Akıllı lastik sensörlerinin yarının tarımındaki yeri

Prof. Ruckelshausen, Agritechnica, 10-16 Kasım tarihleri ​​arasında Hannover'de gerçekleştirildi. Daha fuarın başlangıcında, tarım endüstrisinde büyük veri, yapay zeka, bulut bilişim ve sensör teknolojisi hakkında çok şey konuşuldu. Çiftçiler yakında hasat yapabilmek için bilgisayar bilimi diplomasına mı ihtiyaç duyacaklar?

Agritechnica'da son on yılda sunulan yeniliklere bakarsak, yenilik derecesi gerçekten de giderek elektronik, bilgi teknolojisi ve sensör sistemlerine doğru kaymıştır. Ekim, hasat ve besleme makineleri dijital olarak yenileniyor. Ağa bağlılar ve giderek daha otomatik hale geliyorlar. Prensip olarak, tarım teknolojisi diğer üretim endüstrileri için öncü bir rol oynamaktadır. Örneğin, günümüzde endüstriyel uygulamalar genellikle ağa bağlıdır, ancak üretim tesislerindeki makineler genellikle hareket etmez. Tarımda ise makineler zorlu dış ortam koşullarında dahi hareketlidir. Otomotiv endüstrisinde “otonom sürüş” büyük bir trend iken şimdi tarımda otonom çalışma da buna eklendi. Şirketler ve araştırma merkezleri, bağımsız olarak ekebilen ve hasat edebilen kendi kendine giden iş makineleri geliştiriyor. Ama bir çiftçinin mısır toplayabilmek için bilgisayar bilimi diplomasına ihtiyacı var mı? Tıpkı bir akıllı telefon kullanıcısının WhatsApp mesajları göndermek için algoritmalarda uzman olması gerekmediği gibi cevap hayır. 

Peki tarım 4.0'ın ortaya çıkışına mı tanık oluyoruz? Bizi akıllı ve ağ bağlantılı altyapıya sahip dijital olarak yükseltilmiş bir tarım sektörü mü bekliyor?

Tarım 4.0 zaten var ve Endüstri 4.0'ın bile bir adım önündeyiz. Ağ bağlantılı ve hepsinden önemlisi tekerlekli mobil üretim tesisleri tarımda kullanılmaktadır. Zorluk, dijital dönüşüm süreçleri aracılığıyla karmaşık iş süreçlerini daha ekonomik ve ekolojik hale getirmektir. Tarlalardaki mobil iş süreçleri, birçok  değişkenine tabidir: yağmur,lu fırtınalı ve karlı hava veya engebeli, çamurlu ve kuru bir zemin... Bunlar, kullanılan teknolojilerin dayınıklılığı için büyük zorluklardır.

Otomotiv sektöründe olduğu gibi tarım sektöründe de birçok yeni start-up var. Agritechnica'da, Pavilion 11'de genç şirketlerin dijital yenilikler sunabileceği ayrı bir “Agrifuture Lab” kuruldu.

“Burada, tarım mühendisliğinin Silikon Vadisi olan Osnabrück çevresindeki daha geniş alanda, ziraat mühendisliği şirketleri, bilimsel kurumlar, iş geliştirme ve yeni başlayanlar ile “Agrotech-Valley” birliğini kurduk. Katılan herkesin hedefi aynı: tarımı ekolojik, ekonomik ve sosyal olarak sürdürülebilir kılmak. Temelde yeni bir başlangıç olduğunu hissedebilirsiniz. Genç girişimciler ve araştırmacılar, yanlarında muazzam bir yaratıcılık ve dinamizm getiriyor. Bilgisayar bilimcileri ve yapay zeka uzmanları, tarımın gelecekteki kalkınma zorlukları için heyecan verici bir alan olduğunu dile getiriyor.

Yabancıların kendisine işini nasıl yapacağını söylemesinden hoşlanmayan ve her şeyi eskisi gibi yapmayı tercih eden eski bir çiftçi sözü vardır. “Bir çiftçi aşina olmadığı şeyi yemez”. Şimdi bilgisayar bilimcileri veya sizin gibi fizikçiler, buğdayın ne zaman hasat edilmesi gerektiğine kendileri karar veren robot makinelerden bahsediyor. Çok farklı iki dünya çatışmıyor mu?

Osnabrück Uygulamalı Bilimler Üniversitesi birçok tarım şirketiyle çalışıyor ve açık fikirli ortaklarla temasa geçiyor. Örneğin, ot kontrolü için otonom tarla robotlarını, çiftliklerde yemleme için otonom makineleri ve tarım makineleri veya bitki yetiştirme için yenilikçi sensör teknolojilerini test ediyoruz. Çiftçiler, gelecekteki ürünleri tasarlamak ve geliştirmek için gerekli araştırmaları ve saha denemelerini destekliyor.

