Robotiikka mansikan sadonkorjuussa

Innovaatioryhmä (EIP) kehittää vuosien 2019-2020 aikana hankkeessa robotiikkaan perustuvan mansikanpoimintakoneen prototyypin sekä sen valmistamisen ja käytön kustannusarviot. Tavoitteena on, että hankkeen jälkeen joku kaupallinen toimija pystyisi ottamaan vastuun teknologian kaupallistamisesta.

Mansikanviljely on ollut tällä vuosituhannella yksi parhaiten kannattavia maatalouden tuotantosuuntia. Mansikkaa tuotetaan Suomessa noin 4000 hehtaarilla keskimäärin noin 15 milj. kg vuodessa. Tuotannosta arviolta noin 80 % menee tuoremarkkinoille (vuoden 2018 keskihinta noin 6 eur/kg) ja 20 % pakastuksen kautta elintarviketeollisuuteen (vuoden 2018 keskihinta noin 4 eur/kg). Arvonlisäveroton mansikantuotannon kokonaisarvo on keskimääräisenä vuonna noin 84 miljoonaa euroa. Kaiken kaikkiaan mansikan kulutus on Suomessa nousussa erityisesti elintarviketeollisuuden puolella: Kotimaisen tuotannon lisäksi vuonna 2018 Suomeen tuotiin noin 6 milj. kg mansikkaa, josta noin puolet tuoretta ja noin puolet pakastettua. Pakastetun mansikan tuonti kasvoi 24 % vuonna 2018, vaikka kotimainen tuotanto oli normaalilla tasolla.

Ulkomaalaisia mansikanpoimijoita on Suomessa vuosittain arviolta 15 000 - 20 000 henkilöä. Tällä hetkellä mansikan sadonkorjuu perustuu maiden välisiin suuriin elintaso- ja palkkaeroihin. Eniten poimijoita tulee Ukrainasta, mutta jonkin verran myös muista Itä-Euroopan maista sekä Thaimaasta. Suomi houkuttelee korkean palkka- ja elintason maana poimijoita alhaisen palkka- ja elintason maista. Yleensä mansikanviljelijä toimii mahdollistajana tarjoamalla tilaisuuden ansaita poimijan kotimaan palkka-tasoon nähden moninkertaisesti. Toisaalta ulkomaiseen halpatyövoimaan liittyy negatiivisia lieveilmiöitä, kuten esimerkiksi viime vuosien ihmiskauppasyytökset metsämarjanpoiminnassa.

Elintasoeroihin perustuvan tuotantopanoksen, tässä tapauksessa globaalin matalapalkkatyövoiman, hyödyntämiseen liittyy eettisen näkökulman lisäksi myös muita ongelmia ja riskejä. Baltian maiden elintason noustua sieltä ei ole enää tällä vuosikymmenellä juurikaan tultu töihin suomalaisille mansikkapelloille. Jo pelkkä brexitin uhka aiheutti puolalaisen työvoiman joukkopaon Isosta-Britanniasta. Sota tai muu poliittinen konflikti väärään aikaan väärässä paikassa voi lopettaa nopeasti ja yllättäen työvoiman saannin tietystä maasta.

Matalapalkkatyövoiman liikuttaminen globaalisti on myös ympäristölle haitallista ja tämä kärjistyy aasialaisen työvoiman lentoliikenteessä. Ulkomaisten poimijoiden rekrytointi on viljelijöille myös työläs ja haastava tehtävä, mikä vaatii paljon viranomaisten kanssa asiointia ja säädösten hallintaa. Työrobotin kanssa pystyttäisiin ennakoimaan paremmin tehtävän työn laatu ja siihen kuluva aika. Toisaalta poimintarobotti toteutuessaan olisi todennäköisesti investointina kallis.

Hankkeen tavoitteena on kehittää kuvantunnistukseen ja robotiikkaan perustuva mansikanpoimintakone sekä sen valmistamisen ja käytön kustannusarvio. Oletamme, että 250 000 euron ja puolentoista vuoden hankkeella ei onnistuta saamaan valmiiksi kaupallista tuotetta, mutta teoriapohja työlle saadaan luotua ja prototyyppi rakennettua. Hankkeessa luodaan aihio teknologian jatkokehitykselle ja kaupallistamiselle. Hankkeen toteutumista arvioidaan kaupallisten toimijoiden, viljelijöiden ja muiden asiantuntijoiden antamilla arvioilla sekä innovaatioryhmän sisäisellä itsearvioinnilla.

Toteutus

Poimintarobotin kehittämisprosessi koostuu useammasta työvaiheesta, joita voidaan tehdä osin limittäin samaan aikaan. Peltotestausta ja kustannuslaskentaa tehdään kuitenkin vasta hankkeen loppupuolella:
1) Ulkomaisiin mansikanpoimintarobotteihin tutustuminen ja niiden analysointi
Kilpailevia kehitteillä olevia ulkomaisia ratkaisuja ovat ainakin Agrobot (www.agrobot.com) ja Harvest Croo (https://harvestcroo.com/). Kehittämämme menetelmän pitäisi näihin verrattuna olla halvempi, nopeampi ja hellävaraisempi.

2) Marjan tunnistaminen pensaasta ja pellosta
Aiemman tutkimustiedon perusteella tiedämme, että poimintakypsä marja on helpointa tunnistaa infrapunasäteilyn perusteella. Infrapunalla marja tunniste-taan solukon lämpötilan perusteella, joka puolestaan määräytyy pintarakenteen haihdutuksen mukaan. Poimintakypsällä marjalla on sille ominainen haihdutusta-so, joka poikkeaa esimerkiksi lehden, raa´an marjan, homeisen marjan tai kate-muovin haihdutustasosta.

