Yanmar mène le développement de SMASH, système robotique agricole de nouvelle génération

L'agriculture du futur verra une utilisation croissante de techniques agricoles scientifiquement précises, où des « agro-bots » automatisés surveillent, traitent et travaillent la terre, en utilisant une technologie avancée conçue pour aider à maximiser les rendements et minimiser les maladies.

Avec son expérience extensive en automatisation et mécanisation agricole, le spécialiste agritech Yanmar montre maintenant la voie dans la recherche en robotique de terrain avancée.

Temps de changement dans nos temps changeants ?

Il est difficile de penser à un secteur économique plus important que l'agriculture. C'est une industrie qui affecte directement la vie de tous dans le monde, malgré les défis de tous côtés.

Les changements de température et précipitations influencent les rendements des cultures ; les agriculteurs et travailleurs agricoles sont directement exposés aux effets des extrêmes météorologiques, tandis que des millions d'autres dans les emplois liés à l'alimentation ressentent déjà l'impact de notre climat changeant.

De plus, les consommateurs aujourd'hui sont de plus en plus conscients du problème des produits chimiques utilisés dans la production de leur nourriture et demandent une production durable de produits toujours plus savoureux, de plus haute qualité.

Trouver la meilleure façon de traiter ces problèmes tout en rencontrant les pressions environnementales cause de nombreux gouvernements à se tourner vers les spécialistes de l'automatisation et experts technologiques pour essayer d'améliorer le sort de l'agriculteur, répondre aux demandes des consommateurs, et s'attaquer aux myriades de défis confrontant l'industrie.

Recherche agriculture intelligente avec SMASH en Italie

L'automatisation et la technologie accrues dans l'agriculture ne sont rien de nouveau en soi – en fait, cela se produit depuis la Révolution Industrielle.

Mais ce qui est nouveau, c'est comment la technologie est utilisée pour s'attaquer aux problèmes liés au contrôle des maladies alimentaires et aux modèles météorologiques instables.

Le focus est maintenant sur l'atteinte des rendements désirés d'une manière écologiquement durable, avec un focus continu sur la réduction de la quantité et du type de produits chimiques utilisés.

Sécheresse, inondations et l'apparition de nouveaux ravageurs et maladies sont, cependant, maintenant une menace sur tous les continents. Même l'Europe fait face à un défi à travers ses systèmes agricoles.

Ceci est particulièrement vrai pour des pays tels que l'Italie, qui a fait face à une chute de 57 pour cent de sa récolte d'olives 2018 – la pire en 25 ans – comme résultat du changement climatique, selon les scientifiques.

Avec son centre de recherche européen niché dans les collines au-dessus de Florence, Italie, Yanmar R&D Europe est bien placé pour se concentrer sur une variété d'études basées sur le terrain pour apporter de la valeur ajoutée à l'industrie agricole – et possiblement même attirer une nouvelle génération de travailleurs vers la terre.

Cela inclut le projet « SMASH » de deux ans, 4 millions d'euros, mené en coopération avec 10 partenaires technologiques pour développer un « éco-système » agricole mobile pour surveiller, analyser et gérer les cultures agricoles.

Voici une liste des autres partenaires impliqués et leurs rôles dans le projet SMASH :

• EDI : Une entreprise d'ingénierie mécanique et électronique qui a aidé à développer la base mobile du système robotique.
• AvMap : technologie et capteurs pour la navigation de la base mobile.
• Base : transmission de données, traitement de données, stockage cloud de données.
• Seintech : analyse de données, data mining et apprentissage automatique.
• Université de Florence, Département Agriculture : développement des effecteurs finaux.
• IIT (Institut Italien de Technologie) : système robotique (Plantoid) pour surveiller et analyser le sol.
• Institut Bio-Robotique Sant'Anna : développement d'un manipulateur à installer sur le bras robotique, pour collecter des échantillons et manipuler des objets.
• Copernico : préparation du drone pour surveillance et cartographie.
• DORIAN : technologies et algorithmes pour vision machine.
• Giuntini Filippo : agronome.

