Korvaavatko robotit ihmisen mansikoiden poiminnassa?

Poiminta on suuri kustannus mansikan viljelyssä.­­ Poimintarobottien käyttöä selvitetään monissa hankkeessa ja startup-yrityksissä. Yksittäiseen startup-toimintaan on saatettu sijoittaa kymmeniä miljoonia euroja. Milloin suomalainen viljelijä voisi alkaa käyttämään robotteja poiminnassa?

Mikäli poimijalle maksetaan urakkapalkkaa, se on 1 €/kg (Back, 2022). Alku- ja loppusadosta, kun sadon määrä on pieni, korvaus voi olla myös tätä suurempi kiloa kohti. Lisäksi kustannuksena ovat palkanmaksuun liittyvät sivukulut. Työsaavutus on noin 6–16 kg/h/työntekijä sadon määrästä ja henkilön nopeudesta riippuen.

Teollisuusliiton Maatalouden kausityöntekijöiden työehtojen mukaan minimituntipalkka on 9 €/h. Urakkatyössä palkan tulee olla vähintään 20 prosenttia korkeampi. Normaalilla 10 kg/h poimintanopeudella ansio on 10,8 €/h (Teollisuusliitto, 2022). Sadonkorjuun onnistumisen edellytyksenä on myös toimiva työn organisointi. Poimijoita tarvitaan yksittäisellä viljelmällä jopa useita satoja.

Korkeiden poiminnan kustannusten lisäksi haasteena on ollut työvoiman saaminen oikea-aikaisesti ja riittävässä määrin. Väestön vanheneminen ja työllisyysasteen parantuminen vähentää kausityöhön tarjolla olevaa työvoimaa. COVID-19-pandemia vaikeutti merkittävästi poimijoiden liikkumista. Sota Ukrainassa on hankaloittanut ammattitaitoisen työvoiman saantia, koska suuri osa poimijoista on tullut Ukrainasta. Osa aiemmin poimintatyössä olleista ei ole päässyt lähtemään maasta. Pakolaisina tulleilla vain osalla on kyseiseen työhön tarvittava osaaminen ja motivaatio. Mansikan viljelijät kärsivät työvoimapulasta (Reinikainen, 2022). Turvapaikanhakijat voivat saada vastaanottorahaa (Maahanmuuttovirasto, 2022). Joissain tapauksissa vastaanottoraha on omalta osaltaan vähentänyt työn tekemisen kannustavuutta.

Aiemmin kuvatuista syistä johtuen olisi perusteltua siirtyä koneelliseen sadonkorjuuseen. Muutoksen edellytyksenä olisi käsin suoritettua poimintaa parempi kustannustehokkuus. Robotin käyttö ei kuitenkaan saisi aiheuttaa poikkeamia tuotteen laatuun tai vaurioittaa kasvustoa ja kypsyviä marjoja.

Mansikan laadun vaatimukset

Mansikalla esiintyy hyvin monia laatupoikkeamia, kuten harmaahomeen tai härmän saastuttamia, linnun nokkimia ja peltoluteiden tai ripsiäisten vioittamia marjoja. Robotin tulisi tunnistaa nämä kaikki poikkeamat sekä asettaa ne lajittelujätteelle varattuun astiaan. Mansikat voivat olla myös multaisia tai niissä voi esiintyä muotovirheitä tai epätasaista kypsymistä.

Ekstra-luokan marjojen tulee olla mullattomia, I-luokan käytännössä mullattomia ja II-luokassa saa olla vähäisiä mullan jäännöksiä. Ensimmäisessä luokassa sallitaan vähäiset muotovirheet ja toisessa luokassa saa esiintyä muotovirheitä. I-luokan marjoissa voi olla vaaleita kohtia, joiden pinta-ala on 1/10 marjan pinta-alasta ja II-luokassa 1/5 (Komission täytäntöönpanoasetus (EU) N:o 543/2011). Jotta robotin poimintatyö vastaisi ihmisen työskentelyn tarkkuutta, pitäisi sen kyetä myös lajittelemaan mansikat.

