Tikslioji žemdirbystė pagrįsta stebėjimu, matavimu, dideliu tikslumu ir greitu reagavimu į pasėlių kintamumą lauke. Autonominių robotizuotų technologijų diegimas dirvožemio mėginiams imti iš karto padidina proceso efektyvumą.

Dirvožemių kokybės blogėjimas kelia didelę grėsmę žemės ūkio augalų produktyvumui. Ūkininkai turi analizuoti dirvožemį, kad nustatytų maistinių medžiagų kiekį, reikalingą tam tikrose lauko dalyse. Naudojant optimalų maistinių medžiagų kiekį, galima padidinti derlių, sumažinti sąnaudas ir užkirsti kelią paviršinio ir požeminio vandens taršai. Tikslioji žemdirbystė gali padaryti žemės ūkį produktyvesnį, tvaresnį ir sumažinti jo neigiamą poveikį aplinkai.

Dažnai supratimą apie dinaminius dirvožemio procesus riboja efektyvių pagrindinių dirvožemio savybių (pvz., maistinių medžiagų, anglies, vandens, pH) matavimo galimybių erdvėje ir laike trūkumas. Norint dinamiškai apibūdinti dirvožemį, kad būtų galima geriau suprasti jame vykstančius procesus ir juos stebėti, dirvožemio savybių nustatymo per atstumą jutiklių plėtra yra būtina. Duomenų rinkimas jutikliais gali palengvinti ūkininkams atitinkamų dirvožemio savybių stebėjimą ir padėti priimti teisingus sprendimus, kurie daro teigiamą poveikį dirvožemio kokybei. Lauko jutikliai gali atlikti ne tik duomenų rinkimo funkcijas, bet ir mėginių ėmimą, nustatyti augalų sveikatą ir kenkėjų situaciją kiekviename pasėlių augimo ciklo etape.

Tvarumas ir automatizacija

Žemės ūkis pamažu vystosi tausiau, naudodamas minimalų ar bent kiek įmanomą efektyvesnį trąšų ir augalų apsaugos priemonių kiekį, taip mažindamas šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą ir dirvožemio degradaciją. Tikslus dirvožemio mėginių ėmimas bei duomenų apie konkrečios vietos derlių stebėjimas ir analizė, kai reikia išankstinių žinių apie lauko charakteristikas, yra neatsiejama tręšimo kintama norma technologijos dalis. Turint informacijos apie dirvožemį realiuoju laiku, galima nustatyti kintamo greičio sėjos ar tręšimo reikalavimus.

Mokslininkų teigimu, siekiant, kad šiuolaikinis žemės ūkis būtų tvarus, reikia automatizuoti ūkininkavimo procesus, sujungiant jutiklius, robotiką, dirbtinį intelektą. Ant robotų galima sumontuoti labai platų jutiklių asortimentą. Jutikliai gali būti naudojami išmatuoti tokius parametrus, kaip dirvožemio fizikinės savybės ir cheminė sudėtis (pvz., drėgmės kiekis, azotas ir pH), taip pat meteorologiniai kintamieji, kurie daro įtaką pasėlių augimui, pavyzdžiui, oro temperatūra, santykinė drėgmė, krituliai, saulės spinduliai, vėjo greitis ir kryptis.

Universitetai, mokslinių tyrimų institutai ir robotų bei mašinų gamintojai orientuojasi į mažo masto daugiafunkcių robotų kūrimą tvariai ir vietinei maisto gamybai. Tikslas yra sukurti mažus daugiafunkcius robotus smulkiems ūkiams. Mažesni, lengvesni ir išmanesni robotai, grįsti duomenimis ir jutikliais, yra labiau skirti individualiai dirvožemio ir augalų priežiūrai. Robotų panaudojimas tiksliajame žemės ūkyje dažnai orientuotas į dirvožemio mėginių paėmimą ir žemėlapių sudarymą. Siekiant aukštesnio efektyvumo ir kokybės, reikalingas viso dirvožemio mėginių ėmimo proceso automatizavimas.

