O technologii na głos – Odcinek 90: Inteligentny robot polowy

Bohaterem tego odcinka jest autonomiczny robot polowy, a w studiu doktor inżynier Jacek Wojciechowski z Łukasiewicz Poznańskiego Instytutu Technologicznego, zarządzający zespołem konstruktorów, którzy stworzyli tego robota. Porozmawiamy o tym, jak działa robota, przede wszystkim o ogromnym wyzwaniu, jakim jest zaprojektowanie i skonstruowanie takiego urządzenia. Cześć Jacku. Cześć, witam wszystkich. Dziękuję bardzo za zaproszenie. A ja się nazywam Małgorzata Lamperska, a to jest podcast o technologii na głos. Co robi robot? Polski robot polowy. Robot przeznaczony jest do pracy w uprawie kukurydzy. Mówiąc robot, mamy na myśli kompleksowe narzędzie do obsługi tej uprawy.

Robot ma konstrukcję taką modułową. Podstawowym modułem jest nośnik narzędzi, który może poruszać się po polu wzdłuż zaprojektowanej ścieżki przy wykorzystaniu sygnału pozycjonowania globalnego, takiego precyzyjnego sygnału z dokładnością dwóch centymetrów. Albo może poruszać się... Czyli on tak dokładnie potrafi namierzyć każdą rosnącą kukurydzę. Tak, taka precyzja jest wymagana, aby poprawnie zrealizować zabiegi, szczególnie jeżeli mówimy tutaj o zabiegach mechanicznego usuwania chwastów pomiędzy roślinami kukurydzy. Dlatego taka precyzja prowadzenia samego robota, a także prowadzenia narzędzi jest wymagana.

I zabieg aplikacji na przykład Środka Ochrony Roślin może być połączony z pieleniem mechanicznym. Czyli pielimy między rzędzia, tam z założenia usuwamy wszystko co wyrośnie. A w rzędzie uprawianych roślin aplikujemy środek ochrony roślin, przez co możemy zwiększyć prędkość roboczą, a co za tym idzie wydajność naszych prac. I to jest jakby koniec pracy tego modułu. Kolejne narzędzie, kolejny moduł związany jest już z opryskiem. Zabiegi pielęgnacyjne wykonujemy do jakiejś fazy wzrostu kukurydzy, czyli jak już kukurydza nam urośnie powyżej 50-60 cm, nie wykonujemy już pielenia mechanicznego, ale możemy wykorzystać sam nośnik robota jako opryskiwacz taki automatyczny, opryskiwacz samojezdny.

Dzięki zastosowanym konstrukcyjnym rozwiązaniom możemy zmienić szerokość rozstawu kół robota, a także zwiększyć jego wysokość. To trochę jakby robot rósł nam wraz z rosnącą kukurydzą. Czyli podnosimy robota. W części, gdzie wcześniej był agregowany siewnik czy ten pielnik, agregujemy zbiornik 1300 litrów, a na tylnym takim wieszaku Szybko z sprzęgu zawieszamy belkę opryskiwacza. Jest to belka o długości 11 metrów, co pozwala nam na aplikowanie czy wykonanie zabiegu oprysku na 15 rzędach kukurydzy.

Nie musimy wcześniej przygotowywać specjalnych algorytmów sterowania, jest to wszystko zaszyte w samym tym standardzie. Znaczy to jest tak, tak z punktu widzenia rolnika, że jak on już ma tego robota i ma pole, gdzie sobie wysieje kukurydzę, to on jakoś wprowadza tego robota na pole i potem dopiero sam fizycznie na to pole wchodzi, nie wiem, żeby tylko pooglądać sobie jak rośnie kukurydza i żeby ją ściąć i wszystko za niego robi robot, który sam porusza się po polu i rolnik tylko nim steruje? Już opowiadam o tym wszystkim. Jeszcze czym się steruje? Komórką? Tak, jeszcze tylko żeby nam nie uciekło może, że oprócz tych takich podstawowych funkcjonalności związanych z wykonywaniem pewnych zabiegów, robot monitoruje też uprawę.

