農業用ロボット：世界中の農家のための革新的なツール

農業用ロボットは、世界中の農家にとって貴重なツールであることが証明されています。それらがどのように農業を自動化および改善するか、そしてそれらをどこから調達するかを学びましょう。

産業革命以来、農業はますます機械化され自動化されてきました。人工知能は、この自動化をさらに高いレベルに引き上げます。 AIの使用は、現在「精密農業」と呼ばれているものと交差しています。肥料、農薬、除草剤、水などの投入量を減らしながら、収穫量を増やすことがすべてです。

農業用ロボットの世界の年間市場は、2021年には245億米ドルと推定されました。Statistaに掲載されたレポートによると、2024年には745億米ドルに成長すると予測されています。

この記事では、次のトピックを通じて農業用ロボットについて説明します。

• 航空画像ロボット
• シードおよびスプレーロボット
• 果物と野菜の収穫ロボット
• 保育園、果樹園、温室用の自律移動ロボット（AMR）
• 除草ロボット
• ロボット温室

航空画像ロボット

空中ドローンを使用して空中から作物を検査することは十分に確立されています。空中イメージングは​​、作物の健康と土壌の状態に関する貴重な洞察を生み出します。作物の成長を監視するために受け入れられている方法は、正規化植生指数（NDVI）マップを使用することです。しかし、データを受動的に調べるだけの問題ではありません。 NDVIデータはトラクターにダウンロードできます。スマート農機具は、データを使用して肥料の施用を制御します。

農業用の空中ドローンには堅調な市場があり、そこから多くの選択肢があります。

農業用無人機を購入する際の考慮事項のいくつかを次に示します。

農業用無人機の種類

農業で使用される無人航空機（UAV）には主に3つのタイプがあります。

固定翼ドローン

固定翼ドローンには飛行機のような翼があり、多くの場合1つまたは2つのプロペラしかありません。このようなドローンは、回転翼タイプよりも長く空中に留まることができます。長い飛行時間は、今日の広大な農場にとって利点です。しかし、離陸と着陸には滑らかなストリップが必要であり、コプターよりも操縦が困難です。

回転翼ドローン

回転翼ドローンには、ヘリコプターのようなブレードを備えた複数のローターがあります。最も一般的な構成は、4つのローター（クワッドコプター）または6つのローターを備えています。いくつかのドローンにはもっとたくさんあります。回転翼ドローンは、固定翼よりも制御が簡単です。彼らは垂直に離着陸できるので、着陸帯は必要ありません。回転翼ドローンは通常、固定翼モデルよりも安価です。

ハイブリッドドローン

ハイブリッドドローンは垂直に離陸し、飛行中に滑空モードに切り替えることができます。したがって、これらは他の2種類のドローンの利点を兼ね備えています。ハイブリッドドローンは、固定翼ドローンの飛行時間の延長と回転翼タイプの使いやすさを約束します。ただし、ハイブリッドドローンはより複雑で、重く、高価です。技術も他の2つのタイプほど成熟していません。

農業用無人機で使用されるセンサーの種類

ドローンが搭載するセンサーの種類によって、収集される情報が決まります。最も一般的なタイプのセンサーのいくつかを次に示します。

RGBカメラ

RGBセンサーはトゥルーカラーカメラとも呼ばれます。 RGBセンサーは、赤、緑、青の3つのコンポーネントで光を検出するため、このように名付けられました。 RGBカメラで生成された画像は人間の視覚のようなものです。

マルチスペクトルカメラ

名前が示すように、マルチスペクトルセンサーは周波数帯域の光を検出します。農業に特に役立つ2つの周波数帯域には、赤外線と「レッドエッジ帯域」があります。健康な植物は、ストレスを受けた植物よりも強く赤外光を反射します。レッドエッジバンドは、レッドバンドと赤外線の間にあります。レッドエッジバンドで反射された光も、植物の健康と強く相関しています。

熱

サーマルカメラは、植物のストレス、特に水ストレスの検出に役立ちます。

LiDAR

光検出および測距センサーは、上記の他の3つのタイプのセンサーよりも重くて高価です。これらは地形の標高をマッピングするために使用され、有人航空機に配備されることがよくあります。

購入とサブスクリプションサービス

農民はその利益を得るために空中ドローンを購入する必要はありません。また、航空写真をサービスとして提供する代理店と契約することもできます。定期的にイメージングを実行するサービスに登録できます。サービスに加入することは、新しいテクノロジーの操作方法を学ぶのに時間をかけたくない人にとって魅力的なオプションかもしれません。

