.
„ОТ РАСТЕНИЕТО ДО ТРАПЕЗАТА НА КОНСУМАТОРА“,
РАЗДЕЛ ОТ СТРАТЕГИЯТА „ОТ ФЕРМАТА ДО ТРАПЕЗАТА“
ИЛИ РОБОТИЗИРАНА АВТОМАТИЗАЦИЯ НА ПРОЦЕСИТЕ ЧРЕЗ ИНТЕГРИРАНИ КОМПЛЕКСИ ЗА БИОЛОГИЧНО ПРОИЗВОДСТВО,
СЕЛЕКТИВНА БЕРИТБА И ДЕЙСТВИЯ ПО ДОСТАВКАТА ПО ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ*
Автор: Марин Мидилев
„Според изследванията на на Фондацията „ХОХИКАЛИ“, направени в Мексико, трябва да се изгорят 19000 к/кал, за да може на масата да се сложи 2200к/кал. От друга страна, енергийните разходи за транспортирането на тази храна са такива, каквито са били за производството й. Или почти такива. Фактът, че една подобна ситуация се преценява като „нормална“ е, без съмнение, концептуално изкривяване.“ – Манфред Макс-Нееф, Даг Хамарксьолд Фондация“ – стр. 65., Глобалното изхранване, подраздел „За някои особено критични моменти“, раздел „Проблематиката“, от Доклада на Римския клуб от 1991 г., озаглавен „Първата Глобална Революция“. Като вторият раздел в този доклад е озаглавен „Решенията“ – ISBN 954-509-054-5.
За подробно описания на проблематиката трябва да се цитира почти целия доклад. Решенията на проблематиката са в Интегрираните комплекси за биологично производство, на открити и закрити площи, селективна беритба и доставка на плодове и зеленчуци по предназначение (прясна консумация или преработка).
Интегрираните комплекси са сложни организационни структури, базирани на прости съществуващи практически решения от първобитно общинския строй досега, с възможност да бъдат реализирани на практика на базата на Индустрия 4.0 (Земеделие 4.0). За създаването на Интегрираните комплекси са необходими екипи със специфични експертни знания от различни области на науката и техниката.
Най-малкото разстояние от стратегията „Последна миля“ е консуматорът да откъсва плода от растението и да го консумира веднага. Следващата най-къса верига за доставка е производството в двора и доставка до трапезата на консуматора. Аналогия в първобитно общинския строй – работата на събирачите на плодове.
Растителните продоволствия за консумация имат многообразие по видове и сортове. Те се различават и по тегло и цвят, географско място на разположение (различни климатични зони), видове почви и т.н.
Спрямо земната повърхност, мястото им на разположение е подземно, наземно и надземно. Надземните плодове имат основно два вида естествено разположение на растенията – висящи и стърчащи.
Универсалният вариант да се роботизира производството, беритбата и доставката на плодове и зеленчуци е да се ползват така създаваните роботи хуманоиди (андроиди). От гледна точка на техниката следва да се дублира почти изцяло човешкото тяло със степените на свобода, имащо 206 кости и 639 мускули.
От гледна точка на ефективността и оптималния разход на енергия, следва роботизираната автоматизация на процесите по биологично производство, селективна беритба и доставка по предназначение на плодове и зеленчуци да бъде унифицирана по вид и сорт (размер, тегло, цвят, разположение спрямо земната повърхност), размер на площта за производство, място на производство, вид почва, климат, разстояние до консуматорите и др. на открити площи. На закрити площи факторите оказващи влияние, базирани на производството посредством аеропоника, хидропоника; вертикално и етажно земеделие са по-малко заради изкуствено създадената среда за производство. За разлика от откритите площи, където периодът за беритба е строго ограничен, на закрити площи действието беритба може да бъде организирано целогодишно, 24 часа в денонощие. Но вкусовите качества на продукцията не са същите, както тези с производство на открити площи.
Основният ефект от производството на земеделска продукция е прибирането на произведената продукция.
Дори и преди КОВИД пандемията, голяма част от произведената земеделска продукция оставаше неприбрана на полето, поради липсата на работна ръка и заради интензивното производство, базирано основно на изкуствени торове, целящо да се произведе максимално количество продукция от единица площ, чрез генетично модифицирани сортове.
