Yanmar lidera desenvolvimento do SMASH, sistema robótico agrícola de nova geração

A agricultura do futuro verá uso crescente de técnicas de cultivo cientificamente precisas, onde "agro-bots" automatizados monitoram, tratam e trabalham a terra, usando tecnologia avançada para maximizar rendimentos e minimizar doenças.

Com sua vasta experiência em automação e mecanização agrícola, a especialista em agrotecnologia Yanmar agora mostra o caminho na pesquisa avançada de robótica de campo.

Hora de mudar em tempos de mudança?

Difícil pensar em setor econômico mais importante que a agricultura. Esta indústria afeta diretamente a vida de todos no mundo, apesar de enfrentar desafios de todos os lados.

Mudanças de temperatura e precipitação influenciam rendimentos de culturas; agricultores e trabalhadores rurais são expostos diretamente a extremos climáticos, enquanto milhões em empregos relacionados a alimentos já sentem o impacto das mudanças climáticas.

Além disso, consumidores hoje estão cada vez mais conscientes sobre químicos usados na produção de alimentos e exigem produção sustentável de produtos cada vez mais saborosos e de maior qualidade.

Encontrar a melhor forma de lidar com essas questões enquanto se atende pressões ambientais leva muitos governos a recorrer a especialistas em automação e tecnologia para melhorar a situação do agricultor, atender demandas dos consumidores e enfrentar os inúmeros desafios do setor.

Pesquisa de agricultura inteligente com SMASH na Itália

Aumento de automação e tecnologia na agricultura não é novo — ocorre desde a Revolução Industrial.

O que é novo é como a tecnologia está sendo usada para enfrentar problemas de controle de doenças em alimentos e padrões climáticos instáveis.

O foco agora está em alcançar rendimentos desejados de forma ambientalmente sustentável, com foco contínuo na redução da quantidade e tipo de químicos usados.

Seca, inundações e surgimento de novas pragas e doenças são ameaça em todos os continentes. Até a Europa enfrenta desafios em todos seus sistemas agrícolos.

Isso é especialmente verdade em países como a Itália, que enfrentou queda de 57% na colheita de azeitonas de 2018 — a pior em 25 anos — devido às mudanças climáticas, segundo cientistas.

Com sua instalação de pesquisa europeia aninhada nas colinas acima de Florença, a Yanmar R&D Europe está bem posicionada para focar em diversos estudos baseados em campo para agregar valor à indústria agrícola — e possivelmente atrair uma nova geração de trabalhadores para o campo.

Entre eles, o projeto SMASH de dois anos e 4 milhões de euros, realizado em cooperação com 10 parceiros tecnológicos para desenvolver um "ecossistema" agrícola móvel que monitora, analisa e gerencia culturas agrícolas.

Parceiros do projeto SMASH e suas funções

• EDI: Empresa de engenharia mecânica e eletrônica que ajudou a desenvolver a base móvel do sistema robótico.
• AvMap: Tecnologia e sensores para navegação da base móvel.
• Base: Transmissão de dados, processamento, armazenamento em nuvem.
• Seintech: Análise de dados, mineração de dados e machine learning.
• Universidade de Florença, Departamento de Agricultura: Desenvolvimento dos efetores finais.
• IIT (Instituto Italiano de Tecnologia): Sistema robótico (Plantoid) para monitorar e analisar o solo.
• Instituto de Bio-Robótica Sant'Anna: Desenvolvimento de manipulador para instalação no braço robótico, para coleta de amostras e manipulação de itens.
• Copernico: Preparação de drone para monitoramento e mapeamento.
• DORIAN: Tecnologias e algoritmos para visão computacional.
• Giuntini Filippo: Agrônomo.

O acrônimo SMASH significa Smart Machine for Agricultural Solutions Hightech, e o projeto foi cofinanciado pelo governo local da Toscana.

Consiste no desenvolvimento de uma plataforma robótica modular que emprega as mais recentes tecnologias de informação e comunicação para examinar culturas e solos, analisar informações coletadas e fornecer informações claras e acionáveis aos agricultores para apoiar o manejo de culturas.

Um dos muitos papéis da Yanmar foi desenvolver sistemas de controle para o braço robótico multipropósito para manipulação móvel (incluindo pulverização de precisão), integração de sensores para tecnologias de posicionamento, e navegação autônoma e desenvolvimento de software para controle da base móvel do sistema (em colaboração com outros parceiros).

Para o engenheiro de modelagem e controle da YRE, Manuel Pencelli, desenvolver um protótipo de agro-bot capaz de monitorar e controlar culturas, coletar amostras de solo para análise e aplicar com precisão produtos químicos agrícolas, exigiu muitas áreas de especialização desde o início do projeto.

"Houve muitos parceiros envolvidos. Precisávamos de expertise mecânica para desenvolver a estrutura do veículo, e muitos especialistas em 'comunicações' porque temos muitos dispositivos que precisam 'conversar' entre si. Nosso ponto de partida foi, na verdade, um veículo esteira originalmente construído para mover-se ao longo de uma praia e limpar a orla!"

Existem dois protótipos SMASH funcionais — um para videiras e outro para espinafre — cobrindo os dois tipos de culturas originalmente previstos para pesquisa.

O primeiro já passou por testes significativos em uma vinícola na província de Pisa, onde Manuel foi fundamental na demonstração das possibilidades que este ecossistema robótico poderia oferecer aos agricultores.

