Пожа­ры, пан­де­мия и нехват­ка пер­со­на­ла… У кали­фор­ний­ско­го сель­ско­го хозяй­ства свои вызо­вы. Когда рабо­тать в поле неко­му, в бой идут роботы.

Роботы для сельхозпроизводства

Над доли­ной Сали­нас, в 30 км от Запад­но­го побе­ре­жья США, нави­са­ют густые клу­бы дыма. В этом настиг­ну­том теперь лес­ны­ми пожа­ра­ми важ­ном сель­хоз­ре­ги­оне Аме­ри­ки воз­де­лы­ва­ют прак­ти­че­ски все виды ово­щей и сала­та, потреб­ля­е­мых в шта­тах, от арти­шо­ка до шпи­на­та. Обыч­но жизнь здесь бьет клю­чом, но осе­нью 2020 года все ока­за­лось ина­че. Самые мас­штаб­ные в исто­рии Кали­фор­нии лес­ные пожа­ры нанес­ли свой удар вслед за пандемией.

Еще до того, как раз­го­ре­лось пла­мя, фер­ме­рам было слож­но най­ти пер­со­нал для рабо­ты в поле, а с при­хо­дом огня и подав­но. Ослож­ни­ла поло­же­ние имми­гра­ци­он­ная поли­ти­ка США: почти все нани­ма­е­мые для рабо­ты люди были мигран­та­ми из Цен­траль­ной и Южной Аме­рик. В резуль­та­те раз­рас­та­ю­щи­е­ся в мас­шта­бах пан­де­мии слож­но­сти с обра­бот­кой полей и сбо­ром уро­жая к осе­ни усугубились.

Неуди­ви­тель­но, что такое поло­же­ние дел сти­му­ли­ро­ва­ло стре­ми­тель­ное раз­ви­тие стар­та­пов, свя­зан­ных с робо­ти­за­ци­ей сель­хоз­про­из­вод­ства. Рас­по­знав гря­ду­щую угро­зу нехват­ки рабо­чей силы в полях еще несколь­ко лет назад, ряд моло­дых ком­па­ний, в том чис­ле FarmWise и GUSS, пред­ло­жи­ли хозяй­ствен­ни­кам взять на воору­же­ние новей­шие высо­кие тех­но­ло­гии. В част­но­сти, сель­ско­хо­зяй­ствен­ные робо­ты про­из­вод­ства FarmWise пред­ла­га­лись для про­пол­ки овощ­ных и спе­ци­аль­ных куль­тур, а бес­пи­лот­ные поле­вые опрыс­ки­ва­те­ли GUSS – для обра­бот­ки оре­хо­вых план­та­ций (сай­ты: www.farmwise.io и www.gussag.com ).

Узрев ахиллесову пяту

Фран­цу­зы Себастьян Бой­ер и Томас Пало­ма­рес после завер­ше­ния уче­бы в США горе­ли жела­ни­ем при­ме­нить свои зна­ния в обла­сти защи­ты окру­жа­ю­щей сре­ды и сель­ско­го хозяй­ства. За годы сту­ден­че­ства им дове­лось пора­бо­тать на несколь­ких аме­ри­кан­ских фер­мах. Прак­ти­че­ский опыт спо­соб­ство­вал осо­зна­нию одной из про­блем отрас­ли – острой нехват­ки ква­ли­фи­ци­ро­ван­ной рабо­чей силы. Поми­мо того, они наблю­да­ли, как посте­пен­но обострял­ся кон­фликт инте­ре­сов фер­ме­ров и потре­би­те­лей: пер­вые стре­ми­лись исполь­зо­вать все боль­ше пести­ци­дов, а вто­рые все чаще тре­бо­ва­ли про­дук­тов пита­ния, полу­чен­ных по кано­нам орга­ни­че­ско­го земледелия.