В момента в света се наблюдава ускорено създаване на роботи и за беритба на плодове и зеленчуци.
Средното време на един цикъл за беритба от работник берач, определяне на годния за прибиране плод или зеленчук (сензорното възприятие), захващането, отделянето от стъблото на растението и поставянето на определеното място за изнасяне от насаждението е около 6 секунди. Експериментален робот за беритба на ягоди има цикъл на беритба 5 секунди на една роботизирана ръка.
Въпреки че работниците берачи работят по 10 и повече часа, то тяхната ефективност е малко над 6 часа.
При положение, че се приеме за сравнение еднакво време за цикъл на беритба за работник берач и роботизирана ръка на робот за беритба, то роботизираната ръка в денонощие ще има 4 пъти по-висока производителност.
В зависимост от вида и сорта плод или зеленчук, един работник берач може да работи за дейността селективна беритба на площ от 0,5 до 2,5 декара.
От гледна точка на беритбата с роботи, плодовете и зеленчуците се разглеждат като физически обекти с определена форма, размери, тегло, цвят и твърдост, както и разположение в пространството, на базата на декартова координатна система с нулева точка от фиксирана географска система. Унифицирането по сорт на вид плод или зеленчук намалява до необходимия минимум на софтуерните и хардуерните изисквания за създаването на робота и намалява неговата себестойност.
Работата и механичната работа във физиката и механиката е мярка за необходимата енергия за преместване на дадено тяло с определено тегло на определено разстояние (елементарен случай) – A=F.s (1j=1N.1m).
На базата на конвертирането на джаулите в калории, може да се приложи стандарт за определяне на ефективността на роботите за беритба на плодове и зеленчуци.
От формулата за механична работа следва, че цикълът за беритба може да бъде разделен на основно две действия – работа по преместване на модулите от ръката на робота с инструментите, необходими за беритба, без елемента за манипулиране (плод или зеленчук) до действието на захващане, и втори етап от отделянето на обекта от растението и поставяне на определеното място за складиране. Поради факта, че двете действия по преместване са с тегло константи, то намаляването на необходимата енергия може да се получи на базата на оптималното разстояние за преместване.
С цел намаляване на необходимата енергия за механичната работа, не само модулите на ръката на робота следва да се изработят от полимери, отпечатани чрез 3D принтер.
Действията по прибирането на реколтата се извършват в ограничени пространства, поради тази причина схемата за засаждане трябва да е определена от агронома, съобразно възможностите за конструиране на роботите (да се осигури необходимото пространство за безпрепятствена работа). Агрономът трябва да даде необходимите изходни данни за вида и сорта, подлежащ на роботизирано производство – размери на растението (височина и диаметър), физическите характеристики на плода или зеленчука, разположение по декартови координати на плодовете на едно растение, схемата за засаждане, времевия график за всички дейности, които трябва да се извършват в различите етапи на производство.
Поради фактите, че различните действия за производство ще се извършват съгласно схемата на засаждане, е подходящо създаването на роботизирани комбайни за производство, селективна беритба и доставка на плодовете и зеленчуците, спрямо тяхното предназначение. Инструментите, необходими за различите действия, ще са на модулен принцип на обща платформа и ще се сменят, съобразно извършваните действия.
С цел намаляване на необходимите разходи за енергия, Роботизираният комбайн е основно разположен (разделен) на три мобилни платформи.
1. Работна платформа – извършваща преместване по редовете на насаждението, с фиксирано преместване на равни разстояния (принцип на крачките). За овощни насаждения Работната платформа трябва да е обединена с дрон или да бъде от вида „стоителна вишка“.
2. Платформа на агрегатите (енергийна платформа), разположена извън насаждението.
3. Транспортираща платформа – доставя празен амбалаж до работната платформа през периода за беритба и изнася набраната продукция; през останалите периоди доставя това, което е необходимо, до работната платформа от платформата на агрегатите. При къси редове на насаждението транспортиращата платформа може да отпадне.
4. Енергийна магистрала – развръщана и събирана от работната платформа.
