A növekvő élelmiszer-kereslet, a víz- és termőföldhiány, a termelési inputok költségeinek emelkedése, valamint a klímaváltozás hatásai alapjaiban teszik próbára az agrárium alkalmazkodóképességét, emiatt a növénybetegségek terjedése, a betakarítás utáni veszteségek csökkentése és a mezőgazdasági tevékenység környezeti hatásainak mérséklése globálisan is kiemelt figyelmet igényel. Míg azonban természeti erőforrások szűkössége komoly kihívás elé állítja a mezőgazdaságot, addig a szektorban zajló technológiai trendek és fejlesztések gyökeresen alakíthatják át az ágazat működését.
EU-s támogatással megvalósuló agrárdigitalizáció
Hazánk területének több mint 80 százaléka a mezőgazdasági ökoszisztémákhoz kapcsolódik, ami jól mutatja az ágazat stratégiai jelentőségét, ezért a magyar mezőgazdaság technológiai fejlesztése és digitalizációja szintén kulcsfontosságú a következő években.
"A Széchenyi István Egyetemen zajló kutatások középpontjában a fenntartható mezőgazdasági megoldások fejlesztése áll, amelyek illeszkednek az Európai Unió zöld átállást célzó stratégiájához, különösen az Európai Zöld Megállapodás (Green Deal) irányelveihez. Célunk olyan agrártechnológiai innovációk kidolgozása, amelyek lehetővé teszik az azonos mennyiségű és minőségű élelmiszer előállítását kevesebb tápanyagpótlás és növényvédőszer-felhasználás mellett, ezáltal támogatva a környezeti terhelés csökkentését és a precíziós gazdálkodás terjedését - mondta Dr. Teschner Gergely, a Széchenyi István Egyetem Albert Kázmér Mosonmagyaróvári Kar Biológiai Rendszerek és Precíziós Technológiai Tanszékének docense.
Dr. Teschner Gergely, a Széchenyi István Egyetem Albert Kázmér Mosonmagyaróvári Kar Biológiai Rendszerek és Precíziós Technológiai Tanszékének docense
Az agrárdigitalizáció szükségességét felismerve, az Európai Unió támogatásával, Mosonmagyaróváron megvalósult egy olyan 5G Mobil Magánhálózati (MPN) Hub, amely terepi tesztkörnyezetben nyújt lehetőséget az 5G-kapcsolaton keresztül működő intelligens rendszerek fejlesztésére. Az innovációs központban a precíziós gazdálkodási megoldások, az adatvezérelt döntéstámogatás és az automatizált termelési folyamatok K+F tevékenységének erősítése, valamint oktatásának támogatása, az E2E megoldások technikai és üzleti hozzáadott értékének kidolgozása és nem utolsó sorban egy innovatív ökoszisztéma létrehozása zajlik, amelynek alapjait a sikeres együttműködő partnerek, a One Magyarország Zrt. (One Solutions), a Universitas-Győr Nonprofit Kft. és a Széchenyi István Egyetem kutatóinak közös munkája fektetett le.
Kutatástól a kész megoldásokig
A kutatási programban az 5G-hálózat nyújtotta adatátviteli és feldolgozási kapacitás kapott kulcsszerepet. Az egyik fejlesztési irányban egy önjáró, összkerékhajtású mezőgazdasági robot működését optimalizálják, amely szántóföldi kultúrákban végez talajvizsgálatokat, elsősorban a tápanyagtartalom mérésére fókuszálva. Az így gyűjtött adatok alapján a rendszer differenciált tápanyag-kijuttatást tesz lehetővé, amelyet egy automatizált permetező drón hajt végre. A fejlesztés technológiai újdonsága, hogy az adatfeldolgozást nem a robot vagy a drón fedélzeti számítógépe végzi, hanem a hálózatba kapcsolt lokális szervereken futnak a háttéralgoritmusok. Az 5G hálózat alacsony késleltetésének köszönhetően a kommunikáció valós időben zajlik, így a robot és a drón azonnali, akár másodpercek törtrésze alatt érkező utasításokra képes reagálni. Ezzel elérhető, hogy a döntéshez szükséges számítási teljesítmény az edge vagy felhő feldolgozásnál álljon rendelkezésre, és nem a mobil eszközön, ahol ez körülményesebben - pl. elektromos teljesítmény vagy hűtés igény - valósítható meg.
"Jelenleg korlátozottan elérhető maga az 5G technológia az agrárgépeken, ezeken ugyanis főként telemetriai rendszerek működnek, amelyek különféle paramétereket és szenzoradatokat gyűjtenek. Az 5G valódi előnye akkor mutatkozik meg, amikor nagy mennyiségű, valós idejű adat - például képi információ - gyors feldolgozása és visszacsatolása szükséges. Ilyenkor a milliszekundumos válaszidő és a nagy sávszélesség elengedhetetlen - mondta Dr. Teschner Gergely.
A kutatás másik iránya a mechanikus gyomirtás automatizálása. A fejlesztett robothoz egy speciális sorközművelő kultivátort integráltak, amely lehetővé teszi, hogy a rendszer autonóm módon végezzen precíziós, fizikai gyomirtást a sorok között. Ez a megoldás nemcsak munkaerő-megtakarítást eredményez, hanem jelentősen csökkenti a vegyszerhasználatot is, hozzájárulva a fenntartható növényvédelemhez.