В ито­ге в 2016 году моло­дые люди осно­ва­ли ком­па­нию FarmWise и при­сту­пи­ли к раз­ра­бот­ке авто­ном­но­го поле­во­го робо­та, спо­соб­но­го вести про­пол­ку спе­ци­аль­ных куль­тур и с тем одно­вре­мен­но решать обо­зна­чив­ши­е­ся проблемы.

Себастьян и Томас посе­ли­лись в Сан-Фран­цис­ко. Выбор Кали­фор­нии как места дис­ло­ка­ции штаб-квар­ти­ры ока­зал­ся неслу­ча­ен. Во-пер­вых, здесь, как ни в каком дру­гом реги­оне, круг­лый год созре­ва­ет мно­же­ство раз­но­об­раз­ных ово­щей и фрук­тов, а во-вто­рых, тут про­жи­ва­ют инже­не­ры, про­грам­ми­сты, элек­трон­щи­ки (Крем­ни­е­вая доли­на), кро­ме того, тол­кут­ся и вен­чур­ные инве­сто­ры, сре­ди кото­рых нашлись под­дер­жав­шие идею созда­ния робо­та для прополки.

За три года суще­ство­ва­ния штат ком­па­нии вырос до 50 сотруд­ни­ков, мно­гие из кото­рых при­шли из извест­ных во всем мире Tesla, Google, Facebook и даже NASA. Уже к 2020 году FarmWise была гото­ва пред­ста­вить сво­е­го робо­та-тита­на, запро­грам­ми­ро­ван­но­го на непре­рыв­ную иден­ти­фи­ка­цию в поле куль­тур­ных и сор­ных рас­те­ний и меха­ни­че­скую борь­бу с последними.

Самообучающийся исполин

Авто­ном FT-35 – не при­ми­тив­ный испол­ни­тель алго­рит­мов, он обла­да­ет искус­ствен­ным интел­лек­том, поз­во­ля­ю­щим с при­ня­ти­ем каж­до­го реше­ния учить­ся чему-то ново­му, то есть робот отли­ча­ет­ся спо­соб­но­стью к само­обу­че­нию. В ито­ге FT-35 уже с высо­кой точ­но­стью рас­по­зна­ет брок­ко­ли, цвет­ную капу­сту, салат айс­берг и кочан­ный салат, кото­рые выра­щи­ва­ют­ся на поло­сах шири­ной от 1,83 до 2,13 м. Ошиб­ки слу­ча­ют­ся, но крайне ред­ко: толь­ко в 2 % слу­ча­ев робот при­ни­ма­ет сор­ня­ки за куль­тур­ные рас­те­ния и все­го лишь в 0,4 % слу­ча­ев оши­боч­но уни­что­жа­ет куль­тур­ные всхо­ды. Надо ска­зать, что оба этих пока­за­те­ля суще­ствен­но луч­ше уров­ня, демон­стри­ру­е­мо­го при про­пол­ке вручную!

В насто­я­щее вре­мя про­из­во­ди­тель­ность одной маши­ны состав­ля­ет при­мер­но 0,4 га / ч. Куль­ти­ва­цию робот осу­ществ­ля­ет с исполь­зо­ва­ни­ем ком­би­на­ции рабо­чих орга­нов с элек­тро­ме­ха­ни­че­ским управ­ле­ни­ем и пнев­ма­ти­че­ским при­во­дом. Даже если бы мне, посе­тив­ше­му ком­па­нию с визи­том, поз­во­ли­ли бы более деталь­но рас­смот­реть выпол­ня­е­мые про­цес­сы и набор исполь­зу­е­мых рабо­чих орга­нов, то рас­ска­зать о них я бы не мог, посколь­ку кон­струк­ция нахо­дит­ся под защи­той патент­но­го права.

Флот робо­тов, раз­ра­бо­тан­ных под руко­вод­ством пред­при­им­чи­вых фран­цу­зов, пред­став­лен на сего­дняш­ний день восе­мью еди­ни­ца­ми. Раз­би­тые на отря­ды по две-четы­ре, маши­ны выпол­ня­ют под­ряд­ные рабо­ты на полях фер­ме­ров по всей долине.

