O aktualnych wyzwaniach i potrzebie automatyzacji w leśnictwie oraz o projekcie RoboFoR rozmawiamy z Prof. Pawłem Tylkiem, Kierownikiem Katedry Użytkowania Lasu, Inżynierii i Techniki Leśnej na Wydziale Leśnym Uniwersytetu Rolniczego im. Hugona Kołłątaja w Krakowie.
Małgorzata Słodzinka: Panie Profesorze, jakie są aktualnie najważniejsze wyzwania w leśnictwie?
Paweł Tylek: Wyzwań środowiskowych, związanych przede wszystkim ze zmianą klimatu, jest bardzo dużo. Natomiast ja bym chętnie odniósł się do tych, które dotyczą mechanizacji prac leśnych czy też techniki leśnej. Pierwszym olbrzymim problemem jest wzrost kosztów produkcji, tj. kosztów pracy i materiałów, przede wszystkim paliw, smarów, olejów i części zamiennych. Generuje to wyzwania związane z poszukiwaniem technologii czy technik bardziej energooszczędnych. I tutaj jest wciąż dużo do zrobienia, zwłaszcza w obszarze związanym z hodowlą lasu, ale również z pozyskaniem czy z przetwarzaniem drewna. Drugim istotnym problemem, z którym borykamy się już od kilku lat – a który w ostatnim czasie jeszcze bardziej nabrzmiewa – jest brak pracowników do prac leśnych. O ile w przypadku pozyskania drewna nie jest najgorzej, o tyle w pracach hodowlanych problem zrobił się bardzo duży. To praca ciężka, w trudnych warunkach atmosferycznych i terenowych. Ponadto powtarzalna, więc z punktu widzenia ergonomii bardzo niekorzystna dla pracowników. Mam tu na myśli przede wszystkim odnowienie lasu, zakładanie upraw leśnych czy też prace pielęgnacyjne. To aktualnie najistotniejsze wyzwania w tym obszarze gospodarki leśnej. Dochodzi jeszcze trzecie, bardziej o charakterze społecznym i ekologicznym, czyli kładzenie nacisku, by prace wykonywane w lesie w jak najmniejszym stopniu szkodziły środowisku. Chodzi zwłaszcza o nieuszkadzanie drzew pozostających w drzewostanie, ochronę podrostu, mniejsze uszkodzenie gleby i mniejszy hałas. Tak więc wszystkie konstrukcje maszyn, które są wdrażane do lasu, powinny spełniać te wymagania.
M.S.: Automatyzacja pomoże wyjść naprzeciw tym wyzwaniom?
P.T.: Niewątpliwie w leśnictwie występują obszary, w których mechanizacja, automatyzacja, a nawet robotyzacja są potrzebne. Te procesy są realizowane na przykład przy przygotowaniu materiału siewnego czy produkcji sadzonek drzew leśnych, szczególnie w szkółkach kontenerowych, gdzie mamy już zarówno systemy automatycznego napełnienia i obsiewu kontenerów, jak i zrobotyzowane linie do sortowania sadzonek. Pozyskanie drewna również odbywa się obecnie w sposób półautomatyczny, przy wykorzystaniu maszyn wielooperacyjnych. W tych obszarach mechanizacja i automatyzacja już funkcjonuje i się rozwija. Co więcej, powstają też automaty i roboty do prowadzenia tego typu prac. Podobnie jest w przypadku przeróbki drewna. Natomiast ciągle istnieje nisza, i to na całym świecie, związana z automatyzacją prac hodowlanych. W kilku krajach od wielu lat prowadzone są prace koncepcyjne i rozwojowe dotyczące automatyzacji tego procesu, ale w zdecydowanej większości państw prace hodowlane ciągle prowadzi się ręcznie, z wykorzystaniem jakiś prostych maszyn czy urządzeń, często powstałych mniej więcej w latach 70.
M.S.: Może Pan zdradzić, z czego wynika ta nisza? Dlaczego automatyzacja nie jest tak rozwinięta akurat w pracach hodowlanych?
