A população da Terra já ultrapassou a marca de 7,3 bilhões e não vai parar por aí. Até 2050, espera-se que 9,7 bilhões de pessoas morem no planeta. Nesta situação, a questão da nutrição vem à tona, pois, para alimentar uma população tão grande, é necessário aumentar a produção de alimentos muitas vezes. Agricultores e engenheiros já estão trabalhando nessa tarefa e planejam realizá-la através do desenvolvimento e construção de fazendas “inteligentes”.
No limiar da quarta revolução industrial em que a humanidade está localizada, mudanças sérias também ocorrerão na agricultura, onde serão introduzidas sistematicamente tecnologias de sistemas ciberfísicos, Internet das coisas (IoT) e computação em nuvem.
Os avanços tecnológicos podem ser aplicados em quase todas as etapas da agricultura, e as tecnologias já implementadas podem ser divididas em três categorias principais, que se tornarão a base da agricultura "inteligente" - são robôs autônomos, veículos aéreos não tripulados (UAVs) ou drones e vários sensores de IoT. Abaixo falaremos mais sobre cada um deles.
Robôs
Os robôs vêm dizendo que os seres humanos serão substituídos por muitos anos e, gradualmente, essas previsões se tornarão realidade. A agricultura não é uma exceção e, dado que a agricultura geralmente envolve uma tarefa trabalhosa com uma certa frequência de ações repetitivas, esse é o ambiente ideal para a robótica.
As fazendas já usam robôs agrícolas para várias tarefas - semear, regar, colher e classificar as culturas. A tecnologia “inteligente” continua a melhorar e, no futuro, aumentará o volume de produtos agrícolas e melhorará sua qualidade com menos uso de recursos humanos.
Trator drone
O trator é a base de qualquer fazenda e é claro que, com a tendência do desenvolvimento de veículos não tripulados no mundo, os motoristas de trator também são os primeiros a deixar suas cabines. Eles terão que voltar para casa ou se especializar em especialistas que inserem dados cartográficos e definem os limites dos campos, além de aprender a programar a trajetória do movimento usando programas especiais e determinar outros parâmetros de tratores não tripulados.
No entanto, com o tempo, as capacidades dos tratores não tripulados se expandirão e se tornarão mais autônomas. Incluirão câmeras adicionais, sistemas de visão computacional, navegação GPS, conexão à Internet para monitoramento e controle remoto, tecnologia de digitalização a laser LIDAR para detectar obstáculos e evitar colisões.
De acordo com as previsões da CNH Industrial, que introduziu o conceito de trator não tripulado em 2016, no futuro, esses equipamentos poderão usar independentemente as informações operacionais dos satélites meteorológicos para determinar automaticamente as melhores condições de trabalho, independentemente dos comandos humanos e da hora do dia.
Sementeira
O surgimento de semeadores substituiu o pesado trabalho manual do homem, mas deixou para trás alguns problemas não resolvidos. Por exemplo, com a ajuda deles, os campos são frequentemente semeados de maneira dispersa, o que implica imprecisão e alto consumo de sementes. Para um crescimento ideal, as sementes devem ser semeadas na profundidade e distância corretas uma da outra.
Para atender a essas condições, é usada a tecnologia de semeadura de precisão, que inclui a tecnologia de mapeamento geográfico em combinação com dados do sensor sobre a qualidade do solo, sua densidade, nível de umidade e fertilidade ajudam a anular o fator de aleatoriedade. Com a ajuda deles, as sementes têm as melhores chances de germinação, crescimento e, portanto, produtividade.
No futuro, as semeadoras de precisão serão usadas em conjunto com tratores não tripulados e sistemas de IoT que transmitem informações sobre o progresso da semeadura para o agricultor. Assim, apenas uma pessoa poderá semear campos inteiros, observando o trabalho de inúmeras máquinas usando transmissão de vídeo ou um painel de controle digital em um computador ou tablet.
Rega e irrigação automáticas
A irrigação por gotejamento do subsolo, amplamente utilizada, já permite que os agricultores controlem quando e quanto as colheitas de água recebem. Ao adicionar sensores da IoT que monitoram os sistemas de irrigação para monitorar a umidade do solo e a saúde das plantas, os agricultores o tornam quase completamente autônomo. A intervenção no processo será necessária apenas em caso de problemas.