Poimittavien tuotteiden tulee olla pinnaltaan ehjiä eikä niissä saa olla kosketuksen aiheuttamia painaumia. Verholehtien pitää jäädä paikoilleen. Kukkavana pitää katkaista aivan verholehtien läheisyydestä. Poiminta ei saa heikentää tuotteen laatua.

Laadukkaista rasioihin pakatuista I- tai ekstra-luokan marjoista saadaan hyvä viljelijähinta. Näiden kohdalla korostuu myös vaatimus poimintatyön virheettömyyteen.

Kuluttajille satokaudella pakastukseen myytävissä, esimerkiksi 5 kilogramman laatikkoihin pakatuissa mansikoissa on kova hintakilpailu. Näissä voidaan myydä sekä I- että II-luokan tuotteita, jolloin vaatimus lajittelun laadulle on hiukan väljempi kuin rasiamarjoissa.

Parhaiten pakastukseen soveltuvat pienikokoiset marjat, koska niitä voidaan käyttää marjasekoituksissa. Kokosuositus on alle 40 mm. Mansikan kanta tulee poistaa poiminnan yhteydessä. (Ryyttäri, 2022) Tehokkuuden edellytyksenä on, että robotti kykenee poistamaan myös kannan.

Viljelmillä on yrityskohtaisia käytäntöjä mansikoiden lajittelemiseen. Tyypillisesti esimerkiksi tunnelissa viljellyt, varhaissadon rasiassa myytävät marjat laitetaan suoraan rasioihin poiminnan yhteydessä. Avomaalla koppaan poimittuja marjoja voidaan lajitella sadonkorjuun jälkeen tasaisen laadun varmistamiseksi.

Viljelytavan muutos

Hämeen ammattikorkeakoulun (HAMK) SatoBotti-hankkeessa toteutettiin kysely viljelijöille kesällä 2022. Sekä tunneli- että avomaan viljelijät olivat selvästi sitä mieltä, että viljely tulee siirtymään tunneleihin. Kehitystä ohjaa muun muassa pääsatokauden ulkopuolella tuotetun marjan korkea hinta. Tunneliviljelyssä satokausi on huomattavan pitkä. Lämmitystä käytettäessä satokausi voi olla jopa puoli vuotta. Tämä helpottaa poimintarobotteihin siirtymistä. Sade tai veden kondensoituminen taimiin ei rajoita poiminta-aikaa samalla lailla kuin avomaan viljelyssä.

Avomaan viljelyssä pääsatokausi on lyhyt. Käyttämällä eri lajikkeita kautta voidaan pidentää. Sadonkorjuun aikainen helteinen sää lyhentää kautta entisestään. Koska tavoitteena on aina poimia koko kauppakelpoinen sato, robottien poiminnan kapasiteetti pitää mitoittaa lyhyen satohuipun mukaan.

Tällä hetkellä tunnelit ovat lämmittämättömiä tai niitä lämmitetään ilmalämmityksellä. Tekninen kehitys kulkee kasvihuoneviljelyn suuntaan. Kasvihuoneita lämmitetään vesikiertoisella keskuslämmityksellä, jossa lämpö jaetaan putkipatterilla. Näin saadaan jaettua lämpö tasaisesti ja myös ilmankosteutta voidaan säätää. Voisiko tämä olla mahdollista myös tunneliviljelyssä? Mikäli robotin alusta liikkuu raideputkilla, alustan sijaintia ei tarvitse ohjata GPS-paikannuksella. Lämpöputkia voitaisiin hyödyntää sekä robotin liikkumiseen että esimerkiksi kasvualustojen siirtämiseen tunneliin.

Millaiseen työsuoritukseen robotit kykenevät?

