Инженерные технологии, которые применяются в современном сельском хозяйстве
Планы и будущее российского сельского хозяйства оценила крупнейшая международная аудиторская компания KPMG. Специалисты отметили, что будущее аграриев действительно напрямую связано с применением современных технологий. В них выделяются три основных тренда: роботизация производства, селекция и генетика, информатизация. По оценкам компании, суммарный эффект в России этих трех трендов будет до 10 триллионов рублей к 2030 году. Причем важно отметить, что до 60 % будет приходиться на информатизацию, 30 % — на роботизацию, 10 % — на селекцию и генетику.
«Мой район» рассказывает, что происходит в отечественном сельском хозяйстве, какие современные технологии уже применяют аграрии и чего ждать на полях и фермах совсем скоро.
Роботизированная доильная установка
Робот-доильщик с лазерным прицелом на вымя включает в себя несколько устройств. Это чипы на шее животного, которые считывают глотательные движения, и чипы на ноге, считывающие шаги, система анализа и утилизации молока и управляющий центр — все это объединено в системе компьютерного управления стадом. Система также позволяет настроить смс-оповещение. Если обнаруживается какая‑то проблема, зоотехнику приходит оповещение на телефон: это или какие‑то срочные оповещения, или изменения, которые необходимо учитывать при планировании.
10 гектаров в час
обрабатывает беспилотный дрон для опрыскивания полей
Взаимодействие аппарата и животного происходит без человека. Коровы самостоятельно подходят к роботу-доильщику, потому что им очень нравится процесс массажа перед доением. Кроме того, во время доения каждая корова получает что‑нибудь вкусненькое. По отзывам фермеров, интересно наблюдать, что поведение животных в ожидании дойки похоже на человеческое: они выстраиваются в очередь и строго следят, чтобы эта очередь соблюдалась.
Далее доильные аппараты при помощи лазеров наводятся отдельно на каждую долю вымени. Это очень важный момент, потому что на старых советских автоматических доильщиках аппарат одновременно работал на все четыре доли, хотя у коровы они работают автономно и неравномерно.
Раньше получалось, что молока в доле уже нет, а аппарат продолжал работать. Сейчас все четыре доли доятся отдельно, это позволяет сохранить здоровье животного. Первые капли молока на встроенных анализаторах проверяются по 11 параметрам, в том числе и на электропроводность — еще один важный показатель, благодаря которому легко определяется, есть ли у коровы мастит (воспаление в вымени, выделения из которого могут попасть в молоко).
Если все показатели в норме, корова доится в общий танк, где молоко быстро охлаждается до температуры +4 градуса. Это позволяет зафиксировать молоко в бактерицидной фазе сразу после доения. В этой фазе тормозится развитие бактерий, присутствующих в молоке, и оно не скисает. Если же молоко не соответствует норме по какому‑либо параметру, оно автоматически направляется в специальный резервуар на утилизацию, а доильный аппарат после такой дойки промывается и стерилизуется. Информация о животном идет ветеринару, а само животное отправляется на обследование.
Содержание животных в подобном технологичном коровнике называется системой бесстрессового содержания. Животные свободно передвигаются по отведенной территории, это позволяет исключить гиподинамию, а доиться идут тогда, когда чувствуют необходимость.
Система бесстрессового содержания и роботизированная ферма позволяют увеличить надои. Так, эксперимент показал, что перевод животных на роботизированную ферму без изменений в системе кормления увеличивает надои на 3‑5 процентов.
Прогноз: По подсчетам экспертов, эффект от роботизации производства, селекции, генетики и информатизации к 2030 году составит до 10 трлн рублей
Многофункциональный робот-платформа
Робот-платформа предназначен для выполнения измерения состояния почвы, опрыскивания растений и механической борьбы с сорняками. Имеет собственную систему навигации, может определять GPS-координаты отдельных растений, составлять карты проведенных работ и подготавливать необходимую документацию.
Сейчас основным методом борьбы с сорняками и вредителями является обработка полей специальными химическими веществами.
Однако химикаты оказывают воздействие не только на сорняки, но и на культурные растения, они попадают в почву, а вместе с сельскохозяйственной продукцией — в пищу человека. Поэтому самым естественным и экологически чистым способом является традиционная прополка, подразумевающая физическое уничтожение сорняков.
Однако уничтожить сорняк можно, не только вырвав его из земли с корнем, но и если, предварительно порезав, забить в землю. Так, робот в автоматическом режиме обнаруживает сорняки и с помощью ударного инструмента диаметром в один сантиметр загоняет их в землю на глубину в три сантиметра, тратя на один сорняк около одной десятой доли секунды. Основной целью робота являются молодые побеги сорных растений, которые он при помощи камеры с высоким разрешением определяет по форме листа, но робот может справиться и со взрослыми растениями.
Платформу испытывали в поле с морковью, где каждый корнеплод рос на расстоянии двух сантиметров от соседнего, а плотность сорняков составляла около 20 растений на квадратный метр. В таких достаточно сложных условиях робот не испытал никаких затруднений. Максимальная скорость работы робота составила 1,75 сорняка в секунду. В настоящее время проводятся испытания робота-платформы в реальных условиях.
