С изкуствен интелект и на 100% слънчева енергия: Българският робот срещу плевели, който спечели 2,4 млн. еврофинансиране

Преди дни българската „Смарт Фарм Роботикс“ се класира между 42 високотехнологични фирми, избрани сред общо 1083, кандидатствали да получат финансиране от Европейския съвет за иновации (ЕСИ). Компанията ще получи финансиране от 2,4 млн. евро. Българските иноватори заслужиха подкрепата със своя напълно автономен, захранван със слънчева енергия, лек робот, който плеви селскостопански насаждения. Изобретението използва изкуствен интелект, за да разпознава растенията и прецизно да отстранява плевелите. Пригодено е за твърди почви, хълмисти терени и сухи климатични условия.

Как „Смарт Фарм Роботикс“ спечели подкрепата от Европейския съвет за иновации, за какво ще използва финансирането, как работи роботът им, за какви терени е подходящ, как AI помага в работата му, какъв е потенциалът и предизвикателствата на автоматизацията и роботизацията в сферата на земеделието – тези и други въпроси коментирахме с Росен Колев, съосновател и главен изпълнителен директор на компанията.

Г-н Колев, как Вашият стартъп се пребори с конкуренцията на над 1000 кандидати за финансиране от Европейския съвет за иновации?
Няколко фактора допринесоха за нашия успех. На първо място беше много доброто припокриване между приоритетите на програмата и планираните резултати от нашата разработка. Сред тях са: премахване на нуждата от ползване хербициди, намаляване драстично на изхвърляните вредни газове от селскостопански машини (нашият робот работи с ел. двигатели); намаляване на цялостното енергопотребление при земеделските дейности (нашият робот работи със 100% слънчева енергия); премахване нуждата от ръчен труд при плевенето (което ще намали драстично здравословните рискове при земеделските работници от работата на полето, особено в горещите месеци, и ще реши проблема с все по-намаляващия брой на кандидати за ръчна работа в земеделието); подобряване качествата на почвата за усвояване на полезни елементи, които компресират горния почвен слой; драстично намаляване на механичното обработване на почвата, което ще допринесе за повишаване на капацитета ѝ за задържане на СО2; цялостно подпомагане на фермерите в ключова за тях дейност чрез намаляване на разходите, повишаване на предвидимостта на полевите дейности, по-висока сигурност в планирането на бъдещите операции и потенциала за разширяване на капацитета, приходите и печалбите на фермерите; индиректно подпомагане на борбата с обезлюдяването на селските и особено полупланинските и планинските райони, както и със запустяването на земи в тях.
На второ място, разбира се, е самото технологично решение, което предлагаме. То е уникално както за Европа, така и в световен мащаб. Нашият робот за плевене е лек (60 – 80 кг), работи изцяло на ток и слънчева енергия, напълно автономно може да се придвижва и работи в нивите без човешка помощ, методите за плевене, които използваме са високоефективни, особено в специфичните условия на Южна Европа (сухи и често каменисти почви, наклонени терени в труднодостъпни части), а разпознаването на растенията се извършва изцяло само чрез ползване на изкуствен интелект, което ни дава възможност да адресираме и многогодишни растения (за разлика от почти всичките ни конкуренти). Всички тези технологични особености са и много добре стиковани с нашия пазарен фокус точно върху тези райони, които са и до голяма степен пренебрегвани от конкурентите решения, именно поради трудните условия на работа.
На трето място са съставът и капацитетът на нашия екип за успешно реализиране на предложения проект. Във фирмата сме събрали експерти по роботика, инженери по изкуствен интелект, специалисти по електромеханика, финансови експерти, професионалисти по маркетинг и продажби, агрономи, специалисти по биоземеделие. Тази комбинация от профили позволява тясно специализиране и висока ефективност на работата, но също така допринася за системен ефект, който дава допълнителна сила на нашия екип в сравнение с конкурентни предложения.
И не на последно място голяма роля без съмнение изигра и натрупаният вече опит на екипа в кандидатстване и управление на проекти по различни национални и европейски програми за финансиране. Спечелените сега близо 2,4 млн. евро идват след вече получени над 350 хил. евро от подобни програми, за които сме били избрани, и то само в рамките на последната година.

За какво ще използвате финансирането?
Основните инвестиции, които планираме да направим през следващите 2 години с подкрепата на EIC Accelerator, са в 3 насоки. На първо място е ускоряване и довеждане до пазарна готовност на нашите развойни дейности. На второ място е разширяването на екипа и засилването на ключови отдели с допълнителни специалисти, така че да положим солидни основи на фирмата за ускорено развитие и бърза пазарна реализация на решението в Европа. И на трето място е подготовка именно за пускане на нашия робот на пазара в края на проекта, като тук се включват многобройни пилотни тестове, представяния на специализирани агроизложения и събития, маркетинг и реклама, договори с партньори за разпространението, особено извън България, защита на интелектуалната собственост и сертификации.

