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Robotics 4 Farmers - Sistemas Robóticos Ecoeficientes e Colaborativos para uma Agricultura Inovadora, Inclusiva e Sustentável (ID: 210 )
Coordenador: IST - Instituto Superior Técnico
Iniciativa emblemática: 8. Agricultura 4.0
Data de Aprovação: 2022-03-07 Duração da iniciativa: 2025-12-31
NUTS II: Área Metropolitana de Lisboa NUTS III: Área Metropolitana de Lisboa
Identificação do problema ou oportunidade
As plantas infestantes causam prejuízos significativos à produção agrícola e limitam a aplicação de práticas sustentáveis no ecossistema agrícola. O seu controlo é geralmente feito por recurso a herbicidas que causa problemas ambientais, acarreta custos operacionais e consumo de água. Estima-se que 95% da emulsão seja perdida por deposição no solo e arrastada pelo vento, e nem sempre eficaz em múltiplas infestantes. Além disso, a deposição no solo promove a contaminação dos lençóis freáticos e a intoxicação progressiva da própria plantação, com consequente diminuição do tempo de vida, decaimento da qualidade e da taxa de produção, contribuindo para a desertificação. Os custos no controlo e os efeitos sobre o rendimento da produção variam em função das espécies infestantes e das estratégias adotadas. Ainda assim, existem estudos que apontam 20 a 30% dos custos totais de produção ao controlo de infestantes. É uma preocupação atual crescente devido, não só às perdas na produção, mas também ao aumento do preço dos equipamentos, combustíveis e produtos fitossanitários superior ao do rendimento agrícola. É possivelmente por esta razão que se observa uma aplicação inadequada dos tratamentos químicos, negligenciados em infestante jovem e após colheita, permitindo o restabelecimento do banco de sementes e o ciclo de reprodução da infestante.
A alternativa passa pela remoção mecânica das infestantes que prescindem de químicos importados e do consumo de água. Porém, mostram ser menos eficazes na eliminação e interrupção do ciclo reprodutivo da infestante. Mais, são tratamentos demorados com custos operacionais elevados devido às condições de trabalho pesadas dos tratores e alfaias, desgaste de componentes e consumo de combustível. Em alternativa, a monda térmica apresenta custos operacionais menores, não envolvendo a preparação e transporte de caldas ou condições operativas pesadas. São técnicas muito eficazes na limpeza de matas e terrenos. Porém, são consideradas grosseiras, pouco precisas e de controlo difícil em plantação. A Agricultura 4.0 vem agora oferecer os sistemas e o controlo adequado para agregar tecnologias e métodos disruptivos no domínio da agricultura, à imagem do que ocorreu ao nível do comando-numérico e automatização na indústria, permitindo maior velocidade e precisão. A sua aplicação ao controlo das infestantes permitirá ultrapassar um dos principais entraves para a conversão da produção agrícola tradicional em Agricultura Biológica e, assim, contribuir para a sustentabilidade ambiental e económica. Os objetivos desta alternativa são: (i) eliminar o consumo de água, (ii) eliminar a utilização de herbicidas, (iii) substituir os combustíveis fósseis por energias renováveis, (iv) introduzir procedimentos de monda inovadores e, (v) permitir soluções autónomas, libertando as pessoas para tarefas mais nobres/diferenciadas. A presente proposta passa por introduzir tecnologias de degradação térmica controlada das infestantes, sem contacto ou utilização de produtos químicos. Estas tecnologias estão consolidadas na indústria metalomecânica em equipamentos leves, fáceis de transportar e de baixo consumo energético, podendo ser transportadas e alimentadas por plataformas móveis elétricas. Estes aspetos são importantes por facilitarem o desenvolvimento de soluções de baixo custo compatíveis com o rendimento rural. Até agora, a sua introdução à produção agrícola esteve vedada por falta de sistemas de movimentação e manipulação automática e autónoma.O projeto Robotics 4 Farmers vem introduzir uma nova geração de sistemas agrícolas colaborativos, inteligentes e ecoeficientes na agricultura portuguesa, e vem disseminar estes sistemas de forma a fomentar a inovação e a criar novas oportunidades no setor agrícola numa abordagem inclusiva e sustentável. A proposta contribui para uma agricultura sustentável e amiga do ambiente, e apesar de extensível a outras culturas, está orientada para a viticultura, a olivicultura e o amendoal dado a importância social e económica dos setores que exportaram em 2021 mais de 1,500 M€.
