Michael Back e seu filho Simon, proprietários da vinícola Backsberg entre Paarl e Franschhoek no Cabo Ocidental, tiveram um problema na época da colheita do mirtilo: seus colhedores tiveram que caminhar até 150m de e para os centros de controle de qualidade para entregar a fruta. .

A ineficiência do sistema era óbvia, então os Backs decidiram encontrar uma maneira de reduzir o tempo de caminhada e aumentar as horas gastas na coleta e triagem.

Simon explica que eles não queriam usar tratores, pois as fileiras em seu pomar são estreitas (2m a 2,5m dependendo da variedade), e os tratores teriam que passar pelos trabalhadores da fazenda, cujo número aumenta para mais de 300 em Alta temporada a partir de agosto. a novembro.

Além disso, os tratores consomem muito combustível, têm alta pegada de carbono, aumentam o risco de compactação e exigem motoristas.

“Estávamos procurando uma solução semelhante a uma esteira transportadora onde os trabalhadores pudessem colocar suas caixas [de frutas] exatamente onde estavam trabalhando. Então meu pai teve a ideia de ter uma plataforma de transporte robótica que acompanhasse automaticamente as equipes de coleta para cima e para baixo nas filas para pegar e entregar suas lixeiras aos centros de controle de qualidade”, conta Simon. .

Carl Malherbe, um dos gerentes da fazenda, sugeriu que os Backs consultassem o engenheiro eletrônico Cobus Meyer para ajudar a desenvolver esta solução. Meyer, por sua vez, abordou Chris von Wiellig, um colega engenheiro eletrônico, para ajudar nesse desafio.

Desde então, Cobus, Chris, Michael e Simon fundaram a ARCi Technologies e desenvolveram o que provavelmente pode ser considerado o primeiro robô agrícola semi-autônomo da África do Sul, o ARCi. O nome é derivado do termo 'transportador robótico agrícola' e é pronunciado 'Archee' para dar à máquina alguma personalidade.

Os dois primeiros protótipos

O modelo original era um antigo carro de controle remoto da infância de Cobus, que eles adaptaram com uma câmera barata para testar a primeira versão de sua tecnologia de orientação autônoma.

“Queríamos mostrar que poderíamos implementar um sistema autônomo básico com peças baratas que pudessem guiar nosso carro por uma fileira em um pomar”, diz ele.

Os resultados foram promissores e levaram ao desenvolvimento de seu segundo protótipo, que eles testaram durante a safra 2020 do Back. Substancialmente maior que a primeira, esta máquina pode transportar quatro caixas de coleta em uma camada, bem como tecnologia avançada de câmera para melhorar a precisão do sistema de orientação autônomo.

“O segundo protótipo foi muito bem sucedido na movimentação entre as fileiras do pomar, sem acidentes ou ferimentos. No entanto, ainda é necessário trabalhar para melhorar a navegação quando o robô sair das fileiras, e estamos abordando isso com nosso [terceiro] protótipo pré-comercial. Fora das fileiras, usamos uma combinação de GPS de alta precisão, sensores de roda e tecnologia de aprendizado de máquina para nos ajudar a navegar em ambientes desconhecidos com segurança”, explica Cobus.

O robô é considerado semiautônomo, pois não pode ser transportado entre pomares e até a estação de carregamento de baterias. A versão pré-comercial pesa cerca de 100kg e tem 1,2m de comprimento, 0,9m de largura e cerca de 0,8m de altura.

De acordo com Simon, os trabalhadores estavam preocupados com o robô no início, mas logo perceberam que ele estava ali para ajudá-los, não para substituí-los.

“Os pomares de bagas precisam ser colhidos várias vezes para garantir que a fruta seja colhida na maturidade ideal. Nossos trabalhadores recebem um salário base e os bônus estão ligados à produtividade, então o robô permite que eles aumentem seus lucros, dando-lhes mais tempo para colher frutas em vez de ter que andar [de e para o centro de controle de qualidade]. Isso, por sua vez, tem um impacto positivo na renda agrícola, pois resulta em embalagens maiores e melhores”, diz Simon.

Os trabalhadores interagem com o robô por meio de uma interface simples de três botões localizada em cada lado. Eles podem parar o robô e enviá-lo para frente ou para trás em seu caminho.

Desafios e atualizações

Durante os testes, o segundo protótipo ocasionalmente se perdia, mas era aqui que as fileiras de plantas não se encaixavam no layout convencional; por exemplo, quando faltam mais de duas plantas vizinhas seguidas.

