Учёные предложили новейшие технологии для сельского хозяйства и создали первого биоробота

Российские ученые создают технологии будущего для сельского хозяйства

​Беспилотные тракторы, агророботы, дистанционное определение состава почв, онлайн-наблюдение за обработкой полей – все это инструменты и технологии “умного сельского хозяйства”, которое приходит в России на смену традиционным способам земледелия.

Такая модернизация позволяет существенно снизить трудозатраты человека и за счет непрерывности рабочего процесса повысить производительность труда, рассказали “Известиям” в ведущих российских вузах.

Через 30 лет для того, чтобы прокормить население всего мира, понадобится значительно больше продовольствия, чем сейчас, утверждают ученые. Число жителей Земли увеличится к 2050 году с нынешних 7,6 млрд человек до 9,8 млрд, а к 2100 году достигнет 11,2 млрд человек.

Для решения проблем, связанных с увеличением численности населения, человечеству необходимо изменить методы ведения сельского хозяйства. Снижение количества плодородных земель, перемена климата, высокая стоимость энергоносителей – все это грозит нехваткой продуктов питания.

Обратите внимание

Повысить урожайность и одновременно сократить издержки позволяет концепция “умного сельского хозяйства”, основанного на использовании фермерами различных инновационных решений. Ученые России в настоящий момент работают над созданием техники для высокотехнологичного сельского хозяйства.

Трактор Черепанова

Научные сотрудники Уральского федерального университета (УрФУ), вуза – участника программы “5-100”, совместно с учеными из Бразилии и Аргентины разрабатывают беспилотный трактор с искусственным интеллектом.

– В ходе наших исследований обозначены основные принципы создания беспилотного сельхозтранспорта, предложены ключевые элементы: датчики, исполнительные механизмы и алгоритмы их взаимодействия, – рассказал один из создателей беспилотного трактора, доцент физико-технологического института УрФУ Александр Черепанов.

Ученые уже испытывают прототип такой беспилотной машины в полях. Элементы управления трактора дополняются различными системами датчиков, которые обеспечивают регулирование процесса движения. Прямолинейный ход машины позволяет качественно обрабатывать почву, без просевов и пустот. По мнению ученых, это позволит повысить урожаи и рентабельность сельхозпроизводства.

Наладить выпуск таких беспилотных тракторов ученые планируют в течение трех лет. По мнению разработчиков, использование такой техники обеспечит расширение диапазона агротехнических работ, повысит качество и безопасность обработки сельхозугодий. Также будет исключен человеческий фактор, в частности нарушения трудовой дисциплины.

Механический садовник

Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали агроробота, получившего название AgrY. Это самоходный аппарат на бензиновом двигателе размером с мини-трактор. Робот может автоматически прокладывать свой маршрут, без участия человека.

Также он способен многократно повторять однажды пройденный путь.

– Управление и принятие решений осуществляется на основе анализа видеоизображений с использованием алгоритмов библиотеки OpenCV и идентификации местоположения относительно выбранных ориентиров.

Предполагается, что данный вид агророботов заменит садово-огородную мототехнику (мотоблоки, культиваторы, газонокосилки).

В перспективе устройство сможет культивировать землю с помощью активной почвофрезы и обрабатывать растения от вредителей, – пояснил один из разработчиков робота, доцент кафедры технологии машиностроения ЮТИ ТПУ Андрей Проскоков.

Разработчики также сконструировали роботизированный комплекс, с помощью которого можно модернизировать бензиновую газонокосилку: режущая часть механизма дополняется управляемыми моторами-редукторами.

Важно

Для обеспечения безопасности на косилке установлены ультразвуковые датчики определения расстояния до препятствий, а на верхней крышке закреплена сигнальная лампа.

Как считают ученые, применение такой техники сможет существенно сократить людские трудозатраты.

Интеллектуальный дождь

Ученые Самарского университета разработали систему оперативного сельскохозяйственного мониторинга для оценки состава почвы.

Для этого предлагается использовать поливальную установку, которая по ходу движения в режиме реального времени оценит влажность почвы и содержание в ней минеральных веществ, а также сможет управлять интенсивностью полива.

– Данные по оценке влажности почвы поступают со спутников или беспилотников с большой задержкой, – пояснил ведущий сотрудник ИСОИ РАН, профессор кафедры “Техническая кибернетика” Самарского университета Роман Скиданов.

Определение влажности почвы производится с помощью специального гиперспектрометра – прибора, который позволяет получить высокоточные изображения местности. Такая технология широко используется в космической съемке.

В отличие от простой фотографии, которая фиксирует всего три цвета – синий, красный и зеленый в их различных сочетаниях, гиперспектрометр анализирует длину световой волны, что позволяет получать более точное изображение.

По гиперспектральному снимку из космоса или с беспилотника можно определить химический состав почв на полях и решить, где и какие удобрения нужны.Габариты же разработанного в Самаре прибора гораздо меньше, чем у его космических собратьев: он весит всего 5 кг. Ученые предложили установить его на поливальную машину.

Как пояснили в университете, характер гиперспектрального изображения земной поверхности зависит от влажности почвы. По изображению фрагмента поля под гиперспектрометром можно определить, каким должен быть расход воды через конкретную форсунку, нацеленную на определенный участок.

Совет

Помимо этого, машина одновременно с поливом сможет адресно доставлять в почву минеральные удобрения. По подсчетам разработчиков, такое “умное земледелие” позволит повысить урожайность в среднем на 25-30%.В настоящее время ученые работают над еще более компактной гиперспектральной насадкой на фото- и видеокамеры, масса которой будет всего 300 г.

Контроль со спутников

Ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) внедряют географические информационные системы для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных. Созданный ими программно-аппаратный комплекс “Геоинформационные системы” используется для определения неучтенных, заброшенных или обрабатываемых земель.

Комплекс включает в себя несколько беспилотных летательных аппаратов и геоинформационные системы.Сперва создаются электронные карты (с помощью дронов или снимков со спутника), затем на сельскохозяйственную технику ставятся GPS-трекеры.

Установив специальное приложение на телефон или планшет, фермеры могут в режиме реального времени наблюдать, как идет обработка их полей. Кроме того, специальные датчики, также в режиме онлайн, позволяют следить за расходом топлива.