Tikslumas priklauso nuo metodų

Vienas iš pirmiausiai pasirodžiusių robotų buvo autonominis fenotipų nustatymo robotas BoniRob, naudojantis daugelio jutiklių duomenų sintezę, kad išmatuotų pasėlio tankumą, tolygumą, aukštį, stiebų storį ir kitus parametrus. Vėliau buvo sukurta patobulinta BoniRob platforma, kuri gali būti naudojama tiksliojo purškimo ir dirvožemio kietumo nustatymo programoms įgyvendinti.

Tikslaus ūkininkavimo metodų naudingumas ir tikslumas labai priklauso nuo dirvožemio mėginių ėmimo metodo. Keletas pusiau automatinių komercinių sprendimų, kai dirvožemio mėginių ėmimas yra automatizuotas, tačiau ėminys vežamas su įprasta transporto priemone, o trajektoriją nustato žmogus, jau yra naudojami. Vienas iš pažangesnių yra Autoprobe įtaisas, traukiamas traktoriumi per lauką nustatytomis trajektorijomis. Įtaisas automatiškai surenka dirvožemio pavyzdžius į konteinerį, naudodamas zondą, pritvirtintą prie guminės juostos.

Estijos gyvybės mokslų universitete buvo sukurta mobilioji roboto platforma. Ši 470 kg sverianti įranga puikiai tinka automatizuoti pasikartojančias lengvas užduotis, kurias įprastai atlieka žmonės, pavyzdžiui, automatinius matavimus ir dirvožemio mėginių paėmimą. Dirvožemio pavyzdžiai labai priklauso nuo esamos situacijos ir sąlygų lauke, todėl reikalingas didesnis duomenų rinkimo dažnis ir tikslumas. Ši automatizuota ir nuotoliniu būdu valdoma technologija leidžia dažniau imti mėginius nei tradiciniais žmogaus valdomais rankiniais metodais. Per bandymus nustatyta, kad dabartinė sistema yra 50 proc. greitesnė už tradicinį metodą. Keli dirvožemio parametrai (drėgmė, tankis, temperatūra) gali būti matuojami tuo pačiu metu keliais papildomais prietaisais, o rezultatai naudojami automatiškai lauko profiliui ir žemėlapiams debesyje atnaujinti.

Plečiamas robotų pritaikomumas

Tradiciniai dirvožemio drėgmės kiekio matavimo metodai yra daug darbo reikalaujantys ir brangūs. Linkolno universiteto (Jungtinė Karalystė) mokslininkai siūlo naudoti autonominį mobilųjį robotą, kuriame įrengtas bekontaktis dirvožemio drėgmės jutiklis. Jis judėdamas sudaro dirvožemio drėgmės žemėlapius ir automatiškai parenka optimaliausias mėginių ėmimo vietas. Robotas vadovaujasi savarankiška žvalgymo strategija, pagrįsta dirvožemio drėgmės modelio kokybe. Nors mokslininkai pateikė dirvožemio drėgmės žemėlapio sudarymo principą, šis metodas yra bendras, todėl galima naudoti ir norint nustatyti kitas dirvožemio savybes, tokias kaip sutankinimas, cheminė sudėtis ir pan.

Italijos kompanija „Yanmar R&D Europe S.R.L.“ (YRE) telkia dėmesį į įvairius lauko tyrimus ir siūlo agroroboto prototipą, kuris būtų naudojamas pasėliams stebėti ir kontroliuoti, dirvožemio mėginiams analizuoti ir žemės ūkio chemikalams tiksliai dozuoti. Kompanija, bendradarbiaujanti su 10 technologijų srities partnerių, vykdo SMASH (Išmanioji mašina žemės ūkio sprendimams Hightech) projektą. Siekis – sukurti mobilią žemės ūkio „ekosistemą“ žemės ūkio pasėliams stebėti, analizuoti ir valdyti.

