A agricultura é uma área de baixa margem de lucro. Os custos de produção são altos, e o sucesso geralmente depende de fatores climáticos e da inflação anual, que os proprietários de agronegócios não têm poder para influenciar. Poucos deles podem se orgulhar de uma boa lucratividade e nem todas as fazendas conseguem sobreviver a um único ano de colheita ruim. Ao mesmo tempo, de acordo com a ONU, quase um terço da população mundial ainda enfrenta deficiências nutricionais, e a alta produtividade agrícola pode afetar a qualidade de vida de centenas de milhões de pessoas.
Equipamentos agrícolas autônomos – tratores, colheitadeiras, pulverizadores, outras máquinas e até mesmo drones que trabalharão em condições climáticas adversas e em todas as condições de luz – podem melhorar a produtividade e as margens. O mercado de máquinas e equipamentos agrícolas autônomos está crescendo de forma constante, sendo seu principal segmento o de tratores, no qual nos concentramos neste post. Os drones agrícolas ainda não estão muito difundidos, mas os resultados das empresas que estão criando essas soluções são otimistas. Contamos a você quais tecnologias tornarão possível a agricultura de precisão e quais são os obstáculos ao longo do caminho.
O que a tecnologia agrícola não tripulada já pode fazer
Atualmente, existem diferentes sistemas para automatizar o maquinário agrícola:
- Sistemas de direção automática comparativamente baratos com alta precisão de posicionamento;
- Módulos de autonomia muitas vezes mais caros que transformam a máquina de um determinado fabricante em um robô autônomo;
- Máquinas autônomas produzidas em massa que não são acessíveis para a maioria das fazendas.
Além do preço, as soluções diferem no grau de controle humano necessário. Enquanto a primeira libera as mãos do motorista, mas ainda exige que ele esteja presente no volante o tempo todo, a segunda permite o controle remoto total. Até o momento, a maioria dos sistemas autônomos foi projetada para tratores, desde os que trabalham no campo até os usados em vinhedos. Algumas empresas também estão desenvolvendo soluções para colheitadeiras.
Mesmo os sistemas econômicos produzem bons resultados. Eles reconhecem com precisão os limites das áreas cultivadas e não cultivadas e navegam com precisão de centímetros. Os agropilotos são capazes de dirigir a máquina no caminho certo sob chuva e em condições de visibilidade limitada, quando está escuro ou há uma nuvem de poeira. Eles também podem mapear pedras grandes que podem danificar as ferramentas, ervas daninhas e pontos críticos de doenças que podem prejudicar as colheitas. O olho humano não consegue fazer isso.
Por exemplo, na colheita de milho, o motorista da colheitadeira trabalha para três pessoas: ele dirige o maquinário, monitora o próprio processo de colheita e tenta carregar o caminhão de força de maneira uniforme. Os pilotos automáticos modernos assumem o trabalho do motorista e carregam as máquinas uniformemente com silagem.
Como resultado, as tecnologias modernas reduzem a quilometragem e o tempo de inatividade da máquina, a fadiga do motorista, o consumo de sementes e fertilizantes e permitem não compactar o solo desnecessariamente com as rodas. Tudo isso reduz os custos da fazenda com o trabalho agrícola.
No modo autônomo, as máquinas agrícolas podem realizar quase todas as operações básicas: lavoura, cultivo, semeadura, pulverização, pulverização de fertilizantes e cuidados com a lavoura. As pessoas só precisam inserir informações no programa, equipar a máquina com a ferramenta agrícola certa, entregá-la na área desejada e monitorar remotamente o trabalho.
Os proprietários recebem relatórios de progresso com fotos e vídeos em programas separados e até mesmo em aplicativos móveis. Por exemplo, quanto o trator trabalhou, em que modo, por quanto tempo e em que área. As informações coletadas por uma máquina podem ser reutilizadas para todas as outras máquinas.
Quais tecnologias tornam os tratores e colheitadeiras inteligentes?
Foto dtnpf.com
O maquinário agrícola inteligente é feito por:
- sistemas de comunicação, modems e antenas para receber e transmitir dados;
- conjuntos de sensores e câmeras que se duplicam uns aos outros;
- computadores de bordo que usam redes neurais para analisar dados e tomar decisões;
- sistemas que coordenam a operação do trator e dos implementos agrícolas rebocados;
- unidades hidráulicas controladas digitalmente para controle da máquina.
Vamos dar uma olhada mais de perto em algumas dessas tecnologias.
GPS e GNSS-RTK
O GPS, um sistema de posicionamento global, é usado para navegar máquinas e determinar sua posição. Ele fornece uma precisão de cerca de 7 metros, o que pode não ser suficiente para muitas operações agrícolas. Entretanto, quando combinado com outros equipamentos, o GPS permite que as máquinas agrícolas autônomas naveguem bem no espaço.