Каж­дый робот пока еще транс­пор­ти­ру­ет­ся к полю на спе­ци­аль­ном при­це­пе, а на гряд­ках кон­тро­ли­ру­ет­ся отдель­ным сотруд­ни­ком, но в буду­щем дей­ствия все­го отря­да будет с края поля кури­ро­вать все­го один человек.

Для выпол­не­ния сво­ей рабо­ты робот посто­ян­но под­клю­чен к сото­вой сети и исполь­зу­ет вхо­дя­щую инфор­ма­цию, пред­став­ля­ю­щую собой ком­би­на­цию дан­ных систе­мы гло­баль­но­го пози­ци­о­ни­ро­ва­ния (GPS) и сиг­на­лов лидаров.

Не толь­ко робо­ты, но и биз­нес-модель FarmWise явля­ет­ся нова­тор­ской. Фер­мер пла­тит ком­па­нии фик­си­ро­ван­ную сум­му за фак­ти­че­ски обра­бо­тан­ную робо­том пло­щадь и с тем не несет ника­ких рас­хо­дов, свя­зан­ных с покуп­кой или тех­ни­че­ским обслу­жи­ва­ни­ем маши­ны. «Это поз­во­ля­ет пла­ни­ро­вать рас­хо­ды и сохра­нять финан­со­вую ста­биль­ность пред­при­я­тия, что при­вет­ству­ет­ся кали­фор­ний­ски­ми фер­ме­ра­ми», – ком­мен­ти­ру­ет управ­ля­ю­щий дирек­тор FarmWise С. Бойер.

В насто­я­щее вре­мя тесто­вые испы­та­ния робо­тов FT-35 про­дол­жа­ют­ся на дру­гих куль­ту­рах, и они уже вышли за пре­де­лы штата.

Беспилотное опрыскивание

При­мер­но четы­ре года назад ком­па­ния GUSS (Global Unmanned Spray System, с англ. – Гло­баль­ные бес­пи­лот­ные систе­мы опрыс­ки­ва­ния) объ­яви­ла нача­ло эры бес­пи­лот­ных поле­вых опрыс­ки­ва­те­лей. В отли­чие от созда­те­лей FarmWise, осно­ва­те­ли GUSS не ста­ли пола­гать­ся на вен­чур­ных инве­сто­ров и выстро­и­ли ком­па­нию на базе Crinklaw Farm Services, с 1982 года пред­ла­га­ю­щей свои услу­ги по реа­ли­за­ции химо­б­ра­бо­ток спе­ци­аль­ных куль­тур в долине Сан-Хоакин (к восто­ку от Сан-Франциско).

Старт рабо­там под брен­дом GUSS был дан в 2013 году, а в 2018-м в рам­ках выстав­ки World AgExpo в Тула­ре ком­па­ния пред­ста­ви­ла пуб­ли­ке свой пер­вый бес­пи­лот­ный опрыс­ки­ва­тель. По сло­вам руко­во­ди­те­ля по раз­ви­тию GUSS Чей­за Шапан­ски, до насто­я­ще­го момен­та кон­ку­рен­тов в дан­ном сег­мен­те не появи­лось, поэто­му управ­ле­нец, рас­ска­зы­вая о сво­ем робо­те, срав­ни­ва­ет его с обыч­ным при­цеп­ным опрыскивателем.

В слу­чае бес­пи­лот­но­го опрыс­ки­ва­те­ля один опе­ра­тор может управ­лять фло­том чис­лен­но­стью до вось­ми еди­ниц, а они спо­соб­ны заме­нить две­на­дцать обыч­ных при­цеп­ных опрыс­ки­ва­те­лей соот­вет­ствен­но с две­на­дца­тью опе­ра­то­ра­ми за штур­ва­ла­ми две­на­дца­ти трак­то­ров. «Таким обра­зом исполь­зо­ва­ние робо­тов сни­жа­ет рас­хо­ды пред­при­я­тий на опла­ту тру­да и повы­ша­ет эффек­тив­ность», – резю­ми­ру­ет Ч. Шапански.