P.T.: Po pierwsze mamy tutaj do czynienia z materiałem biologicznym. Sadzonki są bardzo zróżnicowane, istnieje wiele gatunków, a to utrudnia prace związane z automatyzacją ich podawania. Po drugie działania są prowadzone w bardzo trudnych warunkach terenowych: czasami pracujemy na powierzchniach płaskich, a czasami na bardzo pochylonych. Zakładając uprawy leśne, działamy w terenie niekarczowanym, na którym mamy dużo przeszkód terenowych, takich jak pniaki czy różnego rodzaju pozostałości pozrębowe. Dlatego tu urządzenia muszą być bardzo zaawansowane trakcyjnie, żeby mogły poradzić sobie w takiej zmienności środowiskowej terenu. Automatyzacja w przemyśle wygląda zupełnie inaczej, gdyż mamy tam do czynienia z elementami o powtarzalnych właściwościach fizycznych. W leśnictwie zaś jest zupełnie odwrotnie.
M.S.: Jak wygląda tradycyjna odnowa terenów pozrębowych, poprzemysłowych i rolniczych?
P.T.: Jest to przede wszystkim praca ręczna, z wykorzystaniem wszelkiego rodzaju kosturów. Stosuje się też sadzarki, ale są to konstrukcje z lat 70.–80. Wykorzystuje się je przede wszystkim do sadzonek z nagim systemem korzeniowym, lecz są one również adaptowane do sadzenia sadzonek z bryłką, próbując w ten sposób mechanizować prace. I to w zasadzie wszystko. Większość nowych konstrukcji znajduje się w fazie rozwojowej i na tę chwilę trudno mówić o wdrożeniu czy komercjalizacji. Istnieją pewne rozwiązania, które funkcjonują, ale one niestety w naszym regionie się nie przyjęły. Przykładem takich urządzeń są półautomatyczne głowice do sadzenia, np. firmy Bracke, które przede wszystkim znajdują zastosowanie w Skandynawii. Ich wadą jest to, że muszą być agregowane z maszynami o dużej masie własnej, tj. kilkanastu ton, a czasem nawet powyżej 20 ton.
M.S.: Czym jest stres poprzesadzeniowy i w jaki sposób można go ograniczyć dzięki automatowi RoboFoR?
P.T.: Może zacznę od tego, że przed przystąpieniem do prac przyjrzeliśmy się krytycznie różnym konstrukcjom, które powstają na świecie, pragnąc uniknąć błędów czy zabrnięcia w jakąś ślepą uliczkę, jak to się w przypadku niektórych koncepcji stało. W efekcie czego w ramach projektu RoboFoR poczyniliśmy kilka ambitnych założeń. Między innymi założyliśmy, by sadzonki były pobierane bezpośrednio z kontenerów, w których są hodowane. Dlatego też automat RoboFoR służy jak na razie do wysadzania sadzonek hodowanych z bryłką. Dlaczego chcieliśmy pobierać sadzonki bezpośrednio z kontenerów? Właśnie z powodu uniknięcia szoku poprzesadzeniowego, o który Pani pyta. Jest co prawda ograniczony w przypadku sadzonek z bryłką, gdyż korzenie nie są tu narażone na uszkodzenia tak mocno jak w przypadku nagich korzeni. Jednak gdy wyciągniemy sadzonkę z kontenera, potem przetransportujemy ją w innych pojemnikach, np. boksach, następnie przełożymy znowu do magazynu, który znajduje się na maszynie, to bryłka korzeniowa może się częściowo kruszyć. Kolejny problem jest taki, że bryłka korzeniowa, która głównie zawiera w sobie torf, bardzo trudno przyjmuje wodę, jeżeli przeschnie, więc po posadzeniu na powierzchnię korzenie mogą z większą trudnością przyrastać