– Помимо удобства такая система еще и защищает от несанкционированного слива горючего.

Но главное – это, конечно, экономическая выгода, – уверена руководитель НОЦ “Геоинформационные технологии” Валентина Максимова.

При помощи разработки уральских ученых один фермер с пятью единицами техники, владеющий землями площадью примерно 15-20 тыс. га, сможет экономить на бензине около 300 тыс. рублей в год – ведь ему больше не придется лично объезжать все поля.

В настоящее время ЮУрГУ и кубинский Университет Гуантанамо сотрудничают в области применения ГИС-технологий для отслеживания и предсказания определенных климатических событий на острове.

Большой интерес к ГИС-разработкам ЮУрГУ проявили и коллеги из Индии, которые заинтересованы в создании карт урожайности на основе снимков из космоса.

Мария Недюк

Источник: http://www.sib-science.info/ru/heis/agroroboty-i-bespilotnye-09092018

Российская наука, стала локомотивом для сельского хозяйства

Огромная территория России находится в зоне вечной мерзлоты, и для сельского хозяйства малопригодна. Но благодаря Российским ученым, на этой территории можно будет заниматься сельским хозяйством.

На Ямале выведут морозоустойчивую картошку



В следующем году на Ямале будут проводиться исследования, направленные на получение сортов картофеля, который будет пригоден к выращиванию на Крайнем Севере
Данной работой будут заниматься специалисты департамента по науке и инновациям Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) и ученые Ямальской сельскохозяйственной опытной станции.

«Наука на Ямале ориентирована на решение прикладных задач, связанных с промышленным освоением региона, изучением влияния экологических факторов на здоровье населения, развитием агропромышленного комплекса», – сообщили в региональном департаменте по науке.

Эксперименты по выведению морозоустойчивых культур проводятся в округе ежегодно. В частности, в прошлом году стартовали исследования по выращиванию клубники, малины и смородины в северных условиях. Некоторое время назад закончился эксперимент петербургских ученых, в ходе которого были определены почти полторы сотни видов деревьев для озеленения тундры.

Но не одной картошкой, будет богат русский север…

В Сибири вывели новую породу коров


Специалисты Института животноводства Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН вывели новую породу молочных коров «Сибирячка»

В акте оценки хозяйственной полезности новой породы крупного рогатого скота говорится, что она имеет «высокую молочную продуктивность, хорошие мясные качества, крепкую конституцию, приспособлена к сибирским экстремальным климатическим условиям и местным кормам».

«Сибирячка» создана в 12 хозяйствах Новосибирской, Омской, Кемеровской, Иркутской областей, Алтайского и Красноярского краев. Она выведена методом скрещивания коров черно-пестрой породы с голштинской породой быков.

«Сибирячка» включена в госреестр селекционных достижений, допущенных к использованию.

Возможно, коровы этой породы как раз дадут молоко, из которого сделают сыр, самым инновационным способом.

Первую партию сыра на основе искусственного сычужного фермента произведут на Алтае в 2018 году


Первая партия сыра на основе искусственного сычужного фермента, который разработали ученые Алтайского госуниверситета (АлтГУ), будет изготовлена в 2018 году
На реализацию проекта был выделен грант в размере 2 млн рублей.

«Первую партию сыра на основе отечественного химозина – искусственного сычужного фермента алтайской разработки положат на вызревание в этом году, работа идет вместе со специалистами НИИ сыроделия края», – рассказали ТАСС в пресс-службе вуза.

Ученым удалось заменить природные сычужные ферменты на искусственные. Прежде их получали из желудка молодых телят. Однако 30 лет назад по всему миру стали прекращать данный вид производства, так как из-за этого погибало много животных.

Впервые алтайские ученые занялись разработкой сычужного фермента – химозина – в 2015 году. По словам разработчиков, российский химозин будет дешевле своих зарубежных аналогов. На сегодняшний день в России нет ни одного производителя химозина, однако потребность в нем оценивается в 26 тонн в год.

С помощью искусственного фермента создаются такие сыры, как «Голландский», «Костромской», «Чеддер» и другие.

Кроме того, Российские ученые озаботились и уменьшением смертности скота. 

Ветеринарный препарат томских ученых снизил смертность домашнего скота

Учеными Томского политехнического университета (ТПУ) разработан препарат, который снижает смертность среди коров, кур и гусейИсследователи отмечают, что препарат уже помог уменьшить смертность среди домашнего скота в Новосибирской, Кемеровской, Томской областях и даже в Мексике.

Препарат «Арговита» с наночастицами серебра использовался как биодобавка и средство для лечения более 3 тыс. коров и 1700 телят.

Профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Алексей Пестряков рассказал: «По результатам испытаний, смертность телят снизилась в пять раз, а взрослых коров — в четыре раза.

Кроме этого, препарат показал хороший результат при лечении домашней птицы».

Средство было испытано на 30 тыс. гусей и 20 тыс. птенцов кур. После его применения смертность гусей снизилась в пять раз, а гибель цыплят сократилась в 20 раз.

Испытания препарата проводились на протяжении нескольких лет в ветеринарных клиниках и медицинских институтах Сибири и Дальнего Востока. Он был опробован не только на домашних животных, но и на чернобурых лисах и соболе. Также «Арговит» активно используют в Мексике, например, для лечения чумки собак.

Обратите внимание

Лекарство обладает разрушающим действием в отношении вирусов, бактерий и грибков. В настоящее время препарат сертифицирован как биологически активная добавка и продается в форме таблеток, геля, крема и спрея в нос, говорится на сайте ТПУ.

Естественно, сельское хозяйство в России невозможно представить без пшеницы, еще во времена царской России, Россия кормила хлебом Европу.

Ученые выводят устойчивый к прорастанию сорт пшеницы

Ген был найден в семенах гибридов пшеницы и пырея, открытых российскими учеными. Специалисты отобрали семена, наименее подверженные прорастанию, и расшифровали их ДНК.

В ходе экспериментов, они установили, что вероятность прорастания зерен более всего зависела от устройства гена Vp-1 – он ответственен за рост зародыша злаков на последних стадиях развития. Лучше всего защищала гибриды от прорастания его самая редкая разновидность – ThVp-1d, которая встречается примерно у 15% злаков, сообщает РИА «Новости» со ссылкой на издание PLoS One.