Breve resumo da iniciativa a desenvolver
O sistema proposto integra digitalização de proximidade, aprendizagem, monitorização, deteção e realização de monda de precisão. Este representa uma nova classe de equipamento agrícola de aplicação transversal, ágil, e será validado em plantações em sebe na vinha, olival e amendoal. A abordagem do projeto Robotics 4 Farmers destaca-se ao se basear em Artifical Intelligence e Machine Intelligence de forma integrada, resultando num sistema diferenciado equilibrado nas vertentes software e hardware. A integração do sistema tem por base módulos COTS, de baixo peso e energeticamente eficientes, que permitem um controlo preciso da interação com o meio envolvente. A investigação industrial e inovação assentará na transferência e adaptação de tecnologia já demonstrada noutras áreas permitindo assim integrar e testar o sistema próximo da aplicação final agrícola e do mercado.
O sistema consiste assim num robô móvel de manipulação, elétrico, com uma estrutura cinemática leve, modular e regulável de forma a permitir a navegação entre e sobre carreiras. Numa abordagem disruptiva para o setor, o sistema será totalmente colaborativo permitindo a interação física segura com as pessoas durante a sua operação, e dotado de um sistema preciso e seguro de degradação térmica controlada de infestantes.
O sistema permitirá ainda a recolha autónoma de dados multimodais relativos ao solo, à planta e meteorológicos, produzindo uma base de dados evolutiva com georreferenciação a cada planta individual. A comunicação bidirecional em tempo real com uma estação central permitirá alargar o armazenamento e processamento de dados assim como o controlo remoto ou alteração de parâmetros de funcionamento autónomo.
Esta recolha e acesso a dados em massa, permitirá o treino de modelos de inteligência artificial para intervenções customizadas recorrendo a técnicas de machine learning. A partir de informação de imagem multimodal e 3D, serão implementados modelos de classificação e localização de infestantes a remover por monda térmica, e do tempo de exposição ideal. Dados adquiridos ao longo do ciclo sazonal serão utilizados de forma a construir modelos de predição e otimização de produção e avaliação do impacto das abordagens adotadas ao longo do ciclo.
A iniciativa a desenvolver está assim organizada em 6 ações cujos objetivos são a integração i) da plataforma móvel e de manipulação colaborativa, ii) do sistema de monda térmica controlada, iii) da estação central e comunicações, iv) do sistema de digitalização: solo, planta e meteorológico, v) dos sistemas de aprendizagem: infestantes e sazonais e vi) implementação de ações de demonstração e capacitação.
A capacitação e democratização tecnológica serão um catalisador central para os desenvolvimentos do projeto. A proximidade entre agricultores e a realidade tecnológica será uma constante de forma a encontrar o equilíbrio num push – pull tecnológico entre os adotantes e os desenvolvedores, satisfazendo as necessidades reais do setor.
Num enquadramento total com a Iniciativa Emblemática – Agricultura 4.0, o projeto Robotics 4 Farmers agrega digitalização, ferramentas TIC e inteligência artificial, robótica colaborativa e energias renováveis. Este promove o desenvolvimento social por via da aproximação física e cognitiva das pessoas às tecnologias e da consequente atração de mão de obra jovem para a agricultura. Promove o desenvolvimento ambiental recorrendo a energias renováveis e eliminando produtos químicos, consumo de água e combustíveis fósseis. Promove também o desenvolvimento económico por via não só da redução de custos como da criação de novas oportunidades de negócio na aplicação do sistema desenvolvido em novas tarefas agrícolas. No agregado de todas as dimensões, os desenvolvimentos propostos contribuem assim para a resiliência perante fatores atuais e futuros, recorrendo à disseminação do conhecimento e aproximação dos agricultores à tecnologia, respeitando a realidade portuguesa, preservando as suas caraterísticas distintivas e tradição, e valorizando a sua produção.
