Před několika lety byla pojmenována iniciativa ,,Zemědělství 4.0“ jako odnož nové předem avizované průmyslové revoluce pojmenované ,,Průmysl 4.0“. Plány slibovaly, že se přístup k zemědělství změní, a to zejména v oblasti řízení procesů, přesnosti operací a využití nových technologií. Tento článek nemá za cíl přinést nové a zásadní informace, ale spíše přehled o jednotlivých oblastech, technologiích a prvcích, které by v současnosti měly být v rámci zemědělské činnosti podle ,,Zemědělství 4.0.“ samozřejmostí a hlavními pilíři jeho náplně. Článek vznikl z analýzy vědeckých článků publikovaných mezi lety 2019 – 2023. Jak se tyto informace liší od cílů ,,Zemědělství 4.0“ a od reálné zemědělské praxe je ponecháno na úsudku čtenářů.
Ať se již pohybujeme na úrovni nejmodernějších technologií nebo těch ,,tradičních“, jejich zavádění vždy souvisí s finančními prostředky, které je nutné vynaložit na jejich pořízení a provoz. Alespoň z pohledu uživatelů, tedy zemědělců. Z pohledu výrobců a prodejců je vznik nových technologií spojen s prostředky investovanými do výzkumu vývoje a lidských zdrojů a zároveň s obrovskou příležitostí uspět na trhu s něčím novým. V neposlední řadě by se měl formou podpory na celém procesu významně podílet i stát, mezi jehož cíle patří, aby se tímto směrem zemědělství vyvíjelo.
Stále větší důležitost je v zemědělství kladena na práci s daty. Ať již interními v rámci chodu podniku nebo externími, která zemědělský podnik poskytuje nebo přijímá (v rámci prodeje, nákupu, reportingu atd.). Využití dat v zemědělském sektoru sice není novým pojmem, ale novinka spočívá v možnosti sektorové digitalizace. Dalším aspektem je kvalita informací získaných na úrovni farmy a technologie používané ke sběru, ukládání, zpracování, správě a sdílení takových dat. Výpočetní výkon stal v průběhu času dostupnější, což umožňuje tvořit nové nástroje na podporu řízení. Pokroky v technologii senzorů umožňují sledovat specifické parametry v reálném čase. Požadovaná data jsou sbírána zařízeními IoT (z výrazu Internet of Things). Data získaná v terénu jsou přenášena pomocí sítě na cloudový server pro jejich ukládání, zpracování a analýzy. Například technologie BIG DATA podporují využití velkého objemu dat v reálném čase včetně dat historických. Vedle ,,standardních“ algoritnů jsou pro vyhodnocení dat stále častěji využívány technologie umělé inteligence (AI). Významný pokrok v práci s daty umožňuje robotizace a vyšší stupně automatizace procesů. Klíčové prvky využívané moderními technologiemi lze stručně popsat následovně:
Senzory jsou hlavními částmi konceptu IoT (Internet of Things - síť fyzických zařízení, která jsou vybavena síťovou konektivitou, která umožňuje těmto zařízením sběr a využití dat).
Pokroky v technologiích umožňují zmenšit jejich velikost a zároveň je činí sofistikovanějšími a levnějšími. V posledních letech jsou v zemědělském sektoru široce používány drátové i bezdrátové senzory. Hrají nepostradatelnou roli v zemědělských činnostech tím, že získávají údaje o rostlinách, zvířatech, technologiích a prostředí.
Dálkový průzkum země je považován za techniku získávání dat na dálku prostřednictvím přístrojů, které nejsou ve fyzickém kontaktu se zkoumanými objekty. Z celého elektromagnetického spektra se v aplikacích dálkového průzkumu používá pouze malý rozsah vlnových délek. Patří mezi ně hlavně měření ve viditelné, infračervené a mikrovlnné oblasti. Platformy využívané pro tato měření zahrnují satelity, letecké snímkování s využitím letadel nebo dronů (UAV), bezpilotní pozemní vozidla (UGV) a ruční senzory. Pro měření lze využít i možnost instalace snímačů na běžně používanou mechanizaci a technologické prvky.
Často využívanými aplikacemi dálkového průzkumu jsou v zemědělství vegetační indexy pro hodnocení množství a stavu vegetace. Výsledky měření lze využít například k predikci výnosu plodin, stanovení obsahu živin, vodního stresu, zaplevelení, výskytu škůdců a chorob, vlastností půdy, atd.
Bezdrátové sítě senzorů (WSN) jsou využívány v řadě moderních technologií. Plní tři základní funkce:
- snímání;
- komunikace mezi různými složkami sítě;
- výpočty pomocí hardwaru, softwaru a algoritmů.
Pokud jsou součástí bezdrátové sítě senzorů akční členy (označované též aktuátory – fyzická zařízení odpovědná za interakci. s prostředím,) jsou tyto sítě označovány jako (WSAN). Jedná se například o prvky automatické navigace, sekční vypínání trysek při aplikaci, spínání ventilátorů ve stáji atp.
Robotika zaznamenala v posledních letech v zemědělství značný rozvoj. Hlavním důvodem je lepší finanční dostupnost a hlavně akutní potřeba zemědělských podniků nahradit nedostatek lidských zdrojů. Z počátku byly roboty využívány prakticky výhradně v živočišné výrobě, kde byly využity v průběhu celého roku a mohly nahradit jednoduché manuální činnosti. Postupně ale pronikají i do ostatních oblastí zemědělské výroby a v současnosti je možné pořídit autonomní energetické prostředky nebo přípojnou mechanizaci s robotickými prvky. Tyto roboty se podílejí na řadě zemědělských úkolů, jako je kultivace, odběr vzorků půdy, řízení zavlažování, přesná aplikace hnojiv a přípravků na ochranu, sklizňové a posklizňové operace atd.
Internet věcí (IoT) je termín používaný k označení konektivity mezi fyzickými a digitálními prvky. Pronikl do několika domén, jako je zdravotnictví, chytré domácnosti, chytrá města, průmyslová výroba, a zemědělství není výjimkou. Procesy v zemědělství je třeba neustále monitorovat a kontrolovat. Moderní technologie v kombinaci s internetem věcí ukázaly velký potenciál přispívat k dosažení vyšší efektivity zemědělských činností. V kontextu internetu věcí jsou používány různé komunikační protokoly a technologie. Srovnání nejčastěji používaných v je uvedeno v tabulce 1.
Sítě. Pro zemědělské aplikace založené na IoT jsou obecně nejvhodnější bezdrátové komunikační protokoly, jejichž spotřeba energie a náklady jsou nižší a mají dobrý dosah přenosu. To je případ Sigfox, ZigBee nebo LoRa. Technologie radiofrekvenční identifikace (RFID) a technologie NFC jsou používány spíše pro sledování zemědělských produktů. Wi-Fi se ve velké míře používá v přenosných zařízeních (např. smartphony, notebooky a tablety) a stolních počítačích, bohužel ale není tím nejvhodnějším řešením pro zemědělské aplikace, protože vyžaduje relativně hodně energie a je poměrně nákladná. V případě Bluetooth, přestože se jedná o vysoce bezpečnou technologii, je jeho přenosový dosah krátký a spotřeba energie vysoká, takže je vhodný pro krátkodobý přenos na krátkou vzdálenost.
Celý článek Jiřího Součka najdete v Mechanizaci zemědělství 12/2024.
Na úvodním obrázku je pokládání hadic pro řízenou kapkovou závlahu raných brambor – zařízení vyvinuté ve VÚZT, v.v.i.
