Robotwieder brengt onkruid tot kookpunt

Voor Paul Andela en zijn zoon Bas is muur een favoriet. Dat gaat trouwens ook op voor zwarte nachtschade en nog talloze andere onkruiden. Die focus heeft alles te maken met de bestrijding ervan. Hun bedrijf – Andela Techniek & Innovatie in Nagele (Fl.) – is gespecialiseerd in de ontwikkeling en constructie van speciale machines, waaronder voor onkruidbestrijding.

Paul Andela bouwde in 2007 het allereerste zelfrijdende wiedbed voor het handmatig verwijderen van onkruid. Dat was de aanzet voor de productie van honderden exemplaren van de Andela Solar Weeder, een elektrisch aangedreven wiedbed met zonnepanelen dat inmiddels wereldwijd wordt ingezet. Andela: “Klanten vroegen weleens gekscherend of ik ook personeel kon leveren. Dat gaat nog steeds niet, maar we hebben wel een beter alternatief.”

Hij doelt op de wiedrobot ARW-912. “Het apparaat pakt onkruidplanten in twaalf gewasrijen tegelijk aan, volautomatisch en aanmerkelijk sneller en trefzekerder dan met een vergelijkbaar handwiedbed. Met de robot kun je tot wel 1.000 meter per uur halen. Dat is twee tot drie keer zo snel als in handwerk.”

_{Lees verder onder foto}

Direct verdrogen

De ontwikkeling van de, voor het overgrote deel in aluminium uitgevoerde, zelfrijdende robotwieder startte in 2019. Andela bouwde eerst een prototype met één robotarm. Toen ze tevreden waren over de prestaties daarvan zijn ze gestart met de ontwikkeling en bouw van de ARW-912. Dit jaar draait het eerste volwaardige exemplaar op het biologische teeltbedrijf Poppe Landbouw in Nagele, in uien en peen. Het werktuig is hier veelvuldig getest om te komen tot een vermarktbare uitvoering (zie kader).

Elke individuele onkruidplant wordt in een fractie van een seconde verhit en zo ‘opgekookt’

Anders dan met het wieden in handwerk waarbij de onkruidplanten uit de grond worden getrokken, is er na passage van de robot op het eerste gezicht niets met het onkruid gebeurd. Dat is schijn; elke individuele onkruidplant wordt in een fractie van een seconde verhit en zo ‘opgekookt’. Het effect daarvan is meteen te zien: lichtgroen verandert direct in donkergroen, en op veel steeltjes zijn donkere insnoeringen te zien, duidend op acute verdroging. Veel planten komen ook direct volledig los van hun wortels te liggen. Andela toont het resultaat met enkele muurplanten. “Daarom is dit onkruid favoriet: het komt veel voor in deze polder, maar is ook prima aan te pakken en laat direct het effect van robotbehandeling zien.”

Twaalf rijen tegelijk

Elke onkruidplant moet dus individueel getoucheerd worden. Dat gaat met een in alle richtingen beweegbare driearmige Delta-robot boven elke gewasrij. Op de ARW-912 zitten twaalf robots, met een werkbreedte van maximaal 9 meter. De onderlinge afstand tussen de robots is traploos instelbaar.

Voor peen komen de Delta-robots op 75 centimeter onderlinge afstand. Voor uien wordt de machine ingesteld op vier rijtjes per bed (van anderhalve meter). Aldus worden steeds zes bedden tegelijk behandeld, waarvoor dan twee werkgangen nodig zijn (heen-en-weer): in de eerste werkgang wordt het onkruid in de even plantrijen in elk bed aangepakt, in de tweede werkgang komen de oneven rijen aan de beurt.

Het idee om onkruidplanten met hitte uit te schakelen, is volgens Andela het meest logisch. Mechanisch opruimen – bijvoorbeeld met een frees onder elke Delta-arm – is minder effectief en zorgt ervoor dat de grond wordt geroerd, wat een zaaibed voor nieuw onkruid kan geven.

Leren

De twaalf wiedunits hebben elk een van bovenaf kijkende RGB-camera per gewasrij (een RGB-camera is als het menselijk oog gevoelig voor rood, groen en blauw). De camera’s werken met kunstlicht en zijn daardoor daglichtonafhankelijk en 24 uur per dag inzetbaar, aldus Andela (zie kader).

Ten opzichte van wieden in handwerk geeft dat de mogelijkheid om twee tot drie weken eerder aan de slag te gaan

Op basis van de camerabeelden besluit de robot welke planten moeten blijven staan (de cultuurplanten) en welke weg moeten. Die informatie wordt vervolgens vertaald in stuurcommando’s voor de betreffende wiedunit. Om dat onderscheid tussen cultuur- en onkruidplanten goed te kunnen maken, moet het systeem weten waar de verschillen zitten. Daarvoor zijn enorm veel data nodig, afkomstig uit duizenden foto’s van de cultuurgewassen waarin de robot wordt ingezet, en van alle mogelijke onkruiden die in dat gewas kunnen voorkomen, in zo veel mogelijk verschijningsvormen, stadia en weertypen. De foto’s worden stuk voor stuk beoordeeld en ‘gelabeld’. Dat is zeer arbeidsintensief werk, waarvoor ook een goede kennis van gewas en onkruid noodzakelijk is. De aldus verkregen data zijn verwerkt in een algoritme, waarmee de machine werkt. De kwaliteit van de dataset bepaalt de effectiviteit van de machine, aldus Andela: “Planten die niet worden herkend, worden niet ‘gezien’ en dus niet bestreden.”

De beloning voor deze inspanning is echter navenant, want het resulteert er in dat onkruidplanten al in een speldenknopstadium te onderscheiden en op te ruimen zijn. “Ten opzichte van wieden in handwerk geeft dat de mogelijkheid om twee tot drie weken eerder aan de slag te gaan.”

_{Lees verder onder foto}

Vakwerk

De bijna volledig in aluminium uitgevoerde ARW-912 zit fraai in elkaar, het resultaat van zorgvuldig ontwerpen, en construeren. Het rupsonderstel is eveneens in eigen huis geconstrueerd. Die moeten de bodemdruk zo klein mogelijk houden. De machine regelt, afhankelijk van de onkruiddruk, zijn rijsnelheid zelf en wordt tijdens het werk met RTK-gps op koers gehouden.

Aan het hoofdframe hangen drie subframes naast elkaar, met vier Delta-robots per subframe. Ze zijn flexibel opgehangen, met een regeling die ervoor zorgt dat de vlakstelling en de hoogte van de armen ten opzichte van het maaiveld altijd gelijk blijft, onafhankelijk van de grondligging. De aansturing gaat elektrisch, zoals voor alle andere componenten. Daarvoor zorgen in totaal 43 elektromotoren en actuatoren. De stroomvoorziening gaat met zonnepanelen. Ze liggen op het dak, met een ruim toereikend vermogen voor volcontinu bedrijf.

Marktperspectief robotwieder

Door de rechtstreekse verkoop van Solar Weeders in Nederland en Europa heeft Andela een groot netwerk opgebouwd in de biologische landbouw, stelt hij, en zag hij de behoefte voor een gerobotiseerde onkruidoplossing groeien. “Biologische telers volgen de ontwikkelingen van de ARW-912 op de voet.”

Het is een bewuste strategie om te starten met een machine met een grote capaciteit. Andela wil in de toekomst ook kleinere versies bouwen voor middelgrote en kleinere bedrijven. Het bedrijf verwacht daarnaast dat deze machine vanwege de afnemende beschikbaarheid van gewasbeschermingsmiddelen ook in de gangbare bedrijfsvoering een oplossing zal zijn.