V současné době probíhá Průmyslová revoluce 4.0, v rámci které se dostávají do popředí moderní informační technologie. Metody a technika používaná v průmyslu se přenesly i do zemědělství a vžil se pro ně nový souhrnný název Zemědělství 4.0. Dochází tak k plné automatizaci výroby, nasazení robotů k náhradě lidské práce, digitalizaci, zpracování velkého množství dat (Big Data), využití IoT. Klíčovým prvkem je využití umělé inteligence, resp. strojového učení a počítačového vidění.
S rozvojem precizního přístupu v jednotlivých oborech se otevírají široké možnosti jeho využití i v chovu hospodářských zvířat. Sběr dostatku relevantních údajů, jejich uchování, propojení s externími databázemi, zpracování, vyhodnocení a poskytnutí přehledných praktických výstupů umožňují chovateli cíleně nasměrovat péči podle individuálních potřeb konkrétního jedince s přihlédnutím k aktuálním podmínkám. Automatizace postupů a robotizace činností usnadňují každodenní rozhodování a eliminují nevýhody plynoucí ze závislosti produkce na lidském faktoru.
Pro vývoj prvků precizního zemědělství vznikl vývojový tým složený z vývojářů HW i SW, odborníků na komunikaci a přenos dat, specialistů na součástky včetně čidel, identifikátorů, PLC a dalších. Vedle techniků se na vývoji podílí odborníci z chovu skotu, se znalostí welfare a biosecurity. Nezastupitelnou roli sehráli i chovatelé se svými požadavky. Významná spolupráce při vývoji moderních technologií probíhá s táborskou firmou AGROSOFT Tábor s.r.o. Rozhodli jsme řešit tyto okruhy:
Robotická ruka umožní nahradit práci dojičů na klasických dojírnách. Její instalace nevyžaduje významnější stavební úpravy. Robot je umístěn v jámě dojiče, ke svému pohybu využívá pojezdovou dráhu po podlaze jámy nebo může být pojezdový mechanismus umístěn na konstrukci dojírny a obsluhovat dojnice „shora“. Robotická ruka je použitelná na rybinových, tandemových i paralelních dojírnách od většiny výrobců dojírenské. Výhodou je, že pracuje se stejnou rutinou dojení.
Automatické analýza obrazu nám poskytuje informace o chování zvířat na stáji i o tepelné pohodě zvířat. Metoda spočívá v počítačovém vyhodnocení obrazu pořízeného digitální kamerou a jedná se o účinný nástroj ke zlepšení výkonnosti stáda. Prostřednictvím analýzy obrazu z kamer umístěných ve stáji je průběžně monitorován pohyb zvířat, jejich rozmístění po stáji a činnosti, které dojnice vykonávají. Na základě algoritmů pro hodnocení welfare je možno predikovat situaci ve stádě i stav konkrétních zvířat. Aktuální hodnoty a nestandardní změny výše uvedených indexů jsou prostřednictvím aplikace poskytnuty chovateli, který je okamžitě upozorněn na neobvyklé události ve stáji.
Infračervená termografie (IRT) slouží jako pomocný nástroj k monitoringu zdravotního stavu a tepelné pohody organismu zvířete. Prostřednictvím IRT lze lokalizovat ohniska zánětu, například při onemocnění paznehtů nebo mléčné žlázy. IRT také napomáhá k detekci působení nepříznivých vnějších vlivu na organismus zvířete (např. traumatizace mléčné žlázy vlivem špatně seřízeného dojicího stroje). Systém pro časnou diagnostiku onemocnění končetin je plně automatizován, chovatele sám upozorní na zdravotní problém končetiny. Technologie využívá stacionárních kamer s vysokým rozlišením a dostatečnou teplotní citlivostí. V současné době se zabýváme i vývojem technologie pro časnou detekci onemocnění mléčné žlázy. Prakticky se jedná o identický systém, jaký je využíván na paznehty.
