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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE PONTA GROSSA SETOR DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E DE TECNOLOGIA CURSO DE AGRONOMIA MARÍLIA APARECIDA STROKA ASPECTOS DA COLHEITA ROBÓTICA E SUA APLICAÇÃO NA CULTURA DO MORANGUEIRO PONTA GROSSA-PR 2014 MARÍLIA APARECIDA STROKA ASPECTOS DA COLHEITA ROBÓTICA E SUA APLICAÇÃO NA CULTURA DO MORANGUEIRO Trabalho apresentado à disciplina de Processamento de Dados, do curso de Agronomia da Universidade Estadual de Ponta Grossa, como avaliação parcial para a composição de nota referente ao 1º semestre. Prof.ª Karine Sato da Silva PONTA GROSSA-PR 2014 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Movimento de corte do pedúnculo: (a) com sucção (b) sem sucção. ....................... 7 LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Tempo de execução dos movimentos realizados pelo robô colhedor de morangos .. 8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ............................................................................................................. 5 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ..................................................................................... 6 2.1. DADOS GERAIS DA CULTURA ................................................................................. 6 2.2. COLHEITA DO MORANGO ......................................................................................... 6 2.3. COLHEITA ROBÓTICA DE MORANGO .................................................................... 6 2.4. ASPECTOS DA COLHEITA ROBÓTICA .................................................................... 8 2.5. IMPACTO SOCIAL E ECONÔMICO ........................................................................... 9 3 CONCLUSÃO .............................................................................................................. 11 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 12 5 1 INTRODUÇÃO A modernização na agricultura, iniciada na década de 60, por meio da adoção de insumos mecânicos, químicos e biológicos, continua se difundindo no meio rural, contribuindo positivamente para o aumento de rendimentos e para a diminuição do trabalho braçal. Hoje com os aspectos voltados para a tecnologia da informação e para a robótica, a agricultura brasileira está sofrendo várias modificações incluindo computadores (MEIRA et al., 1996). A automação de tarefas vem no sentido de trazer conforto e redução da jornada de trabalho, além disso, no Brasil os sistemas autônomos têm como uma das maiores diretrizes suprir a carência de profissionais em número e qualidade, apesar de ainda existir resistência por parte dos agricultores à adesão desta tecnologia (TABILE; INAMASU; PORTO, 2011). O desafio da robótica agrícola é atender aos diversos setores da produção driblando as infinitas variáveis à que os campos estão expostos, com bons rendimentos e preços acessíveis. Entre as áreas de abrangência, a robótica atende a colheita principalmente das grandes culturas, porém vem estudando casos de colheitas alternativas para outras espécies, como frutíferas e vegetais. Vários estudos têm aplicado tecnologia robótica em estufas, como colheita de pepino, tomate e berinjela. No entanto, o desempenho e o custo não atendem aos requisitos comerciais. Dentre os principais problemas encontrados nas concepções de colheitas robotizadas estão a baixa eficiência de trabalho, baixa taxa de sucesso, dano nos frutos, dificuldade de detecção na iluminação instável e alto custo. Pensando nisto, em 2003, o Instituto de Máquinas Agrícolas, Bio-oriented Technology Research Advancement Institution (IAMBRAIN), lançou um projeto para desenvolver um robô colhedor de morango, para cultivo vertical (espaldeira) (HAYASHI et al., 2010). Este trabalho tem como objetivos descrever alguns aspectos da robótica na agricultura, bem como exemplificar seu uso com a colheita robótica de morango. Marília Realce Marília Realce Marília Realce 6 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA DADOS GERAIS DA CULTURA O morangueiro pertence à família Rosaceae e ao gênero Fragaria, do qual, a espécie cultivada comercialmente Fragaria x ananassa Duch., é um híbrido interespecífico (Fragaria virginiana x Fragaria chiloensis) (BRAHM; OLIVEIRA, 2004). De acordo com a FAO (2011), a produção mundial em 2006 foi de 3.908.975 toneladas em 262.165 hectares. COLHEITA DO MORANGO O morango é uma fruta muito perecível, com alta taxa respiratória e curta vida pós- colheita. Os danos mecânicos, feridas e batidas durante a colheita, transporte e comercialização, deixam a fruta suscetível ao ataque de microrganismos, acusando perdas nutritivas, qualitativas e econômicas (CANTILLANO; SILVA, 2010). Portanto, a colheita requer alguns cuidados para evitar danos e perdas. Outro fator que tem de ser levado em consideração é o estádio de maturidade do vegetal, que provavelmente é um dos fatores mais importantes na qualidade do produto final (CENCI, 2006). O morango é uma fruta de tipo “não climatérico”, deve