Precyzyjne rolnictwo przyszłości: laserowy skaner 3D dla robotów zbierających

Niezależnie od tego, czy chodzi o truskawki, szparagi czy jabłka - w sezonie zbiorów często brakuje wykwalifikowanych pracowników. Z tego powodu wiele zespołów badawczych pracuje nad robotami zbierającymi, które w przyszłości mogłyby wspierać rolników w gospodarstwach. – Istnieje już kilka prototypów, ale żaden z nich nie działa jeszcze naprawdę dobrze – przyznaje profesor robotyki Andreas Nüchter z Uniwersytetu Juliusza Maksymiliana (JMU) w Würzburgu.

Pomiar kondycji roślin

Aby jeszcze bardziej ulepszyć systemy czujników stosowanych w robotach polowych, zespół profesora Nüchtera opracował nowy system trójwymiarowego skanowania laserowego. Jego celem jest lepsze zrozumienie stanu roślin, w tym dokładny pomiar zawartości wody w owocach: parametru kluczowego dla określenia optymalnego momentu zbioru.

Zespół badawczy kierowany przez dr Manuelę Zude-Sasse zainstalował system na poletku doświadczalnym w Poczdamie, a pierwsze testy zakończyły się sukcesem.
Skaner 3D został zamontowany na tzw. ruchomej stacji pomiarowej, która porusza się wokół nasadzeń złożonych ze 120 jabłoni prowadzonych w formie szpalerów. 

– Możemy w wiarygodny sposób mierzyć i odwzorowywać rośliny – mówi profesor Nüchter. Jest to ważne dla zastosowania technologii w robotach zbierających, które muszą potrafić „odczytywać” kształt i strukturę roślin, ponieważ każda z nich różni się wyglądem. 

– W produkcji ogrodniczej wiedza o fazie dojrzałości ma ogromne znaczenie – pozwala optymalnie planować uprawę, termin zbiorów i przechowywanie plonów – wyjaśnia dr Zude-Sasse. 

– W obliczu coraz bardziej zmiennych warunków wzrostu spowodowanych globalnym ociepleniem, dokładne dane dotyczące rozwoju owoców stają się coraz ważniejsze – zarówno dla badań naukowych, jak i przyszłego wykorzystania w komercyjnych robotach zbierających.

System odporny na warunki terenowe

Nowy system czujników będzie używany na poletku ATB do ciągłego monitoringu 120 jabłoni aż do listopada 2025 roku. Z tego względu skaner roślin został zaprojektowany jako odporny na warunki atmosferyczne - wytrzymuje wiatr, deszcz i pracuje w temperaturach od 0 do 40 °C.

System działa w oparciu o zasadę strukturalnego światła: emituje trzy długości fal (520 nm - zieloną, 660 nm - czerwoną i 830 nm - bliską podczerwień), które są kierowane na rośliny.
Odbite sygnały dostarczają precyzyjnych informacji przestrzennych o stanie upraw, a dzięki analizie każdej długości fali osobno możliwe jest również określenie cech fizjologicznych, takich jak zawartość wody.

Skaner 3D został opracowany wyłącznie do zastosowań eksperymentalnych. Używa światła laserowego o mocy, która może uszkodzić wzrok przy bezpośrednim kontakcie. Dlatego podczas pracy urządzenia w terenie obowiązują surowe zasady bezpieczeństwa - dostęp do strefy pomiarowej jest ściśle kontrolowany, aby uniemożliwić zbliżanie się osób nieprzeszkolonych.
Dla samych roślin laser nie stanowi żadnego zagrożenia.