Sensör teknolojisini araştıran bir fizikçisiniz. Bu disiplinin tarım için önemi nedir? Sensörler nerelerde kullanılıyor?

Giderek daha fazla sürdürülebilirliğe yönelen bir tarım sektöründe makinelerin daha akıllı veya daha verimli hale getiriliyor. Amaç, her büyük tarım sorununu derinlemesine anlamak için farklı sensör sistemleri kullanmaktır. Gelecekte bunun anlamı şu olabilir: sensör yok, hasat yok. Lazer tarayıcılar, stereo kameralar ve hiperspektral sistemler gibi görüntüleme optik sensör sistemleri veya radar sensörleri, toprak özellikleri veya bitki özellikleri ile ilgili olarak yorumlanabilen önemli ham veriler üretir. Bu şekilde, bir  tarım alanı tek tek bitkilerin kalitesine göre bölünebilir. Sensör verileri, toprak veya hava durumu verileri gibi diğer verilerle birleştirilir. Çiftçiler için evrensel, üreticiden bağımsız veri paylaşım platformu olan "Tarım Yönlendiricisi” gibi çeşitli veri kaynaklarına erişim için halihazırda pratik çözümler bulunmaktadır. Asıl zorluklar, birleştirilmiş verileri ve ortaya çıkan eylem talimatlarını yorumlamaktır.

Tarlanın belirli bir bölümünde verim daha düşükse, verimi potansiyel olarak artırmak için o bölüme daha fazla mı yoksa daha az mı gübre uygulanması gerektiği sorusu ortaya çıkar. Uzun vadeli eylem talimatları için bitkiler ve toprak hakkında geniş bir bilgi birikimine ve en son sensör verilerinin yorumlanmasına sahip olmanız gerekir.

Sensörler toprak koşullarını ve bitkilerin ne kadar olgun olduğunu belirlerken, tarlayı tararken veya her bitkiyi bildiklerinde ve nihayetinde robot makineleri işi yaparken traktöründeki çiftçi bir anakronizm mi oluyor?

Bu durum tıpkı çamaşır makinesi kullanırken , evde saatlerce oturup onu izlememeniz gibi. Tarlada otonom makineler çalışıyorsa, bir çiftçinin aynı anda birçok önemli işi vardır. Yüksek derecede otomasyon, tarımı daha sürdürülebilir hale getirmeye yardımcı olur. Bitkisel üretim ve hayvancılıkta kullanılan süreç ve yöntemler, çiftçilerin bilgi ve deneyimlerini bir araya getirerek ekolojik ve ekonomik iyileştirmeler için potansiyel sunmaktadır. Bir örnek vermek gerekirse, doğranmış mısırın nem içeriğini ölçmek için bir sensörün tasarımı ve geliştirilmesidir. Nem içeriği %60 ila 80 olduğunda, bu değerin otomatik olarak belirlenmesi iş açısından oldukça önemlidir. Teknoloji tek başına herhangi bir sorunu çözmez, ancak genellikle onlara bir çözüm bulmaya yardımcı olmanın da harika bir yoludur.

Traktör nihayetinde diğer makineleri çeken yardımcı bir araçtır. Otonom saha robotları traktörlerin yerini devralacak mı?

Büyüleyici bir soru. Çünkü traktörün kendisi aslında sıfır amaçlı bir makinedir. Onu satan şirket ve belki de komşularını büyük bir makineyle etkileyebilen çiftçi dışında bir traktör tek başına kimseye pek yardımcı olmaz.  Bunun dışında, traktör ancak mekanik ve dijital olarak tarımsal işlemler için bir alete bağlandığında gerçekten her şeye değer. İster gübreleme yapıyor ister yükleyici vagonla saman topluyor isterse toprağı işliyor olun, traktör asıl işi yapan bir makinenin aletidir. Bu yaklaşıma Traktör Uygulama Yönetimi (TIM) denir. Bu, ekim, gübreleme veya hasat için kullanılan akıllı aletlerin tek bir birim haline gelecek şekilde traktörle bağlantılı olduğunu ifade eder. Gelecekte, aletler otonom makineler olarak kendi başlarına çalışacaklarsa, yani traktör işlevi kendi kendini süren alete entegre edilecekse, o zaman eski  traktör aslında maalesef gereksiz olacaktır.

Traktör yakında çok mu uzun olacak?

Traktör özellikle esnek bir makinedir ve belirli bir kullanım alanı yoktur. Çeşitli makineleri bağlayabilir ve böylece traktörü değerli bir alet haline getiren modülleri işleyebilirsiniz. Prensip olarak, bu onu birçok farklı süreç için esnek bir taşıyıcı platform haline getirir. Otonom traktörlerin oynayacak bir rolü olabilir ve zaten bunun üzerinde çalışılıyor.