Controle de ervas daninhas
Essa parte do trabalho manual anterior agora é confiada a robôs. É verdade, até agora apenas como um experimento. por exemplo, um robô de campo BoniRob. Ele se move pelo campo usando localizadores de satélite e laser enquanto usa câmeras e tecnologia de aprendizado de máquina. O robô avalia mudas e remove ervas daninhas.
O cultivador automatizado Smart Farm também encontrou seu lugar na fazenda. Ele se move com a ajuda de um trator equipado com um sistema de visualização. Ele reconhece o corante fluorescente nas mudas e, portanto, distingue as culturas das ervas daninhas. Ervas daninhas sem marcador são destruídas.
As fazendas equipadas com esses e outros robôs, tratores não tripulados e sistemas de IoT poderão trabalhar quase por conta própria.
Colheita
Oportunidade, bom clima e eficiência são importantes para a colheita. Os agricultores usam uma variedade de máquinas de colheita, muitas das quais podem ser automatizadas. Só é necessário adaptar a tecnologia de tratores não tripulados e equipar as colheitadeiras e outros equipamentos de colheita com sensores avançados, bem como sensores IoT conectados à Internet. As máquinas poderão iniciar o trabalho automaticamente assim que chegarem as condições ideais para a colheita.
Os avanços tecnológicos são especialmente úteis para a colheita de frutas e vegetais delicados, que exigem uma abordagem mais delicada. Os engenheiros já estão trabalhando nesses sistemas. Por exemplo, a Panasonic criou um robô protótipo para a colheita automatizada de tomate. Usando câmeras e um algoritmo para analisar cores e formas, ele pode reconhecer as frutas e identificar tomates maduros.
O robô da Panasonic colhe os tomates cortando-os do caule, mas os engenheiros também estão tentando criar robôs que possam pegar frutas e legumes suavemente sem danificar sua pele delicada.
A Abundant Robotics escolheu outra maneira: seu protótipo de coletor robótico de maçã, que está sendo testado nos EUA, opera com o princípio de um aspirador de pó e suga frutas maduras, encontrando-as usando a visão computacional.
Estes são apenas alguns exemplos de dezenas de robôs promissores que em breve assumirão a colheita, libertando as pessoas do trabalho duro.
Veículos aéreos não tripulados
Qual agricultor não gostaria de ver a vista aérea de seus campos? Se antes a fotografia aérea de terras agrícolas tinha que recorrer aos serviços de um helicóptero ou pequena aeronave, agora você pode fazer o mesmo com a ajuda de drones equipados com câmeras. E dinheiro será necessário por isso muito menos.
As tecnologias de processamento de imagem não param e, atualmente, os sistemas UAV com uma ampla variedade de câmeras estão disponíveis no mercado - do padrão ao mais avançado, com suporte para resolução ultra-alta, a capacidade de fotografar nos espectros infravermelho ou ultravioleta e até no modo hiperespectral.
Os dados obtidos com a ajuda de drones permitem avaliar o estado das culturas agrícolas e a qualidade do solo, planejar áreas semeadas, otimizando o uso de recursos e terra. Pesquisas regulares de campo também ajudam na seleção de esquemas de plantio e irrigação, no mapeamento de terras agrícolas e em outros aspectos da agricultura.
No entanto, os drones são úteis não apenas por suas capacidades de foto e vídeo. Outros casos de uso incluem semeadura e pulverização.
Várias empresas e grupos de cientistas estão trabalhando em UAVs, que com a ajuda do ar comprimido podem espalhar cápsulas com sementes e fertilizantes. Em particular, esses projetos usando drones são implementados pela DroneSeed e BioCarbon. O objetivo deles é o reflorestamento, mas esse método não é difícil de adaptar para o plantio de várias culturas. Uma frota de drones sob o controle de sensores e software de IoT para trabalho autônomo poderia plantar plantas em locais ideais para eles, com as melhores condições para um crescimento mais rápido e altos rendimentos.
Além disso, drones podem ser usados para pulverizar culturas. Com a ajuda de GPS, sistemas de medição a laser e posicionamento ultrassônico, os VANTs podem ajustar facilmente a altitude e a zona de vôo, levando em consideração parâmetros como velocidade do vento, topografia e geografia. Isso permite que os drones pulverizem com mais eficiência, com maior precisão e menos perda.
