Agriculture Technology: तंत्रज्ञान विकासातून यंत्रामध्ये होणारे बदल

Futrure of Farming: वाढत्या लोकसंख्येसाठी अन्नांची निर्मिती हे सर्वांत मोठे आव्हान जगभरातील कृषी क्षेत्रासमोर आहे. एका बाजूला लोकसंख्या वेगाने वाढत असली, तरी कृषी क्षेत्रात कार्यरत सक्षम लोकांची संख्या वेगाने कमी होत आहे. तरुणांची संख्या कमी झाल्याने युरोप, अमेरिका खंडातील विकसित देशांमध्ये बहुतांश शेतकरी हे वयस्कर (५५ ते ७० वयोगटात) या सदरामध्ये मोडत आहेत. अगदी भारतासारख्या विकसनशील देशामध्ये तरुणांची संख्या अधिक असली तरी त्यांना अधिक कष्ट असलेल्या शेतीकडे आकर्षित करणे तितके सोपे राहिलेले नाही.

परिणामी, शेतीमधील मनुष्यबळाला (मजूर आणि मालक दोन्ही पातळ्यांवर) आकर्षित करण्यासाठी आधुनिक तंत्रज्ञानयुक्त शेतीचा पर्याय सर्वात महत्त्वाचा ठरणार आहे. त्यासाठी कृषी उत्पादनाच्या मशागतीपासून काढणीपर्यंत आणि काढणीपश्‍चात सर्व प्रकारच्या मूल्य साखळीमध्ये यांत्रिकीकरणाला बळ देताना आधुनिक तंत्रज्ञानाचा वापर वाढवावा लागणार आहे. आपली सध्या उपलब्ध असलेली यंत्रे अधिक बुद्धिमान करण्याची गरज आहे. त्यामुळे कष्ट कमी करतानाच कामाची गुणवत्ता आणि कार्यक्षमता वाढणार आहे. अंतिमतः मजुरी खर्चात मोठी बचत साधणार आहे.

कृषी उत्पादन प्रक्रियेत सामान्यतः मशागत, लागवड, व्यवस्थापन आणि कापणी हे चार टप्पे असतात. यातील प्रत्येक टप्प्यावर वापरल्या जाणाऱ्या यंत्रामध्ये अधिक बुद्धिमत्ता विकसित केली जात आहे. यंत्राद्वारे कामे करताना संपूर्ण शेतजमीन व्यापण्यासाठी यंत्राच्या मार्गाचे योग्य नियोजन करणे आणि त्यानंतर विविध कामांशी संबंधित यंत्रसामग्री त्या मार्गावरून स्वायत्तपणे चालणे किंवा नियंत्रित केली जाणे यावर प्रामुख्याने भर दिला जात आहे.

यातील माणसांचा हस्तक्षेप किमान पातळीवर राखणे, हे एक ध्येय राहिलेले आहे. कोणत्याही मानवरहित कृषी यंत्रसामग्रीमध्ये प्रामुख्याने वाहन स्थिती, मार्ग नियोजन आणि गती नियंत्रण असे तीन स्वयंपूर्ण भाग (मॉड्यूल) असतात. यंत्राचे सध्याचे ठिकाण, स्थान किंवा स्थिती निश्‍चित करण्याच्या दृष्टीने (स्थिती मॉड्यूल) युरोपियन आणि अमेरिकन देशांनी २० व्या शतकाच्या मध्यापासून संशोधन सुरू केले होते.

संशोधनाच्या सुरुवातीला प्रामुख्याने वायरमधील विद्युत चुंबकीय विद्युत प्रवर्तन (केबल इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक इंडक्शन) आणि शेतजमिनीच्या सीमांवर खुणा करणे या दोन वाहन स्थिती दर्शविणाऱ्या पद्धती होत्या. दोन्ही पद्धतींसाठी शेतीच्या जमिनीचे नूतनीकरण, मोजणी व सीमांकनासह अन्य बाबींची आवश्यकता होती. या बाबी मोठ्या प्रमाणात वापरणे महागडे ठरत असल्याने सार्वत्रिक वापर कठीणच नाही, तर अशक्य पातळीवर पोहोचत होता. मात्र १९८० च्या दशकानंतर उपग्रह तंत्रज्ञानाचा विविध कारणांसाठी वापर सुरू झाला. यातील विकासाबरोबरच उपग्रहाच्या साह्याने कृषी यंत्रसामग्रीची सद्यःस्थिती माहीत करून घेणे व चलनावलनावर लक्ष ठेवणे सुरू झाले.