L'acronyme « SMASH » signifie « Smart Machine for Agricultural Solutions Hightech », et ce projet a été co-financé par le gouvernement local de Toscane.

Il consiste en le développement d'une plateforme robotique modulaire qui emploie les dernières technologies de l'information et communication pour examiner les cultures et sols, analyser l'information rassemblée et fournir des informations claires et actionnables aux agriculteurs pour soutenir la gestion des cultures.

Un des nombreux rôles de Yanmar était de développer des systèmes de contrôle pour le bras robotique polyvalent pour manipulation mobile (incluant pulvérisation de précision), intégration de capteurs pour technologies de positionnement, et navigation autonome et développement logiciel pour le contrôle de la base mobile du système (en collaboration avec d'autres partenaires).

Pour l'ingénieur modélisation et contrôle de YRE Manuel Pencelli, développer un prototype d'agro-bot qui pourrait être utilisé pour surveiller et contrôler les cultures, prendre des échantillons de sol pour analyse et cibler avec précision les produits chimiques agricoles pour application de précision, a requis de nombreux domaines d'expertise différents dès le début du projet.

Pencelli dit : « Il y a eu beaucoup de partenaires impliqués tout au long. Nous avions besoin d'expertise mécanique pour développer la structure du véhicule, et beaucoup d'experts en « communications » parce que nous avons beaucoup de dispositifs qui ont besoin de « parler » entre eux.

« Notre point de départ était en fait un véhicule à chenilles qui a été originellement construit pour se déplacer le long d'une plage et nettoyer le rivage ! »

Il y a deux prototypes SMASH fonctionnels – un pour vignes et l'autre pour épinards – pour couvrir les deux types de cultures différents qui étaient originellement prévus pour la recherche.

Le premier a déjà subi des tests significatifs dans une ferme viticole dans la province de Pise, où Manuel a été instrumental pour démontrer les possibilités que cet éco-système robotique pourrait offrir aux agriculteurs.

Pencelli dit : « SMASH n'est pas une machine unique, mais une série de différents dispositifs incluant un robot, station de base, drones et capteurs de terrain qui ensemble fournissent des informations vitales pour aider les agriculteurs.

« Un agriculteur pourrait programmer la tâche qu'il veut que SMASH effectue, et pendant qu'il est impliqué dans d'autres activités, cette machine pourrait se déplacer de manière autonome, surveiller les cultures, détecter et traiter les maladies, et économiser à l'agriculteur ou ses travailleurs un temps significatif dans les champs à vérifier manuellement les cultures. »

Cartographie et surveillance, désherbage et fertilisation

SMASH consiste en une base mobile, un bras robotique avec manipulateurs et systèmes de vision, un drone et une station au sol auxiliaire. Imaginez un système conçu pour fonctionner à travers une gamme de technologies d'agriculture de précision, offrant des insights spécifiques sur la géomatique, robotique, data mining, apprentissage automatique et ainsi de suite, tout en prenant en compte les enjeux environnementaux et sociaux auxquels font face les agriculteurs.

Pour Pencelli, les possibilités pour SMASH sont infinies. Il dit : « En plus de toutes les fonctions qui peuvent être effectuées par le bras robotique, nous avons aussi quelques accessoires qui peuvent être montés sur l'arrière du véhicule pour le désherbage mécanique, ou travailler le sol, pendant qu'il se déplace.

« Ce travail peut être fait simultanément, ensemble avec la surveillance et la détection. »

L'expertise de Yanmar a été dans le développement logiciel pour l'agro-bot et l'intégration et l'installation de tous les composants des autres parties.

C'est une masse compliquée d'électronique, avec fils, capteurs, caméras, récepteurs GPS, et moteurs électriques multiples – huit d'entre eux – compétant pour l'espace.

Mais tout marche – même sur un vignoble boueux en fin février où le système de direction indépendant et la traction supérieure sont démontrés sur une variété de terrains.

Pencelli ajoute : « La fusion de capteurs a été l'un des aspects les plus challengants de ce projet.

« Parce que nous avons un environnement très particulier dans les champs, où un nombre de variables peuvent changer, comme l'infrastructure, le sol, la forme des champs et même d'autres travailleurs se déplaçant autour de l'agro-bot.