No entanto, segundo Michael, esse não é um retrocesso significativo, pois essas usinas devem, de qualquer forma, ser substituídas. Ele aconselha os agricultores que estão pensando em usar a robótica para projetar seus pomares para que a máquina possa se mover facilmente.

“Embora o terreno possa ser ondulado, não deve ser coberto de grama que possa obstruir os sensores [do robô], nem deve estar cheio de buracos que possam afetar o movimento da máquina”.

Outro desafio foi encontrar uma maneira de identificar os retornos dos catadores após a entrega de suas frutas. Isso foi resolvido conectando um scanner de peso ao robô; os funcionários escaneiam cada balde na entrega para fins de identificação.

“Esta não foi uma grande mudança, pois a função [pesagem de digitalização] foi simplesmente movida do centro de controle de qualidade para o robô”, diz Simon.

Embora não tenha havido ferimentos ou danos às plantas durante o teste, alguns baldes de frutas foram sacrificados na busca da inovação.

Cobus explica que durante os testes, a plataforma do robô foi equipada com várias prateleiras para aumentar o volume de bagas que poderia transportar por carga.

“Conseguimos transportar cargas de até 70kg antes de nos depararmos com problemas de estabilidade causados ​​por má distribuição de peso e design mecânico. O robô é [realmente] capaz de carregar muito mais [do que isso].”

O robô também carregava baldes vazios que os trabalhadores trocavam por cheios para que não precisassem andar muito para fazê-lo.

O terceiro protótipo da empresa, ou versão pré-comercial, é um avanço significativo em relação ao segundo protótipo. Além de possuir tecnologia mais avançada, também possui um centro de gravidade mais baixo e é muito mais robusto que o modelo anterior, tornando-o menos propenso a tombar sob o peso de uma carga pesada.

Além disso, ele foi equipado com rodas maiores para evitar escorregar ou ficar preso em terrenos molhados ou irregulares e possui uma interface de usuário com tela sensível ao toque para fornecer aos operadores treinados uma visão mais detalhada do status da máquina, incluindo o nível da bateria.

O robô é alimentado eletricamente, com o segundo protótipo capaz de funcionar por até dois dias antes que sua bateria precise ser recarregada.

“Idealmente, o robô seria recarregado com uma fonte de energia renovável, como solar, eólica ou hidrelétrica, o que ajudaria a reduzir a pegada de carbono de uma fazenda”, diz Cobus.

Infelizmente, a maior parte da eletrônica do robô precisa ser importada, mas o corpo e a maioria das peças mecânicas são feitas localmente, e a empresa está tentando projetar a máquina de forma que seja fácil para um mecânico na fazenda. Repare-o rapidamente ou troque seus componentes principais quando algo quebrar. Isso, segundo Cobus, reduzirá o tempo de inatividade com a versão comercial.

aplicações futuras

A ARCi Technologies sediará um dia de campo em novembro para mostrar o protótipo pré-comercial.

"Esperamos gerar interesse e conseguir alguns pedidos para agilizar a comercialização do produto", diz Cobus.

Embora o projeto inicial seja destinado à produção de mirtilo, a máquina também deve funcionar bem para outras culturas de trabalho intensivo, como uvas de mesa e morangos. Além disso, a empresa já recebeu questionamentos das indústrias de segurança e aviação sobre se a tecnologia poderia ser adaptada para seus propósitos.

Como o robô é modular, pode ser adaptado para uso com outras aplicações. De acordo com Michael, ele pode ser equipado com sensores que, combinados com o software certo, podem ajudar a identificar manchas estressadas nos pomares que podem estar relacionadas a doenças ou problemas de irrigação e fertilizantes.

“A beleza do ARCi é que ele pode ser usado sob redes de sombra e em túneis, ao contrário de drones e imagens de satélite”, acrescenta.

A tecnologia do sensor também pode ser usada para contar flores e avaliar a maturidade dos frutos, resultando em um melhor planejamento do trabalho, permitindo que os agricultores vejam quantos colhedores seriam necessários a qualquer momento. Também ajudaria o marketing de frutas aumentando [dados sobre] os volumes que podem ser entregues em horários específicos.

Além disso, o ARCi pode ser equipado com equipamentos de pulverização para ajudar no controle de pragas ou com uma luz ultravioleta para uma maneira mais ecológica de controlar pragas e doenças.

Simon diz que o ARCi não pretende substituir os trabalhadores rurais, mas sim ajudar a melhorar sua eficiência. “Globalmente, o trabalho agrícola está se tornando mais escasso e o mesmo provavelmente acontecerá na África do Sul, pois as pessoas encontram empregos mais atraentes. A onda agtech está sobre nós, e podemos surfar nessa onda e permanecer competitivos ou ser esmagados por ela.”