Читайте также:  Мини-робот для изучения основ программирования

По словам ученых, ген можно перенести в ЛНК сортовой пшеницы двумя путями – обычным скрещиванием или генными модификациями. Это повысит урожайность и устойчивость злаков к непогоде.

Источник: https://umstrana.ru/article/rossiyskaya-nauka-stala-lokomotivom-dlya-selskogo-khozyaystva/

Ученые создадут роботы-тракторы, идеально приспособленные к особенностям российского сельского хозяйства

Группа российских ученых из Центрального научно-исследовательского и опытно-конструкторского института робототехники и технической кибернетики совместно со специалистами Петербургского тракторного завода намерены сконструировать идеальных полевых работников. Планируется, что новые роботы-тракторы начнут сеять урожай на Дальнем Востоке весной 2021 года.

Многим из нас известна еврейская легенда о големе – глиняном человеке, которого оживили при помощи магии.

Люди с давних времен мечтали о помощниках, которые не способны отвлекаться на посторонние мысли, не подвержены перепадам настроений, а потому идеально выполняют поставленные перед ними задачи.

В античности и в средние века люди создавали сложные механизмы, но научить их действовать осмысленно никому не удавалось.

Первую надежду на успех в этом нелегком деле человечеству дали швейцарский часовщик Пьер-Жак Дро и его сын Анри Дро. Кстати, именно от его имени и происходит слово «андроид».

Они в конце XVIII века собрали механического человека «Писец». По свидетельствам того времени, конструкция писала буквы и даже слова, покачивая головой в такт движениям.

Однако «Писца» воспринимали, скорее, как диковинную игрушку.

Время полноценных роботов как помощников человека пришло в XX веке. Роботы, как многие достижения прогресса, сначала заявили о себе в научно-фантастической литературе. В 1920 году чешский писатель Карел Чапек впервые употребил слово «робот» в пьесе «R. U. R.» по отношению к «механическим людям».

Появление первого его представителя в реальности не заставило себя долго ждать. Уже в 1936-м после двух лет кропотливой работы в мастерских Новочеркасского Политеха 16-летний советский школьник Вадим Мацкевич создал первого отечественного робота. Он был похож на человека, но умел немного: лишь поднимал правую руку.

Тем не менее, произвел фурор на Всемирной выставке в Париже 1937 года.

Изобретение юного конструктора и связанный с ним международный резонанс привлекли внимание властей. К робототехнике стали относиться с большим вниманием, позволяя лучшим ученым работать в этой отрасли науки.

В 1948 году Сергей Лебедев закончил разработку первой отечественной ЭВМ, а спустя два года в СССР уже работала первая вычислительная электронная цифровая машина МЭСМ (малая электронная счетная машина), на тот момент – самая быстродействующая в Европе.

Этот прообраз искусственного интеллекта (умной «начинки» для роботов) привел к сенсационному заявлению. В 1959 году впервые в отечественной науке кибернетик Виктор Глушков высказал идею о «мозгоподобных» структурах ЭВМ, в которых будут объединены функции памяти и обработки данных.

Важно

Благодаря этому, полагал ученый, машины смогут самостоятельно принимать решения: какое действие целесообразнее совершить в настоящий момент исходя из поставленных задач.

Не осталось сомнений: роботам возможно, хотя и в самой начальной форме, передать человеческую способность мыслить и стать полноценными помощниками.

Это предположение оказалось пророческим. Десятилетие 1960-х стало расцветом для прогресса робототехники. Она освободила людей от тяжелой и рутинной работы.

Первый шаг на этом пути был сделан в 1961 году, когда в США был создан первый промышленный робот «Unimate». Он представлял собой одну механическую руку, разработанную специально для «General motors».

Эта, казалось бы, незатейливая конструкция заменила труд 300 рабочих.

Роботы оказались полезными не только на Земле, но и в космосе. В 1961 году Юрий Гагарин совершил первый полет за пределы атмосферы.

Одновременно с ним к звездам отправился робот: советская автоматическая межпланетная станция «Венера-1» полетела ко второй планете Солнечной системы. Дальше – больше. В 1966 году советская автоматическая станция «Луна-9» совершила посадку на поверхности спутника Земли.

А автоматическая станция «Венера-3» достигла поверхности Венеры и оставила там вымпел СССР. Так впервые робот перелетел с Земли на другую планету.

Успехи роботов были настолько очевидными для всех, что в 1971 году в СССР робототехнику официально признали новым научным направлением. В Московском высшем техническом училище им. Баумана академик Евгений Попов возглавил кафедру специальной робототехники и мехатроники, а также создал существующую до сих пор научную школу.

Совет

В Петербурге Евгений Юревич стал директором-главным конструктором созданного с нуля в Политехническом институте (сейчас Санкт-Петербургский Политехнический университет Петра Великого) Особого конструкторского бюро технической кибернетики (1968-1981 годы), ставшего впоследствии Центральным научно-исследовательским и опытно-конструкторским институтом робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ РТК).

В 1972-м производство и разработка роботов в нашей стране были названы задачей государственной важности. Одно за другим стали появляться значимые изобретения. Например, первый советский транспортный робот «Таир».

Он мог целенаправленно двигаться в естественной среде, при этом мастерски объезжая препятствия. Для этого в него были встроены тактильные датчики, оптический дальномер, датчики состояния собственных подсистем и другие вспомогательные устройства.

Впервые для его управления была разработана нейроноподобная сеть, позволяющая распознавать и оценивать ситуацию, принимать решения и совершать маневры.

Эти разработки пригодились инженерам-робототехникам МГТУ им.

Баумана в 1986 году, когда Шведову, Доротову, Чумакову и Калинину необходимо было буквально за несколько дней разработать мобильных роботов для устранения последствий аварии на Чернобыльской АЭС.

От ученых требовалось сделать не только легких и мобильных роботов, способных легко объезжать многочисленные препятствия, но и способных выдержать высокий фон радиационной активности. Для этого они использовали сверхпрочный металл.

К работе на ЧАЭС практически с первых дней аварии привлекли и Центральный научно-исследовательский институт робототехники и технической кибернетики как головную организацию в СССР по робототехнике.