«Современное сельское хозяйство находится на этапе трансформации, это относится и к России. Увеличивается население планеты, соответственно, растет спрос на продовольствие. Это ставит перед нами задачи повышения производительности труда и урожайности. Для решения всех этих задач необходимо использовать инновационные технологии, проводить роботизацию»
Александр Ткачев,
министр сельского хозяйства, на прошедшем Петербургском международном экономическом форуме
Беспилотный пропашной трактор
Это трактор без водителя в кабине, приспособлен для подготовки почвы, ухода за пропашными культурами, уборки и т. д., работает с широким ассортиментом навесных орудий. Он разработан с использованием полностью интерактивного интерфейса и управляется дистанционно запрограммированными операциями. Оператор, находясь на удалении от трактора, может наблюдать за его работой, контролировать траекторию движения, задавать команды с помощью интерфейса компьютера или планшета. Также можно контролировать работу нескольких машин одновременно и давать им разные команды.
Система трактора может выстраивать наиболее подходящие маршруты движения с учетом рельефа местности, препятствий, а также наличия на данном поле других машин. Благодаря наличию радара, лидара (активного дальномера оптического диапазона) и установленным видеокамерам трактор может обнаруживать неподвижные или движущиеся препятствия на своем пути и самостоятельно останавливаться при их обнаружении.
Машина будет дожидаться, пока оператор, предупрежденный о препятствии звуковым или визуальным сигналом, не выберет новый маршрут. При отсутствии сигнала GPS или данных о положении, а также при нажатии кнопки «остановка» трактор немедленно прекращает движение.
Если поля связаны между собой дорогами, трактор можно запрограммировать на самостоятельное передвижение между полями. Кроме того, он способен использовать погодные данные и останавливать работу в случае наступления неблагоприятных погодных условий. Трактор также может использовать эти данные для самостоятельного передвижения на более сухое в данный момент поле.
Роботы-сборщики овощей и ягод
Прототип мобильного робота для сбора плодоовощной продукции в открытом грунте заменяет до 25 человек на поле, дополнительно собирает 30‑50 процентов урожая, остающегося гнить на поле при традиционной уборке, и обеспечивает индивидуальный уход за каждым растением.
У робота-сборщика есть навесной роботизированный модуль, представляющй собой раму с двумя манипуляторами, ленточным транспортером, ворошителем и системой датчиков для распознавания плодов.
Например, для обнаружения огурцов используется система компьютерного зрения на основе мультиспектральной съемки. Данный подход основывается на том, что строения плода и листвы имеют различия в спектрах поглощения и отражения инфракрасного излучения. Это качество позволяет системе компьютерного зрения эффективно выделять огурцы на фоне листвы.
А вот роботизированный комбайн для выращивания и сбора урожая клубники устроен немного по‑другому. У него есть манипуляторы с маленькими металлическими корзинами, компьютер и цветовые датчики, которые распознают спелую клубнику (в зависимости от размера и степени зрелости) в зеленой листве и игнорируют незрелые ягоды. Комбайн сразу упаковывает клубнику. Также имеются два рабочих модуля для контроля и упаковки и четыре управляемых колеса. Размеры и большой угол поворота колес подходят для работы как внутри, так и снаружи теплиц.
Испытания показали, что использование робота обеспечивает 50‑процентное снижение цены свежей клубники и до 90 процентов промышленной, которая используется для производства пюре и йогуртов.
Беспилотный дрон для опрыскивания полей
Дроны-беспилотники защищают урожай от вредных насекомых и оперативно обрабатывают посевы. Они несут на борту бак с ядохимикатами и форсунками, которые их распыляют. В воздух могут поднимать несколько десятков килограммов пестицидов, при этом лететь со скоростью более 100 километров в час.
В таком режиме дрон работает примерно час и даже более. Форсунки распыляют ядохимикаты практически в виде тумана. Это необходимо для того, чтобы растения не обжигались пестицидами и равномерно покрывались ими. Часто дроны защищены пыле- и водонепроницаемым корпусом с антикоррозионным покрытием, благодаря которому бесперебойно работают.
Что касается их производительности, то дрон обрабатывает поле размерами от 7 до 10 гектаров за один час.
Также есть вариации дронов-опрыскивателей. Например, создан прототип, который совершает вылеты ночью по заранее определенному маршруту. При помощи инфракрасных и тепловых камер он засекает места, в которых скапливается большое количество насекомых, и уничтожает их небольшими дозами инсектицида.
Такой способ значительно снижает вредное воздействие химикатов на растения. Кроме этого, для борьбы с вредителями беспилотник может использовать светящиеся электрические ловушки. Тестирования показали, что дрон способен уничтожить приблизительно 50 видов различных вредителей.
Источники: Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инженерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса, Российская ассоциация производителей специализированной техники и оборудования «Росспецмаш», Анна Нечай, управляющий директор компании «Подворье», портал aggeek.net.
***
Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям
Газета «Мой район» совместно с Федеральным агентством по печати делает проект «Россия — инженерная страна». В цикле публикаций мы расскажем о востребованности инженерных профессий, возможностях получения профильного образования и о том, как в будущем России инженеры будут играть одну из ведущих ролей. А также о том, чего уже добились современные российские инженеры. Если у вас, дорогие читатели, есть вопросы или предложения по инженерной тематике, присылайте их на volodina@mr-msk.ru.