Jasne. Jeszcze o tym chciałem dodać, czyli w trakcie przejazdów, szczególnie przejazdów pielęgnacyjnych, zbieramy dane o samej uprawie, o kondycji roślin, potrzebach nawozowych, jakieś dane środowiskowe, czyli chociażby temperatura, otoczenia, wilgotność, wilgotność gleby. Skąd on te dane bierze? Wszystkie te dane są przetwarzane w czasie rzeczywistym, gromadzone w specjalnej bazie danych uprawy i wykorzystywane w późniejszych etapach do planowania kolejnych zabiegów. A skąd bierze? Bierze z sieci sensorów, która jest zainstalowana na samym robocie, także sensorów współpracujących z robotem.

Są to różnego rodzaju kamery, również czujniki wielospektralne do analizy samej uprawy. Czujniki, które jak stacja pogodowa, tak, które mierzą właśnie chociażby temperaturę czy poziom nasłonecznienia. A wracając już do twojego pytania. Tak, o sterowanie, jakby pracę rolnika z robotem. Spoczyłem trochę, znaczy właściwie wróciłem tak do jeszcze, żeby uzupełnić. Tak, podstawowa jakby ta funkcjonalność, czyli to, że wykorzystujemy robota jako takie kompleksowe narzędzie do obsługi uprawy kukurydzy, zakłada, że Wykonujemy wszystkie zabiegi po kolei.

Żeby nie wyjechać do sąsiada, gdzie jego kukurydzą. Tak. Następnie już jakby mając wiedzę o tym polu tak i o jego kształcie, wielkości planujemy trasę przejazdu robota. To jest też warunek jakby konieczny. Robot sam pomimo, że on jest nazwany jakby autonomiczny tak, ale bardziej tutaj trzeba by może stosować taki termin autonomia monitorowana, no bo on jednak sam nie podejmuje żadnych działań. Największa może autonomia działania Związane jest z wykonywaniem tych zabiegów pielęgnacyjnych, jak pielenie mechaniczne, no ale to też jest na bazie jakichś tam wyuczonych zestawów danych. Planujemy szczegółową trasę przejazdu, zaznaczamy też miejsca, w którym robot ma wykonać uwrocia, czyli nawroty.

Również zaznaczamy wszystkie przeszkody, jak drzewa, słupy jakieś energetyczne, studzienki i też planujemy, jak robot ma tą przeszkodę ominąć. Następnie wgrywamy taki plan pracy do robota. I kolejny krok to jest dostarczenie robota w ten obszar roboczy. On nie jest taki duży. W sensie mniejszy niż traktor. Nie, nie, już nie. Może mówisz o modelu badawczym, który częściej pokazywaliśmy. On rzeczywiście był mniejszy, taki elektryczny, który można było transportować na takiej lawecie do przewozu aut osobowych. Ten robot już ma przy złożeniu, czy najmniejszym rozstawie kół,

No i jak już robota właśnie wykorzystując ten pilot zdolnego sterowania doprowadzimy do miejsca pracy, do tego obszaru roboczego, w którym został wcześniej zdefiniowany, Ustawiamy robota na jakimś tam punkcie startowym. No i dopiero wtedy możemy włączyć start, tryb automatyczny i on zacznie wykonywać też zaplanowany zabieg. Ale on sam wie co ma zrobić? Czy my musimy mu wybrać jakiś odpowiedni program? Ty puść siejesz. Tak, tak. Musimy wybrać... Właściwie może nie tyle robot, co jakby narzędzia muszą wiedzieć co mają robić, ale wiadomo, że siewnikiem no to będziemy siać, a pielnikiem pielić.

No i jeżeli to jakby nie przestraszy tej osoby czy jakiejś zwierzyny, no to zbliżając się do przeszkody na kilka metrów zatrzyma się. Przez jakiś czas jakby nie podejmuje żadnych działań, czeka aż przeszkoda ustąpi. Jeżeli nie ustąpi, no to wtedy monitoruje o zaistniałym fakcie operatorowi. Który zdalnie może podejrzeć z wykorzystaniem sygnału wideo, czyli na kamerze może podejrzeć co tam jest, co to za przeszkoda, czy to też jest związane właśnie z jakąś przeszkodą, a może z jakąś awarią. Może zdalnie zdiagnozować systemy robota. No jeżeli będzie to coś nieznaczącego, no to można uruchomić dalszy proces zdalnie.