К момен­ту мое­го визи­та на пред­при­я­тие в авгу­сте 2020 года кали­фор­ний­цы закон­чи­ли сбор­ку 47-й маши­ны. Свар­ка рамы и резер­ву­а­ра из нержа­ве­ю­щей ста­ли про­ис­хо­дит на соб­ствен­ном про­из­вод­стве. Мно­го­лет­ний прак­ти­че­ский опыт рабо­ты с СЗР, уна­сле­до­ван­ный от ком­па­нии-пред­ше­ствен­ни­ка, лег­ко счи­ты­ва­ет­ся в дета­лях. Так, напри­мер, фор­ма отдель­ных ком­плек­ту­ю­щих опрыс­ки­ва­те­ля тако­ва, что при про­из­вод­стве невоз­мож­но их пере­пу­тать – это зна­чи­тель­но упро­ща­ет и уско­ря­ет сборку.

В чем сила, брат?

Бла­го­да­ря коор­ди­на­там GPS и сиг­на­лам от лида­ров регу­ли­ру­ет­ся пози­ци­о­ни­ро­ва­ние и ско­рость пере­дви­же­ния робо­та, кон­тро­ли­ру­ет­ся окру­жа­ю­щее его про­стран­ство. Посколь­ку маши­на обо­ру­до­ва­на спе­ци­аль­ны­ми каме­ра­ми, опе­ра­тор в режи­ме реаль­но­го вре­ме­ни может наблю­дать за окру­же­ни­ем с план­ше­та, нахо­дясь где угод­но. Это осо­бен­но важ­но в слу­ча­ях оста­нов­ки или выхо­да из строя робо­та из-за помех извне.

Перед­ний бам­пер маши­ны в фор­ме дуги пре­пят­ству­ет столк­но­ве­ни­ям. Ско­шен­ная фор­ма кузо­ва поз­во­ля­ет отво­дить в сто­ро­ну низ­ко сви­са­ю­щие вет­ки пло­до­вых дере­вьев. Пода­ва­е­мый под дав­ле­ни­ем воз­дух защи­ща­ет элек­тро­ни­ку от пыли, про­хо­дя через модуль лида­ров, под­дер­жи­ва­ет в чисто­те и его.

В каче­стве еще одной осо­бен­но­сти кон­струк­ции маши­ны Ч. Шапан­ски ука­зы­ва­ет на малые тех­но­ло­ги­че­ские зазо­ры меж­ду отдель­ны­ми ее частя­ми: мак­си­маль­ный зазор меж­ду вен­ти­ля­то­ром диа­мет­ром 91 см и кор­пу­сом состав­ля­ет все­го 2 мм, у обыч­ных при­цеп­ных опрыс­ки­ва­те­лей для план­та­ций фрук­то­вых дере­вьев этот пара­метр равен 4 – 6 мм. Робот GUSS созда­ет таким обра­зом посто­ян­ный и более эффек­тив­ный для рас­пы­ле­ния СЗР поток воздуха.

На краю деля­нок и на раз­во­рот­ной поло­се робот отклю­ча­ет поло­ви­ну рас­пы­ли­те­лей. Объ­ем его бака состав­ля­ет 2 300 л. Цир­ку­ля­ци­он­ный насос забо­тит­ся о посто­ян­ном пере­ме­ши­ва­нии рабо­че­го рас­тво­ра. Дизель­но­го топ­ли­ва хва­та­ет при­мер­но на 15 часов авто­ном­ной рабо­ты, при этом про­из­во­ди­тель­ность по пло­ща­ди состав­ля­ет 2 – 3 га / ч, что прак­ти­че­ски соот­вет­ству­ет про­из­во­ди­тель­но­сти обыч­ных при­цеп­ных опрыс­ки­ва­те­лей. Но, напом­ним, что робот GUSS рабо­та­ет авто­ном­но, а при необ­хо­ди­мо­сти – и в ноч­ное время.

