В условиях роста мирового населения, нуждающегося в продовольствии и ограниченного количества земли для возделывания, все более настоятельной становится необходимость повышения эффективности сельскохозяйственного производства, особенно фруктов и овощей. Успех сельскохозяйственного производства на рынке зависит от его качества и стоимости. Стоимость рабочей силы для растениеводства, уборки урожая и послеуборочных операций составляет значительную часть общих производственных затрат, особенно для таких специализированных культур, как клубника.
В результате было внедрено множество автоматизированных технологий с использованием полуавтономных и автономных роботов с целью минимизации трудозатрат и времени работы для достижения значительного повышения эффективности сельского хозяйства и экономических показателей.
Производители фруктов и овощей всегда стремятся сократить свои производственные затраты, большая часть которых связана с интенсивным трудом, таким как поиск вредителей и выявление биотических и абиотических стрессов в сезон уборки полей, сбор урожая и послеуборочная обработка.
Благодаря технологическому прогрессу, робототехника обеспечивала и будет обеспечивать прекрасную возможность для значительного повышения эффективности производства и увеличения рентабельности сельскохозяйственной продукции.
Клубника является одной из самых потребляемых ягод во всем мире. Производство свежей клубники увеличилось со 143,335 млн. кг в 1970 году до 1097,239 млн. кг в 2012 году. Основной причиной высокой себестоимости производства клубники является стоимость рабочей силы, особенно при сборе урожая и упаковке.
Наряду с целью снижения высокой себестоимости производства с помощью роботизированных технологий, клубника имеет уникальные тенденции роста, поэтому многие операции могут быть легко автоматизированы.
Во-первых, размер клубники достаточно мал по сравнению с такими фруктами, как яблоки и цитрусовые. Таким образом, к ним можно легко добраться с помощью относительно небольших или недорогостоящих роботов как в теплицах, так и на полях.
Во-вторых, созревшая клубника красного цвета, легко обнаруживается с помощью недорогих систем. А вот обращение с клубникой может быть сложнее, чем, например, с яблоками. Плоды клубники легко повреждаются, поэтому большинство роботов пытаются захватить стебли, чтобы не повредить ягоды.
Для увеличения прибыли производителей клубники многие исследователи по всему миру разработали роботизированные технологии, которые помогают в различных операциях, таких как сбор урожая, сортировка, упаковка и выявление заболеваний, как в теплицах, так и на открытых площадках. В Соединенных Штатах Америки несколько проектов, связанных с роботами для клубники, были недавно профинансированы Национальным институтом продовольствия и сельского хозяйства в рамках Специальной инициативы по исследованию сельскохозяйственных культур и программ Национальной инициативы по роботизации.
Будущее развитие
Несмотря на значительный прогресс, достигнутый в разработке роботов для различных задач клубничного земледелия, предстоит решить множество сложных вопросов, прежде чем преимущества автономных роботов будут полностью реализованы.
Во-первых, большинство разработанных на сегодняшний день "клубничных" роботов предназначены для использования в теплицах, а не в полевых условиях. Организованная и контролируемая среда, такая как теплица, может значительно уменьшить трудности, связанные с автономными задачами робототехники. Однако, гораздо сложнее, когда эти технологии передаются типичным коммерческим фермам. Рельеф местности может быть влажным и мягким; условия освещения не всегда идеальны для визуального восприятия; и бортовые компоненты могут сильно колебаться во время движения, что приводит к неточной калибровке. "Клубничные" роботы на полях должны быть осведомлены об окружающей среде и избегать столкновений с людьми, другими транспортными средствами и препятствиями.
Во-вторых, повышение адаптируемости роботов с учетом различных условий, требований и ограничений клубничного поля является сложной задачей. Например, земляничные наземные роботы должны быть гибкими в отношении различного времени работы, а также песчаной или влажной местности. Кроме того, робот должен быть легко масштабируемым для различных полевых конфигураций.
В-третьих, работа такого робота должна быть простой для типичного фермера или производителя. Сельхозпроизводитель не сможет получить выгоды от неудобного для пользователя дизайна. Простота механических, электрических и программных подсистем в роботах поможет фермерам как в процессе эксплуатации, так и в обслуживании. Например, должен быть предусмотрен графический пользовательский интерфейс, позволяющий фермерам вводить некоторые основные параметры работы или обновления среды в функции программного обеспечения. Все электронные устройства в роботах должны быть легко откалиброваны даже нетехническим персоналом, а большинство деталей должно быть готовыми компонентами, чтобы их можно было легко заменить в случае необходимости.
Фермеры опасаются, что роботизированные технологии могут привести к потере рабочих мест. Однако, по мере того, как сельскохозяйственная робототехника становится достаточно зрелой для полевых земляничных работ, производители могут начать пересматривать возможности сокращения трудоемких рабочих мест в обмен на повышение своей конкурентоспособности на мировом рынке путем снижения затрат и повышения качества и количества продукции.
Вывод
В последнее время был проведен значительный объем исследований и разработок в области использования роботизированных и автоматизированных технологий для замены или расширения участия людей в точном сельском хозяйстве, особенно в производстве дорогостоящих и деликатных фруктов, таких как клубника.
Конечной целью разработки роботов и связанных с ними технологий для производства клубники является снижение затрат и преодоление конкуренции на мировом рынке за счет более эффективного и экономичного проведения полевых работ по выявлению заболеваний, прогнозированию урожая и автоматизированного сбора, доставки, сортировки и упаковки.