BoniRob'da traktörsüz ilerleyen bir tarla robotu geliştirdiniz.

BoniRob'umuz gelecekteki çalışmalar için hayata geçebilecek olasılıkları temsil ediyor. Bosch ve Amazone ile birlikte geliştirdiğimiz BoniRob, sürücüsüz, otonom olarak çalışan esnek bir taşıyıcı platformdur. Oldukça esnek bir tasarıma sahiptir ve farklı işlevler için farklı uygulamalar ortasına entegre edilebilir. Yetiştirme için, bitki özelliklerini araştıran bir modülü de var. Başka bir modül toprağın durumunu ölçer. Başka bir uygulama, yabani otları ekin bitkilerinden ayırt edebilir ve görüntüleme sensörlerini kullanarak bunları mekanik olarak kontrol edebilir. BoniRob'un tek başına bir işlevi yoktur. Ancak, bir şeye eklendiğinde her türlü uygulama için ideal hale gelir. Bu durumda BoniRob sayesinde çiftçinin her iş için farklı bir araç almasına gerek kalmayacak.

Agritechnica geleneksel olarak büyük tarım makineleri, dev traktörler ve güçlü biçerdöverler için bir gösteridir. Daha küçük ve esnek makineler giderek daha fazla kullanılırken, büyük tarım makinelerinin neslinin tükeniyor diyebilir miyiz?

Buna aslında katılmıyorum diyebilirim çünkü benim gözümde küçük robotlar bile muhteşem. Mevcut trendlerin giderek daha büyük XXL makinelerinin hakimiyetinde olduğu doğru ancak XXS kategorisindeki daha küçük otonom sistemler sürdürülebilir tarım için alternatif bir stratejidir. Birkaç büyük makine olduğunda, örneğin bir biçerdöver gibi bir sistemin arızalanması önemli bir maliyet faktörüdür. Çok sayıda küçük sistem olduğunda ise ekonomik risk daha azdır. Ekolojik çözümler açısından daha fazla potansiyel var. Küçük, düşük maliyetli sistemler söz konusu olduğunda, dünyadaki tüm çiftliklerin %90'ından fazlasının beş hektardan küçük olması nedeniyle, dünya genelindeki sosyal sorunlar da farklılık göstermektedir.

Kullanılabilirlik önemli bir konudur. Örneğin Continental, hava basıncıyla ilgili bir sorun olup olmadığını erkenden bildiren tarım için lastik sensörleri de geliştiriyor. Tarım 4.0'da lastikler de yeni bir anlam kazanacak mı?

Tabii ki. "Öngörücü bakım" gerçek anahtar bir kelimedir. Lastikler burada önemli bir rol oynar. Şu anda, bir biçerdöver, dar hasat aralığındaki bir lastik arızası nedeniyle arızalanırsa, güvenlik açısından bir yana, çiftçi için ciddi mali sonuçlar doğurabilir. Lastiklerin dijital mimariye entegre olması olumlu bir gelişme. Örneğin, gelecekte bir lastik sensörü yalnızca lastik basıncı hakkında değil, aynı zamanda arazideki kayma veya toprağın ne kadar ıslak olduğu hakkında da veri sağlıyorsa, önemli sonuçlar çıkarılabilir. Bir hava durumu uygulamasından alınan verilerle desteklenen bir saha robotu, muhtemelen çamura saplanacağı sonucuna varabilir. Bu, çiftçi için somut talimatlarla sonuçlanır. Ayrıca lastik şişirme basınçlarının tarladan tarlaya dinamik olarak ayarlama potansiyeli de vardır. Bununla birlikte, bir lastik sensörü, hassas tarım teknolojilerindeki birçok bileşenden yalnızca biridir. Örneğin, Continental dahil olmak üzere 3D teknolojilerinde büyük bir potansiyel görüyorum.

Güvenlik konusunu gündeme getirdiniz. Kendi kendine ilerleyen makineler tarımı nasıl daha güvenli hale getirir?

Daha az insan karmaşık makinelerle uğraştıkça kaza tehlikesi azalır. Patates hasadı gibi diğer görevler sırasında, bir hasat makinesinin yakınında çok sayıda çalışan var. Örneğin, “Agro-Safety” araştırma projesinin bir parçası olarak, çiftliklerdeki otonom yemleme makinelerinin güvenliğini test ediyoruz. Bu, insanları algılayan ve herhangi bir tehlike olduğunda makineyi hemen kapatan sensörlere odaklanır. Otonom sistemlerin geliştirilmesine, otomotiv sektöründe olduğu gibi, örneğin otonom sürüş ve çalışma için ADAS formundaki hibrit sistemlerin tanıtımı eşlik ediyor. Bu sözde uyarlanabilir özerklik, aynı zamanda bir tarlada birlikte çalışan özerk ve özerk olmayan tarım makinelerini de içerir.