Automatizované skleníkové pěstování plodin s technologiemi Siemens

FRAVEBOT (Fruit and Vegetable Robot) byl poprvé představen veřejnosti na Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně v roce 2022, tehdy ve verzi určené pro monitorování a sklizeň rajčat. Letos měli návštěvníci možnost vidět v akci druhou generaci tohoto robota, který se tentokrát staral o jahody. Prototyp nového zemědělského robota byl vyvinut a zkonstruován firmou Fravebot ve spolupráci se společností Siemens a samozřejmě v partnerství s odborníky na pěstování ovoce a zeleniny, konkrétně rodinnou farmou Ráječek z Brna. První noví roboti se začali rozjíždět po sklenících farmy Ráječek letos na sklonku jara, kdy na farmě začala sezóna jahod.

„Jahodoví“ roboti mají oproti svému rajčatovému předchůdci rozdělené funkce: FRAVEBOT Scout monitoruje zdraví jahodníků a plodů a samozřejmě také jejich zralost, zatímco FRAVEBOT Harvestor pomáhá se sklizní. „O rozdělení pracovních funkcí robota jsme uvažovali již u našeho prvního robotického farmáře testovaného na rajčatech a v této nové verzi, určené pro pěstování a sběr jahod, jsme tuto vizi realizovali,“ vysvětluje Vratislav Beneš, šéfkonstruktér v původní společnosti OptiSolutions a také v nově založené firmě Fravebot, která převzala veškeré aktivity zaměřené na zemědělství a do budoucna se bude výhradně věnovat vývoji zemědělských robotů. „Rozdělení pracovních činností mezi dva typy robotů je výhodné v mnoha směrech. Scouti, jejichž primárním úkolem je monitorování rostlin, se pohybují po skleníku rychleji, což potřebujeme. Kdyby měli současně vykonávat i nějakou práci, zdržovalo by je to. Naopak, pracovní roboti fungují efektivně v případě, kdy vyjíždějí pouze tam, kde jsou potřeba,“ dodává.

Jahody nejsou rajčata, mnohé ale mají společné

Při pohledu z vnějšku by se mohlo zdát, že péče o rajčata a o jahody a také jejich sběr jsou dvě různé disciplíny. Hodí se pro obě tyto plodiny stejný typ robota? „Překvapivě rozdíl mezi pěstováním a sklizní těchto dvou různých plodin není pro robotického farmáře až tak velký,“ vysvětluje Matěj Sklenář. „U rajčat se musíme na rozdíl od jahod vypořádat s poměrně velkou výškou rostlin, což klade vyšší nároky na počet kamer, ale naopak vývoj plodů lze u nich trekovat v čase určitě snadněji než u jahod. Robot dokáže přesně ‚říct‘, že tento trs, správně vijan, rajčat vypadal ve dni 0, 3, 5, ... tak a tak, a každý tento popis jednoznačně přiřadit ke konkrétnímu vijanu, což u jahod možné není.

Na druhou stranu, nám se vždy ve výsledku jedná o konkrétní plod, u kterého potřebujeme, aby robot určil na základě barvy jeho zralost. Anebo o zcela konkrétní list, na kterém robot diagnostikuje, že je tam „něco jinak“. K tomu využívá vzor referenčního listu, který je v pořádku. Jakoukoliv odluku od tohoto standardu pak vyhodnocuje jako ‚problém‘, který je potřeba dále analyzovat. Tento základní přístup je vždy stejný, ať se jedná o jakýkoliv typ rostliny,“ upřesňuje. „Vyřešit technicky všechny nové výzvy, které přináší nasazení robota na jiný typ plodin, je samozřejmě na nás – vývojářích,“ doplňuje Vratislav Beneš. „U jahod jsme se především museli vypořádat s tím, že se jednotlivé plody často překrývají. Robota jsme zde proto vybavili kamerou, která se natáčí z různého úhlu,“ dodává.

Chystá se také robot-postřikovač

Cílem každého pěstitele je používat během životního cyklu zemědělských plodin co nejméně chemických postřiků, ideálně se jejich použití úplně vyhnout. „Dnes se již všude využívá biologická ochrana, to znamená, že se do skleníku vysadí hmyz, který požírá škůdce, nicméně když se vyskytne větší problém, musí se použít i chemická ochrana, kterou se samozřejmě snažíme aplikovat pouze lokálně. Zde nám může robot prokázat obrovské služby,“ říká Matěj Sklenář. Zatím je to tak, že pokud analytický robot objeví na rostlině nějakého škůdce, musí se na označené místo ve skleníku vypravit člověk, jehož úkolem je přesně zacílit pesticid na poškozené místo, poněvadž plošné ošetřování rostlin agrochemií je pochopitelně nežádoucí a v některých konkrétních případech dokonce zakázané.

