Sürücüsüz traktör

Sürücüsüz traktör, toprak işleme ve diğer tarımsal görevler için düşük hızlarda yüksek çekiş gücü (veya tork) sağlayan otonom bir çiftlik aracıdır. Traktörün içinde bir insan olmadan çalıştığı için sürücüsüz olarak kabul edilmektedir. Diğer insansız kara araçları gibi, görevlerini yerine getirirken konumlarını bağımsız olarak gözlemlemek, kendi kendine hıza karar vermek ve sahadaki insan, hayvan veya nesne gibi engellerden kaçınmak için programlanmıştır.^[1] Çeşitli sürücüsüz traktörler, tam özerk (bağımsız) teknolojiye ve denetimli özerkliğe bölünmüştür.^[2] Sürücüsüz traktör fikri 1940'larda erken bir tarihte ortaya çıkmıştır. Ancak bu kavram, proje son birkaç yılda önemli ölçüde gelişmektedir.

Traktörler, bir sürücüye ihtiyaç duymadan arazide tarım için GPS ve diğer kablosuz teknolojileri kullanmaktadır. Bir kontrol istasyonunda ilerlemeyi izleyen bir süpervizörün (gözetmenin) yardımıyla veya lider bir insanlı traktörle çalışmaktadırlar.

Sürücüsüz traktör fikri, Frank W. Andrew'un kendi traktörünü icat ettiği 1940 yılından beri var olmaktadır. Sürücüsüz traktörünü yönlendirmek için, tarlanın ortasına bir namlu veya sabit tekerlek konur ve etrafına traktörün önündeki direksiyon koluna bağlı bir kablo sarılarak sistem yönetilmektedir.^[3]

1950'lerde Ford, "Sniffer" adını verdikleri sürücüsüz bir traktör geliştirmiştir. Ancak tarlada yeraltında kablo çekmeden çalıştırılamadığı için traktör üretilememiştir.^[4]

1994 yılında Silsoe Araştırma Enstitüsü'ndeki mühendisler, sebze ve kök bitkileri için tasarlanmış küçük bir sürücüsüz traktörü yönlendirmek için kullanılan resim analiz sistemini geliştirmişlerdir. 1994 yılına kadar da sürücüsüz traktör çalışmalarında kayda değer bir ilerleme olmamıştır. Bu yeni traktör ayrıca hafif burun dönüşlerini de kaldırabilmektedir.^[5]

Traktör, tarım makinelerini ve diğer araçları çekmek için kullanılan, büyük, ağır basamakları olan güçlü bir motorlu araç olarak tanımlanmaktadır.^[6] En yaygın olarak bu terim, tarımsal görevleri mekanize etmek için güç ve çekiş sağlayan bir çiftlik aracını tanımlamak için kullanılmaktadır. Hassas tarım, 1980'lerde meydana gelen teknolojide büyük bir değişim olmuştur. Sonuç, çiftçilerin GPS cihazları ve yerleşik bilgisayarlar yardımıyla sürdüğü traktörler olmuştur. Hassas tarım, minimum kaynakları kullanırken getirileri maksimize etmeye odaklanmaktadır. Çiftçiler GPS cihazları ve bilgisayarların yardımıyla traktörleri daha verimli kullanabilmektedirler.

Daha sonra, mühendisler yarı otomatik traktörler üzerinde çalışmışlardır. Bu traktörlerin sürücüleri vardı, ancak sürücülerin yalnızca her sıranın sonunda yönlendirmesi gerekmektedir.^[7] Ardından 2011 ve 2012 yıllarında sürücüsüz traktör fikri ortaya çıkmıştır. Sürücüsüz traktörler başlangıçta bir ana traktörü (sürücülü) takip etmek için ortaya çıkmışlardır. Bu, bir sürücünün "beni takip et" teknolojisini kullanarak iki kat daha fazla iş yapmasını sağlamaktadır.

