צפו: חקלאים רובוטיים פרי פיתוח של חוקרי הטכניון

הרובוטים שקוטפים פירות, יהונתן שר מ'זווית' מספר על טכנולוגיה חדשה שתעזור לחקלאים. תקופה זו של ראשית הקיץ הייתה מאז ומתמיד עת הקציר. אם בתקופה העתיקה היה צורך בהתגייסות מצד הקהילה כולה כדי להצליח לקצור את התבואה במלואה בעת הנכונה, ב-2022 קיימים קומביינים מתוחכמים שנוסעים בשדות ומאפשרים לעבד דונמים רבים במשימות מגוונות לאורך כל השנה, במהירות, ביעילות ותוך צורך במפעילים אנושיים בודדים בלבד.

עם זאת, גם בימינו עדיין יש צורך בלא מעט ידיים ועיניים אנושיות בזמן הקטיף של פירות רבים, שהקומביינים הגסים, שנועדו לטיפול בגידולי שדה, לא יודעים לבצע. המחסור בעובדי קטיף מדווח כמעט בכל מקום, בארצות הברית, באוסטרליה, בבריטניה, בווייטנאם ובברזיל. כשהתוצרת נשארת על העצים במקום להיקטף, הדבר מביא לאובדן של מזון איכותי וגורם להפסדים כלכליים אדירים, עובדה שתהפוך לבעייתית יותר ויותר עם הגידול המתמיד באוכלוסיית העולם.

בשורת מחקרים חדשים שהוצגו לאחרונה בכנס "הנדסת מים וסביבה אל מול שינויי האקלים" של היחידה להנדסת הסביבה, מים וחקלאות בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית של הטכניון, פותח רובוט קרקע נייד שיוכל להביא את עבודת הקטיף וחקלאות הפירות למאה ה-21. הרובוט, שפיתוחו הובל על ידי פרופסור-חבר אמיר דגני מהיחידה להנדסת הסביבה, מים וחקלאות בפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית בטכניון, יידע להשתמש ברחפן או במספר רחפנים קטנים כדי לבצע את כל הפעולות שנדרשות במטעים – בדיוק ובחסכנות רבה יותר משמעותית ממה שמתאפשר לחקלאים היום.

הפיתוחים הקיימים לא מתאימים לקטיף פירות, הפער בין כמות עובדי הקטיף להיקף העבודה צפוי להפוך למשמעותי יותר כשאוכלוסיית העולם תמשיך לגדול. עד 2050 צפויים להיות בעולם יותר מ-9 מיליארד איש, וכדי להאכיל את כולם יהיה צורך להגדיל את היקף ייצור המזון ב-60-35 אחוז (אלא אם כן העולם כולו יעבור לתזונה מן הצומח). אפשר היה אולי לצפות שעם עולם מאוכלס כל כך לא יהיה מחסור בידיים עובדות, אבל לא כך הדבר.

"כבר עשרות שנים שאנשים עוברים מהכפר לעיר – ופחות רוצים לעסוק בעבודות כפיים", מסביר דגני. "רואים את זה בבינוי ובחקלאות, וזה קורה בכל מקום – כולל במדינות עם אוכלוסייה גדולה מאוד, כמו הודו וסין. בהודו, למשל, קטיף הקוקוס מהווה משימה חשובה מאוד – אבל פחות ופחות אנשים יודעים ורוצים לעבוד בזה". לדבריו, הבעיה קיימת גם בישראל. "כמו במדינות מערביות רבות, גם בישראל יש לא מעט שנים שבהן תפוחים מגיעים לקרקע כי אין מי שיקטוף אותם בזמן".

דגני מאמין שהפתרון לבעיות אלו טמון ברובוטים שיודעים לבצע קטיף. "כמו שאוטומציה פתרה רבות מהבעיות שאפיינו גידולי שדה, בעזרת מכונות כמו קומביינים, ברגע שנוכל להתאים אותה למטעים היא תוכל לעזור לחקלאים בהתייעלות ובהורדת חוסר הוודאות שטמון כיום בהשגת כוח אדם מיומן לתקופות ספציפיות בשנה", הוא אומר.

חשוב לציין שאוטומציה של קטיף צריכה להיות שונה מזו שמשמשת לטיפול בגידולי שדה – שכוללת רובוטים גסים, גדולים ויקרים מדי. "בגידולי שדה מבצעים קטיף וקציר מסיביים על כל האזור, לרוב בלי הבחנה", אומר דגני. "קטיף של פרי למאכל צריך להיות עדין וסלקטיבי, צריך לקטוף את הפירות אחד-אחד ולהניח אותם בזהירות".

לדברי דגני, גם זרועות רובוטיות שמשמשות כיום במפעלים, שלהן טווח תנועה גדול ויכולת דיוק שבני אדם יכולים רק לשאוף לחקותם, לא מתאימות למשימה. "אומנם הזרועות הרובוטיות יודעות לבצע פעולה שתוכננה מראש – אבל יכולות החישה וקבלת ההחלטות שלהן הן מוגבלות, ולא מתאימות לחקלאות", הוא אומר. "חקלאות היא עולם קשה יותר, יש צורך לעבוד בסביבה עם אי-ודאות גדולה ותאורה ותנאי עבודה משתנים, ולכן חייבות להיות לרובוט יכולות חישה וקבלת החלטות מורכבות".