Também é usado um sistema muito mais preciso, o GNSS-RTK (Sistema Global de Navegação por Satélite, Posicionamento Cinemático em Tempo Real). Ele oferece precisão de até 2,5 cm e é um dos líderes em eficiência. Para uma operação estável, as unidades de navegação são equipadas com antenas sensíveis, chips de navegação e módulos inerciais. Os modems GSM e os modems de rádio também ajudam o equipamento a manter contato.
LIDARs
LIDAR (Light Detection and Ranging) é uma tecnologia para medir distâncias. O LIDAR envia uma onda de luz, geralmente infravermelha, e registra o tempo que a luz refletida leva para retornar ao receptor. Com base nesse tempo, é calculada a distância até os objetos ao redor. Os Lidars são amplamente utilizados para manobrar robôs no solo: você já deve tê-los visto em robôs aspiradores e carros não tripulados.
Visão 3D, estéreo e 360
Uma variedade de câmeras modernas são os “olhos” das máquinas. Os fabricantes de kits autônomos e pilotos automáticos usam câmeras 3D, estéreo e 360. Elas permitem que você veja em todos os quatro lados e perceba a profundidade da imagem. As câmeras encontram obstáculos, triangulam a distância e processam a imagem em uma fração de segundo. A imagem é transmitida para redes neurais no sistema de bordo.
IMU
IMU (Inertial Measurement Unit, unidade de medição inercial) é uma unidade de sensores inerciais, como giroscópios, acelerômetros e magnetômetros. Eles medem a velocidade angular e as inclinações laterais e longitudinais da máquina. A IMU ajuda a determinar a posição do chassi da máquina no espaço e a detectar terrenos molhados ou irregulares. Os mesmos sensores são instalados em quadrocópteros ou motocicletas.
ADAS
O Sistema Inteligente de Assistência ao Motorista (Sistema Avançado de Assistência ao Motorista) é uma garantia adicional de segurança. Ele usa sensores, câmeras, radar e lidar para reconhecer pessoas que possam estar na estrada ou no campo. O sistema pode emitir alertas sonoros ou mensagens de voz ao se aproximar de um obstáculo. Alguns ADAS também podem reconhecer a fadiga do motorista.
Computadores de bordo e software
Foto myanmaritv.com
Todas as informações coletadas são enviadas para o computador de bordo e processadas por ele. Os fabricantes de soluções para máquinas agrícolas autônomas não dizem que tipo de processadores usam: por exemplo, a John Deere escreve simplesmente “fast” (rápido) e a Cognitive Pilot – “neuroprocessadores”.
Um software especializado ajuda a controlar a máquina tanto da cabine quanto remotamente. Os motoristas e mecânicos veem uma interface de controle fácil de entender, onde podem selecionar modos de trabalho e implementos rebocados, além de visualizar uma grade de linhas de navegação. Aplicativos separados permitem que os dados registrados durante o trabalho sejam analisados.
Além disso, cada empresa tem uma lista completa de soluções patenteadas que coordenam a operação de equipamentos rebocados, monitoram a pulverização de água e fertilizantes e fazem uma estimativa prévia da produtividade.
Quem desenvolve agro-pilotos e tratores autônomos
Engenheiros e desenvolvedores de dezenas de empresas em todo o mundo estão trabalhando para tornar a agricultura autônoma. Sistemas de vários graus de complexidade estão sendo desenvolvidos, por exemplo, por
- Cognitive Pilot;
- FJDynamics;
- Agreenculture;
- Blue-White;
- Braun Maschinenbau;
- Sabanto;
- Monarch Tractor;
- Fieldin;
- John Deere.
O significado das soluções é semelhante, portanto, vamos analisar os fabricantes de diferentes “classes”: agro-pilotos, kits de robotização e tratores autônomos em série.
Agropilotos para tratores e colheitadeiras da Cognitive Pilot
A Cognitive Pilot desenvolve sensores e sistemas de inteligência artificial para máquinas agrícolas na Rússia. Os dois principais produtos da empresa são agropilotos para tratores e colheitadeiras. Eles podem ser instalados em qualquer máquina que uma fazenda já tenha.
Os agropilotos exigem a presença de uma pessoa na cabine, mas liberam suas mãos. Se houver um sinal de navegação por satélite, os algoritmos do Cognitive Pilot guiam as máquinas ao longo da linha de curso com uma precisão de 2 a 5 cm. E se não houver sinal disponível, a inteligência artificial guiará o trator ou a colheitadeira com quase a mesma precisão usando a visão técnica, mesmo à noite. O piloto automático reconhece obstáculos e evita colisões.