Aluksi robotin pitää tunnistaa kypsät hedelmät konenäön avulla. Seuraavassa vaiheessa robottikäsi ohjataan tunnistettuun kohteeseen. Mansikat irrotetaan taimista yleensä leikkaamalla. Robottikäsi siirtää marjan korjuulaatikkoon. Samassa laitteessa voi olla useita robottikäsiä. Kokonaisuuteen kuuluu alusta, jonka avulla liikkuminen riviväleissä tapahtuu (Xiong ym., 2019).

Onnistumisasteella tarkoitetaan onnistuneesti korjattujen kypsien marjojen määrä suhteessa kypsien marjojen kokonaismäärään. Vaurioituneet mansikat otetaan mukaan laskelmaan. Eri tutkimuksissa sadonkorjuun onnistumisaste on vaihdellut 38–86 prosentin välillä (Zhou ym., 2022).

Korjuun syklin aika tarkoittaa keskimääräistä aikaa, joka kuluu yhden marjan poimintaan. Sykliin kuuluu tunnistaminen, paikallistaminen, polun suunnittelu, tarttuminen, poimiminen ja liikkuminen. Kirjallisuudessa aika on vaihdellut 3–31,5 sekunnin välillä (Zhou ym., 2022).

Kuinka tarkkaa työtä ihmiset tekevät?

Lähtökohtaisesti voisi olettaa, että ihminen löytäisi lähes kaikki marjat ja kykenisi ne poimimaan. Koska työssä pitää olla nopea, tämä voi omalta osaltaan vähentää tarkkuutta. Poimijoiden välillä lienee suurtakin eroa tarkkuudessa. (Jezard, 2018) artikkelin mukaan ihmisellä sadonkorjuun onnistumisprosentti on tyypillisesti 60–90 prosenttia. Kesän viljelmäkierroksella oli puhetta poimintatyön tarkkuudesta itsepoimintatiloilla. Joissain tapauksissa muutos ihmisten käyttäytymisessä ja työn tarkkuudessa on johtanut itsepoiminnasta luopumiseen.

BBC:n artikkelissa oli haastateltu belgialaisen Octinion-yrityksen perustajaa Tom Coenia. Hänen mukaansa joillain lajikkeilla prototyyppi poimii 70–100 prosenttia marjoista. Tämä on kilpailukykyinen tulos ihmisiin verrattuna (Hooker, 2018).

Ihminen kykenee helposti tunnistamaan, milloin puristusvoima on niin suuri, että se voi aiheuittaa mansikan vaurioitumisen. Robotteja käytettäessä tämä on huomattavan haasteellista.

Milloin robotit korvaavat ihmisen mansikan poimijoina?

Voimakas siirtyminen tunneliviljelyyn voi omalta osaltaan nopeuttaa siirtymistä robottien käyttöön. Pitkä sadonkorjuuaika pienentää investoinnin kustannusta poimintapäivää kohti. Jotta robotit voisivat korvata ihmisen poiminnassa, tarvitaan kehitystyötä vaurioiden vähentämiseksi ja laatuvikojen tunnistamiseksi. Teknisen kehityksen nopeus, muutokset työvoiman saatavuudessa ja hinnassa määrittelevät siirtymisen aikataulua.

Millainen tilanne on muilla mansikanviljelyalueilla?

Korkeiden tuotantokustannusten alueilla keskustelu on hyvin samankaltaista kuin Suomessa. Esimerkiksi Kaliforniassa keskustellaan runsaasti työvoiman saatavuudesta ja yleisestä tuotantokustannusten noususta. Puheenaiheina on myös tunneliviljelyyn siirtyminen, kasvinsuojelukysymykset ja veden riittävyys (Dean, 2022).

HAMKissa tehtävässä SatoBotti-hankkeessa selvitetään tomaattien ja mansikoiden poiminnan automatisointia. Rahoitus työhön saadaan REACT-EU-välineen määrärahoista osana Euroopan unionin COVID-19-pandemian vuoksi toteuttamia toimia.