A harmadik fejlesztési terület a légifelvételeken alapuló növényállapot-monitorozás. Egy speciálisan felszerelt drón nagyfelbontású képi adatokat gyűjt a szántóföldről, amelyek alapján az algoritmusok azonosítják és lehatárolják a gyomosodott területeket. Ezt követően a rendszer célzott, helyspecifikus gyomirtást hajt végre, minimalizálva a növényvédő szerek felhasználását és növelve a beavatkozások hatékonyságát.
"A kutatók jelenleg a fejlesztett mezőgazdasági robot szabadalmi eljárását készíti elő, annak érdekében, hogy a projekt eredményei hosszú távon hozzájáruljanak a digitális agrárium fejlődéséhez, valamint a fenntartható, adatvezérelt mezőgazdasági gyakorlatok elterjesztéséhez Magyarországon és a régióban egyaránt" - tette hozzá Dr. Teschner Gergely.
Marosvölgyi Krisztián, a One Solutions távközlési szakértője
Agrárinnováció 5G-vel
A projekt egyik legfontosabb eleme a privát 5G hálózat létrehozása és mezőgazdasági környezetben történő alkalmazása volt. A One Magyarország kulcsszerepet vállalt a hálózati infrastruktúra kiépítésében és üzemeltetésében, amely a mezőgazdasági robotok és drónok közötti valós idejű adatkommunikáció technológiai alapját biztosította. A hálózat kiépítése lehetővé tette a gépi látáson és autonóm irányításon alapuló precíziós agrármegoldások hatékony tesztelését és validálását.
"A One Solutions számára kiemelten fontos, hogy minden olyan innovatív, jövőbe mutató fejlesztésben aktívan részt vegyen, amely hozzájárul az életminőség javításához és a környezeti terhelés csökkentéséhez - különösen az agrárgazdaság és a fenntarthatóság területén. Ennek jegyében a vállalat az Európai Unió által finanszírozott kutatás-fejlesztési projekt stratégiai partnereként kapcsolódott be az 5G technológián alapuló agrárinnovációs kezdeményezésbe" - mondta Marosvölgyi Krisztián, a vállalat távközlési szakértője.
Az így megvalósított 5G MPN teljesen autonóm, dedikált infrastruktúrával kiépített rendszer, amely kizárólag a projektben használt mezőgazdasági eszközök közötti adatkommunikációt szolgálja. A projekt keretében minden egyes mezőgazdasági eszköz egyedi 5G-kommunikációs modullal van felszerelve, amely lehetővé teszi az eszközök közötti zárt, biztonságos adatáramlást.
Privát hálózatok a mezőgazdaságban
A privát 5G technológia előnye, hogy szinte korlátlan sávszélességet és rendkívül alacsony késleltetést biztosít, ami lehetővé teszi a valós idejű, biztonságos és megbízható adatátvitelt a robotizált rendszerek irányítása során.
A megvalósított megoldás alapja egy korszerű, kompakt és moduláris rendszerű privát 5G hálózat. A központi egység akár egy 40-50 centiméteres rack szekrényben is elfér, és néhány kültéri antenna segítségével már lefedhető egy gazdaság teljes területe. Mivel zárt, privát hálózatról van szó, nincs szükség külső internetkapcsolatra vagy szolgáltatói infrastruktúrára. A működéshez gyakorlatilag elegendő az áramellátás, így független és biztonságos kommunikációs környezet alakítható ki a mezőgazdasági robotok, drónok és szenzorok számára. "A hálózat kültéri és beltéri környezetben egyaránt megbízhatóan működik. Már végeztünk fóliás és üvegházi teszteket, amelyek igazolták, hogy az adatátvitel és a hálózati stabilitás ezekben a zárt térstruktúrákban is optimális" - szögezte le Marosvölgyi Krisztián.
A technológia egyik legnagyobb előnye, hogy rugalmasan méretezhető, gyakorlatilag nincs méretbeli korlát: "A privát 5G hálózat kisebb kísérleti parcellákon éppúgy kiépíthető, mint több száz hektáros gazdaságokban vagy ipari logisztikai területeken. Az infrastruktúra fizikai kábelezés nélkül telepíthető, így mobil, gyorsan adaptálható és karbantartható megoldást kínál a vidéki, nehezebben lefedhető térségekben is" - tette hozzá a távközlési szakértő. Az sem okoz gondot, ha egy gazdaságnak több, egymástól távolabb eső területe van - például szőlőültetvény és gyümölcsös. Az 5G modulok és SIM-alapú azonosítók segítségével egységes, virtuális hálózati struktúra hozható létre, amelyen belül az egyes eszközök - robotok, drónok, szenzorok - kizárólag a kijelölt cellákhoz vagy szektorokhoz férnek hozzá. Ez magas adatbiztonságot és precíz területirányítást tesz lehetővé, még akkor is, ha a gazdaság több, elszigetelt táblából áll.
