Tekoäly ja robotiikka astuvat pelloille

Artikkelin pdf-versio

Positio 2/2018 sisällysluettelo

Kirjoittajat: Juha Backman

Kuvassa peltorobotti
Yhdysvaltalaisyhtiöt Autonomous solutions (ASI) ja CNH Industrial ovat laatineet konseptin autonomiseksi traktoriksi. Peltorobotit eivät kuitenkaan vielä ole korvaneet renkiä.
Kuva:
AUTONOMOUS SOLUTIONS

Maatilan tietojärjestelmät ovat kehittymässä viljelijän keskustelukumppaniksi. Peltorobotitkin ovat vain askeleen päässä.

Euroopan maatalouskoneiden järjestö CEMA on jaotellut maatalouden kehityksen viiteen eri askeleeseen. Nyt olemme neljännellä kehitysaskeleella, vaikkakin osa maatiloista vielä toisella tai kolmannella. Viidennellä askeleella mukaan tulevat robotiikka ja tekoäly.

Työvoimavaltaisesta tuotannosta vihreään revoluutioon

CEMA:n määrittelemä Maatalous 1.0 kuvaa tilannetta 1900-luvun alussa, jolloin maanviljely oli työvoimavaltaista. Tuottavuus oli alhainen ja noin kolmannes väestöstä tarvittiin alkutuotantoon. 1950-luvulla synteettiset lannoitteet ja torjunta-aineet otettiin käyttöön. Myös erikoistuneet työkoneet, kuten ajettavat kasvinsuojeluruiskut tulivat markkinoille. Maatalous mullistui ja tuottavuus kasvoi. Vihreänä revoluutiona tunnettu vaihe on CEMA:n määrittelyssä Maatalous 2.0.

Täsmäviljelystä Smart Farmingiin

Vaikka mekanisaation ja kemiallisten aineiden kautta saatiin aikaiseksi suurempi tuottavuus, ei se vielä riitä. Maailman väestömäärä kasvaa edelleen, ja entistä pienemmällä viljelymaalla on ruokittava suurempi määrä ihmisiä. Myös ympäristö- ja kestävyyskysymykset ovat nousseet tärkeämmiksi aiheiksi kuin 1950-luvulla.

CEMA määrittelee maatalous 3.0:n alkaneeksi 1990-luvulla GPS-sovellusten myötä. Laajemmin tämä tunnetaan nimellä täsmäviljely. Täsmäviljelyllä tarkoitetaan GPS-pohjaisen automaattiohjauksen, paikkakohtaisen siementen, lannoitteiden ja kemikaalien täsmäsäädön, telematiikan ja datan hallinnan käyttöä maanviljelyssä. Täsmäviljely parantaa toimenpiteiden tarkkuutta ottaen huomioon pellon sisäiset vaihtelut. Tarkoituksena on antaa jokaiselle kasville täsmälleen se, mitä kasvi vaatii kasvaakseen optimaalisesti. Tavoitteena on optimoida tuotos ja vähentää panoksia.

Maatalous 4.0 tai ”Smart farming” alkoi 2010-luvun alussa. Sensoreiden, toimilaitteiden ja prosessorien kehittyminen ja halpeneminen mahdollistavat niiden laajemman käytön viljelyssä. Kasvuston eri osista, kasvun vaiheesta ja kasvuston hyvinvoinnista saadaan enemmän ja täsmällisempää tietoa, jolloin mallinnus ja ennustus tarkentuvat ja automaattinen päätöksenteko helpottuu.

Pilvipalveluiden ja kehittyneen tietoliikenteen ansiosta työkone voi hyödyntää reaaliaikaisesti ympärillä olevien tietolähteiden välittämää tietoa. Eri järjestelmien välinen integraatio sekä älykkäiden teknologioiden integroituminen traktoreihin, puimureihin ja muihin työkoneisiin mahdollistavat täsmäviljelyn kehittymisen automaattisempaan suuntaan.

Datasta tietoa tekoälyn avulla

Seuraava askel kehityksessä on datan muuttaminen tiedoksi.

Oma visioni on, että maatilan tietojärjestelmät kehittyvät maanviljelijän keskustelukumppaniksi tekoälyn avulla. Tekoäly oppii maatilan, sen erityispiirteet, pellot ja työtavat. Tekoäly kysyy viljelijältä syitä, jos se ei datan avulla pysty itse selittämään poikkeuksia. Myöhemmin näistä, sekä muiden viljelijöiden selityksistä hyötyen viljelijä pystyy keskustelemaan pelloista ja tarvittavista toimenpiteistä ja niiden vaikutuksista tekoälyn kanssa. Viljelijä tekee kuitenkin itse lopulliset päätökset.

Tärkeä tavoite on kehittää viljelyprosessista entistä ympäristöystävällisempi ja kestävämpi. Lisääntynyt data mahdollistaa erilaisten ilmiöiden ja prosessien mallintamisen ja sitä kautta lisääntyneen tietämyksen.

Työkone korvaa rengin

Omassa visiossani myös työkonepuoli kehittyy automaation ja tekoälyn avulla, mutta ei maanviljelijän kumppaniksi vaan rengiksi. Viljelijä pystyy antamaan käskyjä robotille tai robottitraktorille ja robotti hakee tarvitsemansa tiedot maatilan tietojärjestelmistä. Robotti antaa tietojärjestelmän tekoälylle mittaustietoa data-pohjaista tiedonlouhintaa varten ja tekoäly tuo robotille käsitteistöä, esimerkiksi mitä kyseisellä aineella saa tai pitää tehdä.

Vaikka peltorobotit ovat vielä harvinaisuus, niitäkin markkinoivia yrityksiä on jo olemassa.

Kasvintuotantojärjestelmien digitalisaation tiekartta

Luonnonvarakeskuksessa vuonna 2015 toteutetussa tutkimushankkeessa selvitettiin kyselytutkimuksena kasvintuotantojärjestelmien tulevaisuuden visio sekä askeleet siihen pääsemiseksi. Vision mukaan Suomessa tulee olemaan sekä suuria että pieniä kasvinviljelytiloja. Molemmat tarvitsevat tuotantoonsa sopivat koneet, jotka ovat liitettyjä tilan muihin tietojärjestelmiin.

Robotisaatio muuttaa myös viljelytapaa: mekaaninen kasvinsuojelu muodostaa viljelyn perustan, jolloin luomun ja tehoviljelyn raja on sumentunut. Digitalisaatio sekä robotit mahdollistavat jatkuvan kasvustohavaintojen tekemisen sekä olosuhdetietojen paremman mittaamisen. Täsmäviljelyssä aletaan puhua alueen sijasta yksittäisten kasvin osien hoitamisesta, ja samalla kasvulohkolla viljellään eri kasveja sekaisin.

Kasvintuotantojärjestelmien digitalisaation tiekartta on vapaasti saatavissa Luken julkaisujärjestelmässä.

 

Juha Backman on biotalouden työkone- ja järjestelmäautomaatioon sekä robotiikkaan keskittynyt erikoistutkija Luonnonvarakeskuksessa. sähköposti: etunimi.sukunimi@luke.fi