Smart solutions in agricultural robotics

Abstract

EN: The article contains an overview and prospects for the introduction of smart and robotic technologies in the agricultural industry. Today, ro botization of agriculture and food technology is not a leading industry compared to robotization of other sectors of the economy. Analytical review of the global robotics market revealed that robots in the food industry account for 2% of the total, and robots for agricultural opera tions account for less than 1%. We analyzed global trends in robotiza tion and the introduction of artificial intelligence in agriculture in vari ous countries. A review of smart robotic technologies, in particular, smart sensors and actuators, the Internet of Things, cloud technologies, methods of data analysis, forecasting, classification, and image recog nition using neural networks, is provided. Methods and means are con sidered in relation to both crop production and livestock production. Four main classes of intelligent technologies in agriculture were identi fied: robotics, Internet of Things, machine learning, and UAVs. In crop production, robots are common in harvesting, controlling weeds, pro cessing trees, monitoring trees at different stages of the growing season, including leaf and fruit diseases, counting the number of flowers and fruits, and other operations. Identification of fruits, leaves, weeds, as well as diseases of fruits and leaves is performed using computer vision, and in recent years convolutional neural networks have become wide spread. Field monitoring is performed using UAVs with subsequent im age processing using spectral analysis methods. In livestock farming, smart technologies are represented by feeding and milking robots, live stock monitoring, detection of predators, navigation in livestock build ings, monitoring animal health and behavior. Smart technologies are also used in fish farming to create smart farms. In this mini review, we have tried to integrate advanced smart and robotic technologies for var ious agricultural operations. /// PL: Artykuł stanowi przegląd inteligentnych i zautomatyzowanych technologii stosowanych w przemyśle rolniczym. Jego celem jest analiza perspektyw wdrożenia i integracji najnowszych roz wiązań z zakresu inteligentnych i zrobotyzowanych technologii wspierających różne aspekty tego sek tora. Obecnie poziom robotyzacji rolnictwa i produkcji żywności pozostaje niski w porównaniu z innymi sektorami gospodarki. Zgodnie z danymi z globalnego rynku robotyki, roboty wykorzysty wane w przemyśle spożywczym stanowią jedynie 2% ogółu, a udział robotów w operacjach rolniczych nie przekracza 1%. W artykule przeanalizowano światowe trendy w zakresie robotyzacji i wdrażania sztucznej inteligencji w rolnictwie, z uwzględnieniem doświadczeń różnych krajów. Przedstawiono przegląd technologii inteligentnej robotyki, w tym: inteligentnych czujników i siłowników, Internetu rzeczy (IoT), technologii chmurowych, metod analizy danych, prognozowania, klasyfikacji oraz roz poznawania obrazów przy użyciu sieci neuronowych. Omówiono ich zastosowanie zarówno w produkcji roślinnej, jak i zwierzęcej. Wyróżniono cztery główne klasy inteligentnych technologii w rolnictwie: robotykę, Internet rzeczy, uczenie maszynowe oraz bezzałogowe statki powietrzne (drony). W produkcji roślinnej roboty są stosowane m.in. w zbiorach, zwalczaniu chwastów, pielęgna cji i monitorowaniu drzew w różnych fazach sezonu wegetacyjnego – w tym w wykrywaniu chorób liści i owoców, liczeniu kwiatów i owoców oraz innych procesach. Identyfikacja owoców, liści, chwa stów i chorób odbywa się przy użyciu technik wizji komputerowej, a w ostatnich latach szczególną popularność zyskały konwolucyjne sieci neuronowe. Monitoring upraw realizowany jest za pomocą dronów, a pozyskane obrazy poddawane są analizie spektralnej. W produkcji zwierzęcej inteligentne technologie obejmują roboty do karmienia i dojenia, systemy monitorowania zwierząt gospodarskich, detekcję drapieżników, nawigację w budynkach inwentarskich oraz monitorowanie stanu zdrowia i zachowań zwierząt. Zaawansowane technologie znajdują również zastosowanie w hodowli ryb – w tworzeniu inteligentnych gospodarstw akwakultury.