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ロボットの播種と噴霧

播種や噴霧用のドローンはまだ新しいものですが、市販されています。現在、農業用車両の有名企業の中には、自律的な噴霧および播種ドローンを提供しているものがあります。

builtin.comの記事によると、離陸時に55ポンドを超える重量のドローン（貨物を含む）を米国で飛行させたいUAVパイロットは、連邦航空局（FAA）を通じて特別免除を申請する必要があります。その結果、多くのドローンメーカーは、この障害を回避するためにペイロード容量を制限しています。

播種ドローンは主に被覆作物に使用されます。被覆作物を植える慣行を採用することは、土壌の健康慣行です。被覆作物は、土壌侵食を制限し、水の流出による汚染を減らすのに役立ちます。空中ドローンは、トラクターや農薬散布機が届きにくい場所での播種に最適です。

ドローンの噴霧と播種の場合、ペイロード容量は重要な要素です。タンクのサイズとスプレー幅に注意する必要があります。ドローンは、十分に強力なバッテリーとリフト機能を備えている必要があります。これらの要因の組み合わせにより、一度にスプレーできるエーカー数が決まります。

より洗練されたドローンには、UAVのホームベースを提供するフィールドステーションがあります。あるベンダーは、自動タンク補充機能を備えたフィールドステーションを提供しています。フィールドステーションはまた、完全に自律的に、古いバッテリーを新しいバッテリーに交換します。

高度な自律噴霧ドローンは、レーダーやその他のセンサーを利用して、障害物を回避できるようにします。

ほとんどのドローンはバッテリー駆動です。しかし、燃料を使う人もいます。燃料はペイロード容量と飛行時間を増加させます。

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果物と野菜の収穫ロボット

果物と野菜の収穫ロボットはまだプロトタイプ段階にあります。彼らは大きな期待を示しています。さまざまな種類の収穫ロボットのビデオを見ることができます。しかし、今日販売されているものはほとんどありません。

収穫ロボットのエンドオブアームツーリング（EoAT）は、作物の種類によって異なります。たとえば、滑らかでワックス状の表面を持つピーマンは、吸盤でつかむのに適しています。トマトはピーマンよりも壊れやすいので、ロボットは柔らかい指のグリッパーを使用して、果物を引っ張って植物から分離するときに果物をねじります。イチゴはさらに繊細で、収穫には特別な注意が必要です。たとえば、ある収穫ロボットは、引っ張っているときの打撲傷を避けるために、ステムカッターを使用しながらアイテムをつかみます。

AI支援ビジョンは、熟度を検出し、ターゲットを引き抜くためのロボットアームの経路を計画します。一部の収穫ロボットは、車輪付きのベースに乗る関節式アームを備えています。他の人は鉄道で旅行したり、軍用車両のように線路を使用したりします。

特に印象的な収穫ロボットの1つは、2つの空中ドローンを備えています。ドローンは、電気を供給するへその緒によって車輪付きカートに取り付けられています。ドローンはカートの横を飛行し、コンピュータービジョンを使用して熟した果実を見つけ、グリッパーを使用してそれを摘み取ります。ピッキングされると、ドローンは作物をカートのビンに入れます。カートにつながれたドローンが必要に応じて再配置されている間、カートは列を下に移動します。

まだ採用の初期段階ですが、原則の証明はそこにあります。選択できるベンダーが複数あるのは時間の問題です。

今日、商業的な選択肢は多くありません。 1つの例外は、RaaS（Robotics as a Service）を使用して収穫ロボットを提供しているイスラエルの会社です。 RaaSは、農家を重要な初期投資から解放します。農民はテベルに連絡し、エーカーの数と作物の種類を伝えます。次に、収穫ロボットベンダーは、収穫を行うためにそのユニットのフリートを展開します。作業は休憩なしで24時間年中無休で進めることができ、収穫はより少ない労力でより迅速に行うことができます。このサービスは現在イスラエルでのみ利用できるようです。 Tevelのウェブサイトによると、来年はスペイン、アメリカ、イタリアでパイロットプログラムを実施する予定です。

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保育園、果樹園、温室用の自律移動ロボット（AMR）

果物、野菜、鉢植えの植物を運搬するためのAMRは市販されており、選択できるベンダーはいくつかあります。これらのロボットは農民の助手であり、人々がより価値の高いタスクを実行できるようにします。

苗床では、鉢植えの植物の間隔を空けることは、不可欠ですが、面倒で時間のかかる作業です。小さい場合は、観賞用の茂みと若い木を密接に配置して、利用可能なスペースを最大化できます。それらが成長して大きくなるにつれて、そのような植物は青々と広大になるための余地を必要とします。植物を移動して間隔を空けることは、AMRのアプリケーションです。一部のベンダーはこのアプリケーションを専門としています。