5. Електрически товарен автомобил, съоръжен с роботизирана система за товарене и разтоварване, с основно предназначение доставка на празен амбалаж до роботизирания комбайн (платформата на агрегатите) и извозване от нея на набраната продукция в периода на беритба, и за необходимите материали през останалите периоди на производство.
6. Агроволтаична система, осигуряваща необходимата електрическа енергия за работа на Роботизирания комбайн и електрическия товарен автомобил.
Поради факта, че оптималната площ за производство е около 400 декара за даден вид плод или зеленчук, то следва да бъде създадено ято от Роботизирани производствени комбайни, обединени в Интегриран комплекс.
За едногодишни култури, за които е необходим сеитбен оборот, поради факта, че срокът е през 5 години едно и също насаждение да бъде засято на определената площ, следва един Интегриран комплекс да бъде създаван за 5 вида едногодишни култури.
Възможно е обединяване и намаляване на броя електрически товарни автомобили – един автомобил да обслужва няколко Роботизирани производствени комбайна, както и една агроволтаична система да захранва няколко Роботизирани производствени комбайна.
За да има максимална ефективност, е необходимо на дейностите по производство чрез Роботизираните производствени комбайни:
1. Изграждане към Интегрирания комплекс на роботизирано производство на пикиран разсад, в необходимите варианти;
2. Производство на специфични системи за капково напояване, системи за мулчиране, системи за защита от измръзване и градушки и други;
3. Производство на специфичен амбалаж, с определени нови стандарти, наложени от физическите характеристики на вида плод или зеленчук, съобразени с консуматора, на базата на определена диета с необходимата енергия в калории за консуматора. Или съобразени спрямо доставката за следващо действие (преработка или заведение за обществено хранене);
4. Модулна система за био-газ и био-тор;
5. Роботизиран склад на Интегрирания комплекс;
6. Център за управление и контрол и на дигитален близнак на Интегриран комплекс в облак с комуникация 5G сателитна мрежа (това позволява товарните автомобили да бъдат и автономни;
7. Други.
Съгласно стратегията „последна миля“, с изменения Интегрираните комплекси могат да бъдат във вариант „градско земеделие“ (покриви на сгради, които позволяват създаване, вертикални (етажни и тъмни ферми) в неизползваеми сгради на прекратили дейността си промишлени предприятия или нови за вида дейност в района на населеното място (основно град).
По важни цитати от Национална програма за предотвратяване и намаляване на загубите на храни (2021-2026г.) (Пълният текст на програмата се намира на сайта на Министерството на земеделието), от въведение:
1. Цел 12.3 от ЦУР на ООН е записано: „До 2030 г. в глобален мащаб да се намали наполовина разхищението на храни на глава от населението на ниво търговия на дребно и домакинства и да се намалят загубите на храни по веригите на производство и доставка на храни, включително загубите след прибиране на реколтата.“
2. „Загубата и разхищението на храни представляват не само огромен икономически разход, но имат и висока социална цена. Съгласно оценката на Организацията за прехрана и земеделие (ФAO) на Организацията на обединените нации (ООН), годишно в света почти една трета от произведените храни (около 1,3 млрд. тона) се губят или разхищават по пътя от стопанството до трапезата. Това представлява сериозен проблем в световен мащаб и решаването му се превърна във въпрос с неотложен характер.“
3. „Европейският съюз (ЕС) и неговите държави членки се ангажираха да постигнат тази цел. Европейската комисия (ЕК) определи загубата и разхищението на храни, които генерират хранителни отпадъци, като една от приоритетните области от Плана за действие на ЕС за кръгова икономика.“
4. „Подкрепяйки прехода към Европа с по-ефективно използване на ресурсите, ЕС и неговите държави членки предприемат действия за справяне с неотложната необходимост за намаляване на загубата и разхищението на храни. Предложените от ЕК действия включват:
а) реформи за популяризиране на по-добро разбиране и използване на обозначаването върху етикета, на датата на годност или трайност на храните (включително възможни законодателни реформи);
б) улесняване на даряването на храни на хранителни банки и благотворителни организации;
в) подкрепа за инициативите за увеличено използване на непродадените храни и страничните продукти като ресурс в производството на храни за животни.