"Minden telepített privát 5G hálózat távoli felügyeleti rendszerhez kapcsolódik, így folyamatosan monitorozzuk az adatforgalmat, a hálózat stabilitását és az esetleges hibajelzéseket. Ha rendellenességet tapasztalunk, azonnal be tudunk avatkozni. Ezzel biztosítható a folyamatos üzembiztonság még extrém körülmények között is" - részletezte a One Solutions szakembere.
A privát hálózat dedikált sávszélességgel és rendkívül alacsony késleltetéssel működik. Az adatátviteli sebesség elérheti akár az 1 Gbit/s-ot is, a válaszidő pedig jellemzően 1-3 milliszekundum között mozog. "Tapasztalataink szerint nem a hálózati infrastruktúra, hanem inkább a képfeldolgozó szoftverek vagy a kodekek jelentik a szűk keresztmetszetet. A hálózat oldaláról gyakorlatilag elhanyagolható a késleltetés" - mondta Marosvölgyi Krisztián.
Ez a technológiai háttér új távlatokat nyit az autonóm mezőgazdasági megoldások fejlesztésében. Az 5G hálózat által biztosított azonnali válaszidő révén a robotok és drónok precíziós műveletei - például a növényállapot-felmérés, a célzott tápanyag- vagy növényvédőszer-kijuttatás - valós idejű döntéstámogatással valósulhatnak meg. Mindez korábban elképzelhetetlen pontosságot és hatékonyságot tesz lehetővé a termelésben, miközben csökkenti a környezeti lábnyomot és az erőforrás-felhasználást.
Gyakorlati mezőgazdasági alkalmazások
A projektben részt vevő partnerek számára kiemelt jelentőséggel bír, hogy az 5G-alapú agrártechnológiai fejlesztések ne csupán kísérleti környezetben, hanem valós, üzemi körülmények között is alkalmazhatóvá váljanak. "Célunk, hogy a létrehozott technológiai megoldások ne csak demonstrációs vagy oktatási célokat szolgáljanak egy tangazdaságban, hanem hatékonyan integrálhatók legyenek a különböző mezőgazdasági ágazatok - például szántóföldi, kertészeti és üvegházi termelés - mindennapi gyakorlataiba" - mondta Dr. Teschner Gergely.
A fejlesztés iránt már most növekvő piaci érdeklődés mutatkozik. A legnagyobb igény jelenleg gyümölcstermesztési, szőlészeti és üvegházi kultúrák irányából érkezik, ahol a valós idejű adatgyűjtés és automatizált döntéshozatal különösen nagy hozzáadott értéket jelent. Az alkalmazott gépi látás és mesterséges intelligencia alapú feldolgozórendszerek folyamatosan fejlődnek: az érzékelők és algoritmusok költséghatékonysága javul, pontosságuk és megbízhatóságuk pedig jelentősen növekszik.
A hosszú távú cél, hogy ezek az autonóm rendszerek emberi felügyelet mellett, de fokozatosan növekvő önállósággal végezhessék el a mezőgazdasági műveleteket - például a növényállapot-figyelést, a tápanyag-utánpótlás optimalizálását vagy a gyomirtást. A technológia fejlődésével mindinkább lehetőség nyílik arra, hogy az ember szerepe a közvetlen beavatkozásról a felügyeletre és az adatvezérelt döntéshozatalra helyeződjön át - tette hozzá Marosvölgyi Krisztián.
A jövő mezőgazdasága
A One Solutions meggyőződése, hogy az 5G-alapú privát hálózati infrastruktúra a jövő agrártechnológiájának meghatározó alappillére lesz, amely összekapcsolja a digitalizációt, az automatizációt és a fenntarthatóságot, elősegítve egy hatékonyabb, környezettudatosabb mezőgazdasági ökoszisztéma kialakítását.
"Az innovációs fejlesztésekből kereskedelmi forgalomban elérhető terméket szeretnénk létrehozni, a Universitas Győr Nonprofit Kft.-vel, valamint a Széchenyi István Egyetemmel együttműködésben. A szabadalmi, oltalmazási eljárások elindultak, jelenleg vizsgáljuk a további termékfejlesztési lehetőségeket. A végső cél, hogy a rendszer széles körben bevezethető legyen a hazai és nemzetközi agrárszektorban - mondta Marosvölgyi Krisztián, a One Solutions szakértője.
Az innovációs tevékenység azonban itt sem áll meg, a konzorcium tagjai a bemutatott megoldások ipari méretű, gyártói együttműködésben történő továbbfejlesztését is tervezik. "Jelenleg vizsgáljuk, miként lehet a prototípusokat gyártásra optimalizálni, és milyen ipari partnereket tudnánk bevonni a sorozatgyártásba. Több mezőgépgyártó is aktívan kutat hasonló irányokban, ezért szeretnénk, ha a projekt köré egy szakmai konzorcium szerveződne, amely együtt dolgozhat a technológia széles körű piaci bevezetésén" - mondta Dr. Teschner Gergely, a Széchenyi István Egyetem Albert Kázmér Mosonmagyaróvári Kar Biológiai Rendszerek és Precíziós Technológiai Tanszékének docense.