ヤンマー、次世代農業ロボティクスシステム「SMASH」開発を主導

未来の農業では、自動化された「アグロボット」が高度な技術を用いて土地を監視、処理、耕作し、収量最大化と病害最小化を図る、科学的に精密な農法が増加するでしょう。

自動化と農業機械化における豊富な経験を持つアグリテックスペシャリストのヤンマーが、先進フィールドロボティクス研究の道を切り拓いています。

変化の時代に求められる変革

農業ほど世界中のすべての人々の生活に直接影響を与える重要な経済セクターはありません。あらゆる側面から課題に直面しながらも、その重要性は揺るぎません。気温と降水量の変化が収量に影響し、農家と農業従事者は気象極端の影響を直接受け、食品関連職の数百万人もすでに気候変動の影響を感じています。さらに、消費者は食品生産に使われる化学物質の問題をますます意識し、より美味しく高品質な農産物の持続可能な生産を求めています。これらの問題に最善の方法で対処し、環境プレッシャーに応えるため、多くの政府が自動化スペシャリストと技術専門家に目を向け、農家の支援、消費者ニーズへの対応、業界が直面する無数の課題解決を試みています。

イタリアでのSMASHによるスマートファーミング研究

農業における自動化と技術導入自体は新しいことではありません——産業革命以来続いています。しかし新しいのは、技術が食品疾病対策と不安定な気象パターン関連問題にどう取り組むかという点です。焦点は、化学物質の量と種類を継続的に削減しながら、環境的に持続可能な方法で目標収量を達成することにあります。干ばつ、洪水、新たな害虫・病気の出現は、今や全大陸で脅威です。ヨーロッパも農業システム全体で課題に直面しています。特にイタリアは、科学者によれば気候変動の影響で2018年のオリーブ収穫が57%減——25年で最悪となりました。

フィレンツェ郊外の丘陵地に欧州研究拠点を置くヤンマーR&Dヨーロッパ（YRE）は、農業業界に付加価値をもたらす多様な圃場ベース研究に取り組む好位置にあります——そしておそらく、新世代の労働者を土地に呼び戻すことさえ可能にするかもしれません。その一つが、10の技術パートナーと協力して実施される2年間、400万ユーロの「SMASH」プロジェクトです。モバイル農業「エコシステム」を開発し、作物と土壌を監視・分析・管理します。

SMASHプロジェクトのパートナーと役割

• EDI: 機械・電子エンジニアリング会社。ロボットシステムのモバイルベース開発を支援。
• AvMap: モバイルベースナビゲーション用技術とセンサー。
• Base: データ伝送、処理、クラウドデータストレージ。
• Seintech: データ分析、データマイニング、機械学習。
• フィレンツェ大学農学部: エンドエフェクター開発。
• IIT（イタリア技術研究所）: 土壌監視・分析用ロボットシステム（Plantoid）。
• サンタンナ・バイオロボティクス研究所: ロボットアーム搭載用マニピュレーター開発（サンプル採取・物体操作）。
• Copernico: 監視・マッピング用ドローン準備。
• DORIAN: マシンビジョン用技術とアルゴリズム。
• ジュンティーニ・フィリッポ: 農学専門家。

「SMASH」は「Smart Machine for Agricultural Solutions Hightech」の略で、トスカーナ州政府の共同資金援助を受けています。最新ICTを用いて作物と土壌を調査し、収集情報を分析し、農家へ明確で実行可能な情報を提供して作物管理を支援するモジュラー型ロボットプラットフォームの開発で構成されます。

ヤンマーの多くの役割の一つは、多目的ロボットアームの制御システム開発（精密散布含む）、位置決め技術用センサー統合、システムモバイルベースの自律ナビゲーションとソフトウェア開発（他パートナーと協力）です。

YREモデリング・制御エンジニアのマヌエル・ペンチェリ氏は、作物監視・制御、土壌サンプリング分析、農薬精密散布が可能なプロトタイプ・アグロボット開発には、プロジェクト当初から多様な専門知識が必要だったと語ります。「多くのパートナーが関与しました。車両構造開発には機械的専門知識、多数のデバイスが『会話』する必要があるため『通信』専門家が多数必要でした。出発点は実は、海岸沿いを移動し海岸線を清掃するために元々作られたクローラー車両でした！」

ブドウ栽培用とホウレンソウ用の2つの動作するSMASHプロトタイプがあり、研究対象として最初に予定された2種類の異なる作物をカバーしています。前者はピサ県のブドウ園で大幅なテスト済みで、ペンチェリ氏がこのロボットエコシステムが農家にもたらす可能性を実証する上で重要な役割を果たしました。