Työpakettia varten valmistaudutaan siihen, että käytössä on koko talvikauden ajan marjoja tuottavia mansikantaimia. Näiden lähtömateriaali ja alkukasvatus saadaan talvikaudella Luonnonvarakeskuksen Haapastensyrjän yksiköstä ja sa-dontuoton lähestyessä taimien loppuvaiheen kasvatus ostetaan Kainuun Ammat-tiopiston Luonnonvara-alalta (Kajaani), missä ympärivuotinen kasvihuonekasva-tus on mahdollista lähellä innovaatioryhmän jäseniä. Kuvausta varten rakenne-taan koejärjestely, jossa taimet ovat suljetussa, pimeässä kammiossa, missä ei ole kuvausta häiritseviä tekijöitä, esimerkiksi valovaihtelu.
Saadun aineiston perusteella ohjelmoija luo marjan tunnistamista ja robotin oh-jausta varten ohjelman.

3) Robotin rakentaminen ja pilotointi
Robotti on työkalu, joka samanaikaisesti sekä kuvaa kasvustoa että kerää mansi-koita. Lisäksi robotissa on keskusyksikkö, joka sisältää ohjaavan tietokoneen. Suunnitelmamme on, että robottia ajettaisiin ensisijaisesti langattomasti, etäoh-jauksella, jolloin esimerkiksi pellolla olevat epäpuhtaudet haittaavat teknologiaa vähemmän.

Robotissa on kaksi infrapunakameraa, joista toinen, mansikoita ottavan työkalun kärjessä, on ottamassa lähikuvaa ja toinen kauempana ottamassa yleiskuvaa. Marjat on suunniteltu liikkumaan robottikädeltä keruulaatikkoon paineilman avulla putkistossa, mikä ratkaisu ilmeisesti poikkeaa muissa kehitteillä olevista mansikanpoimintaroboteissa. Paineilmaan perustuvan menetelmän kehittämi-seen sisältyy sekä merkittäviä mahdollisuuksia että riskejä, sillä aiempia käyttö-kohteita mansikan kaltaisilla pehmeillä tuotteilla ei tunneta.
Robotin yhteydessä on keruuyksikkö, joka tässä vaiheessa on ihmiskäyttöinen: Ihminen vastaa keruulaatikoiden huollosta ja siirtelystä. Myöhemmin, jos muu teknologia saadaan onnistumaan, on tämä osuus helppo automatisoida.

4) Peltotestaukset
Tavoitteena on, että kesällä 2020 teknologiaa päästään testaamaan pelto-olosuhteissa Sotkamossa noin 2-3 kuukauden ajan. Siihen saakka kehittäminen tapahtuu sisätiloissa. Pelto-olosuhteiden testaaminen päästään vuonna 2020 aloittamaan arviolta kesäkuun puolivälissä varhaismansikkaa kasvavissa tunne-leissa. Tämän jälkeen tulee mansikan pääsatokausi heinäkuussa ja sadonajoitus-taimilla myöhäistetty mansikka lopettaa sadontuottonsa syyskuun alussa.

5) Kustannuslaskenta
Hankkeen loppuvaiheessa, kun sekä laitteen valmistuksesta että käytöstä on muodostunut enemmän käsitystä, lasketaan laitteen valmistuksen tuotantokus-tannuslaskelma ja konepoimitun mansikan tuotantokustannuslaskelma. Laskel-mien perusteella arvioidaan koneen valmistuksen ja käytön taloutta.
Hankkeessa teknologian ja tieteen ammattilaisten rinnalla on viljelijäryhmä, joka an-taa näkemyksiä ja ideoita säännöllisesti kehittämisprosessin edetessä.


Hankkeessa syntyvän toiminnan jatkuvuus hankkeen päättymisen jälkeen

Hankkeen toteutumista arvioidaan kaupallisten toimijoiden, viljelijöiden ja muiden asiantuntijoiden antamilla arvioilla sekä innovaatioryhmän omalla itsearvioinnilla. Tavoitteena on, että hankkeessa saataisiin tehtyä riittävä pohjatyö sille, että kaupal-linen toimija pystyisi edelleen aloittamaan teknologian tuottamisen. Tässä hankkees-sa menetelmän kehittäminen prototyyppiin saakka luo pohjan prosessin seuraavassa vaiheessa menetelmän kaupallistamiselle ja siihen liittyvän rahoituksen hankinnalle.
Uskomme, että pelto-olosuhteissa toimiva poimintarobotti tulee Suomeen ennen pitkää joka tapauksessa. Teknologialla on erittäin vahva elinkeinollinen ja yhteiskunnallinen tarve.

Hankkeen kokonaiskustannus 250 000,00 €
Hankkeen kustannusarvio sisältää arvonlisäveron. Hankkeelle haetaan 100 % tukea Euroopan Maaseuturahastosta 250 000 €.

Hankkeen hakijana ja hallinnoijana toimii Luonnonvarakeskus, ja hankkeesta vastaa tutkija Kalle Hoppula Luonnonvarakeskuksesta Kajaanista. Innovaatioryhmän muodostavat Luonnonvarakeskus, neljä toimivaa mansikkatilaa, kaksi robotiikan ammattilaista sekä liiketalouden osaaja.

Yhteyshenkilö: Kalle Hoppula, tutkija
kalle.hoppula@luke.fi
puh. 029 5326141