Autonom utendørsnavigasjon innen jordbruk, husdyrhold og skogbruk

Forskningsinstituttet Fraunhofer IPA viste frem noe av det som for øyeblikket er teknologisk og økonomisk gjennomførbart med live-demoer på agritechnica, landbruksmessen som fant sted i Hannover fra 12. til 18. november 2023.

Lønnsomhet vs bærekraft

Dagens krav til landbruket virker nærmest motstridende: På den ene siden skal fortjenesten fortsette å stige mens kostnadene holdes så lave som mulig, mens på den andre siden blir bærekraft og biologisk mangfold stadig viktigere. I tillegg kommer regulatoriske hensyn, som et mye omdiskutert potensielt forbud mot ugressmiddelet glyfosat.

Autonome systemer som svar

Selv om det er en utfordring å oppfylle disse kravene, er det her autonome systemer eller roboter kan hjelpe. For eksempel brukes droner allerede for å samle informasjon om avlingsstress knyttet til tørkeperioder eller næringsmangel, for å nøyaktig måle jordbruksarealer og for å gjennomføre analyser. Bakkebaserte systemer opererer også allerede på jordene i svært lite antall og støtter ugrasbekjempelse, som ofte fortsatt utføres på en mer konvensjonell måte. Høstingsroboter blir testet i forskningssammenheng.

Navigasjonsteknologi

Alle autonome systemer har det til felles at de må kunne bevege seg selvstendig i sine omgivelser, uavhengig av den spesifikke oppgaven de til slutt blir bedt om å utføre. For å lette autonom mobilitet av denne typen og dermed gjøre roboter i stand til å faktisk fullføre oppgavene sine, utvikler Fraunhofer IPA utendørs navigasjonsteknologi. Dette har evnen til å tolke omgivelsene, for eksempel rader med avlinger eller forskjellige typer jord, helt autonomt og tilpasse den planlagte ruten for roboten å navigere.

Innendørsnavigasjon forlater bygningene

Innendørs kan mobile roboter allerede kartlegge omgivelsene sine greit basert på 2D-sensordata, og dynamisk tilpasse veiplanleggingen for å ta hensyn til denne informasjonen. Det er nå mulig å gradvis overføre denne teknologien til det svært komplekse og dynamiske miljøet utendørs. Dette inkluderer landbruksmiljøer, så vel som andre applikasjoner som ligger i mellom fra et teknologisk perspektiv.

Komplekse miljø

Ett eksempel her er intralogistikk i uteområder hvor miljøet er strukturert veldig likt innendørs. Staller er derimot mer komplekse enn vanlige innendørsområder og er like krevende for autonom navigering som uteområder. Det samme gjelder prosesser nedstrøms av innhøstingen.

Hindre må tolkes

Videreutvikling i retning av utendørs navigasjon er ikke fullt så enkelt: I motsetning til innendørs områder har de fleste uteområder en tendens til ikke å ha noen stasjonære strukturer som vegger eller hyller som mobile roboter konsekvent kan bruke for orienteringsformål, selv i løpet av noen uker. Tvert imot: Uteområder har en rekke potensielle hindringer, som alle må tolkes. For eksempel er høyt gress fleksibelt og kan kjøres gjennom eller over. Imidlertid bør tilstedeværelsen av en rådyrkalv på ingen måte overses, uansett hvor dypt den kan ligge i gresset. Selve undergrunnen kan også være svært forskjellig og ha varierende grad av bæreevne. Og avhengig av været kan sikten være begrenset. Dette kan redusere mengden og kvaliteten på sensordata som samles inn.

Autonom ruteplanleggingsevne

Den autonome utendørsnavigasjonsteknologien utviklet ved Fraunhofer IPA under Kevin Breglers skarpe blikk skal kunne takle alle disse utfordringene, og gjør at landbruksroboter kan brukes for eksempel til mekanisk ugrasbekjempelse. I tillegg til programvareutvikling, lager forskergruppen landbruksrobotprototyper kjent som «CURT». To av disse var med på messen.

Landbruksroboter

Den første, CURTdiff, har evnen til autonomt å gjenkjenne rader med avlinger mellom kunstig hevede strukturer, eller driller, slik det er vanlig praksis i potet- og aspargesdyrking, og manøvrere langs dem helt autonomt. Den andre, CURTmini, som er den minste robotrepresentanten, kunne på messen bevege seg over et område med bakkemoduler som tilbød forskjellige nivåer av manøvrerbarhet, for eksempel gress, tre og grus. Avhengig av det beregnede kjørbarhetsnivået, tilpasser roboten seg til situasjonen for uavhengig å planlegge en rute som unngår hindringer.

Demo

Takket være utskiftbare gulvmoduler er kursen interaktivt. Messebesøkende fikk mulighet til å endre gulvmodulene for med egne øyne å se robotens adaptive baneplanleggingsevne. I tillegg kunne besøkende legge hindringer i veien for robotene for å se hvordan de dynamisk beregner banen sin.

Mange anvendelser

Demonstrasjonene som ble organisert av Fraunhofer IPAs utviklingsteam var spesielt rettet mot produsenter og brukere av landbruksmaskiner. Imidlertid er navigasjonsprogramvaren av interesse for en rekke andre autonome maskiner som brukes både innendørs og utendørs, opplyser forskningsinstituttet. CURTmini er også tilgjengelig for kjøp som en forskningsplattform.