Autonome helikoptere og traktorer skal bekæmpe ukrudt i danske marker
Et nyt dansk projekt forkaster gammeldags landbrugstænkning og slipper robotterne løs på markerne. Førerløse helikoptere og traktorer skal på egen hånd overvåge roemarker og kun sprøjte ukrudt, hvor det er nødvendigt. Målet er at sænke pesticidforbruget med 50 til 90 procent.
Lektor Anders la Cour-Harbo fra Aalborg Universitet skal de næste tre år få førerløse helikoptere til at tjekke markerne for ukrudt. Foto: Aalborg Universitet.
Læs også
Læs mere om
Brugen af pesticider kan mere end halveres, hvis blot landbruget erstatter de gængse sprøjtemaskiner med selvtænkende helikoptere og traktorer.
Det er målet med et treårigt projekt, som Aalborg og Københavns Universiteter netop har fået tildelt 14,3 mio. kr. til fra Det Strategiske Forskningsråd.
»Der er brug for at tænke radikalt nyt i stedet for bare at spænde en ny maskine efter traktoren. Vi regner med, at vi kan bruge 50 og 90 procent færre ukrudtsmidler, afhængigt af hvor præcist vi kan finde ukrudt i marken,« siger lektor på Aalborg Universitets Institut for elektroniske systemer Anders la Cour-Harbo, som har autonome robotter som sit hovedområde.
Idéen er, at ukrudtsbekæmpelsen skal gøres mere målrettet ved GPS-styret overvågning af markerne, i stedet for at landmanden kører ud for at sprøjte hele marken. Faktisk skal landmanden blot stå på sidelinjen og aktivere robotterne.
Flere helikoptere i luften
Hardwaren kommer til at bestå at to eller tre automatiske helikoptere, indkøbt til formålet. Anders la Cour-Harbo peger på modellerne Vario XLC og Maxi Joker 2 som egnede, da de er i stand til at løfte det tunge måleudstyr.
Den ene af helikopterne vil få monteret et multispektralt kamera, der måler på planterne ved forskellige bølgelængder af lys, mens den anden vil bære en laser range scanner, som kan måle afstanden til planterne og forhindringer såsom hegn, træer og elledninger. På den måde kan den bestemme positionen af forhindringer, og hvor rækkerne med afgrøder står.
En mulighed er at sende helikopterne i luften en gang om ugen og starte med en flyvning højt i luften, hvor der bliver taget en række billeder i lav opløsning, der bliver billedbehandlet. Er der ukrudt i sigte, kan helikopteren med kameraet tage en lavere flyvning og tage mere nøjagtige nærbilleder i høj opløsning fra flere vinkler af de berørte områder, som derpå bliver sendt til en jordstation over WLAN.
Nu er det så op til landmanden at tage stilling til, om en selvkørende traktor på jorden nu skal ud på mission med sprøjten. Her vil universitetet bruge en selvkørende Hako-traktor, hvor førerhuset er skrællet af og erstattet af en computer og en sprøjtearm.
Selvkørende traktorer
Grunden til, at der bliver sendt flere helikoptere i luften er for ikke at tynge dem unødigt med mange kilo tungt udstyr, som forkorter flyvetiden. Vægt og størrelse er også en af grundene til, at forskerne har valgt at bruge en selvkørende Hako-traktor på land.
»En fuldstørrelse bemandet traktor trykker jorden sammen og bruger desuden meget brændstof, så det vil være rart at få den ned i størrelse,« siger Anders la Cour-Harbo.
Ombord på alle robotterne er der også monteret en GPS og en IMU (inertial measurement unit) bestående af accelerometre og gyroer samt et treakset kompas. Hver maskine bliver desuden udstyret med en computer, som både står for at styre maskinen, beregner den optimale kurs og kommunikerer med både jordstationen og de andre maskiner.
Københavns Universitet har allerede stor erfaring med plantegenkendelse ved hjælp af kameraer, mens Aalborg Universitet har stort kendskab til robotter og selv skriver softwaren til dette projekt. Her skal både skrives navigationssoftware, software til task allocation, så maskinerne kan tale sammen, og så skal der et billedbehandlingsprogram fra Københavns Universitet til, som kan identificere ukrudtet.
Robotterne skal tænke selv
Den helt store udfordring bliver at få systemet til at spille sammen, for det er der hidtil ikke den store erfaring med, slet ikke inden for landbruget, fortæller Anders la Cour-Harbo.
»Typisk sætter man to eller tre ens robotter til at arbejde sammen, og så kan man komme langt med simple regler. Men da vores maskiner bliver ret forskellige, skal vi nærmest ind at kopiere den menneskelige tankegang for at få det til at virke,« siger han.
»Der vil ikke være nogen kommandocentral, der styrer maskinerne og finder alternative ruter for dem, hvis de er ved at støde sammen. De skal selv gennemskue deres arbejde og position på marken.«
Kernen i softwaren er en tilstandsestimator, som ikke blot skal udregne robottens egen tilstand, men også de andre robotters. Derved bliver hver enkelt robot i stand til at forudse hele gruppens handlinger, og dermed er det muligt at få de forskellige robotter til at arbejde sammen om at løse en fælles opgave.
»En GPS er typisk ikke præcis nok, og det samme gælder de andre sensorer, så for at få et godt tilstandsestimat anvender vi Kalman-filtrering,« forklarer Anders la Cour-Harbo.
Opvisning i 2013
Forsøgene kommer til at foregå i et kontrolleret miljø på Københavns Universitets forsøgsmarker i Taastrup. Her bliver der sået både sukkerroer og ukrudt hvert forår i projektperioden, og så bliver helikopterne sendt i luften.
Projektet forventes afsluttet i sommeren 2013, hvor systemet vil blive fremvist ved en offentlig demonstration med mindst to autonome helikoptere og to autonome landkøretøjer, lover Anders la Cour-Harbo. Med tiden er det meningen, at systemet skal kommercialiseret og kunne sælges til en pris, der kan konkurrere med andre landbrugsmaskiner, dvs. til en pris af ½-1 mio.