Jeżeli nie, no to niestety operator musi tam podejść do robota i pomóc. Ogólnie jest tak, że sam robot nie powinien, może na dzień dzisiejszy jeszcze, bo nie mamy do końca uregulowanego tego prawnie, przemieszczać się sam po polu. Jednak operator powinien mieć robota w zasięgu wzroku. Takie są jakby założenia, rekomendacje nasze. Czy taki operator będzie się do tego stosował czy nie, no to już zależy od niego. Oczywiście robot poradzi sobie i może jeździć sam, bez takiej obecności bliskiej operatora. Od czego zaczęliście konstruowanie robota? Pierwszym etapem był pomysł na ten projekt.

W sumie zrodziło się to z naszego doświadczenia, z naszych wcześniejszych projektów, które realizowaliśmy. Także z obserwacji rynku robotyki rolnej zauważyliśmy, że coraz więcej ośrodków badawczych pracuje nad takimi rozwiązaniami. Pojawiają się już pierwsze jakieś takie modele badawcze, czy już bardziej takie zaawansowane nawet i komercyjne roboty. No i postanowiliśmy, dlaczego nie. Wiemy też o problemach, które współczesne rolnictwo, z którymi się boryka, czyli brak ludzi, czyli rąk do pracy, szczególnie w tych krajach wysoko rozwiniętych. Obserwujemy już od wielu lat spadek zainteresowania pracą, szczególnie pracą

No i mając już taką wizję takiego robota, poszukaliśmy partnera biznesowego, no bo tu jednak sami niewiele mogliśmy zdziałać. Szukaliśmy partnera, który będzie miał tyle odwagę, żeby wejść, tak mówiąc kolokwialnie, wejść w ten projekt. Partnera, który będzie też wizjonerem, bo jednak do tej pory na rynku polskim nie było takich konstrukcji, nie ma. Nikt nie zabrał się za projektowanie takich robotów, budowanie robotów, a też na rynku nawet europejskim, światowym jest mało tych konstrukcji nadal, szczególnie o takiej funkcjonalności, jaką my zaproponowaliśmy.

Dobrze się złożyło, bo w tym czasie jak poszukiwaliśmy partnera do tego projektu, to było zaraz po połączeniu też instytutów, sieć badawczą i było pierwsze innowatorium Łukasiewicza. To było tam w roku 2019, jeżeli dobrze pamiętam. I centrum Łukasiewicza zbierało pomysły, które mogłyby być zaprezentowane na tym innowatorium. No i my zgłosiliśmy pomysł właśnie takiego robota polowego. Ten pomysł cieszył się dużym zainteresowaniem. No i jako jedni z kilku takich pomysłów na projekty prezentowaliśmy na innowatorium nasz pomysł. Na samym nowatorio też mieliśmy taki panel, panel z potencjalnie zainteresowanymi przedsiębiorstwami.

Tak, tak. Przygotowaliśmy wniosek, no udało się nam pozyskać dofinansowanie, no i właśnie ruszyliśmy potem z pracami. Był też zaangażowany Łukasiewicz Instytut Lotnictwa w tym? Tak. Co robili lotnicy na ziemi? Nie powiedziałem, bo w skład konsorcjum wchodziły jakby trzy podmioty. Liderem konsorcjum była Unia jako podmiot, który ma wdrażać potem robotę już na rynek. No i dwa instytuty Łukasiewicza, czyli nasz Poznański Instytut Technologiczny i właśnie wspomniany przez Ciebie Instytut Lotnictwa. Podział między nami był następujący. No my mamy zająć się opracowaniem samych konstrukcji oraz wprawić konstrukcję w ruch.

A koledzy i koleżanki z Instytutu Lotnictwa zajęli się opracowaniem bazy danych uprawy, a także całego osensorowania robota. Czyli omawiane wcześniej kamery do detekcji rzędów roślin, Kamery do detekcji samych roślin kukurydzy, także stacja pogotowa i wszystkie te sensory, które pozwalały nam na zbieranie informacji, monitorowanie uprawy, również czujniki wielospektralne, tak wchodziłem, jest zakres ich A także na przygotowanie jakiejś aplikacji, która by pozwalała na zarządzanie samym robotem, wyświetlanie czy prezentowanie bardziej tych wyników zebranych w jakiś taki przyjazny dla użytkownika sposób, czy jakieś takie graficzne prezentowanie map i to.

