Lauksaimniecība vienlaikus saskaras dažādām prasībām no vairākām pusēm: no lauksaimniekiem sagaida, ka tie ražos vairāk pārtikas, izmantos mazāk ķimikāliju, samazinās degvielas patēriņu, aizsargās augsni un bioloģisko daudzveidību, kā arī iztiks ar nelielu skaitu darbinieku. Šīs prasības situāciju sarežģī, bet arī skaidri liecina, ka lauksaimniecībai ir nepieciešami precīzāki un ilgtspējīgāki darbības veidi.

Ne tikai tāla ideja

Autonomos robotus arvien biežāk uzskata par daļu no risinājuma, taču drošībai jābūt pirmajā vietā. Pirms jautājam, ko tie spēj, svarīgāks ir jautājums: “Kā varam būt pārliecināti, ka reālos laukos, reālu cilvēku klātbūtnē un reālos apstākļos tās strādās droši?”

Šis jautājums ir svarīgs, jo lauksaimniecības roboti vairs nav tikai tāla ideja. Tie tiek konstruēti sēšanai, nezāļu ravēšanai, augu slimību profilaksei un ražas novākšanai. Piemēram, NMBU robotikas grupa ir izstrādājusi Thorvald platformu – modulāru lauka robotu, kas paredzēts dažādiem lauksaimniecības darbiem. Šo izgudrojumu nozīmīgu padara gan tas, ka platforma ir autonoma, gan fakts, ka tā norāda uz atšķirīgu pieeju lauka darbiem.

Drošība pirmajā vietā

Nepaļaujoties tikai uz lielām, smagām mašīnām, lauksaimniecībā var pāriet uz vieglākām un elastīgākām sistēmām, kas strādā ar lielāku precizitāti, samazina nelietderīgu noslodzi un rada mazāku slogu gan darbiniekiem, gan augsnei. Tas ir lauksaimniecības robotikas potenciāls, ar ko vien nepietiek. Ja šīs sistēmas tiks izmantotas vīna dārzos, augļu koku plantācijās un atklātos laukos, drošībai jābūt pirmajā vietā.

Kāpēc lauksaimniecībā izmantojam robotus?

Robotika lauksaimniecībā praktisku iemeslu dēļ ir kļuvusi neaizstājama, jo, kā iepriekš minēts, no lauksaimniekiem tiek prasīts daudz. Automatizācija ir saistīta ar precizitāti, laiku un ilgtspējību. Noderīga pieredze ir autonomo transportlīdzekļu izmantošana. Šie transportlīdzekļi ir parādījuši, cik pārliecinoša var būt autonoma vadība un cik trausla tā kļūst neparastās, haotiskās situācijās.

Inženieri to dažkārt dēvē par “garo asti” – milzīgs skaits situāciju, kas atsevišķi sastopamas reti, bet kopumā ir neizbēgamas. Ceļu remontdarbu izkārtojums, saules atspīdums, sniegs, kas pārklāj ceļa marķējumus, vai bērns, kas izskrien aiz novietotas automašīnas,– tas viss var būt viegli risināms parastam autovadītājam, taču sarežģīts autonomai sistēmai. Droša rīcība ir atkarīga no uztveres, prognozēšanas un plānošanas neskaidrības apstākļos.

Tā pati atziņa attiecas arī uz lauksaimniecību. Lauka robots var labi darboties “tīrā” demonstrācijas vidē, bet saskarties ar grūtībām, kad apkārtējā vide kļūst haotiska. Pārvērtības ir dažādas – mainās ēnas, ceļas putekļi, augi noliecas uz ceļa, augsnes virsma lietus dēļ pārvēršas dubļos un veidojas dziļas risas maršrutā. Kas pirms brīža šķita drošs, var tāds vairs nebūt. Lauksaimniecībā pārmaiņas nav izņēmums, bet normāls stāvoklis.

Riski un sarežģījumi laukā. Kāpēc tie atšķiras no laboratorijas?

Lauka apstākļi ir viens no iemesliem, kāpēc zemkopība var būt sarežģītāka, nekā šķiet, no malas vērtējot. Robots laboratorijā var šķist uzticams, jo apkārtējā pasaule ir vienkāršota. Apgaismojums tiek kontrolēts, šķēršļi ir zināmi, scenārijus var atkārtot. Simulācija un laboratorijas testi ir būtiska kontroles sastāvdaļa, bez tās progress būtu lēns un riskants. Taču var rasties arī viltus pārliecība. Īstie sarežģījumi sākas, kad mašīna pamet kontrolētos “siltumnīcas” apstākļus un nonāk dzīvē, mainīgā vidē.

