerkki löytyy navetasta –lypsyrobotit ovat jo tehonsa näyttäneet.

Nykytraktorit eivät olleet mukana FIRAn työnäytöksissä. On kuitenkin jo nähtävissä, että matka kohti autonomisia työlaitteita kulkee nykyisen traktoritekniikan kautta. Tämä tuli kyllä selväksi FIRAn paneelikeskusteluissa.

Siltana uuteen autonomiseen tekniikkaan tulee olemaan ISOBUS-standardin ympärille rakennettu väyläohjaus, jonka kautta älykkäät sensorit ja työlaitteet voivat ohjata kokonaisuuden ja traktorin toimintaa. ISOBUS-maailmakin kehittyy jatkuvasti ja tulee mahdollistamaan uudenlaisia traktori–työkone-kombinaatioita. Työtä kuitenkin riittää tälläkin sektorilla.

Autonomisista traktoreista on jo nähty esimerkkejä, ja on vain ajan kysymys, kun pellolla voi työskennellä kaksi standarditraktoria, ja joista vain toisessa on kuljettaja. Simppelimpi työtehtävä annetaan autonomisen traktorin hoidettavaksi ja vaativammassa työyksikössä on edelleen tietenkin ihminen. Nykytraktori, jossa hyödynnetään työlaitetta ohjaavia tehtävätiedostoja, A–B-ajolinjoja ja päisteautomatiikkaa, on teknisesti jo varsin lähellä täyttä autonomiaa. Kahden traktorin työpariin on tietenkin lisättävä tekniikka, jolla autonominen yksikkö voidaan tarvittaessa pysäyttää. Muitakin haasteita tulee riittämään, kuten ihan perusvalvonta ja tarvittaessa kaukohallinta miehitetystä traktorista. Traktori-työparin olisi myös kyettävä ryhmätyöskentelyyn, eli kaksisuuntaisen tiedonsiirron olisi oltava mahdollista. Lohkolta toiselle siirtyminen ja monet muut epätyypilliset häiriötilanteet, joiden sensorointi on hankalaa, olisi myös kyettävä ratkaisemaan.

Robottien ja autonomisen perustraktorin ero löytyy ylipäätään perusrakenteesta, ja usein käyttövoimasta, sekä painosta. Mahdollisuudet rakentaa aivan uudenlaisia työtapoja hyödyntävä työlaite erottaa robotit traktoreista.

Robottien osalta keveys mahdollistaa aurinkoenergian hyödyntämisen ja sitä kautta mekaanisen voiman ja hydrauliikan korvaamisen sähkömoottoreilla ja -sylintereillä. Käyttövoiman ja autonomian myötä työtapaakin voidaan ja pitää muuttaa – robotit voivat työskennellä 24/7-periaatteella. Itse työtavan täytyy myös muuttua taloudellisemmaksi. Esimerkkinä raskaita muokkaustöitä ei keveillä roboteilla tehdä. Tiivistäen voidaan todeta, että robotiikan avulla työlaitteen energiankulutus voidaan pudottaa murto-osaan verrattuna fossiilienergiaa käyttäviin traktori-työkoneyhdistelmiin.

Kun nykyään lasketaan tuotteiden elinkaaria ja hiilijalanjälkiä, muuttaa uusi robotiikka nämä laskelmat aivan eri asentoon. Peltotöiden hiilijalanjälki pienenee huomattavasti. Keveyden ohella sähkön käyttö energialähteenä parantaa laitteiden hyötysuhdetta. Hukkalämpöä tuottava polttomoottori on tässä heikoilla.

Robotiikka ja sähkötoimisuus eivät tietenkään sovi kaikkiin töihin. Perusmallinen viljan ja juuresten tuotanto sekä mekanisoitu nurmituotanto vaativat edelleenkin niin suurien massojen siirtoa, että nykytekniikkaa on vaikea korvata. Vihannes-, hedelmä- ja marjatuotanto tultaneen robotisoimaan hyvinkin nopeasti. Myös nykyviljelyssä on työvaiheita, jotka ovat jo nyt ”robotisoitavissa”.

