Pomyślmy przez chwilę, że trudny zabieg pielenia wykonują za nas w pełni zautomatyzowane maszyny. Czy można określić je mianem robotów? Poznajcie nowe rozwiązania, które zrewolucjonizowały rolnictwo.
Nawet najlepiej wykonana maszyna oraz precyzyjnie wysiane lub wysadzone rzędowo rośliny nie dają gwarancji łatwego i „bezstresowego” przeprowadzania pracy pielnikiem. Przecież zawsze istnieje możliwość niedokładnego ustawienia maszyny, wystąpienia nierówności terenu czy błędu operatora. W takiej sytuacji obecnie chyba jedynym rozsądnym sposobem jest zastosowanie maszyn z opcją automatycznego prowadzenia pielników w rzędzie. Takie rozwiązania są zwykle oparte na sensorach indukcyjnych, systemach wizyjnych oraz systemach GPS, pozwalających na regulowanie poszczególnych sekcji w międzyrzędziach pielęgnowanych roślin w czasie rzeczywistym (Real Time). Systemy te umożliwiają równoległe prowadzenie maszyny wzdłuż rzędu roślin, bruzdy czy łanu z dokładnością nawet od 10 do 27 mm. Pozwalają również na podnoszenie poszczególnych sekcji w przypadku zakończeń trójkątnych pól, itp. Z kolei połączenie tej technologii z funkcją sterowania ciągnikiem „Autopilot” umożliwia w zasadzie bezobsługową pracę pielników, łącznie z pracą w nocy. Automatyzacja tego typu może wspomagać pracę zarówno sekcji biernych pielników, jak i aktywnych, umożliwiając tym samym tworzenie pielników wielorzędowych, pracujących z prędkością nawet do 15 km/h.
Prowadzenie w rzędzie z wykorzystaniem sensorów
Sensory umożliwiające precyzyjne prowadzenie narzędzi pielnika w rzędzie, to jedne z najczęściej stosowanych rozwiązań we 
współczesnych pielnikach. Przede wszystkim jest to urządzenie stosunkowo proste, co przekłada się na jego nieduży koszt. Jednocześnie jest to sprawdzone urządzenie (sensory od wielu lat powszechnie stosowane są np. w ogławiaczach liści kombajnów buraczanych), zatem błędy konstrukcyjne zostały w większości przypadków wyeliminowane. Agronomic są przykładem pielników wyposażonych właśnie w te rozwiązania. W maszynach tych występują dwa typy sensorów indukcyjnych.
Prętowe sensory–’czujniki’ reagują, gdy napierają na rząd roślin. Impulsy z czujników przejmuje sterowany układ hydrauliczny, który precyzyjnie kontroluje położenie sekcji pielnika. Na zdjęciu pielnik Agronomic z sensorami prętowymi.
Koło wyrzynające bruzdę jest zamocowane z tyłu pielnika. Należy jednak pamiętać, że pierwszy ślad drąży to samo koło przytwierdzone do ramy siewnika lub sadzarki; fot: pielnik Agronomic.
Prowadzenia w rzędzie
Pierwszy z nich jest zbudowany z dwóch powyginanych ku dołowi długich prętów (czujników), umiejscowionych po obu stronach rządka roślin. Czujniki reagują, gdy narzędzie oprze się o rośliny, dając impuls na sterownik siłownika regulowanego elektrozaworem hydrauliki pielnika. W ten sposób narzędzia są utrzymywane automatycznie w bezpiecznej odległości od rządka roślin. Czujniki tego typu są wykorzystywane głównie w pielnikach do uprawy kukurydzy, słonecznika i podobnych roślin. Mogą być jednak stosowane dopiero, gdy roślina osiągnie odpowiednią wysokość łodygi.
Specjalne koło pielnika wyrzyna głęboką bruzdę, po której sensor prowadzi pielnik.