SMASH sudaro mobili bazė, robotinė rankena su manipuliatoriais ir regėjimo sistemomis, dronas ir pagalbinė antžeminė stotis. Modulinėje robotinėje platformoje įdiegtos naujausios informacinių ryšių technologijos, skirtos pasėliams ir dirvožemiui ištirti, surinktai informacijai analizuoti, kad galima būtų ūkininkams suteikti aiškią ir naudingą pasėlių valdymo informaciją. Projekto siekis – padėti sumažinti pesticidų, kurie nėra saugūs dirvožemio ir augalų mikroorganizmams, naudojimą, kartu didinant maistinių medžiagų ir naudingų bakterijų kiekį. Pagrindinis dėmesys skiriamas norimam derlingumui pasiekti tausojant aplinką, mažinant naudojamų chemikalų kiekį ir tipą.

Purdue universiteto (Indiana, JAV) inžinerijos absolventai Trojus Fiteris (Troy Fiechter) ir Driu Šumacheris (Drew Schumacher) įkūrė startuolį „Rogo“, oficialus pavadinimas „Rogo Ag LLC“. Tai novatoriška žemės ūkio technologijų įmonė, sukūrusi autonominį robotą SmartCore tikslesniems dirvožemio mėginiams rinkti, kad ūkininkai galėtų priimti geresnius strateginius trąšų naudojimo sprendimus. Robotas gali tiksliai rinkti pakartojamus dirvožemio pavyzdžius laukuose ir nunešti juos į lauko kraštą, kad būtų galima išsiųsti į laboratoriją. Tikslūs dirvožemio tyrimai gali padėti ūkininkams padidinti derlių, sumažinti gamybos sąnaudas ir užkirsti kelią paviršinio ir požeminio vandens taršai.

SmartCore naudoja vikšrinę Bobcat važiuoklę ir naršo lauke naudodamas skaitmeninio lauko ribų algoritmus ir Lidar jutiklius, kurie siunčia lazerio šviesos pluoštus objektams aptikti. Jis taip pat aprūpintas RTK GPS sistema (angl. Real-Time Kinematic Global Positioning System), užtikrinančia, kad dirvožemio mėginiai būtų paimti iš tinkamos vietos ir galėtų būti pakartojami tiksliai toje pačioje vietoje kiekvieną sezoną.

Robotas SmartCore išskirtinis tuo, kad naudoja greitaeigį savaiminio valymo hidraulinį sraigtą, kuris surenka dirvožemį iki tikslaus reikiamo gylio. Taikant tradicinę mėginių ėmimo metodą, gylio ir vietos kitimas gali sudaryti 20 proc. mėginių ėmimo paklaidą. Dėl klaidų ūkininkai gali patirti didesnes nei reikia išlaidas trąšoms arba tam tikrose vietose susidurti su nepakankamu jų kiekiu. Sumažinus trąšų naudojimą, taip pat sumažinamas poveikis aplinkai.

Autonominiai robotai renka tikslius dirvožemio pavyzdžius, padeda ūkininkams padidinti derlių ir pagerinti jo kokybę, mažina poveikį aplinkai. Tikslesni duomenys lemia geresnius sprendimus. Robotai, palyginti su tradiciniais traktoriais, yra gerokai mažesnių matmenų, lengvesni, valdomi jutiklių. Jie pateikia surinktų duomenų analizę, todėl yra geriau pritaikomi individualiems dirvožemio charakteristikų tyrimams ir augalų priežiūrai. Robotizacija žemės ūkyje leidžia grįžti prie nedidelio masto ūkininkavimo praktikos. Duomenų rinkimas išmaniaisiais jutikliais palengvina ūkininkams atitinkamų dirvožemio bei augalų savybių stebėjimą, padeda išlaikyti gerą jų būklę ir produktyvumą, kartu prisitaikant ir prie besikeičiančių aplinkos sąlygų.