Tyler J. Nigont, a Minnesotai Egyetem fiatal kutatóját kérdeztük az AgroFIELD Akadémia Konferencia után a ma igen népszerű drónokról, a drónokhoz kapcsolódó kutatásairól, az alkalmazásuk jelenéről és arról, hogy melyek lehetnek a jövő drónos fejlesztési irányai a mezőgazdaságban.
Miért éppen a drónok kerültek a kutatásaid középpontjába?
– A drónok az Egyesült Államokban nagyon népszerűek, ebből következik, hogy a fiatal kutatók szívesen foglalkoznak ezzel a témával. A nagy népszerűség oka egyrészt az innováció lehetősége, mely még érdekesebbé teszi a dróntechnológiát, másrészt az, hogy a drónok használata lazábban szabályozott szakterület. A közelmúltban alkotott jogszabályok szélesebb körben engedélyezik a drónok felhasználását, így a hobbifelhasználók, a mezőgazdasági tanácsadók, a kutatók és a növénytermesztők eszköztárába is bekerülhetnek a drónok. Azt kutatom, hogy milyen felhasználási lehetőségei vannak ezeknek az eszközöknek a precíziós mezőgazdasági termelésben, és ez a fajta termelés milyen elvárásokat támaszt a drónokkal szemben.
Mit tudsz elmondani a drónok történetéről?
– Az első vezető nélküli repülő járművek, vagyis drónok, papírsárkányok voltak. Az 1900-as évek elején a San Franciscóban pusztító tűzvész által okozott károkat szerették volna pontosabban felmérni – ennek érdekében papírsárkányokat használtak, amikkel fényképezőgépeket a levegőbe emelve teljesen új perspektívából tudtak tájékozódni. Ezután Németországban szereltek rakétákra kamerákat, így készítettek légi felvételeket. Talán ez volt az első eset, amikor mezőgazdasági célra is használtak drónokat, mivel ezeken a fényképeken szántóföldi táblák is szerepeltek, így a fotók a szántóföldi növényállományról is szolgáltattak légi felvételeket. A második világháború idején postagalambokra erősítettek fényképezőgépeket azért, hogy a fényképek segítségével minél előnyösebb helyeket találjanak a katonai műveletek végrehajtására. Az 1950-es években használtak először távvezérelt drónokat katonai műveletekhez. A vásárlók széles körét lényegesen kisebb méretű drónokkal lehet elérni – ezek csak 2010 környékén kezdtek megjelenni, így a drónok végül a mezőgazdaság számára is alkalmazhatóvá váltak. A dróntechnológiát ma a megbízhatóság, a könnyen kezelhetőség és a megfizethetőség jellemzi, ami szükséges és elégséges kombináció a mezőgazdasági ágazatban történő széles körű elterjedéséhez.
Mire használod a drónokat?
– A drónokat elsősorban a növényzet megfigyelésére használjuk. Igyekszünk nyomon követni a termésveszteségek kialakulását, jó esetben szeretnénk azt megelőzni. A menedzsmentzónák lehatárolásához is igénybe tudjuk venni a drónok segítségével összegyűjtött információt. A növényvédő szerek és műtrágyák differenciált kijuttatását megalapozó információk gyűjtésére is alkalmasak. Azt azonban figyelembe kell venni, hogy mindegyik felhasználási terület eltérő követelményeket támaszt a drónokkal és a szenzorokkal és néha a kezelő/felvételező személyzettel szemben is.
Tyler J. Nigon
Mit javasolsz, hogyan kezdjünk neki, ha drónokkal szeretnénk az említett felhasználási területeken dolgozni?
– Ha „csak” növénymegfigyelésre használnék drónt, nem vennék semmiféle különleges berendezést. Alapvetően elég lenne egy kicsi, egyszerű és emiatt valószínűleg olcsó drón. Mit tartanék én fontosnak? Egyrészt azt, hogy a kamera által repülés közben készített felvételt élőben, vagyis a repülés végrehajtása közben meg tudjam nézni, másrészt pedig azt, hogy távirányítóval bármilyen irányba tudjam forgatni a kamerát a repülés során. Használhatnék olyan kamerát, amely a közeli infravörös tartományban is képes felvételeket készíteni, de erre esetünkben – csak növénymegfigyelésnél – nincs szükség. A drónok használatának fő célja a növényzet megfigyelése során az, hogy gyorsan tudjam azonosítani a táblán belüli azokat a kisebb-nagyobb területeket, ahol a növényzet nem megfelelő állapotú, amely részekre majd nagyobb figyelmet kell fordítanom. Amint ezeket a területeket beazonosítottam, felveszem a gumicsizmát, kimegyek és megnézem, hogy mi okozhatta az elváltozásokat.
Feltételezem, ennél részletesebb feladatokat is végeztek a repülések során?