ЦНИИ РТК создал для Чернобыля 15 специальных роботов. В том числе первые, по крайней мере в СССР, дистанционно управляемые роботы-разведчики.

Тяжелые роботы ЦНИИ РТК заменили несколько тысяч военнослужащих с лопатами и ломами, задействованных для очистки станции.

Обратите внимание

С июня 1986 по апрель 1987 года роботы обследовали более 15 тыс. кв. метров территории ЧАЭС и очистили около 5 тыс. «квадратов» от радиоактивного мусора.

Один из первых роботов-разведчиков обследовал резервуар со льдом для конденсации пара, образующегося внутри защитной оболочки реактора при срабатывании системы аварийной защиты.

Резервуар находился непосредственно под взорвавшимся энергоблоком, где мощность излучения достигала 15000 рентген в час. Как признался Евгений Юревич, человек, заглянувший в этот ад, был обречен.

ЦНИИ РТК также срочно разработал и изготовил аппаратуру для обследования зоны заражения вокруг ЧАЭС. Роботы блестяще справились с задачей: без них едва ли удалось собрать такое большое количество радиоактивного мусора и успешно захоронить его, а также забетонировать радиационные источники.

В Центральном научно-исследовательском и опытно-конструкторском институте в Петербурге продолжают создавать роботов для экстремальных условий. Созданы роботы нового поколения для разных целей – инспекции, охраны, борьбы с террористами, роботы-спасатели для МЧС России.

В XX-начале XXI века роботы стали буквально ближе к людям. «Роботы могут быть не просто полезными, а очень милыми», – стала говорить реальность. В 1980-х в СССР в одном из столичных модных домов появился робот-закройщик.

Он нежно снимал мерки с клиентов и программировал идеально соответствующие их фигуре выкройки платья или костюма.

В Японии не так давно появились первые андроиды-воспитатели, способные за пару минут увлечь ребенка игрой в кубики, а также андроиды-сиделки, заботливо ухаживающие за больными и престарелыми людьми.

В современной российской сфере услуг пока по-прежнему задействованы люди. Роботы отечественного производства «обитают» в сфере обороны, а также в машиностроении и тяжелой промышленности. Для легкой промышленности и сельского хозяйства роботы пока редкость.

Важно

По статистике они задействованы только на 30% предприятий этих отраслей. В петербургском Центральном научно-исследовательском и опытно-конструкторском институте робототехники и технической кибернетики намерены изменить эту тенденцию.

Ученые считают, что союз робота и человека в сельском хозяйстве поможет освоить новые плодородные земли и увеличить их урожайность.

В течение ближайших трех лет здесь будут работать над созданием робота-трактора. На первом этапе будет создана умная «начинка», которая позволит легко программировать аппараты для работы в полях.

На втором этапе ученым предстоит автоматизировать систему «полезных нагрузок» – опций, благодаря которым робот-трактор будет понимать, что ему делать в данный момент: сеять урожай, поливать или полоть.

Причем система будет создана таким образом, что трактор сам, без дополнительных команд оператора, сможет выстраивать последовательность опций и менять их в зависимости от погодных условий или других факторов. Например, трактор планировал поливать поле пшеницы, но пошел дождь.

В этом случае робот должен понять, что поливать уже не имеет смысла, лучше полоть.

На третьем этапе петербургские специалисты из Института робототехники планируют синхронизировать работу трактора с дроном.

Дрон сверху будет «наблюдать» за полем и трактором при помощи GPS-датчиков, передавать ему команды, а робот уже на земле будет действовать в соответствии с ними.

Совет

Это будет задача дрона – определить, где на поле низина и влага сохранилась, следовательно, полив не требуется, а где – места засушливые и требуют влаги.

Союз трактора и дрона поможет сделать действия более эффективными и эргономичными. Алгоритм действий будет разработан с учетом особенностей поля: его проходимости, почвы, расстояний. В итоге, будет уходить меньше топлива, износ техники будет сведен к минимуму. А урожайность благодаря таким бережным и «точечным» действиям станет больше.

Ученые считают, что сейчас в России сельскохозяйственные роботы как никогда необходимы.

Ведь земли у нас много, и большая ее часть не освоена исключительно потому, что плотность населения мала и осваивать потенциально плодородную территорию просто некому.

Если в сельском хозяйстве появится достаточно роботов, то отрасль, по предварительным прогнозам, будет развиваться в пять раз эффективнее.

Источник: http://www.rtc.ru/ru/minobrnauki-news/328-2018-robot-traktor

СТОП

Ставропольский государственный аграрный университет совместно с НПО «Андроидная техника» (г.

Магнитогорск) реализует уникальный проект по разработке роботизированного комплекса машин для молочных ферм с беспривязным стойлово-пастбищным содержанием коров.

В работе над созданием первого отечественного инновационного доильного робота также участвуют специалисты Федерального научного агроинженерного центра ВИМ.

Несмотря на принимаемые в последние годы значительные меры по развитию сельского хозяйства, в целом, и молочного животноводства, в частности, ощутимого прироста валового молочного производства, к сожалению, не произошло.

Как утверждают официальные источники, дефицит молока в России на сегодня составляет около 7 млн. тонн. По-прежнему сохраняется и негативная тенденция сокращения поголовья коров.

Обратите внимание

Средняя продолжительность использования животных на вновь построенных и реконструированных фермах низкая (всего 2,5 года), что существенно затрудняет комплектование полноценного стада.

Широко распространённое на практике строительство крупных молочных мегаферм в «чистом поле», как правило, не способствует развитию существующих сельских территорий, поскольку остро ощущается и нехватка кадров, и технологическая отсталость.

– Цифровые технологии должны идти в село!, – комментирует ректор Ставропольского государственного аграрного университета, Академик РАН, профессор, заслуженный деятель науки РФ Владимир Иванович Трухачёв. – Умное сельское хозяйство – вот основной тренд современности, и если мы не будем идти по этому пути – мы проиграем.

Читайте также:  Сборная россии получила бронзу на олимпиаде роботов в сочи

Импортозамещение – главная задача, которая сейчас стоит перед каждым сельхозтоваропризводителем, и кто, как не мы – представители науки, должны поддерживать наших аграриев в этом, предоставлять им не только высококвалифицированные кадры, но и лучшие образцы отечественной техники.