Uztveršana nav “redzēšana”

Grūtības rada ne tikai kustība, arī uztvere. Robotam uztveršana nav tas pats, kas redzēšana, bet interpretācija neskaidrā situācijā. Kameras un sensori nesniedz noteiktību, tie piegādā datus, kurus programmatūrai ir jāinterpretē. Mašīnmācīšanās ir padarījusi šo procesu daudz spējīgāku, īpaši atklāšanā un klasificēšanā, taču tā rada arī būtiskas drošības problēmas. Modelis var būt kļūdains, tā darbība var pasliktināties, mainoties laika apstākļiem, apgaismojumam vai kultūraugu stāvoklim. Ja kaut kas noiet greizi, bieži ir grūti izskaidrot, kāpēc.

Tas ir ļoti svarīgi, jo cilvēkiem, kas strādā robota tuvumā, nekad nevajadzētu minēt, ko tas grasās darīt. Cilvēkam svarīgākais ir būt pārliecinātam par savu drošību. Galvenais tehniskais jautājums nav, vai robotus var padarīt maksimāli efektīvus, svarīgi, vai tos var padarīt uzticamus, kas prasa daudz atbildīgāku pieeju. Sensori nekad nebūs perfekti, modeļiem vienmēr būs ierobežojumi, cilvēku uzvedība mašīnas tuvumā nekad nebūs pilnībā paredzama.

Šādā situācijā drošība nevar balstīties optimistiskā pieejā, skaistos robotu demonstrējumos vai lielā darba stundu skaitā. Drošība ir jābalsta pārliecībā.

NMBU: no paša sākuma drošība ir robotu sastāvdaļa

Ja runājam par autonomo transportlīdzekļu pieredzi, nākamais jautājums – kāda ir atbildīgāka pieeja lauksaimniecībā. NMBU robotikas grupa drošību jau no paša sākuma ir iebūvējusi sistēmā, pirms robotam uzticēties reālā lauka darbā, to testē pa posmiem. Drošība nav “kaut kas, ko pārbauda pašās beigās”.

Drošību ir metodoloģiski pareizi uzskatīt par sistēmas dizaina daļu, ne galīgo pārbaudi. Robots tiek attīstīts, veicot pakāpeniskus testus, vispirms simulācijā, tad laboratorijā un tikai pēc tam kontrolētos lauka apstākļos.

Šajā procesā nozīmīga vieta ir formālajām metodēm. Drošības kontroles galvenās daļas var modelēt un pārbaudīt pirms ieviešanas, matemātiski un sistemātiski, kālab svarīgas drošības nianses tiek pārbaudītas agrīnā stadijā, nevis pieņemtas kā pašsaprotamas. Pārbaude darbības laikā nodrošina pārliecību lauka apstākļos, pārbaudot, vai drošības prasības joprojām tiek ievērotas.

NMBU robotikas grupa izmanto arī prognozējošo uzraudzību, kas novērtē, vai robots tuvojas situācijai, kurā var kļūt neiespējami ievērot drošības noteikumus. Tas dod sistēmai iespēju savlaicīgi rīkoties.

Kāpēc tas ir svarīgi sabiedrībai?

Sabiedrības uzticēšanos robottehnikai nevar iegūt ar perfekti izstrādātu tehnikas demonstrāciju vien. Uzticību iegūs, ja sistēmas sarežģītos apstākļos būs saprotamas, ja to ierobežojumus uztvers nopietni un ja drošību uzskatīs par projektēšanas prasību, ne sabiedrisko attiecību papildelementu.

Lauksaimniecība ir tā ir joma, kurā autonomās sistēmas varētu sniegt reālus ieguvumus, attīstot tās ar piesardzīgi, pārredzami un pierādījumos balstīti. Bieži tiek uzskatīts, ka drošība bremzē inovācijas. Faktiski tieši drošība padara inovācijas pielietojamas. Robots, kas ideālos apstākļos darbojas lieliski, bet laukā – neparedzami, nav progress. Progresa pierādījums ir robots, kura darbību var pārbaudīt, izskaidrot un ierobežot.

Ja autonomās sistēmas lauksaimniecībā kļūs par ikdienas darba daļu, tām vispirms jābūt drošām un tikai pēc tam – viedām. Tas nav šķērslis progresam, bet vienīgais veids, kā tehniskais progress būs pelnījis uzticību.