Áreas de Trabalho e responsabilidades de cada parceiro
O consórcio Robotics 4 Farmers é constituído por catorze entidades: uma instituição de ensino superior, um centro de competências, duas associações agrícolas, e dez PMEs, duas delas agrupamentos de produtores. O consórcio foi criado de forma a maximizar o impacto nos três setores: viticultura, olivicultura e cultura do amendoal.
IST - Instituto Superior Técnico O IST, instituição de ensino superior e líder do consórcio, centralizará a integração da tecnologia, hardware, software e ciências biológicas. Os trabalhos serão coordenados por investigadores do Departamento de Engenharia Mecânica agregando os perfis de Sistemas, de Produção e de Energia, em particular as Áreas Científicas de Controlo Automação e Informática Industrial, de Tecnologia Mecânica e Gestão Industrial e de Projeto Mecânico e Materiais em Engenharia. Todo o ecosistema Técnico, incluindo Eng. Química e Ambiente, será potenciado para maximizar o projeto. A plataforma tecnicomais.pt lançará uma oferta em Agricultura 4.0, coordenando e potenciando junto dos Digital Innovation Hubs do setor agroalimentar.
CCDesert - Centro de Competências na Luta Contra a Desertificação
O CCDesert coordenará a missão de direcionar e alavancar os desenvolvimentos tecnológicos junto dos setores, do ambiente e das pessoas. Em particular em termos de impacto na desertificação, avaliação sinérgica das técnicas inovadoras propostas e das técnicas culturais tradicionais, no efeito sobre o solo, a água e energia. Promoverá e definirá também a formação, capacitação, divulgação e transferência de conhecimento, assim como da disseminação e publicações digitais.
AVA - Associação de Viticultores de Alenquer
AORE - Associação de Olivicultores da Região de Elvas
As associações de agricultores AVA e AORE centralizarão a comunicação bidirecional e a disseminação do projeto junto dos seus associados do setor vitivinícola, e da olivicultura e amendoal respetivamente. As ações de comunicação e brainstorming junto dos setores ocorrerão desde o início do projeto permitindo aos associados contribuírem para a identificação das aplicações, definição das especificações de projeto e critérios de validação. A missão das associações será também a de definir o plano de capacitação e divulgação e o programa de formação junto dos produtores.
SAQB - Sociedade Agrícola da Quinta do Bouro A SAQB atua na área da viticultura com registos escritos que remontam ao final do século XV. Esta experiência na área vitícola associada à experiência do proprietário no desenvolvimento de equipamentos para linhas de enchimento (Vimaro, Lda), assim como, a motivação tecnológica da nova geração, tem vindo a adicionar capacidades de desenvolvimento e aperfeiçoamento de alfaias agrícolas para a sua atividade vitícola. A infraestrutura da empresa integra oficinas com competências em metalomecânica para o fabrico de protótipos e realização dos primeiros testes funcionais, necessários ao processo de investigação industrial e inovação. Deste modo, a empresa atuará no papel de quinta tecnológica como extensão dos laboratórios do IST e disponibilizará as suas vinhas velhas e novas para a realização de ensaios de validação.As empresas parceiras do setor vitivinícola, olivicultura e cultura do amendoal são provenientes de diferentes regiões, desde Entre-Douro-e-Minho à região do Oeste ao Alentejo. Estas apresentam vinhas, olival e amendoal com caraterísticas complementares em termos da localização, das caraterísticas do terreno, morfologia e infestantes, complementaridade que permite avaliar a tecnologia proposta em condições heterogéneas.PMEs VitivinícolasSociedade Agrícola Quinta do Conde D.F.J. VinhosSociedade Agrícola Casa de Vila VerdePMEs OliviculturaCARRLDA - Carrilha de Palma, Sociedade AgrícolaAPELVAS - agricultura e pecuáriaAZEITONICES - Agrupamento de Produtores de Azeite PMEs AmendoalTFLDA - Torre das Figueiras, sociedade agrícolaAGRONOVO, Sociedade Agrícola do Monte Novo e AnexasALENTEJANICES COM TOMATE, Agrupamento de Produtores de Tomate do Alentejo (prestando também suporte a produtores de amêndoa)
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