Развивая андроидные технологии, мы обеспечим выход российского молочного животноводства на принципиально новый уровень и дадим фермерам возможность прикоснуться к будущему уже сегодня.

Проект, над которым работают ставропольские и магнитогорские учёные, уникален, в первую очередь, применением инновационных решений.

Новый робототехнический комплекс поможет снизить влияние «человеческого фактора» за счёт роботизации основных процессов при стойловом и пастбищном содержании коров на прифермских культурных пастбищах, применять автоматизированные бесконтактные системы контроля и диагностики за физиологическим состоянием и состоянием здоровья животных и обеспечить комфортные условия содержания и добровольного доения коров.

– Помимо осуществления прямой задачи повышения производства молока и обеспечения продуктивности животных не менее 9000 литров в год, наш доильный робот будет способствовать увеличению продуктивного долголетия коров не менее 4-6 лактаций и повышению качества молочной продукции, – отмечает член-корреспондент РАН, заслуженный деятель науки и техники РФ, профессор Юрий Алексеевич Цой.

Источник: https://agrostart.net/news/uchyonye-stavropolskogo-gau-rabotayut-nad-sozdaniem-novogo-doilnogo-robota

Робототехника в сельском хозяйстве

Сельское хозяйство является одной из самых важных отраслей промышленности. Оно дает пищу, корм и топливо, необходимые для нашего выживания. И поскольку количество мирового населения, как ожидается, достигнет 9 миллиардов к 2050 году, сельскохозяйственное производство должно удвоиться, чтобы удовлетворить спрос. Урожайность должна вырасти на 25%, чтобы помочь достижению этой цели. 

 

  • Основные американские сельскохозяйственные конгломераты покупают иностранную землю и начинают там фермерство, что связано с низкой стоимостью.
  • Китай покупает землю в Африке и отправляет квалифицированных рабочих, чтобы контролировать эти новые фермы.
  • Фермеры и скотоводы мира переходят к точным методам ведения сельского хозяйства, разделяя площади на много субучастков, и в некоторых случаях вплоть до выбора растений/ деревьев/ животных, тем самым позволяя увеличить производительность и снизить общие затраты.
  • Беспилотные летательные аппараты используются для создания карт, наблюдения, оценки и опрыскивания.
  • Беспилотные (или, по крайней мере, автономные) наземные транспортные средства обеспечивают большую точность.
  • Бюро трудовой статистики США сообщает, что в 2012 году средняя зарплата рабочих в сфере сельского хозяйства составила $9,09.
  • Бюро трудовой статистики США сообщает, что в сфере сельского хозяйства в 2012 году было 749400 работников, а это на 3% меньше, чем в 2011-м.
  • 74% – приблизительное количество работников сельского хозяйства в США, которые родились в Мексике и Центральной Америке. Более половины их них, вероятно, не будут задокументированы (по информации журнала Fortune).
  • Кукурузники находятся на 3-м месте по смертности среди профессий в США. 90% опрыскивания в Японии осуществляется с помощью небольших беспилотных вертолетов.

 

Таким образом, сельское хозяйство находится в процессе перехода. И он отличается от страны к стране, от штата к штату, с разбивкой по регионам, а также по типу хозяйства: от примитивного до традиционного, точного и экспериментального. Немного всего повсюду, но общая тенденция во всем мире идет к точному земледелию, дополненному передовыми технологиями, включая робототехнику.

   Многие факторы ускоряют эти изменения. В дополнение к глобальному росту населения растет стоимость воды, внедряются политические и нормативные процедуры, ограничиваются пахотные площади, более дешевые продукты производятся быстрее благодаря автоматизации. К тому же, изменяется климат – и это лишь немногие факторы.

Современные фермеры и скотоводы уже владеют высокими технологиями. Теперь они пользуются инвентарем с цифровым управлением. Есть частично и полностью автоматические устройства для большинства аспектов сельскохозяйственных функций от прививки до посадки, от заготовки до сортировки и упаковки.

  

Рабочие используют системы программного обеспечения, воздушные карты-схемы и необходимые данные для деятельности на местах.

Важно

Они также пускают в ход системы автоматического управления, включенные во многих новых тракторах (или покупают делающие то же самое комплекты), которые следуют GPS и руководству программного обеспечения. Некоторые фермеры уже переводят некоторые свои операции на полную автоматизацию.

Таким образом, дальновидные владельцы ферм на сегодня смогут проскочить медленные постепенные улучшения и перейти непосредственно к роботизированной автоматизации. Но готовы ли роботы?

Статья «Придут ли сельскохозяйственные роботы вовремя, чтобы снизить затраты на выращивание овощей и фруктов?» от июля 2014 года рассказывает о 27 компаниях (от конгломератов до стартапов), которые производят роботов для сельского хозяйства и исследуют их деятельность, а также то, когда их продукты будут доступны и по какой цене.

[ПРИМЕЧАНИЕ: Из списка 60 организаций, занимающихся сельскохозяйственной робототехникой, молочная промышленность не учитывалась, хотя робототехнические системы доения стали удивительно растущим бизнесом.

Также устранены были компании, которые не ответили на вопросы моей анкеты (не захотели или не смогли из-за публичности, как например John Deere и CNH Industrial (Case/NEW HOLLAND)).

Кроме того, только одно из многих научно-исследовательских учреждений на базе университетов было включено в перечень, хотя существует много таких заведений, разрабатывающих решения в данной сфере. Но стоит сосредоточиться на том, что есть здесь и сейчас. Не на будущем.].

Сбор урожая и тракторы. Тракторы делают две вещи: дают указания устройствам, которые они буксируют, и являются тяговой силой.

Современные тракторы огромны, и если они ломаются, вся работа останавливается. Автономным машинам не нужны операторы и они могут работать круглосуточно.

Таким образом, можно получить рабочее окно для посева и других, чувствительных ко времени, видов деятельности.