果樹園の場合、収穫場所から収集ポイントに果物を運ぶことは、AMRの優れたアプリケーションです。 AMRは、自律的に追跡することにより、人間のピッカーを支援します。ロボットは、作業員が選んだ果物を入れることができるトレイまたはビンを運びます。トレイがいっぱいになると、ロボットは自律的に収集エリアに移動します。したがって、ロボットは、そうでなければ必要とされるであろう歩行を排除します。作業者が選択を継続できるようにすることで、生産性が向上します。この種のロボットを提供しているベンダーがあります。

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除草ロボット

雑草を殺す農業用ロボットは市販されており、いくつかのベンダーがそれらを提供しています。一部の除草ロボットは、家庭菜園を対象としています。これらの小型ロボットは、人々の家の掃除機ロボットのようなものです。しかし、より大きな農場にサービスを提供することを目的としたロボットもあります。

商業的農業では、除草ロボットの中には微量の除草剤を使用するものがあります。ロボットは、作物の列を自律的に移動します。コンピュータビジョンを使用して、雑草と作物を区別します。雑草が特定されると、ロボットアクチュエータが手を伸ばします。少量の農薬が雑草に直接付着します。その結果、使用される化学物質ははるかに少なくなります。

別のアプローチでは、レーザーを使用して雑草を刈り取ります。したがって、この方法は化学物質を使用せず、有機として認定されています。

除草ロボットの中には、動作に電力を供給するためにソーラーパネルを備えているものもあれば、バッテリーやディーゼル燃料を使用しているものもあります。

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ロボット温室

屋内農業が急増しています。屋内で栽培することは、精密農業に有利なより制御された環境を提供します。温室の重要なコストを下げるのはLEDライトです。今日のLEDは、白熱電球と同じ光強度を85％少ない消費電力で提供します。 AIは、照明、温度、二酸化炭素、湿気を制御します。また、気候は各作物のニーズに合わせて調整できます。 Root AIによると、このような管理は、1エーカーあたり20倍以上の量の作物を、従来の方法よりも90％少ない水で生産できることを意味します。この写真にロボットの省力化技術を追加すると、真に革新的な結果が約束されます。

多くの屋内農業会社が果物や野菜を販売しています。彼らの主な顧客は食料品店とレストランです。彼らの技術は売りに出されていません。

ただし、一部のベンダーは、独自の自動温室を設置するための機器を販売しています。

ある会社は、食料品店の農産物部門内の陳列ケースに収まるモジュラーシステムを提供しています。この店では、たとえば、顧客に販売するためにレタスやハーブを栽培することができます。温室会社のシステムをスケールアップして、商業販売でさまざまな作物を栽培できる垂直農法を作成することができます。同社は部品も販売している。彼らは気候と栄養素の流れを管理するための特別なソフトウェアを提供しています。独自のLEDランプを購入できます。また、循環液を介して植物に栄養素を供給するために「施肥」ユニットを購入することができます。

屋内農業ソリューションを販売している別の会社は、斬新なアプローチを採用しています。彼らの水耕栽培農場は、輸送コンテナ内で動作するように設計されています。輸送コンテナのアイデアは、適切な建物を購入するコストを削減します。また、ファームをポータブルにします。彼らのウェブサイトはあなたに見積もりを依頼し、ROI計算機を備えています。

屋内農業の欠点は、エネルギーを大量に消費することです。その結果、そのような農場は果物や野菜のような高価値作物に対してのみ経済的に意味があります。小麦や穀物を内部で育てようとしても利益はありません。ただし、屋内農業ははるかに高い収量を提供します。多くの作物にとって魅力的な投資オプションかもしれません。

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組織に最適な農業用ロボットを調達する方法

HowToRobotは、エンドユーザーと世界中のロボットおよび自動化サプライヤーをつなぐグローバルプラットフォームです。ロボット工学企業の世界最大のディレクトリがあります。ガイドを使用して、アプリケーションに最適な、必要なタイプのロボットを見つけることができます。

農業内のタスクを自動化したい場合は、さまざまなサプライヤーからカスタマイズされたソリューションの提案を得ることができます。プロジェクトについて説明し、回答を受け取り始めてください。

また、見積もりを取得したり、特定の農業用ロボット、部品、コンポーネント、およびコンサルティングサービスの製品情報を受け取ったりすることもできます。複数のベンダーから製品情報と価格を受け取ります。

プロセスのナビゲートを支援できる公平なHowToRobotエキスパートがいることに注意してください。専門家のアドバイザーとの協議を設定します。