– Ha termésveszteséggel szeretnék foglalkozni (a kialakulásának figyelemmel kísérése, illetve lehetőség szerint a megelőzése koncentrálva), akkor már rögtön más a helyzet a kamerákkal, a szenzorokkal és a szakmai hozzáértéssel kapcsolatban – lényegesen magasabbak az elvárások. Az itt használt szenzorok mások, mint a hagyományos RGB spektrumú kamerák (amik a vörös, a zöld és a kék színekből alakítanak ki minden más színt). Ezek az érzékelők olyan tulajdonságokat érzékelnek, amelyekről tudom, hogy a növekedést és a növényállomány egészségét befolyásolják, vagy az azokban bekövetkezett elváltozásokkal kapcsolatosak. Ezen tulajdonságok mérése, megfigyelése segít a termésveszteség csökkentésében, jó esetben elkerülésében. Egyik lehetőségem a hőkamerás képalkotás alkalmazása, amellyel meg tudom mérni a levél felszínén kialakuló hőmérséklet-különbséget. A hőmérséklet-különbséget általában a kultúrnövényben zajló transpirációs folyamat sebességének változása okozza, ami a növény számára a talajban rendelkezésre álló talajnedvesség függvénye. A növények érzik, ahogyan a talaj kiszárad, erre reagálva bezárják a gázcserenyílásaikat, hogy csökkentsék a párologtatást. A párologtatás lecsökkenésével nő a levelek és a légkör közötti határréteg hőmérséklete; ez az, amit hőkamerával ki tudok mérni. Ez az információ pedig lehetőséget biztosít a szárazságstressz észlelésére, és segítséget nyújt az öntözési döntéshozatali folyamat megalkotásához – vagyis hogy szükség van-e az öntözésre. Menedzsmentzónák lehatárolásához nagyobb és hosszabb repülési idővel rendelkező drónt kell vásárolnom, amely bizonyára jóval drágább is. Az érzékelője is sokkal bonyolultabb, gyakran radiometrikusan kalibrált multispektrális és hiperspektrális szenzorokkal van felszerelve. Ez a komoly technika szükséges is a feladat elvégzéséhez, mert a zónalehatárolás egységes adatokat követel meg, és ezeket a jellemzőket újra és újra meg kell tudnom ugyanazzal a pontossággal mérni. A mindig ugyanolyan formátumú adatok azért fontosak, mert azokat szoftverekkel fogom feldolgozni; ezeket a programokat kutatásokon alapuló speciális mezőgazdasági célokra fejlesztették ki. Azt is hozzá kell tennem, hogy ezek a programok legtöbbször azzal a feltétellel működnek megbízhatóan, hogy a felvételezett és betáplált adatok hozzá vannak rendelve földrajzi koordinátákhoz, illetve hiteles, specifikus, spektrális információkkal rendelkeznek. Következetes és megismételhető adatfelvételezés nélkül nagy annak az esélye, hogy az algoritmus nem lesz alkalmas megbízható javaslattételre, hiszen a bemeneti adatai nem egységesek, így a döntéstámogatásra sem alkalmas. Amennyiben a méréseket az elvárt pontossággal tudom megismételni, akkor ezek az érzékeny szenzorok alkalmasak a növények nitrogénigény-változásainak mérésére az egyes növekedési szakaszokban, fenológiai fázisokban. Mindez lehetővé teszi a gazdálkodók számára, hogy a nitrogénműtrágya-kijuttatási javaslataikat helyspecifikusan, az aktuális növényi igényhez igazítsák. Ennek eredményeként a drónok használatával agronómiai, közgazdasági és környezetvédelmi előnyöket is elérhetünk.
Egy lehetséges jó felvételező drón konfiguráció
Olcsó berendezésekkel is megvalósíthatóak ezek a feladatok?
– A válaszom egyértelmű nem. A műszaki jellemzőik miatt sem az olcsó drónok, sem az olcsó kiegészítő berendezések (pl. kamerák) nem alkalmasak olyan pontos és részletes adatok felvételezésére, amelyekre megbízható döntéseket lehet alapozni – ezektől komoly szakmai eredmény nem is várható. Az olcsó berendezések alatt a néhány száz, esetleg ezer dolláros drónokat és fedélzeti eszközöket értem.
Milyen előnyei lehetnek a drónokkal történő permetezésnek?
– A drónok permetezésre való felhasználása többé-kevésbé közismert előnyökkel járhat. Ezek között említem a talajszerkezetre gyakorolt romboló hatás elmaradását, mivel repülő eszközről beszélünk. Ugyancsak elmarad a növényállomány fizikai károsítása. Óriási higiéniai előnyük, hogy – abból kifolyólag, hogy a drónok vezető nélküli járművek – a permetezőszemélyzet vegyszerkitettsége töredéke a földi kijuttatásénak. Amennyiben a vegyszertöltést is zárt rendszerré alakítom, még egy lépést tettem a kezelőszemélyzet egészségének megóvása érdekében. De azt szintén nem tudom elégszer hangsúlyozni: a hozzá nem értéssel végrehajtott drónos permetezés a szántóföldi kijuttatásnál sokkal veszélyesebb lehet a környezetre.
A drónokkal történő permetezésben milyen kockázati tényezőket látsz?
