地球如何养活90亿或100亿人?“智能农业”是回答这个存在的问题的一个重要部分:通过有针对性地使用最新技术,计算机支持和(如果可能的话)全自动,使食品生产达到极高的效率。种子被单独和精确地放置;用机械钳子小心采摘的水果;化肥和植物保护产品的小剂量和有针对性的应用。这些操作需要大量既坚固又强大的小型电机。
量子计算机、太空旅游或氢技术——最新的技术炒作集中在不断变化的主题上。奇怪的是,最重要的部门往往被忽视:农业。尽管到目前为止,它已经可靠地养活了成倍增长的人口。始于18世纪的农业革命使产量大幅提高。它的基础是增加高产品种、矿物肥料和化学农药的使用、机械化和大规模的人工灌溉。然而,这些对生态的干预并非没有副作用。
所有有根据的人口预测都预测,到本世纪末,世界人口将增长到90亿到100亿之间。地球有潜力为如此众多的人提供足够的食物。然而,农业面临着巨大的挑战。农作物和畜牧业必须在不危害维持生命的资源的情况下增加产量。肥沃的土壤、干净的地下水和完整的自然世界是我们最宝贵的“资源”。必须不惜一切代价保护他们。
关注植物而不是田地
迄今为止,作物种植中的许多重要工作步骤,如种植、施肥和植物保护措施都是以土地面积为基础的。撒种子或杀虫剂时,要计算每英亩或每公顷的数量;机器以适当的流速分配物料。然而,氮肥的一部分并没有强化植物,而是进入了地下水,这显然不属于地下水。果树的修剪或精致果蔬品种的收获需要昂贵的人工劳动,而越来越多的企业面临人员短缺的问题。
智能农业利用现代技术提高农业效率,更节约地使用所有资源,使人们从单调的工作中解脱出来,获得更高的产量。在这种情况下,人们还会提到精准农业、数字农业或电子农业。利用计算机支持和网络过程,加上机器学习和定制机器人功能,可以将重点放在单个工厂,而不是整个领域。
这些措施越是直接针对工厂,就越能经济有效地使用这些措施。例如,如果以更有针对性的方式对单株植物施用除草剂,就可以显著减少除草剂的使用。水果和蔬菜可以由机器人连续收割,总是在最佳成熟期。
轻型、自主的野外机器人也提供了保护地面的机会。今天的大型农业机械重达十公吨。有了这样的重量,每通过一次都会导致土壤压实。这大大限制了受影响的土壤层吸收水分和空气的能力,从而强烈地影响了土壤的生命;在旅行路径附近的地区,农作物的生长和健康也受到影响。智能农业有助于使土壤更健康,增加生物多样性。
农业和园艺自动化
目前,许多应用程序仅作为研究或原型存在。但智能农业已经被投入到实际应用中,比如精准种植。这最初是为了研究和种子育种而开发的。这些机器可以按精确规定的间隔播种。每棵植物都有足够的生长空间,面积得到了最佳利用。与此同时,宝贵的种子被极其有效地利用。
最现代的机器每排使用一个电驱动分离模块。电机驱动一个有槽或齿的圆盘,将单个种子输送到出口。使用智能控制器,可以精确设置每种种子的最佳间距;当绕过拐角时,各个行不同的半径可以得到补偿。种子到磁盘的喂养同样是使用电动闭包控制的。
在温室里种植蔬菜和花卉时,许多植物首先在小盆里发芽,然后再移栽到大盆里或床上。在现代园艺企业中,机器对植物和花盆进行分类和处理。他们的机器与工业生产和物流中使用的机器非常相似。有传送带和滚筒传送带,托盘上的产品在不同阶段的运输,分拣和重新灌装。这里使用的夹持器与其他行业类似设备使用的夹持器的区别仅在于“手指”的形状。它们由微型电机驱动,自动处理单个花盆和根球。
自动驾驶的水果和蔬菜收获机还没有达到可广泛使用的系列成熟,但技术发展的方向已经很明显:摄像头辅助传感器根据颜色和形状检测草莓或辣椒的成熟程度,并记录下它们的确切位置。机载计算机利用这些数据来控制一个机械臂,该机械臂配有一种类型的剪刀和一个收集装置。该技术的原型充满了电动机,从单轮驱动和机械臂到切割设备和收获的农产品收集系统。
关键技术:电气系统和电子学
“在传统农业机械中,机械齿轮传动和气动传动非常常见,”Kevin Moser解释道,他是FAULHABER的业务发展经理,负责该领域的应用。“对于智能农业中的小型系统来说,这些系统往往太重、太笨重、机械结构太复杂、能源效率太低。因此,我们看到越来越多的微型电机在这里使用,为特定的工作步骤提供动力。然而,农业环境中的驱动器通常必须满足非常高的要求。”
与传统的大型设备不同,智能农业中使用的机器和组件通常更紧凑、更轻。这意味着通常只有很少的空间可用于电机。然而,作为播种盘、襟翼、钳子、机械臂或剪的驱动器,它们必须提供足够的动力,在无数个周期内可靠地执行各自的任务。与此同时,它们应该运行得非常高效,因为自动单元通常从电力储备有限的电池中获取能量。它还必须能够在网络结构中集成驱动电子设备,并使智能控制成为可能。
“这些都是对最高级别驱动系统的典型要求;正确的答案总是FAULHABER的标准问题,”Kevin Moser说。“此外,用于农业环境的驱动器也必须非常健壮,以便它们本身能够在最苛刻的条件下可靠地长期工作。大的温度波动和强烈的机械负荷是农业和园艺的常态。而且,尽管如此,成本必须保持合理。我们FAULHABER可以提供多个系列的设备来实现这种平衡。”
Moser指的是免维护的无刷和特别紧凑的BXT系列平板直流微电机以及CXR线的异常健壮和经济高效的铜石墨电机。新GPT系列的齿轮头非常适合苛刻条件下的高负载传动。它们非常高效,也非常坚固,因此非常适合农业应用。可选增量编码器可实现高精度定位。各种控制器,例如,CANopen接口,可用于驱动系统的网络。Kevin Moser报道说:“来自FAULHABER的驱动器已经被用于智能农业。”“他们将继续在这一领域的高要求应用中发挥重要作用。”
Faulhaber
faulhaber.com/en/motion/smart-farming/
了下:自动化组件,未分类的