Нуж­но ска­зать, что маши­на прак­ти­че­ски на 100 % соот­вет­ству­ет над­пи­си «Сде­ла­но в США» (с англ. – Made in USA). К при­ме­ру ее дви­га­тель – аме­ри­кан­ский шести­ци­лин­дро­вый Cummins объ­е­мом 6,7 л и мощ­но­стью 173 л. с. Но все же есть ком­по­нен­ты про­из­вод­ства дру­гих стран. Так гид­ро­ста­ти­че­ская пол­но­при­вод­ная транс­мис­сия – немец­кая, от Bosch Rexroth. Маши­на спо­соб­на раз­ви­вать ско­рость до 15 км / ч в две ступени.

Очень увле­ка­тель­но наблю­дать за орга­ни­за­ци­ей дви­же­ния робо­тов при вклю­че­нии режи­ма Follow me (с англ. – «сле­дуй за мной»): любое чис­ло робо­тов-опрыс­ки­ва­те­лей в этом слу­чае сле­ду­ет за одним, флаг­ман­ским, в резуль­та­те подъ­езд к полю и выезд орга­ни­зу­ют­ся про­ще про­сто­го. Робо­ты GUSS уже спо­соб­ны пре­одо­ле­вать дистан­цию в несколь­ко кило­мет­ров меж­ду фер­мой и полем само­сто­я­тель­но, и это дает повод обо­зна­чить старт новой эры в сельхозмашиностроении.

К загранкомандировкам готовы

Хотя робо­ты-опрыс­ки­ва­те­ли по сей день исполь­зу­ют­ся толь­ко на оре­хо­вых план­та­ци­ях в Кали­фор­нии, ком­па­ния GUSS уже полу­ча­ет запро­сы из дру­гих шта­тов Аме­ри­ки. В кон­це 2020 года в зону обслу­жи­ва­ния был вклю­чен австра­лий­ский рынок. В насто­я­щее вре­мя GUSS раз­ра­ба­ты­ва­ет более узкую модель с бóль­шим тяго­вым уси­ли­ем спе­ци­аль­но для узких скло­нов Южно­го Тироля.

Про­из­во­ди­тель­ность на сбор­ке GUSS состав­ля­ет один опрыс­ки­ва­тель в неде­лю, но ком­па­ния рас­ши­ря­ет про­из­вод­ствен­ные мощ­но­сти. Сле­ду­ю­щий шаг – орга­ни­за­ция инди­ви­ду­аль­но­го управ­ле­ния форсунками.

В акту­аль­ной вер­сии соби­ра­е­мый на заказ робот-опрыс­ки­ва­тель GUSS сто­ит 285 тыс. долл. США. На его бор­ту при этом уже уста­нов­лен ком­пью­тер, кото­рый поз­во­лит управ­лять несколь­ки­ми дру­ги­ми еди­ни­ца­ми, то есть стать флаг­ман­ским. Поми­мо сто­и­мо­сти покуп­ки еже­год­но при­дет­ся опла­чи­вать лицен­зи­он­ный сбор в раз­ме­ре 3 тыс. долл. США, пред­на­зна­чен­ный для обнов­ле­ния ПО и на уда­лен­ную диагностику.

Лишь предвестники

Как FarmWise, так и GUSS все еще пре­бы­ва­ют на эта­пе раз­ра­бо­ток. Оба брен­да интен­сив­но рабо­та­ют над реа­ли­за­ци­ей воз­мож­но­сти управ­ле­ния отря­да­ми робо­тов одним един­ствен­ным чело­ве­ком, но создан­ные ими маши­ны уже мож­но рас­це­ни­вать как пред­вест­ни­ков грядущего.

Вызо­вы, сто­я­щие перед сель­ским хозяй­ством США, а это не в послед­нюю оче­редь и нехват­ка воды, без­услов­но, про­дол­жат сти­му­ли­ро­вать раз­ви­тие высо­ко­тех­но­ло­гич­но­го сек­то­ра робо­ти­за­ции уже в бли­жай­шем будущем.