Robotiikkaa tarjoavat yritykset ovat olleet pienehköjä tutkimustoiminnasta ja innovoinnista ammentavia toimijoita. Isot valmistajat saattavat olla mukana yhteistyössä ja useat heistä ovat tulleet peliin mukaan myös omin ratkaisuin. Tässäkin alkuvaiheen ratkaisu lähtee täysikokoisen traktorin varustamisesta riittävin sensorein kohti autonomista ratkaisua. Seuraavassa vaiheessa malliston suunnittelu eriytyy kohti keveämpiä ratkaisuja.

Työkonevalmistajat ovat myös liikkeellä. Kuvaavana esimerkkinä mainitsi Amazonen kasvintuotannon kehityspäällikkö Stefan Kiefer melko suoraan, että nykyisten maatalouskonevalmistajien on omaksuttava muutos ja kyettävä tarjoamaan uudenlaisia työlaitteita. Esimerkkinä hän mainitsi kylvötekniikan, jossa on kyettävä mahdollistamaan erilaisten aluskasvi- ja kumppanikasvikombinaatioiden kylvö. Uuteen ajatteluun kuuluu myös rikkakasvien mekaaninen torjunta. Kehitys on jo mennytkin tähän suuntaan ja lisää on tulossa.

Tilanne muuttuu huomattavasti, jos robottien ominaisuuksia aletaankin hyödyntää ajatuksella, että emme ole pelkästään korvaamassa tavallista traktoria robotiikalla. Toki näinkin voidaan tehdä – autonomisia traktoreita on jo olemassa, vaikkakin niiden käyttöönotossa on edellä mainittuja haasteita.

Varsinainen edistysaskel tulee, kun lähdetään kokonaan puhtaalta pöydältä ilman rajoitteita. Juuri tämän tyypin ratkaisuja oli FIRA:ssakin nähtävillä. Kaupallisesti pisimmällä on tanskalainen Farmdroid – juurikkaan kylvön ja harauksen erikoislaite – joita on käytössä jo noin 200 kappaletta.

Tuotantovalmis on myös hollantilainen Agxeed, joita on Hollannissa käytössä 3 yksikköä, sekä Euroopassa ja Australiassa siellä täällä, yhteensä kymmeniä yksiköitä. Agxeed on tehty traktorin korvaajaksi, ja siihen voidaan kytkeä työlaitteita normi nostolaitestandardin mukaisesti.

Molempien kohdalla on hintataso saatu painettua tasolle, jossa kiinnostusta alkaa herätä.

Robot One tulee myös Hollannista. Kehittelystä vastaa Wageningenin yliopisto yhteistyökumppaneiden kanssa. Laite on suunniteltu alusta alkaen hyödyntämään robotiikan kaikkia mahdollisuuksia ja ideana on ollut tehdä laite, joka hyödyntää kasvin biologisen kasvupotentiaalin maksimaalisena. Jopa kuvan kaltainen monilajinen diversiteettiviljely on mahdollista. Laitetta testataan parhaillaan kuudella erityyppisellä tilalla Hollannissa. Harauksen maksimikapasiteetti on 1 ha tunnissa. Kuva: Valmistaja

Robot one on kevyt, noin 2 000 kg. Se perustuu ajoraide-periaatteelle. Kasvit tunnistetaan ja paikannetaan konenäköä ja GPS:ää käyttäen. Robot One kääntyy paikallaan, kulkee sähköllä ja on modulaarisena varustettavissa eri työlaitteilla kylvöstä alkaen. Pottitaimet ja korjuun automatisointi ovat tulossa seuraavaksi. Katolla olevat aurinkokennojen teho riittää päiväajoon ja 24/7 ajo onnistuu akkuja lataamalla tai vaihtaen. Akun kapasiteetti 13 kWh. Max käytettävä teho 32 hv. Kuva: Jussi Knaapi