Por exemplo, a empresa chinesa DJI criou o sistema UAV Agras MG-1 especificamente para pulverizar culturas. O drone inclui uma capacidade de 10 litros que pode ser preenchida com pesticidas líquidos, herbicidas ou fertilizantes. A velocidade máxima de vôo do Agras MG-1 é de 40 km / h, o alcance e a altitude máximos são de 1 km e 150 M. O radar de microondas permite ao drone manter a distância correta das lavouras e garantir uma pulverização uniforme. Segundo o fabricante, o Agras MG-1 pode trabalhar nos modos autônomo, semi-autônomo ou manual.
Drones para monitoramento e análise em tempo real
Outra função útil dos drones é a capacidade de usá-los para realizar monitoramento remoto e analisar as condições dos campos e culturas que crescem neles. Vários drones podem substituir um exército inteiro de trabalhadores. As pessoas não precisarão viajar constantemente pelos campos para avaliar visualmente o estado das mudas.
Ao receber esses dados na Internet, os agricultores poderão ir aos campos apenas por alguns motivos urgentes que realmente exigem atenção e não perder tempo examinando plantas saudáveis.
No entanto, enquanto os drones agrícolas estão longe de serem perfeitos. O alcance e o tempo de voo para a maioria dos modelos são menores do que os agricultores precisam. Até os UAVs mais "resistentes" podem ficar no ar por apenas cerca de uma hora e precisam recarregar as baterias.
Além disso, os drones agrícolas ainda estão mordendo. Por exemplo, comprar um dos modelos mais avançados do Precision Hawk Lancaster hoje custará US $ 25 mil. Obviamente, existem UAVs mais baratos, mas seu equipamento é geralmente modesto e não inclui equipamentos avançados de foto e vídeo ou equipamento de pulverização necessário para os agricultores.
Fazenda Conectada: Sensores e a Internet das Coisas
Robôs e drones agrícolas autônomos trarão muitos benefícios para os agricultores, mas as tecnologias da IoT tornarão uma fazenda verdadeiramente "inteligente" do futuro.
O termo “Internet das coisas” refere-se ao conceito de uma rede de computadores de objetos físicos (“coisas”) equipada com tecnologias internas para interagir e trocar dados entre si e com o ambiente externo. As tecnologias de IoT já estão sendo implementadas na prática na forma de dispositivos inteligentes domésticos, com suporte para assistentes de voz digital, equipamentos médicos inteligentes e equipamentos industriais.
Em fazendas inteligentes, sensores serão introduzidos em cada uma das etapas da produção de silos e em todos os tipos de equipamentos. Os sensores de campo coletarão dados sobre níveis de iluminação, condições do solo, irrigação, qualidade do ar e condições climáticas. As informações serão enviadas ao agricultor ou diretamente aos robôs agrícolas nos campos. Grupos de robôs equipados com seus próprios sensores e equipamentos de navegação percorrerão os campos e responderão aos sinais que receberem sobre a necessidade de capina, rega, poda ou colheita. Além disso, os drones seguirão os campos do ar, gerando mapas que servirão de guia para robôs e ajudarão os agricultores a planejar mais trabalhos agrícolas. Todas essas inovações aumentarão a produção agrícola e a qualidade dos alimentos.
A empresa de análise de BI Intelligence prevê que o número de dispositivos de IoT usados na agricultura aumentará de 30 milhões de unidades em 2015 para 75 milhões em 2020. Também é esperado que até 2050, as fazendas inteligentes produzam 4,1 milhões de medições diariamente, em comparação com apenas 190 mil em 2014.
Munidos de crescentes matrizes de dados de equipamentos e sensores inteligentes, além de tecnologias de rede para troca de informações, os agricultores poderão ver todos os aspectos de suas empresas agrícolas, entender quais plantas são saudáveis, quais precisam de atenção, quais campos precisam de água e onde é hora de coletar a colheita.
Neste material, apenas a ponta do iceberg é afetada - o cultivo de colheitas. Não menos oportunidades para tecnologias avançadas no campo da pecuária. Se cada fazenda se tornar uma fazenda inteligente, a meta de um aumento de 70% na produção de alimentos se tornará viável.