W pełni mechaniczne cięcie jabłoni?

Cięcie jabłoni jest niezbędnym elementem technologii uprawy, w dużej mierze uzależnionym od pracy ręcznej. Do ręcznego przycinania jabłoni na hektar potrzeba od 70 do 90 godzin pracy wykwalifikowanych pracowników. Przycinanie drzew owocowych stanowi więc sporą część całkowitego kosztu produkcji owoców. Jednocześnie stale rośnie poziom płac, a liczba pracowników chcących pracować w rolnictwie z roku na rok maleje, dlatego w pełni mechaniczne przycinanie może znacząco rozwiązać te problemy. 

Grupa badawcza z Penn State opracowała pierwszy zrobotyzowany mechanizm tnący do w pełni zautomatyzowanego skomputeryzowanego systemu przycinania drzew w sadach jabłoniowych, co stanowi pierwszy krok w tworzeniu technologii mającej na celu złagodzenie problemów, z jakimi borykają się sadownicy na całym świecie.

W badaniu przeprowadzonym w Pennsylvania Fruit Research Center naukowcy najpierw zmierzyli siłę przycinania gałęzi za pomocą czujnika przymocowanego do sekatorów ręcznych, aby dostarczyć informacji do prototypu.

Prototyp opracowano przy użyciu dwóch silników obrotowych, cylindra pneumatycznego i pary noży okrawających. Manipulator z trzema liniami został zbudowany, aby pomieścić zrobotyzowane sekatory i przenieść je na miejsca przycinania.

Prototyp został przetestowany w Pennsylvania Fruit Research and Expansion Center w Biglerville. Podczas rozwoju rozwiązano szereg poważnych problemów, zrobotyzowane sekatory muszą pracować w ciasnych przestrzeniach i precyzyjnie wybierać właściwe gałęzie bez szkodzenia innym i bez zaplątania się w nie. 

W tym celu opracowano wbudowany układ mikrokontrolera z wykorzystaniem interaktywnego programu matematycznego, który pozwala na wizualizację obliczeń, modelowanie przestrzeni roboczej oraz dotarcie do punktów zrobotyzowanym sekatorom.

Aby ocenić wydajność prototypu, naukowcy przeprowadzili testy terenowe. W niedawno opublikowanych badaniach opracowany prototyp do przycinania może usuwać gałęzie w szerokim zakresie możliwych orientacji w danej przestrzeni. Średni czas usuwania gałęzi wynosi około 12-13 sekund. Sekatory zrobotyzowane z powodzeniem tną gałęzie o średnicy do około 25 milimetrów.

Podobny robot został opracowany w Szkocji pod nazwą Trimbot. Maszyna wykorzystuje technologię mapowania do nawigacji po sadzie i wykonywania zadań w tym przycinania gałęzi. Twórcy zainstalowali pięć par kamer i elastyczne ramię robota. Opracowano również algorytmy, które pozwalają porównać nieprzycięte krzewy i drzewa z idealnym ostatecznym kształtem uzyskanym przez przycinanie.

Wprowadzenie takich technologii robotycznych do produkcji owoców jest tylko kwestią czasu.