 

Посадка, обрезка, пересадка и прививка:

  • Harvest Automation
  • ISO Group
  • Helper Robotech
  • Conic Systems
  • Wall-Ye

 

Прореживание и прополка:

  • Blue River Technologies
  • ecoRobotix
  • Vision Robotics
  • F Poulsen Engineering

 

БПЛА, инспекция, сбор данных и манипулирование данными. БПЛА настолько хороши, как и любое другое оборудование, обеспечивающее точность. Если нет компьютеров на тракторах или контроллеров на буксируемых устройствах, и если они не могут общаться друг с другом, данные, собранные БПЛА, – просто красивые картинки.

  • Agribotix
  • PrecisionHawk
  • senseFly

 

Умные дополнения. Новые орудия включают передовые системы управления и могут реагировать на команды с буксирующего трактора или предоставлять свою мобильность и навигацию.

  Сельское хозяйство является большим бизнесом в каждой стране мира. Таким образом, это своевременное рассмотрение прогресса, чтобы привести роботизацию к уже автоматизированной промышленности. Итог: значительное количество активностей, многие из которых будут представлены на сайте в ближайшие год или два, но пока мало проникновения на рынок.  

Источник: https://habr.com/post/383023/

Необходимость инновационного развития сельского хозяйства на основе применения робототехники

УДК 637.112

НЕОБХОДИМОСТЬ ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ

РОБОТОТЕХНИКИ

Е.А. Скворцов, старший преподаватель Е.Г. Скворцова, аспирант

Уральский государственный аграрный университет

E-mail: easkvortcov@mail.ru

A.A. Орешкин, заместитель директора

Уральский федеральный университет

E-mail: u invitations-noreply@linkedin.co

Аннотация. Проводится связь между техническим перевооружением сельского хозяйства России на основе внедрения роботов с решением кадровых проблем отрасли и повышением эффективности производства. Дано определение понятия сельскохозяйственного робота, описана его элементная база.

Обоснована необходимость роботизации как меры по снижению кадровых рисков в сельском хозяйстве России, повышению производительности труда, обновлению техники в связи с моральным устареванием имеющегося парка машин и оборудования, повышению качества выполняемых работ. Проанализированы области применения сельскохозяйственных роботов.

В настоящее время разрабатываются или уже существуют роботы по транспортировке рассады, уходу за виноградом, механической прополке посевов, сбору фруктов. Компания Vision Robotic Corporation (США) разработала робот-сборщик апельсинов, компаниями Kongkilde Industries A/S и Conpleks Innovation разработана модель робота Vibro Crop Robotti для прополки сорняков механическим способом.

Совет

Представлен анализ рынка доильных роботов, определены основные игроки, при этом отмечено отсутствие отечественных производителей, лидирует голландская марка Lely, занимая 56% рынка. Сформулирован вывод о необходимости импортозамещения производства роботов. Представлен примерный план по научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам в области сельскохозяйственной робототехники.

Сформулированы основные требования к сельскохозяйственным роботам: надежность, материалоемкость, энергопотребление, производительность, скорость, необходимая точность. Среди задач по созданию отечественной робототехники для сельского хозяйства выделяю задачи в области механики роботов, в области управления роботами и в области программного обеспечения.

Сделан вывод о том, что роботизация сельского хозяйства способствует: созданию высокопроизводительных рабочих мест по программе 2020, улучшению целевых показателей по программе «инновационная Россия -2020».

Ключевые слова: сельскохозяйственный робот, доильный робот, импортозамещение.

Введение.

В современных условиях обострившихся противоречий с западными партнерами российскому аграрному производству и науке нужна сверхзадача для поддержания работоспособности отрасли, подготовки новых молодых кадров, которые будут набираться опыта в решении новых для них задач, а также поддержки и развития сопутствующих отраслей промышленности. Инновационное развитие сельского хозяйства, решение кадровых проблем, совершенствование воспроизводственных процессов в целом сегодня невозможно представить без применения робототехники.

Результаты исследования. У понятия «робототехника» нет однозначного определения.

Так, согласно стандарту ISO 8373:2012 под роботом понимается «программируемый механизм, способный перемещаться с двумя и более степенями свободы, обладающий определенной степенью автономности и осуществляющий движение для выполнения определенных задач» [1].

Необходимо уточнение понятия робота в целях дальнейшего определения объемов и границ рынка. Под роботом понимается автоматическая машина, состоящая из исполнительного устройства в виде одного или

нескольких манипуляторов и устройства программного управления их движением.

Манипулятором называется управляемое и оснащенное рабочим органом устройство, предназначенное для воспроизведения действий руки человека при перемещении объектов.

Рабочим органом манипулятора, как правило, служит схват, имитирующий действия пальцев руки [2]. Сельскохозяйственные роботы или сельскохозяйственная робототехника — роботы, используемые в сельскохозяйственных целях [3].

Обратите внимание

Причины, которые обусловливают необходимость применения робототехники в сельском хозяйстве, вытекают из факторов применения роботов в других областях народного хозяйства и включают в себя следующие актуальные направления:

1) Необходимость подъема производительности труда в сельском хозяйстве. Рост производительности труда обеспечивается, с одной стороны, увеличением объема производства, а с другой – сокращением численности производственных рабочих.

Рост объема производства продукции происходит вследствие улучшения использования оборудования, повышения его производительности и снижения брака. При этом улучшение использования оборудования достигается как за счет экстенсивного, так и за счет интенсивного характера.

Факторы интенсивного характера предусматривают улучшение использования оборудования в единицу времени вследствие сокращения трудоемкости вспомогательных операций (к примеру загрузки ящиков с рассадой, транспортировки готовой продукции или кормов и т.п.).

Повышение экстенсивного использования оборудования обусловлено увеличением времени его работы. В условиях роботизации сельского хозяйства это обеспечивается сокращением различного рода потерь рабочего времени и повышением сменности оборудования.

Как известно, низкая сменность работы в сельском хозяйстве обусловлена, прежде всего, недостатком рабочей силы (к примеру, на уборке внутрисменные простои могут составлять 50%). Наибольшие результаты в плане увеличения производительности

труда получили доильные роботы. В исследовании Иванова Ю.Г. и Лапкина А.Г выявлено, что «при роботизированном доении затраты труда снижаются в 6 раз, что является одним из важнейших преимуществ доильных роботов» [4]

2) Оборудование и техника, применяемые в сельском хозяйстве, безнадежно устарели, и более 50% их находится за пределами сроков амортизации, что обусловливает необходимость обновления типов машин и оборудования.