do calizny. W przypadku automatu RoboFoR sadzonka jest pobierana bezpośrednio z kontenera hodowlanego, zatem nie ma tutaj takiego zagrożenia. Jest ona przenoszona od razu do urządzenia sadzącego. Ponadto chcieliśmy odejść od tradycyjnego przygotowania powierzchni leśnej. Zwykle jest ona przygotowywana całościowo za pomocą dosyć głębokiej orki lub w pasy, tworząc rabatowałki. Są to zabiegi, które – po pierwsze – są niezwykle energochłonne i trudne, gdyż pracujemy na terenie niekarczowanym. Po drugie bardzo mocno ingerują w środowisko glebowe, powodując wzmożone uwalnianie się chociażby dwutlenku węgla. Dlatego też podczas prac koncepcyjnych w projekcie RoboFoR przyjęliśmy, że na powierzchniach, które nie wymagają takiego intensywnego przygotowania, powinniśmy przygotować tylko placówki, czyli niewielką powierzchnię jedynie w tym miejscu, w którym będzie posadzona sadzonka. Dodatkowo w celu zwiększenia wydajności automatu, zaproponowaliśmy, żeby maszyna pracowała w ruchu ciągłym. RoboFoR nie musi zatrzymać się, by przygotować powierzchnię i potem wysadzić sadzonkę. Natomiast kostur, czyli to urządzenie, które wysadza i pozostawia sadzonkę na powierzchni, jest zamontowany na saniach, które przesuwają się wzdłuż bazowej konstrukcji, dzięki czemu automat przez cały czas jest w ruchu i nie trzeba tej kilkutonowej maszyny wielokrotnie zatrzymywać oraz rozpędzać.
M.S.: Ile osób jest zaangażowanych przy tradycyjnym zakładaniu upraw leśnych, a ile w przypadku wykorzystania automatu RoboFoR?
P.T.: To zależy od przygotowania terenu. Najczęściej są to zespoły dwu- lub czteroosobowe. Jeżeli powierzchnię mamy wcześniej przygotowaną, tj. pozostałości pozrębowe są usunięte lub gleba została przygotowana orką pełną, niestety później trzeba ręcznie przenosić sadzonki na powierzchnię. Oznacza to, że część pracowników przenosi sadzonki, a część wykonuje sadzenie. Natomiast w przypadku automatu RoboFoR de facto potrzebna jest tylko jedna osoba, która będzie nadzorowała pracę, a po zużyciu wszystkich sadzonek (a w magazynie naszego urządzenia mieści się przykładowo aż 600 sztuk sadzonek drzew iglastych) po prostu wymieni kontenery na pełne.
M.S.: Gdzie i w jaki sposób produkowane są sadzonki wykorzystywane w RoboFoR?
P.T.: Sadzonki kontenerowe są produkowane w szkółkach kontenerowych, a sam kontener to taki zespolony pojemnik. W Lasach Państwowych w Polsce jest kilkanaście szkółek produkujących po kilka milionów sadzonek rocznie. Istnieją również szkółki gruntowe, które mają niewielki moduł umożliwiający produkcję w kontenerach. W Polsce rozwinęły się dwa systemy produkcji kontenerowej: produkcja w pojemnikach z polipropylenu, nazywana technologią skandynawską, oraz produkcja w pojemnikach styropianowych, nazywana technologią francuską. Automat RoboFoR jest dostosowany do pojemników z polipropylenu. Możliwe jest wykorzystanie pojemników ze styropianu, ale – z uwagi na mniejszą koncentrację sadzonek w takim pojemniku – przed samym sadzeniem należy przełożyć je do pojemników plastikowych.
M.S.: A jakie są zalety sadzonek kontenerowych w porównaniu z sadzonkami tradycyjnymi?
