Zaai-, snoei- en oogstrobot

Japanse onderzoekers ontwikkelen een robot met vier wielen en twee orthogonale assen voor onderhoud van planten die onder zonnepanelen groeien.

Synecocultuur is een nieuwe landbouwmethode die inhoudt dat gemengde plantensoorten in hoge dichtheid samen worden gekweekt. Dit vereist een complexe bediening aangezien verschillende soorten met verschillende groeiseizoenen en groeisnelheden op hetzelfde stuk grond worden geplant. Om in zo'n omgeving te kunnen werken, hebben onderzoekers aan Waseda University (aan de noordwestrand van Tokyo) een robot ontwikkeld die planten in dichte begroeiing kan zaaien, snoeien en oogsten. Zijn kleine, flexibele lichaam zal grootschalige synecocultuur helpen, een stap in de richting van duurzame landbouw en koolstofneutraliteit.

Synecocultuur

In synecocultuur worden verschillende soorten planten gemengd en in hoge dichtheid gekweekt, waardoor een rijke biodiversiteit ontstaat. Tegelijkertijd wordt geprofiteerd van het zelf -organiserend vermogen van het ecosysteem. Dergelijke dichte begroeiing vereist echter regelmatig onderhoud: er moeten zaden worden gezaaid, onkruid moet worden gesnoeid, gewassen moeten worden geoogst. Deze cultuur vereist een hoog niveau van ecologische geletterdheid en complexe besluitvorming.

De operationele problemen van Synecoculture kunnen worden aangepakt door een landbouwrobot te gebruiken. Maar de meeste bestaande robots kunnen slechts één van de drie taken automatiseren in een eenvoudige landbouwomgeving. Ze beschikken niet over de besluitvormingsvaardigheden die vereist zijn om synecocultuur uit te voeren. Bovendien kunnen de robots onnodig contact maken met planten en deze beschadigen, wat hun groei en de oogst beïnvloedt.

Met het toenemende bewustzijn van milieukwesties heeft de kloof tussen de prestaties van mensen en die van conventionele robots innovatie gestimuleerd om de laatste te verbeteren.

Nieuwe robot

Een groep onderzoekers aan de Waseda University heeft, in samenwerking met Sustainergy Company en Sony CSL, een nieuwe robot ontworpen die synecocultuur effectief kan uitvoeren. De robot is SynRobo gedoopt, waarbij 'syn' de betekenis van 'samen met' mensen overbrengt. De onderzoekers beheren een verscheidenheid aan gemengde planten die worden gekweekt in de schaduw van zonnepanelen, een anders ongebruikte ruimte.

De onderzoekers hebben een kleine en flexibele landbouwrobot ontwikkeld voor deze vorm van landbouw. Het voertuig heeft een mechanisme met vier wielen, een standaard met twee assen, een robotarm, een camera, een manoeuvreersysteem en landbouwwerktuigen. De vier wielen maken beweging op oneffen land mogelijk maakt. De robotarm zet uit en trekt samen om obstakels te helpen overwinnen. De robot kan op hellingen rijden en kleine stapjes vermijden.

Het systeem maakt gebruik van een 360° camera om de omgeving te herkennen en te manoeuvreren. Bovendien is de robot voorzien van verschillende gereedschappen: ankers (om gaten te ponsen), snoeischaren en oogstopstellingen. De robot past zijn positie aan met behulp van de robotarm en een tafel met orthogonale assen die horizontaal kan bewegen.

Zaaien

Behalve deze inherente kenmerken bedachten de onderzoekers technieken voor efficiënt zaaien. Ze bedekten zaden van verschillende planten met aarde om ballen van gelijke grootte te maken. Deze maakten hun vorm en grootte consistent, zodat de robot gemakkelijk zaden van meerdere planten kon zaaien. Bovendien werd een gebruiksvriendelijk, door mensen bestuurd manoeuvreersysteem ontwikkeld om de functionaliteit van de robot te vergemakkelijken. Het systeem helpt bij het bedienen van gereedschappen, het implementeren van automatisch zaaien en het wisselen van taken.

De robot kon met succes zaaien, snoeien en oogsten in dichte begroeiing, terwijl hij tijdens de taken minimaal contact maakte met de omgeving vanwege zijn kleine en flexibele lichaam. Bovendien stelde het nieuwe manoeuvreersysteem de robot in staat om obstakels 50% beter te ontwijken en tegelijkertijd de gebruikstijd met 49% te verkorten in vergelijking met een eenvoudige controller.

Vervolg

Het onderzoek heeft een landbouwrobot ontwikkeld die werkt in omgevingen waar meerdere plantensoorten in dichte mengsels groeien. Hij kan op grote schaal worden gebruikt in de algemene landbouw en in synecocultuur. Wanneer met verschillende planten wordt gewerkt, hoeven alleen de gereedschappen te worden gewijzigd. De robot zal bijdragen aan het verbeteren van de opbrengst per oppervlakte-eenheid en het verhogen van de landbouwefficiëntie. Bovendien helpen de gegevens over de landbouwactiviteiten het manoeuvreersysteem te automatiseren.

Als gevolg hiervan zouden robots de landbouw in een overvloed aan omgevingen kunnen helpen. Sustainergy Company bereidt zich momenteel voor om deze innovatie onder meer te commercialiseren in verlaten velden in Japan en woestijnachtige gebieden in Kenia. De robot is overigens ook geschikt voor bestaande teeltculturen.

De vorderingen zullen synecocultuur bevorderen, met de combinatie van hernieuwbare energie, en helpen bij het oplossen van verschillende dringende problemen, waaronder klimaatverandering en de energiecrisis. Het huidige onderzoek is een flinke stap in de richting van duurzame landbouw en koolstofneutraliteit. De onderzoekers hopen op een slimme en bekwame robot die op efficiënte wijze grootschalige synecocultuur ondersteunt.

De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.

Foto: Waseda University