Rikkojen torjuntaan on kehitetty konenäköön ja tarkkuuslaseriin perustuva järjestelmä, jonka tarkkuus on milliluokkaa. Peitteinen viljely on mahdollista, kun käytetään kuvan pyöriviä multaimia, jotka selvittävät runsaammankin kasvillisuuden. Kuvassa näkyy pyörivät multainkiekot, jotka voidaan esimerkiksi ohjelmoida kiertämään kasvi ympäri tai toimimaan rivivälimultaimena. Jokainen erillisyksikkö toimii itsenäisesti ja myös korkeutta voidaan säätää. Kuva: Jussi Knaapi

Lasertorjunta on millitarkkaa ja työnäytöksessä oli havaittavissa, että se todellakin toimii. Nopeus ei päätä huimaa, mutta tarkkuus oli todellakin loistava. Kuivassa maassa saattaa olla syttymisriski, joka on huomioitava. Jokainen yksikkö toimii toimii itsenäisesti ja tarkkuuden sanottiin olevan alle milliluokassa. Hidas vauhti korvautuu 24/7-periaatteella. Sään salliessa ajataan myös yöllä. Akun lataus hoituu tarvittaessa myös automaattisesti ilman ihmisvalvontaa. Työyksiköiden vaihto sujuu varsin nopeasti. Niiden tarkat liikkeet perustuvat sähköiseen "mustesuikutulostimen" ideaan eli moniurahihnoihin ja nopeisiin sähkömoottoreihin. Kuva: Jussi Knaapi

Farmdroid poikkeaa toimintaperiaatteeltaan kaikista muista roboteista. Siinä ei käytetä lainkaan konenäkötekniikkaa, vaan tarkkaa GPS-paikannusta yhdistettynä kylvöyksikköjen siemenlaskureihin. GPS-tarkkuus varmentuu omalla tukiasemalla ja kunkin siemenen sijainti linkitetään karttakoordinaatiksi vantaan tyvessä olevan sensorin avulla. Järjestelmässä on kaksi GPS-vastaanotinta. Keveyden (n. 900 kg) ja hitaan kulun ansiosta energian kulutus on alhainen ja aurinkokennot riittävät valoisalle ajalle ja osaan yötäkin. Laitteella voidaan kylvää harata kaikkia piensiemeniä. Kuva: Jussi Knaapi

Tarkan koordinaatiston ansiosta haraus voidaan aloittaa jo ennen taimistumista. Tämä on iso etu, sillä työn laatu paranee ja sinällään alhainen tuntikapasiteetti riittää isommalle alalle. Kuvan eri väriset tikut demonstroivat taimia ja työnäytöksessä tarkkuus sekä rivin suunnassa (hanhenjalkaterät) että rivillä (terät sivuliikkeellä taimien välissä) oli todella hyvä. Haratessa siemenyksiköt nostetaan yläasentoon. Kuva: Jussi Knaapi

Weedbot tulee Latviasta. Se on traktorikäyttöinen kasvin tunnistukseen konenäöllä ja laseriin pohjautuva rikkojen torjuja. Tarkkuus on milliluokassa. Traktorissa on oltava ryömintävaihteisto. Maksiminopeus on n 1 500 m/tunnissa ja oman aktiivivalaistuksen ansiosta ajaa voidaan myös yöllä. Alkuun laite on sovitettu porkkanalle, jatkossa myös muille kasveille. Hintaluokka 2 metrin laitteelle on noin 200 000 euroa. Levein malli on 6-metrinen. Koeajoja on tehty useissa Euroopan maissa ja laite on nyt myynnissä. Kuva: Valmistaja

SentiV tulee Ranskasta. Pelto kuvannetaanlähietäisyydeltä. Tietoa saadaan kasvuston tiheydestä, tilavuudesta (korkeus) ja rikkaruohoista. Senvi V varustetaan kahdella kameralla, jolloin kuvannusmahdollisuudet kasvavat, (maaperä ja lehtialaindeksi). Päiväkapasiteetti on 20 hehtaaria. Ei tallaa kasvustoa. Kasvustokohtainen säätö on mahdollista. Suunnitteluohjelmalla optimoidaan lohkon kuvannus. Ajourien väli on säädettävissä sopimaan erimerkiksi koeruutujen kokoon. Pilottivaiheessa oleva SentiV tulee olemaan vuokralaite n. 7 000 euron vuosikustannuksella. Kuva: Valmistaja