Prowadzenie w bruździe
W przypadku upraw warzywniczych w maszynach Agronomic są stosowane sensory, które sterują sekcjami pielnika poprzez czujnik prowadzony wzdłuż bruzdy wyrytej przez specjalne koło zamontowane wcześniej na siewniku. Gdy jeden z czujników opuści się w bruzdę, mechanizm hydrauliczny automatycznie przesuwa sekcje w odpowiednią stronę. To samo koło zakłada się na pielnik, który wyznacza ślad dla kolejnego przejazdu.
po lewej: Czasami w przypadku braku prowadzenia pielnika (np. na skutek rozmycia bruzdy, wymoknięcia roślin, itp.), niezbędne jest ręczne korygowanie pracy pielnika z siedziska operatora za pomocą dżojstika lub specjalnej kierownicy.
fot: sterowanie pielnika dżojstikiem.
fot. po prawej: sterowanie pielnika kierownicą, szczególnie praktyczne, kiedy od operatora jest wymagana wyjątkowa precyzja.
Sterowanie ręczne
Istnieją sytuacje, kiedy system automatycznego naprowadzania nie jest w stanie prowadzić narzędzia. Zwykle może to być związane z rozmyciem bruzdy naprowadzającej przez zlewny deszcz lub znacznymi stratami roślin wzdłuż rzędów (np. na skutek wymoknięcia, suszy, chorób czy dużego zachwaszczenia). Czasami niezbędne jest zatem ręczne korygowanie pracy pielnika z siedziska operatora za pomocą dżojstika lub specjalnej kierownicy. Dlatego nawet najnowocześniejsze pielniki często są wyposażone w stanowiska dla operatorów.
Systemy wizyjne i system GPS
Konstrukcje najnowocześniejszych systemów sterownia są oparte na technologiach wizyjnych, czyli kamerach i komputerach analizujących obraz. Systemy wizyjne rozpoznają rośliny w rzędzie, a następnie względem nich korygują pracę poszczególnych sekcji pielnika. Takie rozwiązanie umożliwia śledzenie wielu roślin jednocześnie, nawet jeżeli są one bardzo małe. Niestety w tych systemach występują też ograniczenia, szczególnie odnośnie do wielkości chwastów (systemy działają niestabilnie w przypadku zrównania chwastów z uprawianymi roślinami). Istnieją również systemy rozpoznające i identyfikujące nie tylko rośliny uprawiane, ale i chwasty. Systemy wizyjne, przy zastosowaniu odpowiedniego oświetlenia pola obserwacji kamer, pozwalają również pracować w nocy. Natomiast technologia GPS i DGPS umożliwia tzw. prowadzenie równoległe wzdłuż rzędu roślin z dokładnością nawet mniejszą niż 20 mm. Z kolei połączenie technologii wizyjnych oraz funkcji „autopilot” ciągnika w zasadzie czyni pracę pielników bezobsługową.
fot. powyżej: Kamery wizyjne są wykorzystywane w pielnikach do rozpoznawania uprawianych roślin lub identyfikowania chwastów, co przy zastosowaniu odpowiedniej automatyki umożliwia precyzyjne pielenie w rządku między roślinami. Na zdjęciu panel robota Garford Robocrop i przykładowa identyfikacja główek sałaty.
fot. po lewej: Zastosowanie kamer umożliwia pielenie nawet niewielkich roślin z precyzją do 10 mm. Na zdjęciu samosterowalny piaelnik Kress&Co.
fot. po prawej: System GPS wykorzystywany w pielnikach pozwala na automatyczne podniesienie nieużywanych sekcji, np. przy dojazdach trójkątnych.
Na zdjęciu automatycznie podnoszone sekcje pielnika Kongskilde Vibro Croop.
Roboty pielące ciągnikowe
Rozwój technologiczny maszyn pielących, a w szczególności metod wizyjnych, przyczynił się do powstania maszyn zupełnie niepodobnych do standardowych rozwiązań urządzeń biernych. Nowoczesne maszyny to istne roboty pielące, wyposażone w niekonwencjonalne, aktywne elementy robocze, umożliwiające pielenie zarówno w międzyrzędziach, jak i w rzędzie roślin. W grupie tych sprzętów znajdziemy maszyny zawieszane na TUZ ciągnika, jak i maszyny samobieżne. Poniżej przedstawiamy kilka przykładów nowoczesnych rozwiązań tzw. robotów pielących.
fot. Aby precyzyjnie pielić rośliny, najpierw trzeba dobrze ustawić komputer.