No i tak krok po kroku coraz większa funkcjonalność, aby doprowadzić robota już do tej ostatecznej postaci. Czyli to było, jeśli dobrze sobie wyobrażam, że na początku tworzyliście mało, dawaliście mu mało funkcji, żeby on potem się, testowaliście jak działało, to dawaliście kolejne, tak? Tak, tak, to wszystko... Bo tak uszły sobie wyobrazić, jak mając taki ogrom zadań dla robota, plus jeszcze składników, z których on się składa, no to jak to zrobić, jak to wszystko połączyć, żeby działało, czyli metodą krok po kroku. Krok po kroku, na początku w kontrolowanych warunkach w laboratorium, tak poszczególne elementy. Zaczęliśmy pewnie od samego silnika, bo robot napędzony silnikiem spalinowym, a dalej jakby napęd przekazywany przez układ hydrauliczny.

www.astronarium.pl www.facebook.com Była budowa samego robota, no i montaż poszczególnych elementów, właśnie uzbrajanie w układ hydrauliczny, w układ napędowy, w zestarowanie, no i testy, tak?

Musimy też określić miejsce wyrastania roślinki, wychodzenia jakby z gleby, tak? Bo obserwujemy same rośliny kukurydzy pod kątem, patrząc tak prostopadle do kierunku jazdy. A to wynika jakby z tego, że kukurydza jednak dosyć szybko rośnie. Gdybyśmy obserwowali ją jakoś tam z góry, no to byłoby to skuteczne do jakiejś fazy wzrostu. Potem by ten obraz już był na tyle nieczytelny, nie dałoby się określić miejsca tej łodygi. A jednak ona jest kluczowa, no bo musimy między tymi łodygami przejść narzędziem roboczym. Rozumiem, że ten system wykrywania roślin, uczenia robota, że to jest kukurydza i jest dobra, a to jest chwast i jest zły, to chyba był najdłuższy etap.

Czy jakby gotowości technologicznej, gdzie w końcu powiemy, że tak, ten robot to już jest to, co jakby chcieliśmy osiągnąć. Bo wiadomo, że wszystkie te rzeczy, które gdzieś były zakładane w projekcie, czyli te parametry, które mieliśmy osiągnąć, kamienie milowe czy inne, Zostały osiągnięte, ale patrząc teraz też na już jego działanie właśnie w polu, na też wymagania potencjalnych klientów, tak, no bo ktoś kto kupi robota, no chciałby jednak, żeby on był no taki bezobsługowy, tak, skoro jest automatyczny, no to niech robi wszystko sam. No jednak nadal trzeba jednak trochę monitorować jego pracę. Szczególnie, że jest on jeszcze taki niedojrzały.

Patrząc na takie rozwiązania konkurencyjne, gdzie te roboty są już od wielu, wielu lat na rynku, to wiemy, że nie odstajemy od tych robotów, ale wiemy, że musimy jednak jeszcze kilka sezonów przepracować, żeby Mieć pewny produkt, który będzie można powierzyć takiemu klientowi, który zdecyduje się na zakup robota. Na obecnym etapie raczej poszukujemy takich, czy robot będzie pracował u klientów, którzy są świadomi tego, że jest to prototypowe rozwiązanie i nadal jest w fazie testów. To kiedy polski robot może wejść na rynek?

Za ile? Staramy się, aby było to jak najszybciej. Realizacja projektu wymusza na nas pewne działania w tym zakresie. Mamy okres trwałości, w którym już powinniśmy wprowadzić robota na rynek i sprzedać kilka sztuk. Robimy wszystko, żeby jak najszybciej doprowadzić do tego, Do tego wdrożenia, ale słusznie tam zauważyłaś, że sezon u nas w Polsce jest krótki. Trochę właśnie... Spowalnia pracę. Tak, mijają kolejne lata, a rzeczywiście przetestowanie to jest robota kilka miesięcy tylko, tak? Więc no musimy i wykorzystujemy jakby maksymalnie tak sezon i możliwość właśnie wielokrotnego, tak jak wspomniałem wcześniej, że trochę na takich poletkach poligonowych, takich testowych zakładamy uprawy, pielęgnujemy je, potem niszczymy kolejny raz, czyli takie jakby wydłużamy sobie przez to sezon agrotechniczny.

Bardzo ci dziękuję za rozmowę. Jacek Wojciechowski z drużyny Polskiego Robota był moim państwa gościem, a mam nadzieję, że państwu niedługo się uda zobaczyć robota na polu, bo robi wrażenie. Dzięki Jacku za rozmowę. Bardzo dziękuję. Do widzenia, do usłyszenia za dwa tygodnie.