Sürücüsüz traktör, tıpkı kiralık bir elin yapacağı gibi, tarlalar arasında bir ön traktörü takip edecektir. Ancak şimdi, sürücüsüz traktör teknolojileri özerkliğe veya bağımsız işlemeye doğru ilerlemektedir.^[8][9]

Sürücüsüz traktör, tarımda otomasyonu artırma hareketinin bir parçası olarak yer almaktadır. Şu anda çiftçilikte kullanılan bu tür diğer otonom teknolojiler arasında otomatik sağım ve otomatik çilek toplayıcılar yer almaktadır. Tam özerk bir traktörün yapılması oldukça zor olabilmektedir. Başarılı olması için traktörün deterministik görevleri (bir tarlada izlenecek yol gibi başlamadan önce tanımlanan bir görev) takip edebilmesi, reaktif davranışa sahip olması (bilinmeyen bir duruma tepki verme yeteneği) ve refleksif tepkilere sahip (tereddüt etmeden karar vermek veya gerekirse direksiyon açısını değiştirmek gibi zaman alıcı hesaplamalar yapmak) olabilmesi gerekmektedir.^[10] Nihayetinde traktör, uzaysal konumu gözlemleme ve hız gibi kararlar verme yeteneğinde bir insanı taklit etmelidir.^[1]

Sürücüsüz traktör teknolojisi, 1940'lardaki başlangıcından bu yana gelişim göstermektedir. Traktörleri oluşturmak ve programlamak için artık birkaç farklı yaklaşım vardır.

Halihazırda, tam otonom traktörlerin çoğu, sahada bulunan çeşitli mobil transponderlerden (bir sinyal aldığında otomatik olarak nakleden cihaz) sinyalleri sektiren lazerler kullanarak seyretmektedir. Bu lazerlere, görüş hattı sorunlarıyla başa çıkmak için 150 MHz telsizler eşlik etmektedir.^[11] Traktörlerde sürücüler yerine kontrolörler (denetçiler, kumandalar) bulunur. Kontrolörler, traktörleri içlerine girmeden denetleyen kişilerdir. Bu kontrolörler, birden fazla traktörü birden fazla alanda tek bir yerden denetleyebilmektedir.

Başka bir tamamen otonom traktör teknolojisi, komutları göndermek için traktörün veya tarım ekipmanının yerel elektrik (veya CAN (Controller Area Network- Denetleyici Alan Ağı)) veri yolu sisteminin kullanılmasını içermektedir.

Otomasyon yazılımı, GPS konumlandırma ve radyo geri bildirimini kullanarak aracın yolunu yönetmekte ve tarım aletlerini kontrol etmektedir.

Bir güçlendirme radyo alıcısı ve araç bilgisayarı genellikle uzaktan kumanda istasyonundan komutları almak ve bunu direksiyon, hızlanma, frenleme, şanzıman ve ekipman kontrolü gibi araç komutlarına çevirmek için kullanılır. Lidar gibi sensör teknolojileri, öngörülemeyen engelleri algılayarak ve bunlara tepki vererek güvenliği artırmaktadır.

Denetimli özerklikle çalışan (otomatik teknoloji, ancak denetleyici bir operatör varken) çalışan traktörler, araçtan araca [V2V (araçlar arsında kablosuz olarak yapılan iletişim)] teknolojisini ve iletişimini kullanmaktadır. Veri alışverişi ve paylaşımı için iki traktör arasında kablosuz bir bağlantı vardır. Önde gelen traktör (operatörlü) hızı ve yönü belirler. Daha sonra taklit edilmesi için sürücüsüz traktöre iletilmektedir.^[12]

Sürücüsüz traktör, güvenlik ve halk tarafından kabul görme açısından tartışmalı olarak değerlendirilmektedir. Sürücüsüz çalışan bir traktör, bazı insanları tedirgin etmektedir.^[13] Arızanın meydana gelebileceği tüm senaryolarda güvenli kalan teknoloji oluşturmak çok fazla programlama ve zaman almaktadır.^[14] Hareket algılama açısından traktörler, yollarına çıkan insanlar, hayvanlar, araçlar veya diğer büyük nesneler gibi nesneleri algıladıklarında onları durduran sensörlere sahiptir.^[15]

Aktif olarak pazarlanabilir bir sürücüsüz traktör üretmeye çalışan ve önemli prototiplere ve ürünlerinin seri üretimine doğru adım atan birkaç birincil üretici vardır. Mevcut lider üreticiler John Deere, Autonomous Tractor Corporation, Fendt ve Case IH'dir.^[2][8][16]