सध्या मोबाइल यंत्रसामग्रीच्या गतिमान मॉडेलवर आधारित गती नियंत्रण अल्गोरिदम प्रामुख्याने वापरले जाते. त्यात सामान्यतः पुढील अडचणी उद्‍भवितात.रस्त्यावरून चालणाऱ्या अन्य वाहनांच्या तुलनेमध्ये शेतामध्ये कार्य करतेवेळी कृषी यंत्रसामग्री सामान्यतः मंद गतीने प्रवास करते. त्यामध्ये दिशा देणारे स्टिअरिंगचा स्थिरांक वेळ अधिक असतो. कृषी कामांसाठी वापरल्या जाणाऱ्या पार्श्‍व बल आणि टायरची घसरण यामुळे स्टिअरिंगचे संतुलन ठेवणे हे अवघड होत असते.

कृषी यंत्रसामग्री वाहनांच्या स्थितीसाठी मशिन व्हिजन पोझिशनिंग आणि सॅटेलाइट पोझिशनिंग या दोन मुख्य पद्धती आहेत. त्यातील मशिन व्हिजन पोझिशनिंग ही प्रकाश आणि हवामान यासारख्या पर्यावरणीय घटकांना संवेदनशील आणि तुलनेने अस्थिर आहे. मात्र उपग्रह पोझिशनिंग वारंवारिता खूप कमी आहे. एकल जीपीएस अँटेना पोझिशनिंग केवळ सब-मीटर-लेव्हल पोझिशनिंग साध्य करू शकते. यावर मात करण्यासाठी स्थानिक कार्टेशियन को-ऑर्डिनेट सिस्टिममध्ये संपूर्ण वाहनाची उच्च-फ्रिक्वेन्सी सेंटिमीटर-लेव्हल पोझिशनिंग साध्य करता येते. त्यासाठी RTK/INS इंटिग्रेटेड इनर्शियल नेव्हिगेशन फ्युजन पोझिशनिंगचा अवलंब केला जातो. प्रत्यक्ष कामाची व्याप्ती (जॉब कव्हरेज), कामाच्या मार्गाची लांबी आणि प्रमाण हे त्यातून मिळवले जाते.

कृषी यंत्राच्या चलनावलनासाठी प्रामुख्याने फ्युजन पोझिशनिंग, पूर्ण व्याप्तीसाठी मार्गाचे नियोजन आणि गतीचे नियंत्रण या तीन प्रमुख तंत्रज्ञानावर भर दिलेला असतो. त्यावर आधारित बुद्धिमान मानवरहित कृषी यंत्रासाठी ड्रायव्हिंग सिस्टिम तयार केली जाते. संबंधित प्रयोगांसाठी प्रोटोटाइप म्हणून ट्रॅक केलेल्या कृषी यंत्रसामग्रीचा वापर करून सिम्युलेशन आणि वास्तविक वाहन चाचणी प्लॅटफॉर्म तयार केले जातात. त्यामुळे प्रत्यक्ष स्थितीमध्ये यंत्र नेमके कसे चालेल, कसे काम करेल, याचा अंदाज मिळणे शक्य होते. त्यात प्रत्यक्ष चाचणी पूर्वी अपेक्षित त्या सुधारणा करता येतात.

एकदा प्रत्यक्ष स्थिती आणि गतीचे नियंत्रण यावर नियंत्रण मिळाल्यास यंत्रामध्ये अपेक्षित हुशारी (स्मार्टनेस) आणणे शक्य होते. त्यासाठी कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआय), इंटरनेट ऑफ थिंग्ज (आयओटी), जीपीएस, सेन्सर्स, ड्रोन आणि रोबोटिक्स या सारख्या साधनांचा एकत्रित वापर करता येतो. यामुळे आवश्यक ते निर्णय घेण्यासोबत बहुतांश सर्व कार्ये स्वयंचलित होण्यास मदत होते. त्यासाठी सातत्याने माहिती गोळा करत राहणे, घेतल्या जाणाऱ्या प्रत्येक निर्णयातून स्वयंशिक्षण यावर भर दिला जातो. यातून संसाधनांचा कार्यक्षम व अचूक वापर शक्य होतो.