Какво представлява Вашият робот? Кога стартирахте работа по него? Откъде тръгна идеята?
Роботът се базира на 4-колесна платформа, изградена от леки, но високо издръжливи и яки алуминиеви профили. Колелата са с високопроходими гуми с вградени капсуловани електрически мотори с редуктори и многобройни индикатори, позволяващи ефективна работа на трудни терени с минимален риск от замърсяване на движещите се части. И 4-те колела са движещи, като роботът има високоефективна система на окачване, позволяващи работа в силно наклонени терени, дори и при мокри и хлъзгави почви. Слънчеви панели в горната част осигуряват 100% от необходимата енергия на платформата, като през деня също така зареждат и бордовата батерия, позволяваща работа и през цялата нощ.
Роботът има многобройни датчици (камери, GPS устройства, други инструменти за подпомагане на точното позициониране), позволяващи напълно автономната работа в полето. Камерите също така са и ключови за разпознаването на полезните растения и плевелите, като създаваните от тях изображения се използват за трениране на невронните мрежи в основата на изкуствения интелект на робота.
„Мозъкът“ на робота, върху който се помещава и изкуственият интелект, се състои от специализирани устройства от типа Nvidia Jetson Nano, които са специално оптимизирани за работа с невронни мрежи и за управление на автономни системи.
Разпознатите плевели се унищожават с различни контактни (механични) и безконтактни методи, позволяващи ефективно намаляване на плевелния натиск върху културните растения през целия им цикъл на растежа.
Роботът също така разполага със система за комуникация и прехвърляне на данни от разстояние, позволяваща непрекъснат мониторинг на дейността му, изпълняване при необходимост на отдалечени команди, както и препращане на събраната информация от полета към централен сървър за по-нататъшна обработка.

За всякакви терени ли е подходящ Вашият робот?
Нашият основен фокус беше да създадем робот, който може да работи в хълмисти, планински и полупланински терени. Те обикновено се характеризират и с песъчливи и/или каменисти почви. Точно такива са условията в голяма част от земите в България, но и в цяла Южна Европа, като към тези особености трябва да се добавят трудната достъпност на много ниви, както и сухи и твърди почви, особено в активния земеделски сезон. За разлика от нас, практически всички конкурентни решения са тествани и предвидени да работят на равни, добре аерирани, напоявани поддържани чисти почви, характерни предимно за Централна и Западна Европа. Нашият робот няма никакъв проблем да работи и на такива терени, но конкуренцията е практически неприложима и до голяма степен игнорира описаните райони, към които ние сме се насочили.

Изпробвахте ли го вече? Каква е ефективността му?
До момента сме провели редица лабораторни, както и полеви тестове на пробни терени до София. За тази пролет са планирани множество пилотни тестове от много по-голям мащаб в истински ниви, също край София, но и в района на Розовата долина, а и в Южна Италия, в района на Неапол. Резултатите до момента са много обнадеждаващи и потвърждават огромната част от нашите планове и допускания. Те ни позволяват да забележим и много елементи, където можем да подобрим функционирането на системите на робота. Вече постигаме почти 100% идентификация на заснетите растения и разделянето им на плевели и полезни култури. Модулите за плевене също се представят много добре и са все по-ефективни. Като цяло плановете са през тази и следващата година постепенно да повишим скоростта на плевене до 10 пъти тази на добре мотивиран работник.

Към кои пазари сте се насочили?
Основният ни фокус е Южна Европа, най-общо на юг от Алпите - район, в който живеят почти 200 млн. души и за съжаление, до момента пренебрегван от конкурентните разработки. Плановете ни са да стартираме с продажбите в България и скоро след това в Италия и Гърция, като постепенно се разширим и към Франция, Испания и другите държави от региона. Експанзията извън Европа ще е следващата ни голяма цел, като тук включваме както районът на Средиземноморието, така и Северна и Южна Америка и Азия.

Как интегрирате AI в работата на робота?
Изкуственият интелект се базира на множество дълбоки невронни мрежи (convolutional deep neural networks), които се използват за разпознаването на изображенията, заснети с бордови камери както за целите на разпознаването на плевелите и културните растения, така и за автономната навигация на робота в и около нивите.