ser colhido muito próximo à sua maturação de consumo para que suas características organolépticas se expressem de forma total. Quando colhido imaturo, permanecerá como tal, sem que aconteça a melhoria de sua qualidade comestível (CANTILLANO; SILVA, 2010). Entre os fatores de pós-colheita importantes podem ser destacados o ponto adequado de colheita, manejo cuidadoso da fruta, temperatura e umidade relativa correta e sem flutuações durante o armazenamento refrigerado (CANTILLANO; SILVA, 2010). A colheita dos vegetais deve ser realizada nos horários mais frescos do dia e os produtos mantidos protegidos de temperaturas elevadas (CENCI, 2006). As frutas para consumo in natura devem ser colhidas com cálices para auxiliar na conservação (CANTILLANO; SILVA, 2010). COLHEITA ROBÓTICA DE MORANGO O pericarpo de um morango é tão macio que os trabalhadores devem colher os frutos com cuidado para evitar dano, e pela manhã, antes que a temperatura aumente. Em algumas regiões do Japão, os trabalhadores, por vezes, precisam trabalhar com lanternas no início da manhã para selecionarem os frutos maduros dentro os que ali estão. Esses fatores resultam em longas horas de trabalho durante o período da colheita. O tempo gasto com a colheita é de aproximadamente 5000h/ha, por isso o forte desejo de mecanização e automação (HAYASHI et al., 2010). Marília Realce Marília Realce Marília Realce Marília Realce Marília Realce 7 A colheita seletiva requer alta tecnologia e sofisticados robôs, que devem ser projetados com capacidades perceptivas humanas, como, por exemplo, calcular a posição do fruto, sua maturação e colher sem danificá-lo (HAYASHI et al., 2010). O Instituto de Máquinas Agrícolas, Bio-oriented Technology Research Advancement Institution (IAMBRAIN), elaborou um robô colhedor de morangos com 1,87m de comprimento, 5,45m de largura e 1,54 de altura, capaz de colher nos dois lados do corredor, através de um sistema de avaliação de maturação e detecção de estruturas (pedúnculo e fruto). O equipamento é composto por uma pinça que colhe o fruto pelo pedúnculo a fim de evitar danos no pericarpo, um dispositivo de sucção para segurar o fruto e um sensor fotoelétrico para detectar a presença do mesmo. A armazenagem é realizada com uma bandeja quadrada de 0,33mcom capacidade para 44 frutos (HAYASHI et al., 2010). Figura 1 Movimento de corte do pedúnculo: (a) com sucção (b) sem sucção. Fonte: HAYASHI, S. et al. Evaluation of a strawberry-harvesting robot in a field test. Biosystems Engineering, Japão, v.105, n.2, p.160–171, fev. 2010. A fim de solucionar os empecilhos mais frequentes em colheitas robóticas, o robô é operado apenas durante a noite para superar a baixa eficiência de trabalho e luzes artificiais garantem uma iluminação constante de captura de imagem. Adaptou-se o método de detecção, corte e manuseio do pedúnculo para minimizar a lesão das frutas, uma vez que a temperatura Marília Realce Marília Realce Marília Realce Marília Realce 8 durante a noite é menor. A taxa de sucesso alvo foi fixada em 60% (e não mais 100%, o que corresponderia a uma operação ideal). Portanto, os frutos restantes seriam selecionados pelos trabalhadores. Deste modo, o robô funciona lentamente durante a noite e colhe apenas alguns frutos. Em seguida, na parte da manhã, os trabalhadores colhem os frutos restantes (HAYASHI et al., 2010). Tabela 1 Tempo de execução dos movimentos realizados pelo robô colhedor de morangos Tempo de execução de cada movimento Operação Tempo de execução (s) Colheita do fruto 1 7.7 Colocação na bandeja 3.8 Preparação da bandeja 16.0 Troca de bandeja 15.0 Deslocamento de 200 mm 1.0 Fonte: HAYASHI, S. et al. Evaluation of a strawberry-harvesting robot in a field test. Biosystems Engineering, Japão, v.105, n.2, p.160–171, fev. 2010. ASPECTOS DA COLHEITA ROBÓTICA Claramente, o desenvolvimento de máquinas para colheita se encaixam em uma tendência prolongada que começou no início da década de 1980 do século 20, visando à automação das tarefas (VAN HENTEN et al., 2003). O trabalho manual em estufas é exigente, especialmente sob más condições climáticas. Os empregos disponíveis não são muito prestigiados e o salário é baixo. Portanto, torna-se cada vez mais difícil obter pessoal adequado. Estas são razões por que já há muitos anos, a pesquisa incidiu sobre a automatização das tarefas mais tediosas e repetitivas na produção de hortícolas, dentro e fora de estufas (TILLET, 1993). A tecnologia da informação começou a ser aplicada com sucesso nas fazendas com a automatização das tarefas de contabilidade, de controle de recursos humanos e de controle de estoques e de maquinário. Só anos depois os agricultores e criadores puderam utilizar a informática diretamente na produção. Atualmente, com o surgimento de empresas especializadas e o trabalho dos órgãos governamentais de pesquisa e de assistência técnica, já existe uma quantidade considerável de programas voltados para o campo (MEIRA et al. 1996). 