P.T.: Sadzonki kontenerowe są droższe w hodowli, ale doskonale sprawdzają się w terenach trudnych, np. poklęskowych, porolnych czy poprzemysłowych, rekultywowanych. Produkcja takich sadzonek może być zautomatyzowana, a nawet i zrobotyzowana. Możemy z łatwością wzmacniać ich systemy korzeniowe, np. szczepiąc biopreparatami, czyli mikoryzując sadzonki. Hodowla jest znacznie krótsza i trwa tylko kilka miesięcy. Dzięki temu jesteśmy w stanie bardzo szybko zareagować na bieżące potrzeby, czyli np. na wysadzenie na pożarzyskach czy terenach poklęskowych, np. po wichurach. Taka sadzonka jest bardziej wyrośnięta, więc jest mniejszy problem z pielęgnacją zaraz po posadzeniu. Ponieważ nie ingerujemy tutaj w bryłkę korzeniową, możemy również wydłużyć czas sadzenia sadzonek na w zasadzie cały okres wegetacyjny, co rozwiązuje pewne problemy logistyczne w sytuacjach, gdy tych sadzonek rzeczywiście musimy wysadzić dużo.
M.S.: Powiedział Pan, że w automacie RoboFoR wykorzystywane są sadzonki drzew leśnych z zakrytym systemem korzeniowym. Dlaczego akurat takie?
P.T.: Należy zwrócić uwagę, że sadzonki kontenerowe są bardziej zunifikowane czy znormalizowane. Bryłki mają zbliżone wymiary i posiadają podobne cechy biometryczne, ponieważ są hodowane w warunkach kontrolowanych, co znacznie ułatwia prace związane z automatyzacją. Chcieliśmy również zamknąć w ramach automatu cały proces technologiczny. Z jednej strony mamy dosyć drogie inwestycje w postaci szkółek kontenerowych, a z drugiej – niestety ręczne sadzenie. Dlatego też tak zaprojektowaliśmy RoboFoR, by cały proces hodowlany był automatyzowany.
M.S.: Jakie są perspektywy ewentualnej rozbudowy automatu RoboFoR?
P.T.: Budowa automatu jest modułowa. Podczas realizacji projektu zgłosiliśmy aż osiem zgłoszeń patentowych. Dwa dotyczyły co prawda aparatury pomiarowej, ale pozostałych sześć jest związanych bezpośrednio z modułami tego urządzenia. Poszczególne elementy, takie jak chwytaki czy układ trakcyjny, z powodzeniem mogą być stosowane w innych obszarach. Chcielibyśmy, żeby z tego automatu w przyszłości powstał robot. Wtedy nie musiałby być nadzorowany przez operatora oraz mógł sam jeździć po lesie i wykonywać prace z wykorzystaniem pozycjonowania GPS, a po opróżnieniu pojemników przyjeżdżałby w miejsce załadunku kolejnych sadzonek. Ta koncepcja jest już opracowana. Ponadto chcielibyśmy zmodyfikować układ sadzący tak, by spróbować podjąć się konstrukcji, która umożliwiłaby wysadzanie sadzonek z nagim system korzeniowym. Natomiast nośnik bazowy automatu mógłby zostać wykorzystany do pielęgnacji: zamiast wału przygotowującego placówkę do posadzenia sadzonek, można by zamontować np. mulczery, które pielęgnowałyby uprawę. Wtedy maszyna będzie się poruszała wcześniej zapisanym torem i wykonywała pielęgnację, czyli jeden z tych zabiegów, który jest bardzo niechętnie podejmowany przez pracowników leśnych.
M.S.: Z tego wynika, że RoboFoR ma zdecydowanie ogromny potencjał, czy planowana jest więc komercjalizacja tego rozwiązania i masowe wykorzystanie przez Lasy Państwowe?
P.T.: Jednym z naszych konsorcjantów był Ośrodek Techniki Leśnej, czyli producent maszyn leśnych. W tym roku, po zakończeniu prac badawczo-rozwojowych, została przekazana dokumentacja dla fabryki: ponad 1500 różnego rodzaju materiałów. Przekazaliśmy także model urządzenia, a aktualnie prowadzone są prace związane z dogrywaniem systemów sterowania, tak żeby z tego modelu powstał prototyp, który mógłby być testowany na większych powierzchniach już w przyszłym roku.
Wywiad opublikowany w numerze 1/2023 czasopisma „Rolnictwo Przyszłości”.
Copyright @ 2023 „Rolnictwo Przyszłości”. Kopiowanie i powielanie treści bez zgody redakcji jest zabronione.