Какви са конкурентните предимства на Вашия робот спрямо други подобни проекти на пазара?
Както посочих по-рано, нашият робот има множество предимства пред други подобни разработки както в Европа, така и по света, които предимства са и тясно свързани с цялостния замисъл на разработката, философия и пазарен фокус на нашата фирма.
Нашият робот има лека конструкция (60 – 80 кг), докато при конкурентите най-често виждаме машини от по няколко тона, като дори най-леките са над 300–500 кг. Това сравнение е много важно, тъй като тежките машини сбиват горния почвен слой, като намаляват способността му да поема вода и хранителни елементи и изискват механично разрохкване, което допълнително стимулира растежа на плевелите.
Много от конкурентите използват двигатели с вътрешно горене, които изхвърлят множество вредни газове в атмосферата, а дори тези, чиито машини са задвижвани с ел. енергия, обикновено ползват големи батерии, които имат нужда от зареждане в специални зарядни станции. Нашият робот е единственият, който работи 100% на слънчева енергия, напълно чист за околната среда метод, и отделно намалява разходите на фермерите за гориво.
Методите за различаване на растенията и навигация на роботите са също различни. Много от конкурентите също като нас ползват изкуствен интелект, базиран на невронни мрежи за разпознаване на изображения, но реално разчитат основно на прецизно позициониране с т.нар. RTK GPS антени, позволяващи създаване на детайлни карти на полето с точност до 1– 2 см. Този метод работи добре при третиране на едногодишни растения (напр. зеленчуци, кореноплодни), но е практически неприложим при многогодишни тревисти растения (напр. етеричномаслени), където се разчита на силно вегетативно размножаване, т.е. засаденият първоначално един стрък разсад не остава единствен, а около него избуяват много други полезни растения. Тази особеност до голяма степен обуславя и практически пълната липса на конкуренция в нашия основен първоначален пазарен сегмент, именно ароматните и билкови култури, които се отглеждат основно в Южна Европа.
С това разграничение на фокус на третирани растения е свързана и другата основна разлика между нашата и конкурентните разработки. Много от другите решения ползват като контактен метод т.нар. масово механично плевене – ножове режат горния почвен слой, като се събират или раздалечават в зависимост от това дали приближават идентифицирано от камера, или GPS културно растение. Отново, този метод е добър за едногодишни култури, но практически неприложим за многогодишни размножаващи се вегетативно, тъй като би унищожил всички млади издънки. Също така този метод е подходящ при плевене на равни терени, добре аерирани и напоявани почви (типични за Западна и Централна Европа), но е доста проблемен за Южна Европа, където преобладават хълмисти и планински терени, със сухи и твърди почви, които биха повредили режещите инструменти много бързо. За разлика от тях, нашето решение за контактен метод за плевене е на база индивидуално растение, което го прави по-бавен, но е специално приложим и адаптиран за работа точно в този целеви пазар и географски район.
Другата голяма група конкурентни решения залагат на безконтактни методи за плевене като лазери, електрически шокове, горелки с газ и подобни, които отново имат добър потенциал в описаните географски райони и типове ниви, но са изключително рискови в нашия целеви пазар. Опасността от предизвикване на пожари особено когато се касае за отдалечени и труднодостъпни полупланински и планински райони, прави тези методи практически неприложими. За разлика от тях, нашият безконтактен метод чрез фокусиран и специално калибриран енергиен лъч, притежава същите качества за скалируемост и скорост на плевенето, но поради факта, че не повишава материално температурата на таргетираните растения и почвата край тях, напълно избягва риска от пожари.

Какъв е потенциалът и предизвикателствата на автоматизацията и роботизацията в сферата на земеделието?
Предизвикателствата пред автоматизацията и роботизацията в земеделието са многобройни, като сред основните са – липса на достатъчно готови и проверени решения, висока цена на повечето предложения, нужда от обучение на фермерите и техните служители за работа с новите технологии. В същото време потенциалът е огромен. Промените в климата, тенденциите към по-екологично и щадящо природата земеделие, което в същото време произвежда увеличаваща са продукция, съчетани с обезлюдяването на селските райони и липсата на работна ръка за земеделието, са огромни проблеми, които трябва да се решават тук и сега. Именно прилагането на новите технологии – автоматизация, роботизация, дигитализация, използване на изкуствен интелект са начините да се справим с всички тези предизвикателства. Нашият робот е много добър пример за съчетаването на тези технологии в едно цялостно решение, което има ясен първоначален целеви пазар, но и огромен потенциал за бъдещо развитие и надграждане.

Колко голям е екипът на компанията? Планирате ли разрастването му?
Екипът в момента се състои от 15 души, като планираме да привлечем още поне 12 в рамките на проекта по EIC Accelerator. Освен подсилване на фирмата с допълнителни специалисти от вече споменатите профили, планираме да ангажираме и нови експерти. Например специалисти по „големи данни“ (big data), които да работят по разрастването на услугите ни в сферата на анализа на данните, които събираме в полето, защото планираме да оборудваме робота с множество допълнителни сензори за анализ на растенията, почвите, въздуха в и около нивите. Също така ще разширим сериозно екипа по продажбите и маркетинга, за да можем да осъществим бързо и широко пазарно навлизане в края на проекта.