स्वायत्त यंत्रे (ऑटोमेशन) आणि यंत्रमानव (रोबोटिक्स)

बहुतांश शेतीकामे ही अधिक गुंतागुंतीची असतात. अशी कामे किंवा त्यातील काही भाग हा आपोआप कार्यरत होत असलेल्या यंत्राला स्वायत्त स्वयंचलित यंत्र म्हणतात. या प्रक्रियेला ऑटोमेशन असे म्हणतात. त्यात अर्ध स्वयंचलित किंवा संपूर्ण स्वयंचलित असे आणखी प्रकार पडतात. अलीकडे ट्रॅक्टर, कम्बाइन हार्वेस्टर व अन्य महत्त्वाच्या यंत्रांमध्ये स्वयंचलित स्टिअरिंग आणि मार्गदर्शन प्रणाली उपलब्ध होत आहे. त्याला दिशादर्शनासाठी ‘जीपीएस’ प्रणाली, लिडार (LiDAR) आणि व्हिजन सिस्टिम यांचाही वापर केला जात आहेत.

त्यामुळे यंत्र चालविताना काही प्रमाणात मानवी हस्तक्षेपाशिवायचे स्वयंचलन साध्य होते. अशा स्वायत्तपणे कार्यरत यंत्रणांमुळे यंत्रांच्या कार्यक्षमतेत मोठी वाढ होते. पूर्वी माणसांच्या कामांची मर्यादा ही काही तासांपर्यंत मानली जात होती. (उदा. कामगार कायद्याप्रमाणे आठ तास.) अधिक एकाग्रतेचे काम असल्यास दर तीन ते चार तासांनी कामादरम्यान विश्रांतीची आवश्यक देणे गरजेचे असते.

अन्यथा कामामध्ये त्रुटी राहण्याची शक्यता असते. मात्र अशा स्वायत्त यंत्रावर काम करताना प्रत्येक वेळी निर्णय घेण्यासाठी वापरली जाणारी माणसांची ऊर्जा वाचते. परिणामी, तो अधिक काळ काळ यंत्रावर काम करू शकतो. त्याच्या एकाग्रतेची गरज कमी होते. त्याच्या सुरक्षिततेसाठी काही बाबी आपोआप कार्यान्वित होतात. परिणामी, कामगाराची सुरक्षेची काळजी कमी होते.

यंत्रमानव व त्यावर आधारित अवजारे

संपूर्ण कामातील काही भाग स्वयंचलितपणे होणे, याला स्वायत्त यंत्र असे म्हणतात. मात्र एखादे काम संपूर्णपणे स्वतः सर्व निर्णयासह करण्याचे काम यंत्रमानव करत असतात. अलीकडे या यंत्रांना कृत्रिम बुद्धिमत्तेची जोड (एआय) व स्वयंशिक्षणाची जोड दिली जात आहे. त्यामुळे विविध मार्गाने शेताच्या निरीक्षणापासून प्रत्यक्ष काम करण्यापर्यंत सर्व बाबी कोणत्याही मानवी हस्तक्षेपाशिवाय पार पाडल्या जातात. उदा.

तणे काढणारा यंत्रमानव : कृत्रिम बुद्धिमत्तेवर चालणारा यंत्रमानव शेतीमध्ये उगवलेल्या पिकापेक्षा वेगळ्या तणांची प्रथम ओळख पटवतो. त्याचा प्रकार ओळखून त्यापासून तणनियंत्रणाची अचूक पद्धती किंवा योग्य ते तणनाशक ठरवतो. त्याचा नेमक्या त्याच ठिकाणी वापर करून तणांचे नियंत्रण करतो.

रोबोटिक कापणी : झाडावरील काढणीयोग्य पक्वतेची फळे ओळखून त्यांच्या काढणीचा निर्णय घेतला जातो. त्यासाठी संगणक दृष्टी आणि एआय तंत्राचा वापर केला जातो. प्रत्यक्ष यंत्र किंवा त्याची आर्म तिथपर्यंत पोहोचून योग्य साधनाने फळाची काढणी करता येते.

समान हाताळणी रोबोट : जड साहित्याची हाताळणीसारखी कठीण काम आणि दोन रोपांमध्ये अचूक अंतर ठेवण्यासाठी अधिक अचूकता अपेक्षित असलेल्या कामांमध्ये यंत्रमानव नक्कीच उपयोगी ठरणार आहेत.

- डॉ. सचिन नलावडे, ९४२२३८२०४९, (प्रमुख, कृषी यंत्रे आणि शक्ती विभाग, डॉ. अण्णासाहेब शिंदे कृषी अभियांत्रिकी आणि तंत्रज्ञान महाविद्यालय, महात्मा फुले कृषी विद्यापीठ, राहुरी.)