Co je pro člověka zdlouhavý a náročný úkol, robot zvládne velmi efektivně a přesně. Navíc ještě ušetří člověka přímého kontaktu se zdraví škodlivými látkami. V tomto konkrétním případě se jistě vyplatí naopak integrace obou funkcí do jednoho robota, tzn. doplnit FRAVEBOT Scouta postřikovačem. „V této sestavě by tento robotický farmář dosáhl další úrovně: robot by nejen kontroloval, ale současně by uměl i problém vyřešit. To by mohlo úplně změnit systém pěstování a způsob uvažování o ochraně rostlin,“ doplňuje Matěj Sklenář.

Předprodukční modely FRAVEBOT se chystají do výroby

Všechny modely zemědělských robotů od společnosti Fravebot, které jsou nasazeny na farmě Ráječek, jsou již v předprodukční fázi vývoje. A brzy se již začnou vyrábět verze produkční. Počítá se s prodejem hlavně do zahraničí do skleníkových velmocí, jako je Nizozemsko, Kalifornie, Španělsko. Co ještě zbývá, je otestovat je na velkých plochách. „Po hlavní sklizni, to znamená v srpnu, plánujeme nasazení robota na kontrolu jahod v celém skleníku. Doteď jsme ho testovali na jednotlivých řádcích, kde jeden má cca 50 m. Potřebujeme se ještě přesvědčit, že robot dokáže objezdit za den celých 8 km drah, které zde máme. A nejen objezdit, ale také si poradit s takto velkým počtem dat. To znamená prokázat, že je tato technologie kompatibilní s našimi cíli,“ říká Matěj Sklenář.

FRAVEBOT jako součást ekosystému Siemens Xcelerator

Zjednodušeně lze říct, že v rámci projektu FRAVEBOT společnost Siemens zajišťuje rozhraní s fyzickým světem. „Vizí společnosti Siemens je stát se dodavatelem řešení (ne pouze produktů) a nadto propojovat různé dodavatele technologických řešení tak, abychom byli schopni uspokojit potřeby koncového zákazníka,“ vysvětluje Radek Hofírek. „V tomto konkrétním případě zákazník z oboru zemědělství, který potřebuje pomoci se sklizní anebo s monitoringem rostlin, najde na platformě Siemens Xcelerator toto konkrétní řešení: technologie Siemens ve spolupráci s výrobcem grafických čipů Nvidia a software od společnosti Fravebot, která je jedním z partnerů Siemens na této platformě. Zákazník zde tedy najde kompletní řešení, které potřebuje, aniž musí poptávat více různých dodavatelů. Takříkajíc na jedno kliknutí získá funkční řešení se zárukou, že bude fungovat, navíc doplněné i přímou referencí,“ dodává Radek Hofírek.

Trénování robota ve virtuálním prostoru

Zcela unikátním rysem řešení od Fravebotu je trénování robota v prostředí digitálního dvojčete. To zatím neumí žádný ze zahraničních konkurenčních projektů a je to přístup, který vzbuzuje velký ohlas i v akademických kruzích zabývajících se výzkumem aplikací moderních technologií v zemědělství.

Tým vývojářů ze společnosti Fravebot umí generovat tzv. syntetická data a v omniverzu, které běží na Nvidia grafických kartách, nasimulovat jednotlivé řádky jahod. Díky tomu, že simulační nástroje dnes umějí simulovat i fyzikální zákony (například tíhu jahod), je možné dopředu vyučit neuronové sítě robota, aniž by se musel pohybovat v reálném prostředí. Tím se výrazně urychlí proces vývoje robota a současně se i ušetří náklady, poněvadž učení robota v reálném prostředí je vždy drahé. Trénink neuronové sítě pro konkrétní projekt a konkrétního zákazníka navíc může začít ještě dříve, než se robot fyzicky postaví, a v podstatě nezávisle na jednotlivých hardwarových komponentech. „Toto je podle mě ta hlavní cesta: nezaměřit se pouze na robotickou část, ale i na analytiku a uživatelské rozhraní pro pěstitele,“ zdůrazňuje ze své pozice uživatele Matěj Sklenář.

Využití robotických farmářů je velmi široké

Kromě rajčat a jahod lze všechny varianty robotického farmáře FRAVEBOT využít pro pěstování a sklizeň bezpočtu dalších plodin. Jediným omezením je nutná existence skleníkové infrastruktury, tzn. kolejí, po kterých se robot pohybuje, a dobré je mít i kvalitní nástroje na monitorování prostředí ve skleníku, poněvadž sledování vzájemné vazby mezi patogenem s prostředím, ve kterém se rostliny nalézají, přináší mnoho velmi cenných informací.

„Na naší farmě řeší FRAVEBOT hned několik problémů najednou: problém s nedostatkem lidí, jak na sběr, tak i na odbornou práci např. fytopatologů; přiblížení se ambicióznímu cíli pěstování plodin bez chemie a nově také sledování procesu hydroponického pěstování jahod, se kterým u nás na farmě letos začínáme,“ uzavírá Matěj Sklenář.