No caso de uma colheitadeira, o agropiloto calcula a área de colheita por vídeo e, para todas as máquinas, os mecânicos sempre veem a quantidade de trabalho já realizado. Além disso, o trabalho de um trator ou colheitadeira pode ser monitorado por um computador ou smartphone: o aplicativo mostra a rota percorrida, fotos e vídeos do campo. A Cognitive Pilot escreve que os investimentos no sistema se pagam em um ano: por exemplo, a partir de 1 hectare de área, a economia de recursos agrícolas na aplicação de fertilizantes será de 16%, e a economia de tempo – 6%.
Em 2024, a empresa planeja implementar a possibilidade de operação em grupo de tratores autônomos comandados por um “líder”. O trator líder será conduzido por um operador humano, e todos os outros seguirão seu programa e trabalharão de forma autônoma. Daqui a um ano, a empresa quer criar uma solução que tornará um trator industrial totalmente autônomo.
Kits de robotização da Agreenculture
A empresa francesa Agreenculture desenvolve o sistema AGCbox, que torna autônomas várias máquinas agrícolas. A empresa só coopera com fabricantes de máquinas. Já existem soluções conjuntas prontas para o agro-robô Karl da Kuhn, o robô híbrido para vinhedos RX-20 da Pellenc e o pulverizador autônomo Kfast da Fede.
O AGCbox usa GNSS-RTK e uma estação de referência terrestre para posicionamento e navegação. Uma unidade especial ajuda a controlar os acessórios ou as ferramentas de arrasto exigidas pela máquina. O conjunto de tecnologias é personalizado de acordo com a solução específica para garantir a segurança e o desempenho ideal do sistema.
A Agreenculture agora está trabalhando no controle remoto de robôs agrícolas como se fossem carros de brinquedo controlados por rádio. Esse recurso permitirá que a máquina seja desbloqueada se estiver em uma situação difícil, em vez de entrar em um campo ou vinhedo.
Tratores totalmente autônomos da John Deere
A empresa americana John Deere criou seu primeiro sistema de navegação autônoma para um trator na década de 1990. Ele permitia que a máquina se movesse pelo campo e fizesse curvas por conta própria. Comparativamente, recentemente – em 2021 e 2022 – a John Deere adquiriu as startups Bear Flag Robotics e Light para acelerar a adoção de tecnologias autônomas. A primeira é especializada em processamento de dados multissensor, visão de máquina, software e hardware, e a segunda em sensores de profundidade e câmeras para veículos não tripulados.
Em 2022, a John Deere lançou o trator 8R totalmente autônomo. Para usar essa máquina, os agricultores precisam levá-la para um campo, configurá-la para operação autônoma e passar o dedo da esquerda para a direita no aplicativo Operations Centre Mobile. Enquanto a máquina estiver funcionando, o agricultor pode deixar o campo e se concentrar em outras tarefas, monitorando o progresso pelo dispositivo móvel.
O site da empresa informa que o 8R autônomo estará disponível para encomenda em breve, embora os meios de comunicação tenham escrito que pelo menos uma dessas máquinas já está em uso na Europa. A tecnologia que a John Deere usa para dirigir o 8R está planejada para ser estendida a toda a frota de máquinas da empresa no futuro. E até 2030, o fabricante quer criar um sistema de produção de milho e soja totalmente autônomo que realizará de forma independente a lavoura, a semeadura, a pulverização e a colheita.
O que pode vir a seguir
No momento, a compra de kits de piloto automático e veículos totalmente autônomos é um desafio para pequenas fazendas e agricultores. Entretanto, à medida que a produção e a distribuição desses veículos aumentarem, seus preços poderão cair significativamente. E as operadoras de telecomunicações e internet já estão trabalhando para resolver o problema de fornecer conectividade confiável em todo o mundo.
As empresas que trabalham com máquinas agrícolas autônomas acreditam que, no futuro, o trabalho de todas as máquinas agrícolas inteligentes poderá ser controlado a partir de um único centro de controle. O despachante poderá definir o programa e o tempo de operação de todas as máquinas sem precisar estar constantemente no painel de controle.
Eu gostaria de acreditar que, em um futuro próximo, poderemos observar cenas futurísticas nos campos.
As máquinas agrícolas não tripuladas trabalharão de forma independente e serão mostradas às pessoas apenas para troca de implementos ou reparos. E a produtividade das fazendas e seus resultados financeiros aumentarão devido ao uso mais otimizado e preciso dos recursos para o cultivo dos mesmos volumes de safras.