לדבריו, אל כל אלה נוסף אילוץ המחיר – יש צורך שהרובוט לא יהיה יקר מדי, כדי שהחקלאים יוכלו לקנותו. רובוט עם סיוע אוויריהקשיים לא הרתיעו את דגני וצוותו, שניגשו לעבודה. אתגר ראשון שאיתו הם התמודדו הוא הצורך שהרובוט יתמצא במטע – משימה מורכבת יותר ממה שהיא נשמעת. "כדי שהרובוט יפטרל ויעבור בין כל העצים – למשל, במטרה לזהות באיזה עץ ואיפה בעץ הוא מזהה מזיקים או תפוחים בשלים – חשוב שהוא יידע בדיוק איפה הוא נמצא", מסביר דגני.

סביבת המטע היא הומוגנית יחסית מנקודת מבט קרקעית, כשרוב העצים נראים בערך אותו הדבר, פני הקרקע משובשים יחסית וקליטת ה-GPS לא אמינה במיוחד. קושי זה הוליד את הרעיון לשיתוף פעולה בין רובוט קרקעי – לרחפן. החוקרים גילו שכשמשתמשים בנקודת מבט של רחפן נמוך, אפשר להיעזר בשוני בתצורה של חופות העצים (צמרות העצים שיוצרות סוכך דמוי חופה) שלצד הרובוט כדי לזהות את מיקומו. המחקר הראשון בנושא פורסם במגזין IEEE, שעוסק ברובוטיקה ואוטומציה.

כיום עובדים החוקרים על דרכים נוספות שבהן הרובוט-חקלאי יוכל להיעזר ברחפנים קטנים כדי לבצע את הפעולות שנדרשות במטע. ראשית, הם הדגימו שרחפן יכול להקיף עץ, וליצור תמונת תלת-ממד מפורטת של כל אחד מהעצים שבשטח. אלו נדרשות כדי לייעל את העבודה החקלאית ולעבור למודל מודרני של "חקלאות מדייקת".

"הכוונה היא שבמקום שנקבל החלטות בנושאים כמו דישון, השקיה, דילול, טיפול במזיקים או ביצוע קטיף ברמת השדה השלם, נסתכל על החלקה החקלאית ברזולוציה גבוהה יותר ונקבל החלטות כאלה עד רמת העץ הבודד", מסביר דגני. הדבר יאפשר להגדיל את כמות התוצרת, באמצעות הענקת התנאים המיטביים לכל עץ בודד – ומעבר לכך, לחסוך שימוש במשאבים כמו מים ודשן, ובחומרי הדברה שעלולים להיות מסוכנים.

"הפתרון שאני מאמין בו הוא של רובוט נייד שנמצא על האדמה ויודע לחוש את העץ – ובשלב מסוים ממש לבצע את הפעולות המכניות הנדרשות", מסביר דגני. לפי המודל שמקודם במחקריו, הרחפנים הקטנים והזולים שבהם הרובוט הקרקעי ישלוט יוכלו לסייע לו בפעולות כמו ניווט, חישה או מגע ממשי עם העץ – כמו למשל בהאבקה של הפרחים, מיזם נוסף שנמצא בתהליכי פיתוח במעבדה בימים אלה.

תפוחים לעשירים בלבד?

כיום, המחקרים של דגני נמצאים בשלב האב-טיפוס, והם מדגימים אפשרויות לפיתוח עתידי. כך או כך, בתעשיית הפרי קיימים כבר מספר ניסיונות אוטומטיזציה – כגון הפיתוח של חברת FFRobotics הישראלית, של רובוט נוסע שמצויד בזרועות שמבצעות קטיפה, או הרובוט של Tevel-Tech, שמשתמש ברחפנים קוטפים ואמור להיכנס לשלב פיילוט בשנה הקרובה.

מעבר לכך, מסתבר שלא רק זהות הקוטפים צפויה להשתנות בעתיד, מאנושית לרובוטית – אלא גם מבנה המטע עצמו. "האופן שבו אנחנו מהנדסים ומגדלים עצים תשתנה, והם יעוצבו בצורה שתהיה נכונה לקטיף רובוטי", מסביר דגני.

"כבר היום אפשר לראות בעולם מטעי תפוחים שנראים כמעט כמו קיר דו-ממדי שעליו גדלים פירות. זו לא הנדסה גנטית אלא פעולות הנדסיות מכניות שנועדו להפוך את המטע לכמה שיותר יעיל". מבנה הפרדס החדש מאפשר שתילה צפופה יותר עם יבול רב יותר, ונועדה לאפשר קטיף קל יותר – לאנשים ולרובוטים. כיום נמצאים בעיצומם מחקרים שנועדו לקבוע מהי התצורה היעילה ביותר, בהכנה לעידן שבו רובוטים ייכנסו לשדות.

בסופו של דבר, לפי דגני, הכול מכוון לעבר התייעלות – פשוט מכיוון שאין לנו ברירה אחרת. "גם בחקלאות המודרנית החקלאי יהיה חשוב מאוד, אבל הוא יצטרך הרבה פחות ידיים עובדות", הוא אומר. "כמו לא מעט דברים, הנתונים יהיו במרכז, כדי לעזור לו לקבל החלטות מושכלות – והרובוטים יבצעו את המשימות בשטח. זה מה שיכווין את ההתייעלות, כך שנוכל להגיע ליעד של יבול מספק, שיאפשר להאכיל את כל בני האדם שהולכים ומתרבים", הוא אומר.

"מכיוון שעם הזמן יש פחות אדמה, פחות משאבים ופחות כוח אדם, קיים הכרח למצוא פתרון – אחרת, פירות כמו תפוחים יהיו נגישים רק לעשירים ביותר", מסכם דגני

הכתבה הוכנה על ידי 'זווית', סוכנות הידיעות של האגודה הישראלית לאקולוגיה ולמדעי הסביבה.

'בחדרי' גם ברשתות החברתיות - הצטרפו!