« Donc, la localisation du véhicule, améliorer sa robustesse et comprendre ses contraintes physiques étaient intéressants – comme la vitesse, l'angle de direction, le positionnement, et la communication entre les dispositifs embarqués montés – tous ces aspects peuvent affecter le mouvement du véhicule. »

La force dans le nombre

YRE a aussi uni ses forces avec le Département Agriculture de l'Université de Florence afin de faire avancer davantage les activités de recherche sur le terrain.

L'université a une expérience significative dans la gestion durable des cultures, ayant récemment complété le projet Rhea financé par l'UE qui examinait l'amélioration de la qualité des cultures, santé et sécurité pour les humains, et réduction des coûts de production en utilisant une flotte de petits robots hétérogènes – au sol et aériens – équipés de capteurs avancés, effecteurs finaux améliorés et algorithmes de contrôle de décision améliorés.

Pour le projet SMASH, le Professeur Marco Vieri de l'université croyait qu'une approche holistique de la recherche était nécessaire, aux côtés de l'activation des dernières technologies.

Il dit : « L'agriculture fournit nourriture, fourrage, fibre et carburant pour les humains, mais nous devons aussi considérer les enjeux ruraux, culturels et historiques.

« Dans le passé, il y avait un calendrier annuel d'opérations agricoles, mais un nouveau mindset est requis ces jours-ci qui nous permet de contrôler et atténuer les risques tels que sécheresse, ravageurs et inondations.

« Nous avions besoin d'explorer l'automatisation accrue non seulement pour améliorer et augmenter la quantité de produit, mais aussi pour appliquer une valeur ajoutée.

« Yanmar partage notre vision pour aider les agriculteurs à réaliser une production saine, à haute valeur avec un vrai système technologique, donc notre part dans SMASH a été de développer équipement et effecteurs pour les deux scénarios de vignobles et cultures horticoles comme les épinards.

« Nous avons une connaissance extensive des machines agricoles et nouvelles possibilités technologiques, donc c'est à propos d'aider à réduire l'utilisation de pesticides qui ne sont pas sûrs pour les micro-organismes du sol et plantes, tout en augmentant le niveau de nutriments et bactéries utiles. »

Il est juste de dire que les agriculteurs sont sur la ligne de front des débats entourant le climat, émissions et durabilité.

Même quand il s'agit de cultures à haute valeur comme les raisins, olives et noix trouvés dans cette région d'Italie, il est difficile de s'opposer à l'utilisation d'agriculture automatisée et connectée pour apporter données scientifiques et besoins des agriculteurs ensemble.

Après tout, les robots peuvent travailler 24 heures par jour, ils ont moins d'impact sur le sol que les tracteurs en raison de leur taille plus petite.

Imaginez une flotte de robots une fraction de la taille d'un tracteur conventionnel et il est facile de voir les possibilités que l'agriculture de précision pilotée par IA et technologie peut offrir dans les années à venir.

L'utilisation de drones pour cartographier les champs et vérifier les cultures ; et d'agro-bots pour récolter les fruits, semer les graines, identifier et traiter les mauvaises herbes avec des doses exactes de pesticide et d'engrais – tout est à propos de cibler les efforts seulement dans les zones qui ont besoin de travail, ce qui permet une réduction de la main-d'œuvre, coûts capitaux et émissions comme résultat.

Avec sa recherche en cours dans la robotique agricole avancée, Yanmar relève le défi de montrer les possibilités et bénéfices potentiels des techniques d'agriculture de précision accrues dans le futur.

Que les tracteurs automatisés et robots travaillant les champs deviennent une vue familière reste à voir, mais il est difficile de s'opposer à l'utilisation de la technologie pour augmenter durablement la qualité et les rendements de la terre.

Et si le son des drones survolant les cultures signifie que les agriculteurs sont capables d'identifier les patterns de croissance et besoins en nutriments, et puis livrer pesticides et engrais avec une précision chirurgicale avec une flotte de robots, alors sûrement ce sera un ajout bienvenu aux outils actuellement utilisés dans nos champs.