Autonomiczny robot do usuwania chwastów: świat przyszłości bez środków chwastobójczych

O realizowanym przez studentów projekcie dotyczącym ekologicznych sposobów na usuwanie chwastów. 

Stosowanie w rolnictwie środków chwastobójczych (herbicydów) stanowi dla ludzi i przyrody duże zagrożenie. Część herbicydów dostaje się często do wód gruntowych. Krajem dotkniętym wyjątkowo silnym zanieczyszczeniem jest Szwajcaria. Ponadto w ramach badania przeprowadzonego na zlecenie „Bündnis für eine enkeltaugliche Landwirtschaft” (pol. Zrzeszenia na rzecz Rolnictwa dla Dobra Przyszłych Pokoleń) oraz „Umweltinstitut München” (pol. Instytut Środowiska w Monachium) stwierdzono, że środki owadobójcze oraz ich pochodne rozpylane są w powietrzu na duże odległości: Badania przeprowadzone w 165 miejscowościach w Niemczech wykazały ich obecność w ok. 75% badanych lokalizacji. Środki owadobójcze znajdowały się w odległości od 100 do ponad 1000 m od pól, które spryskano herbicydami. Jednak ciągle nie istnieją produkty, które pod kątem skuteczności i opłacalności mogłyby konkurować z tymi środkami. Dlatego zespół studentów z ETH (pol. Politechnika Federalna w Zurychu) oraz Fachhochschule Nordwestschweiz (pol. Wyższa Szkoła Zawodowa w Północno-Zachodniej Szwajcarii) opracował prototyp autonomicznego robota do usuwania chwastów: Rowesys, czyli „Robotic Weeding System“. Robot nie potrzebuje żadnych herbicydów, ponieważ chwasty usuwa wyłącznie w sposób mechaniczny. Przy budowie ramy studenci postawili na profile systemu modułowego MB item.

Walka z chwastami – łagodnie i nietoksycznie

Robot Rowesys zaprojektowano w ciągu dziewięciomiesięcznego projektu fokusowego. 10-osobowy zespół to sześć konstruktorów maszyn, dwóch elektrotechników oraz dwóch specjalistów w zakresie wzornictwa przemysłowego. Celem projektu fokusowego przeprowadzanego na koniec studiów licencjackich jest wykorzystanie przez studentów w praktyce wiedzy, którą przyswoili sobie na studiach, oraz uwzględnienie wszystkich etapów rozwoju produktu. Robot do usuwania chwastów o wymiarach 2100 x 940 x 1200 mm waży 300 kg i wyposażony jest w cztery koła. Użyto go na polu, gdzie uprawiane są buraki cukrowe. To warzywo, często nazywane również „królem roślin bulwiastych”, szczególnie narażone jest na chwasty, dlatego pole, gdzie jest uprawiane, idealnie nadaje się do zaprezentowania możliwości robota Rowesys. O ile na polu robot porusza się w pełni samodzielnie, o tyle trzeba go na miejsce docelowe pokierować za pomocą ręcznego układu sterowania: „Rowesys wyposażony jest w dwie kamery. Kamera zamontowana z przodu pozwala zidentyfikować rzędy buraków i ustawić się w odpowiedniej pozycji. Druga kamera ustawiona w stronę gruntu pod kątem prostym gwarantuje natomiast, że robot rozpozna buraki i chwasty oraz potrafi je od siebie rozróżnić”, wyjaśnia Pascal Lieberherr, pomysłodawca projektu.

Dwa małe pługi zagłębiają się w glebę na głębokość ok. 2 cm i odcinają chwasty przy korzeniu – wyrwane zielsko zostaje na powierzchni i usycha.

