edu.robogeek.ru

все об обучении робототехнике

prom.robogeek.ru

все о промышленной робототехнике

Основное меню
Категории новостей

Комбайны на нейросетях и умные теплицы: как в Томске цифровизуют сельское хозяйство

Мы вошли в эпоху, когда что угодно можно купить, заказать, запустить в один клик, рутина заменяется автоматизацией, а инструменты работы с большими данными делают решения на перспективу более эффективными. Но в некоторых областях мы не ушли далеко от первобытнообщинного строя.

Например, в сельском хозяйстве до сих пор используют метод собирательства, чтобы получить урожай дикоросов.

Хорошая новость в том, что распространение технологий происходит быстрее, чем нам кажется. Если не завтра, то уже послезавтра мы будем есть урожай, выращенный в умной теплице и собранный роботами.

Как Томская область участвует в цифровизации сельского хозяйства? О готовых решениях и перспективных проектах нам рассказали непосредственные участники процесса.

Zero Waste: умная теплица ТПУ

Большой проект начался с детали: ученые ТПУ разработали инновационные светильники для теплиц. Система уникальна своей энергоемкостью и компактностью, что делает ее более эффективной. Она состоит из трех элементов: облучатель, блок управления и датчики обратной связи.

«Мы ставили перед собой задачу уменьшить габариты светильника, при этом увеличив мощность. В итоге получили компактный светильник на 145 Ватт, который состоит из двух симметричных модулей. За счет небольшого расстояния между ними возникают естественные конвекционные потоки воздуха, что обеспечивает хороший теплоотвод. В традиционных теплицах светильники используют для досветки, поэтому они не должны затенять солнце. Существующие светильники — большие, прямоугольные или квадратные — затеняют солнечное освещение на 10-15 %. Мы снизили затенение на 10 %», — рассказал представитель разработчиков Сергей Туранов.

Автоматизированная система подбирает спектрально-энергетические характеристики для каждого растения. Датчики анализируют солнечную радиацию и включают красное, синее, зеленое или все типы облучения на нужную мощность. Норму света в зависимости от сезона задают в блоке управления.

«Согласно расчетам, мы снижаем энергозатраты на освещение более чем в 2,5 раза. Единственное, что сейчас смущает, — это стоимость и окупаемость проекта. За счет оптимизации параметров светильника, подбора эффективных комплектующих и сокращения объема металла мы снижаем срок окупаемости самих модулей. Пока она выше, чем у традиционных светильников, но по сравнению с аналогичными светодиодными облучателями наши дешевле», — добавил Сергей Туранов.

Ученые пытались внедрить систему в реальных теплицах, но результатам, полученным в лаборатории, никто не верил, фермеры хотели гарантий, масштабного эксперимента. Крупные теплицы также отказали: ради эксперимента им пришлось бы останавливать часть производства и, возможно, нести убытки. Поэтому томичи решили построить свой испытательный полигон.

Строить ради одних светильников теплицу нерационально, подумали они, и проанализировали разработки в области агрохозяйства, которые есть в вузе. Так в теплице появился биореактор, который генерирует водоросль хлореллу, большая солнечная батарея, биогазовая установка и роботизированные комплексы.

В готовой теплице установили систему гидропоники с капельным поливом и подключили ее к блоку управления. Полив происходит автоматически, норму вносят в систему вручную, но это ненадолго. В планах — установить датчики, которые будут определять влажность субстрата, время и необходимое количество воды для полива.

Сама конструкция теплицы стандартная, стенки состоят из двойной светостабилизированной пленки, между слоями которой нагнетается воздух. Необходимо посмотреть, как материал будет выдерживать сибирские условия. Если пленка покажет себя хорошо, то создатели вместе с партнерами из ТГУ и ТГПУ начнут работать со светокорректирующими пленками.

Конечная цель проекта — создать автономный комплекс, который будет продуктивно использовать ресурсы и не просто не производить отходов, но утилизировать их.

Теплом и удобрениями теплицу обеспечит биогазовая установка, которая работает на отходах животноводства. В основном реакторе отходы нагревают и выделяют из них газ для отопления. Остаток пойдет на биологичекое удобрение. После выделения газа в субстрате не остается патогенных микроорганизмов — только соли калия и натрия, как в любом удобрении, которое мы покупаем в супермаркете.