ペンチェリ氏：「SMASHは単一マシンではなく、ロボット、基地局、ドローン、圃場センサーなど一連の異なるデバイスが連携し、農家を支援するための重要な情報を提供します。農家がSMASHに実行させたいタスクをプログラムすれば、農家が他の活動に従事している間、このマシンが自律的に移動し、作物監視、病害検知・処理を行い、農家や作業員が手作業で圃場をチェックする時間を大幅に節約できます。」

マッピング・監視、除草・施肥

SMASHは、モバイルベース、マニピュレーターとビジョンシステムを備えたロボットアーム、ドローン、補助地上局で構成されます。地理情報、ロボティクス、データマイニング、機械学習等の精密農業技術領域全体で機能し、農家が直面する環境・社会課題を考慮したシステムを想像してください。

ペンチェリ氏にとってSMASHの可能性は無限大です。「ロボットアームが実行できる全機能に加え、車両後部に取り付け可能なアタッチメントで、移動しながら機械的除草や土壌耕作も可能です。これらを監視・検知と同時に実行できます。」

ヤンマーの専門性は、アグロボットのソフトウェア開発と、他全パートナーのコンポーネント統合・設置にあります。配線、センサー、カメラ、GPS受信機、複数の電動モーター（8台）がスペースを競う複雑な電子機器の塊ですが、泥だらけの2月下旬のブドウ園でも、独立操舵システムと優れたトラクションが多様な地形で実証されています。

ペンチェリ氏：「センサーフュージョンはこのプロジェクトで最も挑戦的な側面の一つでした。圃場特有の環境では、インフラ、土壌、圃場形状、アグロボット周辺を動く他作業員など、多数の変数が変化します。車両のローカライゼーション、その堅牢性向上、物理的制約理解（速度、操舵角、搭載デバイスの位置と通信等）は興味深い課題でした——これら全てが車両運動に影響するからです。」

数の力：学術連携で研究を深化

YREはフィレンツェ大学農学部とも連携し、圃場研究活動をさらに推進。同大学は、EU資金支援のRHEAプロジェクト（小型異種ロボット群（地上/空中）に先進センサー、強化エンドエフェクター、改善済み意思決定制御アルゴリズムを搭載し、作物品質・健康・安全向上、生産コスト削減を目指した）を最近完了するなど、持続可能な作物管理で豊富な経験を持ちます。

SMASHプロジェクトでは、同大学のマルコ・ヴィエーリ教授が、ホリスティックな研究アプローチと最新技術の活用が必要だと考えました。ヴィエーリ教授：「農業は人間に食料、飼料、繊維、燃料を提供しますが、農村的、文化的、歴史的課題も考慮しなければなりません。過去には年間農作業カレンダーがありましたが、今年は干ばつ、害虫、洪水などリスクを制御・軽減する新たなマインドセットが必要です。生産量増加だけでなく、付加価値を適用するために自動化強化を探求する必要がありました。ヤンマーは、真の技術システムで農家が健全で高付加価値生産を実現できるというビジョンを共有しており、ブドウ園とホウレンソウ等の園芸畑作という2シナリオ向けの装置とエフェクター開発を担当しました。農機と新技術可能性に関する豊富な知識があるため、土壌と植物の微生物にとって安全でない農薬の使用を減らし、栄養素と有用菌を増やすことにつながります。」

農家は気候、排出、持続可能性を巡る議論の最前線にいます。ブドウ、オリーブ、ナッツなどこの地域の高価値作物でも、自動化・コネクテッド農業で科学的データと農家ニーズを融合させることに反対するのは困難です。ロボットは24時間稼働可能で、従来トラクターより小型のため土壌への影響が少ないです。従来トラクターのわずかなサイズのロボット群を想像すれば、AIベース・技術駆動の精密農業が今後数年で提供できる可能性が見えてきます。ドローンで圃場マッピングと作物チェック、アグロボットで果実収穫、播種、雑草特定・ピンポイント農薬/肥料散布——必要な領域のみをターゲットにすることで、労働、資本コスト、排出削減につながります。先進農業ロボティクスへの継続的研究で、ヤンマーは未来における精密農法の可能性と潜在的メリットを示す挑戦を続けています。自動ロボットトラクターが圃場で作業する光景が身近になるかは未知数ですが、技術を用いて土地から持続的に品質と収量を高めることに反対する理由はありません。ドローンが作物上空を飛ぶ音が、農家に生育パターンと栄養ニーズを特定させ、ロボット群がピンポイントで農薬と肥料を散布することを意味するなら、それは現在の圃場ツールに歓迎すべき追加となるでしょう。