Naukowcy z Poznania współtworzyli robota do sadzenia drzew 

Naukowcy z polskich uczelni i instytutów badawczych wraz z inżynierami z Lasów Państwowych opracowali prototyp automatycznego robota do zakładania upraw leśnych oraz zalesiania terenów rekultywowanych i porolnych. Prace te wychodzą naprzeciw problemom w leśnictwie dotyczących, m.in. zbyt małej liczby pracowników, niskiej efektywności i braku automatyzacji rozwiązań w zakresie zakładania upraw. Urządzenie jest w stanie sadzić do 7 sadzonek drzew leśnych z zakrytym systemem korzeniowym w ciągu 1 minuty. Projekt był realizowany z funduszu badawczo-rozwojowego Lasów Państwowych, a za jego realizację odpowiadali naukowcy i inżynierowie z Uniwersytetu Rolniczego im. H. Kołłątaja w Krakowie, Łukasiewicz – Poznańskiego Instytutu Technologicznego, Akademii Górniczo-Hutniczej i Ośrodka Techniki Leśnej w Jarocinie.  

Obecnie leśnictwo w krajach Unii Europejskiej nie dysponuje automatycznymi sadzarkami, które byłyby w stanie w szybkim tempie odnowić tereny pozrębowe. Prace te wykonuje się zazwyczaj ręcznie, a niekiedy sadzarkami ciągnikowymi. W obydwu przypadkach powierzchnię pozrębową należy wcześniej odpowiednio przygotować, np. przez zaoranie pługiem leśnym, co wiąże się dodatkowymi dużymi nakładami energetycznymi. Znane i stosowane są, głównie w krajach skandynawskich, półautomatyczne głowice sadzące montowane na wysięgnikach maszyn budowlanych, np. wielotonowych koparek[1]. Prototyp mobilnego automatu umożliwia sadzenie sadzonek drzew leśnych z zakrytym systemem korzeniowym na uprzątniętych powierzchniach pozrębowych bez koniczności ich energochłonnego przygotowania, np. przez orkę. Takie sadzonki są produkowane w szkółkach kontenerowych w specjalnych pojemnikach.

Duże wsparcie dla leśników 

Wprowadzanie nowoczesnych i zautomatyzowanych systemów technologicznych pozwala na wyeliminowanie pracy ręcznej. Stosowane obecnie techniki i technologie zalesiania są pracochłonne i kosztochłonne. Polityka leśna państw Unii Europejskiej stawia jako cel zwiększenie drzewostanów wielogatunkowych oraz odnowienia terenów leśnych po ścince i zrywce drewna. Pod zalesianie coraz częściej przeznacza się również tereny poprzemysłowe oraz rolnicze, dla których z różnych względów nie przewiduje się dalszego wykorzystania rolniczego.

Sadzenie sadzonek drzew leśnych z zakrytym systemem korzeniowym, wyprodukowanych w szkółkach kontenerowych w warunkach kontrolowanych, wykonywane jest na ogół ręcznie przy pomocy kostura. Ręczne umieszczenie w glebie tak dużej liczby sadzonek wymaga znacznych nakładów robocizny.

–  Prace ręczne w zagospodarowaniu lasu, w tym również sadzenie, są uciążliwe a wydatek energetyczny organizmu pracujących ludzi jest bardzo duży. Jest to praca monotonna. Monotonia i znaczny odsetek obciążeń statycznych podczas pracy powodują, że coraz trudniej znajduje się robotników do wykonywania tej pracy. Zmęczenie jest także przyczyną planowanych i ukrytych przerw w pracy. Zastąpienie pracy ludzkiej zautomatyzowaną pracą maszynową zwiększy wydajność przy zalesianiu i poprawi jakość tej pracy – wyjaśnia prof. Paweł Tylek z Uniwersytetu Rolniczego im. H. Kołłątaja w Krakowie, kierownik projektu.

Naukowcy zwracają także uwagę na to, że praca robota pozwoli na zmniejszenie liczby strat w sadzonkach podczas sadzenia lasu. Wynika to z faktu, że zakładanie upraw sadzonkami hodowanymi w standardowych kasetach ogranicza stres poprzesadzeniowy wynikający z manewrowania nimi, np. poprzez kilkukrotne wyjmowanie sadzonek z kaset, co często powoduje przesuszanie i obsypywanie bryłki korzeniowej.

– W przypadku ręcznego i mechanicznego sadzenia mamy także do czynienia z częstym zjawiskiem braku pionizacji sadzonki, co trzeba korygować ręcznie w już podsadzonych rzędach, a to z kolei generuje kolejne nakłady pracy i kosztów –  dodaje prof. Tylek.

Jak działa robot?