«Подобные установки используются в московских очистных сооружениях для сточных вод. При стандартной схеме для получения газа необходимо удерживать субстрат в реакторе до 40 суток. Мы усовершенствовали установку за счет электростимуляции метаногенеза, время удержания в результате сократилось в четыре раза. Мы ожидаем, что установка будет давать до 10 кубометров газа ежесуточно, этого хватит для отопления теплицы даже в самые морозные дни», — рассказал директор Инженерной школы новых производственных технологий ТПУ Алексей Яковлев.

Благодаря комплексу технологий, в которые входят в том числе светодиодные светильники, теплица может производить не только урожай свежих овощей, но и суперфуд-напиток — суспензию, обогащенную хлореллой, которая культивируется с помощью специального реактора.

Чтобы культивировать хлореллу, коллектив разработчиков создал установку, которая обогащает воду питательными элементами и углекислым газом. Эксперименты со светодиодами продолжаются до сих пор: ученые подбирают оптимальные спектрально-энергетические параметры облучения для культивирования водоросли.

Хлорелла содержит огромное количество белка, но при изменении питательной среды в реакторе может быть обогащена углеводами или липидами. В жидком виде хлорелла содержит более 300 микроэлементов и обладает детокс-характеристиками.

«Сейчас мы работаем с томскими фермерами и хозяйствами и предлагаем напиток из хлореллы для животных. Эксперименты показали, что телята, которые пьют хлореллу, прибавляют в весе и демонстрируют хорошие показатели при анализе крови. В дальнейшем мы хотим предложить хлореллу в качестве напитка и пищевой добавки для людей, в жидком виде водоросль сохраняет больше микроэлементов и, соответственно, более полезна. В России к водоросли пока относятся с недоверием, хотя во всем мире это распространенная пищевая добавка и основа для косметических средств. Мы предполагаем вывести ее на рынок после масштабных экспериментов, которые наглядно покажут пользу напитка», — рассказала инженер-исследователь Инженерной школы новых производственных технологий Оксана Трофимчук.

Без ручного труда: робот – борец с колорадскими жуками

Огурцы можно выращивать в умных теплицах, но для некоторых культур необходимы целые умные поля. Коллектив разработчиков из ТПУ работает над роботом, который избавит картофельные поля от колорадского жука.

Робот представляет собой самоходную тележку, оснащенную видеокамерой, одноплатным компьютером с алгоритмом технического зрения внутри, устройствами отряхивания кустов и опрыскивания. Ученые обучили машину распознавать на изображении с видеокамеры колорадских жуков и их личинки и отличать их от других насекомых. Как только происходит распознавание жука, компьютер посылает сигнал механизму отряхивания. Робот либо точечно опрыскивает личинки ядохимикатом, либо включает механизм отряхивания кустов. При распознавании личинок происходит опрыскивание куста инсектицидом.

«Перед нами не стоит задача уничтожить каждого жука. Если на кусте находится до пяти личинок, урожай почти не пострадает, но когда их количество доходит до 20 — урожайность падает почти до нуля. Наша задача — приводить количество в норму, сократить потери урожая при минимальном использовании ядов. Сейчас трактор с цистерной яда просто опрыскивает все поле. Естественно, это не может не влиять на картофель, который доходит до стола потребителей. Наша технология сокращает расход ядохимикатов в 20 раз за счет точечной обработки посадок», — рассказал доцент отделения автоматизации и робототехники Александр Тырышкин.

Разработка пригодится не только в поле, но и на приусадебных участках. Этим летом Александр Тырышкин протестирует робота на собственном огороде и до следующего сезона планирует провести переговоры с фермерами.

Цифровое настоящее: умные комбайны в полях

Группа компаний Cognitive Technologies разработала систему автоматического вождения на базе искусственного интеллекта для установки тракторов и комбайнов. В комплекс входит система искусственного интеллекта, видеокамера и вычислитель. Разработчики обучили нейронную сеть распознавать объекты и ситуации, с которыми умный комбайн может столкнуться в поле. ИИ умеет различать разные типы посадки и границы, что позволит комбайну работать с разными сельскохозяйственными культурами.

В результате сотрудничества Томской области и компании Cognitive Technologies в рамках форума U-NOVUS проект получил новый импульс. Томские компании подписали соглашение с Cognitive Technologies о внедрении робототехнических комплексов точного земледелия с элементами искусственного интеллекта.