Читайте также:  В японии создан отряд роботов, которые будут следить за активностью вулканов

При этом имеющаяся техника относится к морально устаревшим образцам и предыдущим технологическим укладам, что не отвечает требованиям современного конкурентоспособного сельскохозяйственного производства. В отрасли имеется только 4% технологического оборудования, которое отвечает современным требованиям [5].

Важно

Необходимым условием обновления техники должно быть внедрение роботов, поскольку нет смысла ликвидировать уже наметившееся отставание за счет морально устаревшей техники старого образца. В этом смысле актуально ориентироваться на технику пятого технологического уклада, к которому и относится робототехника в сельском хозяйстве.

Пятый технологический уклад опирается на достижения в области микроэлектроники, информатики, новых видов энергии, материалов. Преимущество этого технологического уклада по сравнению с предыдущим заключается в индивидуализации производства и потребления, в повышении гибкости производства.

3) В настоящее время кадровые риски в сельском хозяйстве являются основными ограничителями для роста производительности труда в сельском хозяйстве.

Они влияют на качество продукции и даже могут оказаться решающим фактором при принятии решения о реализации того или иного инвестиционного проекта в отрасли.

Снижение брака продукции и выполняемых операций в сельском хозяйстве есть следствие устранения влияния индивидуальных и субъективных факторов, таких как квалификация, опыт работы, утомляемость рабочего, его состояние, абсентеизм и невыходы на работу.

4) Роботы отвечают строгим правилам гигиены и безопасности, способны работать 24 часа в сутки и тем самым облегчить или избавить полностью работников от физически сложных задач. В случае правильно выбранного применения роботизированной системы производительность по сравнению с ручным производством возрастает в разы или даже на порядок.

5) Роботизация сельского хозяйства создаст мультипликативный эффект для машиностроения, электроники, научной сферы и приведет к созданию дополнительных рабочих мест.

Область применения сельскохозяйственных роботов довольно разнообразна. В настоящее время крупнейшей нишей сельскохозяйственных роботов являются доильные аппараты. Растущий спрос наблюдается в сегменте БПЛА для мониторинга и обработки посевных площадей.

Совет

Кроме того, в будущем будут востребованы роботы для замещения человека в операциях, которые требуют ручного труда: выборочная обработка посевов, сбор и сортировка плодов и т.д.

Примером интеллектуальной робототехники могут служить роботы в животноводстве в целях доения, уборки навоза, стрижки овец и т.д. [6].

Рассмотрим несколько примеров существующих роботов в сельском хозяйстве.

Компания Vision Robotic Corporation (США) разработала робот-сборщик апельсинов, который может собирать только зрелые апельсины. Используя стереоскопические камеры, робот обнаруживает и идентифицирует апельсины на деревьях. По сути, он создает трехмерное изображение всего дерева. Далее эта информация обрабатывается, и восемь мягких захватов робота осторожно снимают каждый апельсин.

Робот состоит из двух модулей: один – с системой видения, другой – с захватами для сбора апельсинов и емкостью для их складирования. Разумеется, робот уступает пока в производительности человеку, но система совершенствуется, и в перспективе, возможно, превзойдет «создателя». На инженерном факультете Университета Южной Дании

совместно со специалистами компаний Kongkilde Industries A/S и Conpleks Innovation разработана модель робота Vibro Crop Robotti для прополки сорняков механическим способом. Робот установлен на автономной платформе компании Kongkilde Industries A/S, управляемой системой спутниковой навигации.

Прополка рядковым способом междурядий гряд с овощами или поля, засеянного кукурузой либо сорго, осуществляется механическими инструментами. Заправки платформы, развивающей скорость от 5 до 10 км/ч, хватает на 2,5 ч работы.

При наличии системы сканирования и независимых приводов каждый рыхлитель внедряется в землю только при обнаружении перед ним сорняка, что сокращает энергоемкость прополки [3].

Источник: https://cyberleninka.ru/article/n/neobhodimost-innovatsionnogo-razvitiya-selskogo-hozyaystva-na-osnove-primeneniya-robototehniki

Искусственный интеллект в АПК: роботы, компьютерное зрение и весы для свиней

Искусственный интеллект в 2017 году начал покорять и отрасль сельского хозяйства и торговли продуктами питания. Сергей Николенко, научный руководитель платформы Neuromation.io, специально для Milknews рассказывает о будущих сельскохозяйственных приложениях, в которых могут быть использованы синтетические данные.

Современное сельское хозяйство — это огромная отрасль. Чтобы накормить миллиарды людей, нужно много земли, и обработать её вручную в наше время уже, конечно, невозможно. Болезни растений и нашествия насекомых часто приводят к неурожаям, а при современных масштабах сельского хозяйства такие нашествия сложно вовремя выявить и нейтрализовать в зародыше.

Это важная область, где могут помочь алгоритмы компьютерного зрения.

Растениеводы используют компьютерное зрение для распознавания заболеваний культур: как на микроуровне, по снимкам листьев и растений крупным планом, так и на макроуровне, выявляя ранние признаки заболеваний растений или распространения вредителей по данным аэрофотосъёмки. Все эти проекты обычно основаны на основном современном подходе к компьютерному зрению: сверточных нейронных сетях (convolutional neural networks, CNN).

Заметим, что речь здесь идёт о компьютерном зрении в очень широком смысле. Во многих случаях фотографии — отнюдь не лучший источник данных, и многие важные аспекты жизни растений лучше изучать другими способами.

Зачастую состояние растений можно лучше понять, например, собирая при помощи специальных датчиков гиперспектральные изображения или выполняя лазерное трехмерное сканирование; такие методы всё чаще используются в агрономии.

Обратите внимание

Данные такого рода обычно имеют высокое разрешение и по своей природе ближе к медицинским снимкам, чем к фотографиям; одна из систем наблюдения за посадками прямо так и называется — AgMRI.

Для обработки этих данных нужны специальные модели, но их пространственная структура позволяет применять современные технологии компьютерного зрения, в частности сверточные нейронные сети.