K zajištění optimálního prostředí a pohody zvířat ve stáji slouží SMART technologie pro řízení mikroklimatu. Čidla umístěná ve stáji snímají základní mikroklimatické parametry – teplotu, vlhkost a proudění vzduchu, intenzitu osvětlení a další. Tyto běžně používané parametry jsme rozšířili o měření koncentrace plynů: metan, amoniak, oxid uhličitý, sirovodík, oxid dusný. Je to zejména z toho důvodu, že normy EU budou vyžadovat sledování koncentrace těchto plynů ve stáji. Významnou součástí soustavy čidel sledujících stájové mikroklima je katateploměr. Na základě aktuální hodnoty teploty, vlhkosti a proudění vzduchu stanovuje tzv. katahodnotu.. Čím je katahodnota vyšší, tím více pociťuje organismus ochlazení a naopak. Cílem současného vývoje je vytvoření komplexních počítačových modelů, jejichž numerická realizace umožní predikovat parametry proudění vzduchu uvnitř stájových objektů chovů drůbeže, prasat a skotu a jejich bezprostředním okolí.
Výsledkem vývoje bude platforma pro efektivní řízení chovu. Technologický systém se připravuje na úrovni třech modulů:
Řešení systémů je založeno na využití nejmodernějších výpočetních technik, jako je strojové vidění a technologie pro zpracování velkého množství dat Big Data. Při vývoji jsou také využity IoT systémy a programy pro vytváření počítačových modelů (proudění plynů, energetické toky). Cílem výzkumných aktivit je zcela automatizovat odhad průměrné hmotnosti hejna a zjednodušit sběr uhynulých zvířat. Ten by ulehčovala platforma, která by chovateli dávala informace o počtu mrtvých kusů a jejich poloze v chovné hale tak, aby jejich sběr byl co nejefektivnější. Dalším výzkumným směrem je inovativní monitoring mikroklimatických podmínek, aby docházelo k predikci vzniku tepelného stresu a rychlé rekci ventilačního systému. Cílem je pomocí dostupných technologií a inovací zvýšit podíl automatizace sektoru výkrmu brojlerů a zvýšení welfare a biosecurity chovu.
Ve vývoji je zcela automatizovaný inteligentní systém, který bude na základě velkého množství dostupných dat s využitím metod umělé inteligence predikovat a optimalizovat budoucí vývoj v chovu dojnic (stájové prostředí, zdravotní podmínky, ekonomické ukazatele). Vstupní data tvoří výstupy z již používaných technologií (pohybová aktivita, doba přežvykování a ležení, množství a kvalita nádoje, automatické řízení mikroklima stáje, využití termokamer k detekci zdravotního stavu, spotřeba krmiva, hodnocení welfare a další) doplněná o informace z veterinárních zásahů. Chovatel bude mít příležitost v reálném čase reagovat na potřeby chovaných zvířat (tepelný stres, zhoršení zdravotního stavu atp.).
Dnes žijeme ve „Světě 4.0.“ Tento trend nastal i v zemědělské prvovýrobě. Moderní zemědělství se neobejde bez manažerských informačních systémů, namáhavá ruční práce je nahrazována robotickými zařízeními a automatizačními linkami. Do vývoje zařízení jsou využívány nejmodernější čipy, senzory, komunikační zařízení a do všeho zasahuje umělá inteligence. Na tento vývoj zareagovala i FZT JU zařazením nových předmětů, využívání laboratořích s moderními technologiemi i změnou výuky. Nejnovějším krokem v této činnosti je otevření nového doktorského studijního programu Zemědělství a technologie 4.0.
Ing. Luboš Smutný, Ph.D., Ing. Maria Kožíšková, Ing. Mgr. Roman Bumbálek, Ing. Radim Kuneš, Ing. Mgr. Radim Stehlík, Katedra techniky a kybernetiky, FTZ JU v Českých Budějovicích
Podrobněji v NCH4/2024.*