Умные комбайны выйдут на поля уже в сентябре 2019 года, порядка шести сельхозпроизводителей решились протестировать современные технологии на своих площадках.

«Техническое зрение» для животноводства

Хакатон от альянса Smart Vision, который прошел на U-NOVUS-2019, — это пример того, как комплексные проекты рождаются из запросов промышленных партнеров. Разработчики из альянса не ждали, когда к ним придут с заказом, они вышли на рынок и нашли этот заказ сами.

Представители Smart Vision совместно с департаментом развития села Томской области провели встречу с компанией «Сибирское молоко», съездили на экскурсию на производство. По итогам они сформировали задачи для хакатона.

«Одна из таких задач — автоматизация учета вакцинации телят. Сейчас информацию о прививках вносят в таблицы Excel, а монотонный ручной труд — это всегда риск ошибки. На хакатоне альянс получил перспективные решения сразу от двух команд. Сейчас ведутся переговоры о начале тестирования технологий на производстве», — рассказал участник альянса Виктор Ширшин.

Актуальной стала и система мониторинга состояния коров. При помощи микрофона, который помещают на животное, записывается пульс, дыхание и жевательные движения. На хакатоне надо было найти решения для разделения сигнала с микрофона и сделать так, чтобы дыхание, пульс и жвачка записывались отдельно и преображались в графики. По этим графикам зоотехники смогут отслеживать здоровье коров. Возможна дальнейшая доработка решения до системы, самостоятельно распознающей состояние коров по сигналам с датчиков и сигнализирующей об отклонениях.

«К сожалению, законченного решения этой задачи на хакатоне найти не получилось, она очень нетривиальная. Но работа продолжается. Например, одна команда вместо микрофона использовала пьезоэлемент, который оказался более чувствительным, чем микрофон», — добавил Виктор Ширшин.

Лаборатория «Попков Роботикс» построила на хакатоне макет трассы и выдала командам маленькие машинки. Как это связано с сельским хозяйством? Машинку, оснащенную камерой, электроприводом и ультразвуковыми датчиками, нужно было запрограммировать так, чтобы она ехала из пункта А в пункт Б, преодолевая препятствия. Представители «Сибирского молока» также нашли это решение полезным. Когда коровы едят, они отталкивают от себя корм, а потом не могут до него дотянуться. Сотрудники, которым приходится бесконечно подталкивать кормушки, быстро устают и мучаются болями в спине. Решить эту проблему может роботизация: компания предложила командам создать робота-подталкивателя, который будет еще и перемешивать корм.

А вот как может пригодиться на ферме технология распознавания тайм-кода на видео: если идентифицировать номера машин с кормами, когда они заезжают на весы, можно вести точный учет количества кормов для животных на производстве.

Техническое зрение поможет фермерам бороться с мухами. Один пропущенный налет этих вредителей может обойтись в 15 % урожая. При этом для разных насекомых нужны разные виды инсектицидов, травить всех одним средством нельзя. На хакатоне участники предложили такое решение. В поле размещают липкую ленту, которая привлекает насекомых. Камера делает фото, а алгоритм технического зрения распознает количество и вид мух. Разработка позволит узнавать пиковые моменты «нашествий», выбирать инсектициды и принимать решение об обработке полей. Решение пока не нашло промышленного партнера, но такая разработка наверняка не пролежит на полке долго.

«На хакатоне мы наладили контакты с департаментом развития села и вышли с инициативой провести круглые столы для поиска новых задач. Контакт с «Сибирским молоком» — это первый опыт, и он положительный. После каждого выступления разработки обсуждали, все решения нашли отклик. В целом мы видим открытость, интерес и готовность тестировать наши решения. Нам интересна эта возможность, потому что мы работаем не на один продукт, а закрываем целый комплекс задач, задействуя широкий спектр компетенций альянса», — прокомментировал Виктор Ширшин.

Автор: Алена Алькова.

Комментарии

(0) Добавить комментарий


Новые комментарии

Сбербанк опубликовал ежегодный обзор мирового рынка робототехники
Гость
19.07.2019
08:53:56
...но вообще это не отменяет того, что отчёт сделан хорошо и очень полезен, за что спасибо.
Солдаты США в Афганистане испытают персональных дронов в боевых условиях (+видео)
Николай
04.07.2019
07:57:18
Возможно, такие дроны смогут использовать миротворческие подразделения в зонах урегулирования конфликтов.