Na zdjęciu przykład ustawiania maszyny względem stożka wzrostu główki sałaty.
Roboavator Pulsen (Kress&Co)
Robot pielący produkowany przez duńską firmę Pulsen jest precyzyjną maszyną umożliwiającą niszczenie chwastów w międzyrzędziach i rzędach roślin. Pielnik jest wyposażony w komputer oraz kamerę, która służy do rozpoznawania roślin w rzędzie oraz do precyzyjnego naprowadzania sekcji pielnika na rządek. Maszynę zaopatrzono w kamery umiejscowione na każdej sekcji pielnika, dzięki czemu pracują niezależnie. Dodatkowo każdy rządek jest indywidualnie oświetlany sztucznym światłem, co ułatwia identyfikowanie uprawianych roślin (np. poprzez rozpoznawanie barwy, głównie stopnia zazielenienia „chlorofilu”). Maszyna może przy tym pracować również w nocy. Pielenie roślin w rzędzie odbywa się za pomocą hydraulicznie sterowanych podcinaczy, które w odpowiednim momencie przed i za rośliną otwierają się i zamykają. Pojazd może się przy tym poruszać z prędkością do 4 km/h. Czterorzędowa maszyna potrzebuje zaledwie 5 kW mocy.
Roboavator to robot wyposażony w hydraulicznie sterowane podcinacze, które w odpowiednim momencie przed i za rośliną otwierają się, a następnie zamykają . Takie rozwiązanie pozwala pielić między roślinami w rządku.
Steketee IC
Ciekawa i w pełni zautomatyzowana, zawieszana na TUZ ciągnika maszyna – „robot” do pielenia, znajduje się w ofercie firmy STEKETEE. W pierwszej chwili uwagę przykuwa charakterystyczna osłona na kształt maski sportowego auta. Pod nią kryje się jednak precyzyjny pielnik napędzany pneumatycznie i sterowany komputerem z kamerami. Urządzenie to działa nieco inaczej niż opisywane powyżej. Elementy robocze są zbudowane z podcinaczy nożowych, które wykonują niepełny ruch obrotowy, oczywiście przy roślinie, której robot nie może uszkodzić. Przy zastosowaniu tej technologii, robot ma możliwość pielenia między roślinami oddalonymi w rzędzie nawet od 6 do 20 cm, przy czym maksymalna prędkość pracy to 5 km/h. Pojedynczy moduł maszyny ma szerokość 1,5 m, istnieje jednak możliwość połączenia aż 4 takich modułów.
Garford Robocrop
Równie nowoczesnym robotem pielącym jest brytyjski Robocrop. Co prawda, opisywaliśmy urządzenie w poprzednim wydaniu czasopisma, ale nie sposób nie wspomnieć o nim również w tym artykule. Ta nowoczesna maszyna, wyposażona w kamerę wizyjną i komputer, potrafi wypielić nawet 3,2 h/ha. Jej zaletą jest oczywiście innowacyjny układ pielący, który wykonuje ruch okrężny wokół rośliny niszcząc przy tym wszystkie chwasty. Urządzenia te są montowane nawet na 6-metrowych ramach i mogą efektywnie pracować z prędkością do 5,4 km/h.
Garford Robocrop to robot pielący wyposażony w innowacyjne rozwiązanie narzędzia roboczego, które okrąża każdą pieloną roślinę.
Sarl Radis INTRA
Jeszcze innym rozwiązaniem może pochwalić się francuska firma Sarl Radis, która stworzyła w pełni zautomatyzowaną maszynę, wyposażoną w sztywne, pojedyncze zęby kultywatora oraz pneumatycznie sterowane podcinacze nożowe, wykonujące ruch poziomy względem kierunku jazdy pielnika. Podcinacze działają niezależnie, dlatego każdy rządek jest pielony indywidualnie. Oczywiście, podobnie jak w maszynach powyżej, układ sterowania wykorzystuje obraz z kamery wizyjnej.