5. “Успешното прилагане на мерките за предотвратяване и намаляване на загубата и разхищението на храни е трудна задача, която може да бъде постигната единствено чрез съвместните усилия на държавната администрация и всички заинтересовани страни, като производители, преработватели и дистрибутори на храни, потребители, научни институти, професионални асоциации и неправителствени организации с интерес към проблема.
Националната програма за предотвратяване и намаляване на загубата на храни определя рамката за предприемане на съвместни действия за намаляване на загубата и разхищението на храни и за преосмисляне от страна на обществото на отношението към потреблението на храни и на тяхната стойност. Тя е разработена с цел намаляване загубите и разхищението на храни в съответствие с Цел 12.3 на ООН, както и в изпълнение на рамковата директива за отпадъците 2008/98/ЕО на Европейския парламент и на Съвета, изменена с директива (ЕС) 2018/851 на Европейския парламент и на Съвета от 30 май 2018 г., съгласно която всяка държава-членка трябва да разработи и приеме програма за предотвратяване образуването на хранителни отпадъци.“
6. Други.
Идеалният вариант на веригите за доставка в съкратен вариант може да бъде следната за плодове и зеленчуци за прясна консумация:
На базата на направено персонално хранително меню на всеки консуматор от диетолог, да бъде доставяна храна спрямо необходимите килокалории, от което следва абонаментен план за доставка на видовете необходими плодове или зеленчуци, до трапезата на консуматора или до консуматора в движение, съобразно средиземноморската диета (консумация до 72 часа след отделяне от растението – Планиране на произведен биологично разградим амбалаж, произведен по стандартите на вида плод или зеленчук, Планиране на производството от Интегрираните комплекси.
Технологиите позволяват в облака да бъдат качени всички данни по производството, да бъдат обозначени географските координати на всеки набран плод и зеленчук и точното време за отделянето му от стъблото на растението. (Управление и гарантиране на качеството посредством QR кодиране и бар кодиране.)
Най-късата верига за доставка е от роботизирания склад за набрана продукция, директно до трапезата на консуматора. Доставката влиза в зоната на „вътрешно заводски превоз“. Ако производството е в градско земеделие, тъмни оранжерии, в района на населеното място на близко разстояние до консуматорите, вариантите са доставка чрез дронове или мобилни роботи за доставка. Разбира се необходима е комуникация чрез 5G мрежа. (Елементи на Интегрираните комплекси.)
Извън Интегрираните комплекси:
За по големи разстояния – комбинация между електрически товарен автомобил, комбиниран с дрон или наземен робот за доставка. Или вариант за доставка до роботизиран склад или до роботизиран магазин за плодове и зеленчуци, предназначени за прясна консумация.
Най-дългите вериги за доставка, с междинно оборудване – дрон кули и големи транспорти EVTOL дронове, по предварително изградени дрон магистрали, имащи изградени зарядни станции, осигуряващи бързо, безконтактно зареждане в полет на товарите дронове.
Подходящи свободни плодородни площи за изграждане на Интегрирани комплекси:
1. Държави с демографска криза;
2. Площи с минни полета след разминиране;
3. Други.
.
Част от предшестващи публикувани материали по темата:
1. Технологична оферта ОВ0106,2003-09-02, Европейски центрове за иновации – Малък роботизиран комплекс за производство на ягоди.
2. Роботизиран комбайн за разминиране на минни полета – https://www.gichd.org/fileadmin/pdf/LIMA/HUDEM2008_pres.pdf
3. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.300.7293&rep=rep1&type=pdf
4. https://www.academia.edu/3000908/Coordination_for_a_Risky
5. https://www.eurochicago.com/2014/07/robotic-systems-for-growing/
7. https://www.bia-bg.com/service/view/21424
8. https://read01.com/3zkEDM5.html#.Yj1Nt9BByUk
9. https://www.eurochicago.com/2020/05/inovator-otkazva/
10. https://www.eurochicago.com/2020/03/pandemia/
11. Други.
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
* Финален материал по темата.
За контакт с автора: [email protected]
.