1 Os movimentos de colheita incluem captura e processamento de imagem, coleta do fruto e corte do pedúnculo. Marília Realce 9 Vários estudos têm aplicado a tecnologia robótica para campos em estufas (HAYASHI et al., 2010). Já foram realizadas pesquisas para a aplicação da robótica em colheita de citrus (KOHNO et al.,2011), melões (EDAN et al., 2000), tomates (MONTA et al., 1998), pepinos (VAN HENTEN et al., 2003) e berinjelas (HAYASHI et al., 2001) . Construir um robô não é apenas uma questão de escolher uma estrutura mecatrônica adequada. A automação da colheita requer a adoção de um novo sistema de cultivo de alta produtividade (VAN HENTEN et al., 2003). O sistema de cultivo tradicional usado para os pepinos em crescimento na Holanda foi considerado inadequado para a colheita automatizada. Este sistema de cultivo resulta em um dossel muito denso, com um monte de folhas e caules obstruindo a vista e o acesso direto ao fruto. Em tais casos, até mesmo, os produtores por vezes, negligenciam frutos que poderiam ser colhidos, tornando esta tarefa inviável para um autômato (VAN HENTEN et al., 2003). Em relação à colheita de morango, estudos prévios propuseram vários tipos de robôs para a cultura de substrato elevado (HAYASHI et al., 2010). IMPACTO SOCIAL E ECONÔMICO No início da informatização existiu também, e ainda existe, uma grande preocupação quanto ao impacto social que ela pode causar, contribuindo para aumentar o êxodo rural. Alguns levantamentos demonstram que não existe a dispensa de mão-de-obra (JESUS et al., 1995; ZULLO JÚNIOR, 1995), apesar de não existir estudos significativos relativos ao impacto da informatização no conjunto dos trabalhadores. O que ocorre é a necessidade de maior responsabilidade, participação e qualificação do profissional, principalmente no que diz respeito à coleta e à manipulação de dados (MEIRA et al., 1996) . A incorporação de novas tecnologias, visando à elevação da produtividade e qualidade de frutos, é uma preocupação permanente para a maioria dos produtores, independentemente do sistema produtivo adotado. No entanto, além de se produzir morango com qualidade e em quantidade, é fundamental avaliar a eficiência econômica e a viabilidade financeira da exploração (LAZZAROTTO; FIORAVANÇO, 2011). Pedersen et al. (2005) trazem comparativos econômicos entre sistemas automatizados e tradicionais. Observa-se que o sistema automatizado tem o custo de instalação superior ao sistema convencional, entretanto, o custo operacional compensa este investimento inicial apresentando uma tendência de ganho econômico durante a vida útil do Marília Realce Marília Realce Marília Realce 10 produto. Salienta-se que, a medida que a demanda de uma tecnologia aumenta, seu custo diminui, seja pela diluição do investimento gasto no desenvolvimento da tecnologia, como o decréscimo do custo de produção (TABILE; INAMASU; PORTO, 2001). Há a necessidade do entendimento que a automação não é uma solução imediatista a determinada carência ou problema, mas parte de um projeto gerencial (MEIRA et al. 1996). Marília Realce Marília Realce 11 3 CONCLUSÃO A robótica aplicada no setor agrícola possui papel fundamental no avanço da produtividade mundial, principalmente relacionada a mão-de-obra. Pelos diversos motivos que tornam as práticas de manejo cansativas, repetitivas ao ser humano, a automação busca solucionar este problema, porém não dispensa o uso de pessoas. A capacidade das máquinas ainda é limitada e não supera o nível de percepção e inteligência seletiva requerido para determinadas atividades. O método de cultivo e condução das plantas, não só do morangueiro, é outro aspecto essencial. Muitas espécies inviabilizam o uso de autômatos por formarem dossel muito denso e prejudicarem as percepções dos sensores e câmeras. Deste modo, a robótica na agricultura e na cultura do morangueiro, necessita de pesquisa no âmbito da condução de plantas de forma a aliar produtividade e acessibilidade aos frutos. Necessita ainda de capacitação dos trabalhadores que venham a manipulá-la, pois não trata-se da substituição do homem, mas da superação da carência destes em número e da exigência de conhecimento técnico mais apurado. Marília Realce 12 REFERÊNCIAS BRAHM, R.U.; OLIVEIRA, R.P. Potencial de multiplicação in vitro de cultivares de morangueiro. Revista Brasileira de Fruticultura, Jaboticabal, v. 26, n. 3, p. 507-510, 2004. CANTILLANO, R. F.F.; SILVA, M. M. Documento 318: Manuseio pós-colheita de morango. 1.ed. Pelotas: Embrapa Clima Temperado, 2010, p. 36. CENCI, S. A. Boas Práticas de Pós-colheita de Frutas e Hortaliças na Agricultura Familiar. In: NASCIMENTO NETO, F. do. (Org.). Recomendações Básicas para a Aplicação das Boas Práticas Agropecuárias e de Fabricação na Agricultura Familiar.1.ed. Brasília: Embrapa Informação Tecnológica, 2006, cap.1. p. 67-80. EDAM, Y. et al., Robotic Melon Harvesting, IEEE Transactions on roboticis and automation, Israel, v.16, n.6, p.831-834, dez. 2000. FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS – FAO. FAOSTAT: agricultural production/strawberry, 2010. Disponível em: http://faostat3.fao.org/home/index.html#DOWNLOAD. Acessado em 10/05/2014. 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