"O SMASH não é uma única máquina, mas uma série de diferentes dispositivos incluindo robô, estação base, drones e sensores de campo que juntos fornecem informações vitais para ajudar os agricultores. Um agricultor poderia programar a tarefa que deseja que o SMASH execute, e enquanto ele se envolve em outras atividades, esta máquina poderia mover-se autonomamente, monitorando culturas, detectando e tratando doenças, economizando tempo significativo do agricultor ou seus trabalhadores no campo verificando culturas manualmente."

Mapeamento, monitoramento, capina e adubação

O SMASH consiste em uma base móvel, um braço robótico com manipuladores e sistemas de visão, um drone e uma estação terrestre auxiliar. Imagine um sistema projetado para funcionar em uma gama de tecnologias de agricultura de precisão, oferecendo insights específicos sobre geomática, robótica, mineração de dados, machine learning, entre outros, levando em conta questões ambientais e sociais que os agricultores enfrentam.

Para Pencelli, as possibilidades do SMASH são infinitas:

"Além de todas as funções que podem ser realizadas pelo braço robótico, também temos alguns acessórios que podem ser montados na traseira do veículo para capina mecânica ou preparo do solo, enquanto ele se move. Este trabalho pode ser feito simultaneamente, junto com o monitoramento e detecção."

A expertise da Yanmar esteve no desenvolvimento de software para o agro-bot e na integração e instalação de todos os componentes das outras partes.

É uma massa complexa de eletrônica, com fios, sensores, câmeras, receptores GPS e múltiplos motores elétricos — oito deles — competindo por espaço. Mas tudo funciona — mesmo em um vinhedo lamacento no final de fevereiro, onde o sistema de direção independente e tração superior é demonstrado em variedade de terrenos.

"A fusão de sensores foi um dos aspectos mais desafiadores deste projeto. Temos um ambiente muito particular dentro dos campos, onde várias variáveis podem mudar, como infraestrutura, solo, formato dos campos e até outros trabalhadores movendo-se ao redor do agro-bot. A localização do veículo, melhorar sua robustez e entender suas restrições físicas foram interessantes — como velocidade, ângulo de direção, posicionamento e comunicação entre dispositivos embarcados — todos estes aspectos podem afetar o movimento do veículo."

Força nos números

A YRE também uniu forças com o Departamento de Agricultura da Universidade de Florença para avançar ainda mais as atividades de pesquisa no campo.

A universidade tem experiência significativa em manejo sustentável de culturas, tendo recentemente concluído o projeto Rhea financiado pela UE, que buscou melhorar qualidade, saúde e segurança das culturas para humanos, e reduzir custos de produção usando uma frota de pequenos robôs heterogêneos — terrestres e aéreos — equipados com sensores avançados, efetores finais aprimorados e algoritmos de controle de decisão melhorados.

Para o projeto SMASH, o professor Marco Vieri acreditava que uma abordagem holística de pesquisa era necessária, junto com a habilitação das tecnologias mais recentes.

"A agricultura fornece alimentos, ração, fibra e combustível para humanos, mas também devemos considerar questões rurais, culturais e históricas. No passado, havia um calendário anual de operações agrícolas, mas hoje é necessária uma nova mentalidade que nos permita controlar e mitigar riscos como seca, pragas e inundações. Precisávamos explorar automação aumentada não apenas para melhorar e aumentar a quantidade de produto, mas também para aplicar valor agregado. A Yanmar compartilha nossa visão de ajudar agricultores a realizar produção saudável e de alto valor com um verdadeiro sistema tecnológico, então nossa parte no SMASH foi desenvolver equipamentos e efetores para os dois cenários de vinhedos e culturas hortícolas como espinafre. Temos amplo conhecimento de máquinas agrícolas e novas possibilidades tecnológicas, então trata-se de ajudar a reduzir o uso de pesticidas que não são seguros para os micro-organismos do solo e plantas, enquanto aumentamos o nível de nutrientes e bactérias úteis."

É justo dizer que agricultores estão na linha de frente dos debates sobre clima, emissões e sustentabilidade.

Mesmo em culturas de alto valor como uvas, azeitonas e nozes nesta região da Itália, é difícil argumentar contra o uso de agricultura automatizada e conectada para unir dados científicos e necessidades dos agricultores.

Afina, robôs podem trabalhar 24 horas por dia, têm menor impacto no solo que tratores devido ao seu tamanho menor.

Imagine uma frota de robôs uma fração do tamanho de um trator convencional e é fácil ver as possibilidades que a agricultura de precisão baseada em IA e tecnologia pode oferecer nos próximos anos.

O uso de drones para mapear campos e verificar culturas; e agro-bots para colher frutas, semear sementes, identificar e tratar ervas daninhas com doses exatas de pesticidas e fertilizantes — tudo se trata de direcionar esforços apenas em áreas que precisam de trabalho, permitindo redução de mão de obra, custos de capital e emissões como resultado.

Com sua pesquisa contínua em robótica agrícola avançada, a Yanmar assume o desafio de mostrar as possibilidades e benefícios potenciais de técnicas de agricultura de precisão aumentada no futuro.

Se tratores automatizados e robóticos trabalhando nos campos se tornarão uma visão familiar, resta ver. Mas é difícil argumentar contra o uso de tecnologia para aumentar sustentavelmente qualidade e rendimentos da terra.

E se o som de drones pairando sobre culturas significa que agricultores podem identificar padrões de crescimento e necessidades de nutrientes, e então aplicar pesticidas e fertilizantes com precisão milimétrica com uma frota de robôs, certamente será uma adição bem-vinda às ferramentas atualmente usadas em nossos campos.