John Deere, otomatik tarım teknolojisinin geliştirilmesi üzerinde güçlü bir etkiye sahip olmaktadır. 2008'in başlarında, Deere ve Company, dönüşler de dahil olmak üzere araç işlevlerini otomatikleştiren küresel konumlandırma teknolojisine dayalı otomatik bir sistem olan ITEC Pro rehberlik ürününü piyasaya sürmüştür.^[8] John Deere şu anda geliştirme aşamasında olan bir prototipe sahiptir. Traktör, lazer kullanımı yerine, küresel bir konumlandırma uydusundan sinyal alan iki adet 6 inçlik kubbeli anten kullanır. Bu uydu sinyallerine dayanarak traktör, elektronik bir harita aracılığıyla önceden programlanmış bir rotayı takip etmektedir. Bu antenler, uydu sinyallerinin binalara veya yoğun bitki örtüsüne girmede sorun yaşaması durumunda traktörü kontrol etmek için insan operatörlerinin kullanımı için de uygundur.^[17]

Ocak 2012'de Terry Anderson, Kuzey Dakota'da bulunan Autonomous Tractor Corporation (ATC) adlı bir şirket kurmuştur. SPIRIT adındaki sürücüsüz traktör, ATC'nin bir ürünüdür. Anderson, traktörlerin kaliteyi artırmazken daha büyük ve daha pahalı hale geldiğini düşünmektedir. Böylece SPIRIT'i oluşturmak için emekliliğinden çıkmıştır. Anderson'ın oluşturulmasına yardım ettiği traktörler, başlangıçta (sürücüsü olan) bir ana traktörü takip etmek için yapılmıştır. Ancak şimdi bağımsız çalışmaya doğru ilerlemektedir. Anderson, Teksas'taki ikinci evinde otomatik traktör tasarımının yarı ölçekli modellerini test etmiştir. Modelini Eylül 2012'de Big Iron Farm Show'da sunmuştur.^[16] Anderson, hedefinin 2013 yılında 25 adet otomatik traktörü yapıp çiftçilerin test etmesi için indirimli fiyattan satmak olduğunu belirterek, üretime dair hedefler göstermektedir.^[9]

AGCO şirketinin bir parçası olan Fendt de sürücüsüz bir traktör üzerinde çalışmalar yapmaktadır. 2011 yılında Hannover'de düzenlenen Agritechnica fuarında Fendt, GuideConnect adlı sürücüsüz traktör modelini sunmuştur. GuideConnect, başka bir traktörün hareketlerini yansıtmak üzere programlanmış bir traktördür.^[18] Operatör tarafından yönlendirilen bir traktörü sürücüsüz bir traktör izlemektedir. Tarlada veya ekinlerde manevra yapabilmektedir Sürücü kontrollü önde gelen traktör, sürücüsüz traktör yolunu takip ederek engellerden kaçınabilmektedir.^[2] Fendt, tamamen bağımsız bir teknoloji parçasına odaklanmak yerine, GuideConnect'i operatör kontrollü makinelerle birlikte çalışacak şekilde yapmıştır. GuideConnect, uydu navigasyonu ve radyo ile operatör tarafından yönlendirilen traktöre bağlanmaktadır.^[7]

Case IH, JI Case Company ve International Harvester'ın birleşmesiyle oluşturulmuş bir şirkettir. Şirket mevcut durumda CNH Global çatısı altında faaliyet göstermektedir. Ancak traktörler hala Case IH markalı olma özelliğini taşımaktadır. Case IH tarafından üretilen sürücüsüz traktörlere "supervised autonomy (denetimli özerklik)" adı verilmektedir. Bir kişi tarafından sürülen traktörü, önceki traktörün direksiyonunu ve hızını kopyalayan otonom makineler takip etmektedir. İlk traktörde sürücü var, ancak ikinci traktörde otonom teknoloji mevcuttur. İki makine, araçtan araca iletişim olan V2V teknolojisi ile çalışmaktadır. Case, 2016 yılında, Magnum modelinin otonom olarak çalışabilen kablolu bir sıralı mahsul traktörü olan en son otonom konseptini tanıtmıştır.^[19]

Sürücüsüz traktörleri bir bütün olarak sürücüsüz hale getirmek için otonom direksiyon sistemleri de eklenebilir.

Bear Flag Robotics, tarım traktörleri için otonom teknoloji geliştirmektedir. İş modeli ise şöyledir: makineleri OEMS'den (John Deere, Case New Holland, Agco) temin ettikten sonra onları sensörler, aktüatörler ve bilgi işlem ile donatarak yetiştiricilere sunmaktır.^[20][21]