Precyzyjna wypalarka międzyrzędowa Pulsen (Kress&Co)
Jest to urządzenie, zupełnie odmienne od opisywanych wcześniej. Pielenie odbywa się tu poprzez dokładne wypalanie chwastów strumieniem gorącej plazmy. Głównym elementem roboczym są w tym rozwiązaniu moduły ze sterowanymi dyszami, które precyzyjnie, dosłownie w ułamku sekundy „strzelają” w chwasty. Takie rozwiązanie z pewnością wymaga bardzo wrażliwego układu wizyjnego oraz wyjątkowo dokładnej automatyki.
Roboty pielące samobieżne
Jak można zauważyć, coraz nowocześniejsze rozwiązania pielników, czyli wdrożona pełna automatyzacja, systemy wizyjne, GPS, przyczyniły się do powstania bardzo zaawansowanych technologicznie urządzeń. Z kolei, aby zwiększyć wydajność tych maszyn dąży się do uzyskiwania coraz większych szerokości roboczych. Oczywiście niesie to za sobą pewne korzyści, jednak znacząco komplikuje całą maszynę, co podwyższa koszty zakupu. Jest tu jednak pewna alternatywa. Na rynku zaczynają pojawiać się nowoczesne roboty samobieżne, które, co prawda, nie są tak wydajne jak szerokie (np. 6 m) maszyny, ale mogą pracować samodzielnie. Taka maszyna przecież się nie męczy, potrafi wrócić i samodzielnie doładować baterie, a przy odpowiednim oprzyrządowaniu może również pracować w nocy. Czy zatem jest to przyszłość? Być może tak. Poniżej przedstawiamy dwa typy urządzeń, które mają szansę zrewolucjonizować rolnictwo.
Kongskilde Vibro Crop Robotti
Sterowany za pomocą GPS, samobieżny robot Vibro Crop Robotti, to w pełni zautomatyzowany sprzęt do pielenia międzyrzędzi, wyposażony w nowoczesny kultywator (Vibro Crop Intelli). Robot porusza się na gumowych gąsienicach, napędzanych niezależnie elektrycznymi silnikami. Prowadzenie pielnika wspomaga system GPS oraz dwie kamery obserwujące dwa rzędy roślin jednocześnie. Trzeba przyznać, że jest to z całą pewnością ciekawe i bardzo innowacyjne urządzenie.
Vibro Crop Robotti Kongskilde to samobieżny, w pełni zautomatyzowany robot do pielenia międzyrzędzi. Porusza się na gąsienicach napędzanych niezależnymi silnikami elektrycznymi.
BoniRob – Amazone
To obecnie chyba najnowocześniejszy robot, testowany i wykorzystywany w pielęgnacji upraw rzędowych. Co prawda, jego bezpośrednim narzędziem roboczym jest precyzyjny opryskiwacz (system APS), który wybiórczo niszczy chwasty herbicydem, jednak być może właśnie to jest technologia przyszłościowa. Dzięki zaawansowanej obróbce obrazu, robot – początkowo z pomocą człowieka pracującego na stacji telepracy, a później także sam – rozpoznaje różnicę między użytecznymi roślinami a chwastami. Robot uczy się na skutek wielu czynników zakłócających oraz zmiennych warunków pracy. System jest ciągle w fazie intensywnych badań.
BoniRob – Amazone to jeden z najnowocześniejszych robotów, testowanych w pielęgnacji upraw rzędowych. Na zdjęciu robot wyposażony w precyzyjny opryskiwacz APS.
Podsumowanie
Nie ulega wątpliwości, że technologia mechanicznego zwalczania zachwaszczenia jest przyszłościowa, wszak pośrednio wiąże się z naszym zdrowiem. Należy podkreślić też, że w dziedzinie mechanicznego zwalczania chwastów w ciągu ostatnich lat nastąpił bardzo duży postęp. Obecne pielniki przy zastosowaniu odpowiedniej technologii są przecież w stanie wyeliminować niemal całkowicie herbicydy. Czy jednak wprowadzenie tej technologii na szeroko zakrojoną skalę, jest dziś w ogóle możliwe? Myślę, że pomimo wszystkich niesamowitych pomysłów i innowacji, w tej dziedzinie rolnictwa jest jeszcze wiele do zrobienia.
Autor: dr inż. Tomasz Żelaziński
O autorze
Technika Sadownicza i Warzywnicza