Chwasty usuwane są za pomocą czterech lemieszy pługa zamontowanych na ramie znajdującej się z tyłu robota. Dwa małe pługi zagłębiają się w glebę na głębokość ok. 2 cm i odcinają chwasty przy korzeniu – wyrwane zielsko zostaje na powierzchni i usycha. O ile wyrywanie chwastów między rzędami buraków jest względnie łatwe, o tyle ich plewienie w samych rzędach stanowi pewne wyzwanie ze względu na ryzyko uszkodzenia buraków. Dlatego lemiesze są odpowiednio otwierane lub zamykane, w zależności od obrazu, jaki druga kamera przekazuje do systemu. W ten sposób zapobiega się kontaktowi lemieszy z burakami. Podczas plewienia robot porusza się z prędkością 0,2 m/s. Maksymalna prędkość, jaką może osiągnąć, wynosi 1 m/s (3,6 km/h). Aktywny tryb można rozpoznać po różnych odgłosach i kolorach oświetlenia LED zamontowanego w robocie. Podzespoły elektroniczne umieszczone są w środku, a chronione są przez futurystycznie wyglądającą aluminiową osłonę w stylu minimalistycznym.

Technika profilowa w służbie zrównoważonego rolnictwa

Sercem robota jest pewnego rodzaju szkielet ramowy wykonany z profili aluminiowych item. Do ramy przymocowane są koła, a także wszystkie podzespoły elektroniczne oraz silniki. Profile użyto również do budowy konstrukcji, na której zamocowane są lemiesze pługa. Na początku zespół sprawdzał kilka wariantów. Jedną z opcji była konstrukcja stalowa: „Nigdy nie byliśmy zadowoleni z efektów spawania. W końcu jest to pierwszy prototyp, dlatego zależy nam na dużej elastyczności. Stal nie daje po prostu takich możliwości. Mocowanie dodatkowych uchwytów jest bardzo trudne bądź wiąże się z wysokimi nakładami”, dodaje pan Lieberherr. Decydujący pomysł podsunął studentom kierownik projektu realizowanego na ETH w Zurychu, polecając im technikę profilową item: podkreślił elastyczność techniki łączenia oraz stabilność komponentów systemu modułowego MB.

Cały proces zamawiania, projektowania i wykonywania rozwiązania był dzięki współpracy z item znacznie prostszy, niż gdybyśmy musieli zajmować się tym samodzielnie. Czas zaoszczędziliśmy również dzięki użyciu programu item Engineeringtool.

Duży wpływ na podjętą decyzję miały również pozytywne doświadczenia związane z innym projektem fokusowym pt. CHIRON, gdzie również pracowano nad innowacyjnym robotem. Dzięki osobom pracującym nad tym projektem udało się skontaktować ze szwajcarskim oddziałem firmy. „Przy realizacji projektu kilka czynników było bardzo pomocnych: firma item jako sponsor i doradca, a także elastyczne właściwości profili. Cały proces zamawiania, projektowania i wykonywania rozwiązania był dzięki współpracy z item znacznie prostszy, niż gdybyśmy musieli zajmować się tym samodzielnie. Czas zaoszczędziliśmy również dzięki użyciu programu item Engineeringtool, dodaje pan Lieberherr.” W planie są optymalizacje robota. Już teraz robot do usuwania chwastów pokazuje, w jakim kierunku może rozwijać się zrównoważone rolnictwo dzięki innowacyjnym technologiom. Na Politechnice w Zurychu zrównoważony rozwój traktuje się priorytetowo. Za każdy kilometr podróży odbytej przez pracowników ETH dany instytut musi wpłacić do specjalnej kasy odpowiednią kwotę. Osoby odpowiedzialne za prowadzenie rozliczeń kasowych zwróciły się do studentów z pytaniem o pomysły na projekty fokusowe, które wpisywałyby się w Cele Zrównoważonego Rozwoju przyjęte przez ONZ. To był początek projektu Rowesys.

Chciałbyś regularnie otrzymywać informacje na temat możliwego stosowania produktów item? W takim razie mamy coś dla Ciebie: Zapisz się do blogowego newslettera item, wykorzystując do tego baner w prawym górnym rogu!