Mobilny automat, nazwany przez twórców „RoboFoR”, składa się z kilku współpracujących zespołów: samopoziomującego układu trakcyjnego, zespołu magazynowania i podawania sadzonek, który złożony jest z obrotowego stołu podawczego, zespołu pobierania i podawania sadzonek oraz zespołu buforowego, zespołu sadzącego, czyli wału do robienia placówek, rozchylanego kostura i podzespołu dogniatania sadzonek. Wszystko jest automatycznie nadzorowane i sterowane poprzez systemy zdalnego sterowania m.in. z wspomagającym wybór miejsca sadzenia modułem nawigacji satelitarnej. Urządzenie pracuje w ciągłym ruchu. Porusza się ono po wstępnie uprzątniętym terenie pozrębowym, na którym ma być prowadzone odnowienie. Robot sadzi sadzonki w odpowiednim rozstawie, a po umieszczeniu ich w glebie przez kostur, gleba dookoła sadzonki wraz z jej bryłką korzeniową są dociskane za pomocą specjalnych kół. Taki zabieg pozwala na likwidację kieszeni powietrznych i połącznie bryłki korzeniowej z glebą, co w rezultacie pozwala na podsiąkanie wody do korzeni sadzonki. Automat jest przystosowany do obsługi dwóch standardowych typów plastikowych, kaset szkółkarskich, dzięki którym możliwe jest sadzenie sadzonek drzew liściastych i iglastych, które z reguły są wysadzane do dwóch różnych typ kaset.

Proces technologiczny prototypu mobilnego automatu do sadzenia sadzonek drzew leśnych z zakrytym systemem korzeniowym przebiega automatycznie składa się z kilku kolejnych czynności.

– Wał przygotowuje placówkę poprzez zdarcie wierzchniej warstwy gleby wraz z rosnącymi w niej roślinami i zgrania drobne pozostałości pozrębowe. W środek tak przygotowanej placówki zostaje opuszczony kostur, który wykonuje dołek i wpuszcza w niego sadzonkę, a toczące się koła dociekają ją do gleby. Aby sadzonka znalazła się w kosturze wcześniej, zostaje pobrana przez chwytak z kasety szkółkarskiej umocowanej w gnieździe na stole obrotowym. Pobrana przez chwytak sadzonka jest podawana do kanału zespołu buforowego, z którego w odpowiednim momencie jest wpuszczana do kanału kostura – wyjaśnia dr hab. inż. Florian Adamczyk, ekspert z Centrum Technologii Rolniczej i Spożywczej w Łukasiewicz – Poznańskim Instytucie Technologicznym.

Urządzenie sadzi sadzonki drzewek zgodnie z ustaloną więźbą wynikającą z aktualnie obowiązujących zasad hodowli lasu. Mobilny automat skupia w sobie rozwiązania techniczne i aplikacje informatyczne funkcjonujące dotychczas w odległych obszarach technologii informacyjnych oraz leśnictwa. O jego wysokim poziomie innowacyjności świadczy fakt, że w trakcie prac badawczo-rozwojowych zgłoszono do Urzędu Patentowego RP łącznie siedem wynalazków. Z tej liczby tylko jeden projekt obejmował autorską aparaturą kontrolno-pomiarową wykorzystywaną do wyznaczania cech fizycznych sadzonek, pochodzących z hodowli w szkółkach kontenerowych, a 6 pozostałych dotyczyło innowacyjnych rozwiązań technicznych, zastosowanych w automacie „RoboFoR”.

Projekt, w ramach którego powstał „RoboFoR” trwał trzy lata i zakończył się jesienią 2022 roku. Pomysł na realizację tego projektu był efektem wcześniejszej współpracy Uniwersytetu Rolniczego w Krakowie, Akademii Górniczo-Hutniczej oraz Centrum Technologii Rolniczej i Spożywczej w Łukasiewicz – Poznańskim Instytucie Technologicznym.

– Jednostki te były konsorcjantami wspólnych projektów realizowanych w ramach Programu Badań Stosowanych NCBiR. Bardzo dobre wzajemne relacje prawidłowo układająca się współpraca podczas realizacji tych projektów wraz ze znajomością aktualnych problemów leśnictwa były podstawą a w połowie 2018 roku do wspólnego przygotowania wniosku projektowego skierowanego do Generalnej Dyrekcji Lasów Państwowych – mówi dr Julia Gościańska-Łowińska, dyrektor Centrum Technologii Rolniczej i Spożywczej w Łukasiewicz – Poznańskim Instytucie Technologicznym.

Grupa docelowa nowego produktu to przede wszystkim zarządcy lasów państwowych i prywatnych, przedsiębiorstwa podejmujące rewitalizację terenów poprzemysłowych, porolnych i rekultywowanych, stowarzyszenia przedsiębiorców leśnych i zakładów usług leśnych oraz producenci leśnego materiału rozmnożeniowego.

[1] Więcej o tych rozwiązaniach można przeczytać w czasopiśmie naukowym „Technika Rolnicza Ogrodnicza Leśna” (nr 2/2022) wydawanym przez Łukasiewicz – PIT i dostępnym na stronie www Instytutu.