– A drónok esetében az elvégzett munka minőségét a kijuttatandó lémennyiség befolyásolja. Alacsony hektáronkénti folyadékmennyiségnél a kellő fedettség eléréséhez növelnem kell a cseppbontást, vagyis kisebb cseppeket kell előállítanom. Ezek a kisebb cseppek kisebb eséllyel érik el a célfelületet, hiszen könnyebben elpárolognak, elsodródnak. A propellerek alatti fúvókákkal nincs komolyabb probléma (természetesen bizonyos sebesség alatt), de azokat a cseppeket, amelyeket azok a fúvókák állítanak elő, amelyeket nem a propellerek alá szereltem fel, a propeller által keltett légörvény nem leszorítja, hanem inkább felfelé keveri.
Amikor két drón nem tesz ki egyet…. Van olyan feladat, amihez már nem játékszerek kellenek, hanem megoldás
A drón már erős, de a szenzor még gyenge
Hasonlóan problémás helyzetbe kerülök, ha a permetezési sebességet és magasságot szeretném növelni – ezek növelhetnék a permetezés területteljesítményét. Így azok a törekvések, amik gyorsítanák a munka elvégzését, beleértve a munkaszélesség és/vagy a munkasebesség növelését, hatványozottan fokozzák az elsodródás veszélyét, ami nagyon komoly környezeti veszély lehetőség rejti magában. A bizonytalanságot még az is tetézi, hogy a propellerek által keltett szél mennyisége a permetezési folyamat során változik, ahogyan a hordozott folyadék mennyisége is csökken. Ez azt jelenti, hogy a propellerek permetléeloszlásra való hatása egy előre beállíthatatlan, a munka során folyamatosan változó paraméter – hiába gondolják sokan, hogy ez állandó, vagy esetleg nem is gondolnak rá, hogy ez változó tényező lehet. Mindezekből az következik, hogy a permeteződrónokkal biztonságosan és jó minőségben csak alacsony területteljesítményt lehet elérni. Emiatt az a meggyőződésem, hogy a jelenlegi technikai szinten ezek a berendezések kicsi és/vagy nehezen vagy nem megközelíthető helyek kezelésére alkalmasak – a drónok fejlesztésének történetét ismerve ez nem meglepő, ezeket az eszközöket eredetileg is ilyen feladatok elvégzésére tervezték.
Mi a véleményed a drónos permetezés kapcsán a JÓ-GYORSBIZTONSÁGOS hármasról?
– Ez egy nagyon fontos kérdés, mert befolyásolja a drónos permetezés megítélését. Ha jól és gyorsan akarunk permetezni, vagyis megfelelő fedettséget biztosító apró cseppekkel és nagy sebességgel, akkor jelentős elsodródási veszéllyel találkozunk, vagyis ez a környezetre nézve biztonságos nem lesz. Ha gyorsan akarok permetezni és úgy, hogy az a környezetet a lehető legkisebb mértékben veszélyeztesse, akkor nem lesz jó, vagyis nem lesz megfelelő a cseppbontás, nagy cseppekkel tudok csak dolgozni. Ha biztonságosan, vagyis elsodródásmentesen és jól, tehát apró cseppekkel, jó fedettség mellett szeretnék permetezni, abból nem lesz gyors permetezés. Tehát valamelyik ujjamat meg kell harapni. A saját környezetemet, életteremet nem teszem tönkre, vagyis ha a környezeti állapot fenntartása érdekében, illetve a termésbiztonságot eredményező jó minőségű munka miatt valamit fel kell áldozni, márpedig úgy néz ki, hogy kell, akkor én a gyorsaságtól tekintenék el.
Milyen feladatok várnak rátok, fiatal kutatókra a jövőben?
– Annyi tisztán látszik, hogy a legfontosabb az összegyűjtött adatok értelmezésének kidolgozása. Az adatok gyűjtése könnyű, ha van megfelelő eszköz, az igazi munka a feldolgozás – ez nagyon idő-, technika- és tudásigényes. Az adatok birtokában tudjuk fejleszteni az adatfeldolgozás folyamatait, a kameráinkat (fontos terület a kalibráció, az állandóság és a megismételhetőség miatt), és természetesen a szenzoradatok talajra és agronómiai jellemzőkre vonatkozó összefüggéseinek megértésén is dolgoznunk kell. Végeredményként döntéstámogató rendszereket tudunk kifejleszteni, amelyek a bejövő adatok alapján, a gazdálkodó természeti körülményeinek függvényében személyre szabott döntéstámogató információkat képesek számára szolgáltatni.
Köszönöm a beszélgetést!
Lajos Mihály
Videón látható, hogy normál cseppontás mellett, szélcsendes időben, alacsony magasságban, normál munkaszélesség esetén (szórótestek csak a rotormező alatt helyezkednek el) a gyakorlat számára elfogadható munkasebességnél milyen jelentős permetfátyolleválás tapasztalható, mely a célfelületet elkerülve a környezetbe kerül. Mindez ideális permetezési feltételek mellett. Elgondolkodtató…