Недавно 37 миллионов долларов были вложены в создание Исследовательского центра фенотипирования и обработки изображений растений (Plant Phenotyping and Imaging Research Centre) в Университете Саскачевана (Saskatchewan).

Это целая организация, основная задача которой — сбор больших наборов данных о культурах (обычно в виде фотографий или описанных выше трёхмерных изображений) и сопоставление данных о фенотипе с генотипом растений; результаты таких проектов можно использовать для совершенствования сельскохозяйственных технологий во всем мире.

Робототехника в сельском хозяйстве

Познакомьтесь с Prospero, автономным сельскохозяйственным роботом, который ужасно похож на WALL-E. Он может выкопать в земле ямку и посадить туда растение, следуя предустановленным общим шаблонам, но учитывая при этом и конкретные особенности ландшафта.

Потом Prospero будет ухаживать за посадками, работая с каждым растением индивидуально. А когда настанет время, он соберёт урожай, и при этом снова будет обрабатывать каждое растение точно так, как нужно.

Prospero основан на концепции “роевого земледелия”: посмотрите это видео и представьте себе армию маленьких Prospero, которая ползет по полям, оставляя за собой аккуратные ровные ряды растений.

Что интересно, Prospero на самом деле появился ещё в 2011 году, до расцвета современной революции глубокого обучения. Однако он по-прежнему остается прототипом, пока не нашедшим широкого применения. А сегодня роботы распространяются в сельском хозяйстве, позволяя автоматизировать всё больше рутинных задач:

  • автоматизированные беспилотные летательные аппараты опрыскивают сельскохозяйственные культуры; маленькие юркие дроны могут обеспечить более точную доставку опасных химикатов, чем обычные самолеты; более того, тех же дронов-опрыскивателей можно использовать и для аэрофотосъемки, из которой получатся данные для алгоритмов компьютерного зрения из первой части этой статьи;
  • всё больше развиваются и применяются специализированные роботы для сбора урожая: зерноуборочные комбайны существуют давно, но только сейчас, при помощи современных методов компьютерного зрения и робототехники, получилось разработать, например, робота, собирающего клубнику;
  • Hortibot, недавно разработанный учеными Орхусского университета (Aarhus University) в Дании, способен распознавать и уничтожать сорняки, удаляя их механическим способом или точечно опрыскивая гербицидами; это еще один большой успех современной робототехники и компьютерного зрения, поскольку отличать сорняки от полезных растений и работать с мелкими растениями при помощи манипуляторов раньше не особенно-то получалось.

Хотя многие из этих роботов по-прежнему остаются прототипами или проходят испытания в небольших масштабах, уже ясно, что робототехника и сельское хозяйство созданы друг для друга. Можно смело предсказывать, что все больше и больше сельскохозяйственных работ будут автоматизированы в ближайшем будущем.

Видеонаблюдение за сельскохозяйственными животными: Большой Брат для Пятачка

И наконец, третье сельскохозяйственное применение искусственного интеллекта по большому счёту ещё даже не появилось. Это пилотный проект, который Neuromation планируем запустить в начале этого года. В этом проекте планируется внедрить современное компьютерное зрение в отрасли, которая пока не удостоилась большого внимания со стороны сообщества глубокого обучения: в животноводстве.

Попытки использовать машинное обучение на данных от слежения за домашним скотом, конечно, уже были.

Например, пакистанский стартап Cowlar выпустил ошейник, который дистанционно отслеживает активность и температуру коров и буйволов, под броским девизом “FitBit for Cows”, а французские ученые разрабатывают ”распознавание лиц для коров”.

Важно

Neuromation собирается автоматизировать сбор при помощи компьютерного зренияважнейших данных в ранее обойденной вниманием отрасли объемом в сотни миллиардов долларов — в свиноводстве.

На современных фермах свиней содержат относительно небольшими группами, в которые отбирают максимально похожих животных. Основная часть затрат в свиноводстве приходится на корм, и оптимизация процесса откорма — центральная задача современного свиноводства.

И фермеры, скорее всего, смогли бы решить эту задачу, если бы у них была подробная информация о привесе свиней. Но сейчас животных обычно взвешивают всего два раза за всю жизнь: в самом начале и в самом конце откорма.

Если бы специалисты знали, как идет откорм каждого поросенка, можно было бы составить индивидуальную программу откорма каждой свиньи, а то и индивидуальный состав пищевых добавок, что существенно улучшило бы выход продукции.

Загнать животных на весы не очень сложно, но это огромный стресс для животного, а от стресса свиньи худеют.

В новом проекте планируется разработать новый, неинвазивный метод взвешивания животных: Neuromation собирается построить модель компьютерного зрения, которая будет оценивать вес свиней по фото- и видеоданным.

А эти оценки будут подаваться на вход уже классическим, аналитическим моделям машинного обучения, которые будут улучшать процесс откорма.

Сельское хозяйство как фронтир искусственного интеллекта

Земледелие и животноводство зачастую принято считать старомодными и отсталыми индустриями. Однако сегодня сельское хозяйство всё чаще оказывается на переднем крае искусственного интеллекта.

Основная причина здесь в том, что многие возникающие в сельском хозяйстве задачи одновременно:

  • достаточно сложны, чтобы их не получалось автоматизировать без использования современного искусственного интеллекта и глубокого обучения: культурные растения и свиньи, хоть и похожи друг на друга, но всё же не сошли с одного конвейера, к каждому кусту помидоров и каждой свинке нужен индивидуальный подход, и поэтому до самого последнего времени вмешательство человека была абсолютно необходимо;
  • но в то же время достаточно просты, чтобы уже при сегодняшнем развитии искусственного интеллекта мы могли бы их решить, учитывая индивидуальные различия между растениями и животными, но при этом автоматизируя общие технологии работы с ними; водить трактор в чистом поле проще, чем автомобиль в уличном потоке, а взвесить свинью проще, чем научиться проходить тест Тьюринга.

Сельское хозяйство по-прежнему остается одной из крупнейших и наиболее важных отраслей на планете, и даже небольшое повышение эффективности даст огромный выигрыш просто из-за огромного масштаба.

Источник: https://agrovesti.net/news/indst/iskusstvennyj-intellekt-v-apk-roboty-kompyuternoe-zrenie-i-vesy-dlya-svinej.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector