Ag Tech Talk Podcast: Usando lasers para eliminar ervas daninhas
4 de janeiro de 2023 
A indústria tradicional de insumos agrícolas enfrenta uma série de desafios — agências reguladoras, consumidores "conscientes" e advogados que buscam ganhar dinheiro rápido às custas de empresas químicas com bolsos fundos. Adicione a isso o LaserWeeder da Carbon Robotics. Uma oferta relativamente nova, o LaserWeeder, parece parte ferramenta agrícola avançada e parte arma desenvolvida pelo império em Star Wars. Neste podcast, conversamos com Paul Mikesell, fundador e CEO. Mikesell fala sobre como e por que ele e sua equipe desenvolveram o capinador a laser da Carbon Robotics e o futuro dos robôs na tecnologia.
Aqui está a transcrição do podcast:
Agronegócio Global: Olá, e bem-vindos ao Ag Tech Talk, onde olhamos para os avanços agrícolas que moldam o futuro da indústria de insumos agrícolas. Eu sou seu anfitrião, Dan Jacobs, editor sênior da AgriBusiness Global. Hoje estamos conversando com Paul Mikesell, fundador e CEO da Carbon Robotics, fabricante de um robô herbicida com laser.
Isso parece muito futurístico. Bem-vindo ao podcast. Agradecemos seu tempo.
Paul Mikesell: Sim, pode apostar. Obrigado por me receber.
ABG: Bem, antes mesmo de entrarmos no LaserWeeder, vamos falar sobre a Carbon Robotics. Qual é o significado? De onde veio?
PM: A verdade honesta é que precisávamos de um nome para a empresa, e brincamos com um monte de palavras diferentes que achamos que soavam legais, e acho que carbon robotics simplesmente saiu dessa lista. Não há nada realmente específico sobre isso, além de acharmos que soava legal,
ABG: Justo. Só sei que há muita conversa sobre sequestro de carbono.
PM: Certamente há impactos ambientais positivos no próprio líder laser. Alguns deles têm a ver com não ter que cultivar tanto para controle de ervas daninhas, alguns têm a ver com os impactos ambientais negativos da produção de herbicidas, principalmente no lado da produção. Há uma quantidade incrível de gases de efeito estufa que entram na produção de herbicidas. Mas a verdade é que escolhemos o nome porque gostamos do som.
ABG: Não posso discutir com você nisso. E entraremos em algumas dessas outras coisas que você acabou de mencionar em breve. A tecnologia foi injetada em tantas partes de nossas vidas – agricultura certamente incluída, você sabe, em 10 anos, ou em algum tempo indeterminado no futuro. Veremos pessoas realmente trabalhando no campo? Ou será tudo robótica?
PM: Bem, essa é uma boa pergunta. Acho que provavelmente precisaremos de pessoas nos campos por um longo tempo, apenas por causa da quantidade de tomada de decisão diária, ou em alguns casos, hora a hora, que precisa ocorrer sobre o que vai acontecer no campo.
Os mercados de safras diários podem ter efeitos dramáticos sobre o que o plano para o dia vai ser. E então esses tipos de decisões de negócios provavelmente serão tomadas pelas pessoas por um longo tempo.
Mas uma das coisas que essas pessoas que tomam essas decisões precisam é de mais insights, mais dados, mais evidências para tomar esse tipo de decisão. Então, eu acho que uma das maneiras pelas quais as tecnologias geralmente na fazenda, avançando, serão úteis, não apenas falando sobre Carbon Robotics, mas geralmente, é levar esse tipo de informação aos produtores, para que eles entendam o que está acontecendo em seus campos. E então essa é uma das coisas, eu acho, mais empolgantes sobre a agtech em geral, é que as informações sobre o campo em tempo real estão chegando agora. E essas informações estão chegando ao ponto em que são acionáveis. Eu acho que tem havido muitas empresas que estão tentando tirar fotos e dizer aos fazendeiros como cultivar. Isso acaba não funcionando muito bem, mas dar insights às pessoas é o verdadeiro caminho a seguir aqui para tudo isso, toda essa tendência recente em dados. Então, temos nos concentrado muito nisso como um benefício colateral do LaserWeeder.
Então, provavelmente haverá pessoas envolvidas por um longo tempo, mas espero que o tipo de trabalho manual que é realmente caro, difícil de encontrar, que faz trabalhos que geralmente são muito divertidos e têm conteúdo de qualidade altamente variável — acho que muito disso se tornará automatizado.
ABG: Justo. Então, o que me chamou a atenção é que a remoção de ervas daninhas é, obviamente, um grande problema. Resistência a alguns dos produtos químicos que você mencionou antes. É um problema em alguns lugares. Então, você meio que seguiu um caminho diferente. Você foi com os lasers. Pode falar um pouco sobre como isso aconteceu?
PM: É uma história meio interessante. Decidimos que poderíamos causar impacto na agricultura porque viemos de uma área onde realmente nos especializamos em entender a visão computacional e a maneira como as máquinas geralmente entendem o mundo ao redor delas.
Foi assim que começamos a trilhar esse caminho de descobrir que queríamos trabalhar na agricultura. É um ambiente muito bom para inovação tecnológica, em geral, porque tudo isso está acontecendo em terras privadas e ambientes controlados.
Cada ação que acontece na terra de um fazendeiro tem um valor em dólar associado a ela. Isso significa que se você construir uma máquina com um ROI demonstrado, então você pode ter uma empresa muito bem-sucedida. E o que isso permite que você faça é continuar construindo coisas novas e inovadoras. É um mercado muito grande, então é um ótimo lugar para entrar, porque você pode ter um grande impacto.
Foi mais ou menos assim que começamos. Conversando com fazendeiros, percebemos que esse problema de controle de ervas daninhas estava ficando bem ruim, porque a mão de obra está cada vez mais difícil de encontrar.
Muito disso está sendo feito por trabalhadores migrantes H2A. Essas pessoas têm, porque estão se mudando muito, você tem problemas de moradia. Há muito a ver com a compensação de horas extras dos trabalhadores. Isso é muito regional e meio que uma colcha de retalhos, a lei do salário mínimo continua mudando, o que está causando muitos desafios para os fazendeiros saberem quais serão seus custos. Então, colocar pessoas no campo para colher ervas daninhas não é um uso muito eficiente do tempo.
E então há todas as questões em torno do que os herbicidas fazem com as plantações. Eles atrasam bastante as plantações — quais são os impactos ambientais a jusante da pulverização direta e dos herbicidas. As preocupações em torno dos efeitos na saúde, tanto diretamente para os produtores quanto secundariamente para as preocupações dos consumidores. Como mencionamos antes, sobre as emissões de gases de efeito estufa da produção de herbicidas, e então apenas a eficácia geral porque há um aumento na resistência a herbicidas na população de ervas daninhas.
Vimos esses desafios acontecendo. Decidimos que queríamos fazer algo diferente, e os lasers surgiram de nós, apenas executando os experimentos e tentando um pouco de tudo.
Não sei se foi insight ou apenas tentar aleatoriamente um monte de coisas que nos levou aos lasers. Quando percebemos que isso ia funcionar, começamos a cavar fundo e descobrir como montar uma máquina.
ABG: Quanto tempo durou esse processo desde o momento em que você criou o conceito até onde você está agora?
PM: fazemos isso há 4 anos. E foram cerca de 3 anos operando máquinas em campo, e naquele primeiro ano foi só muita experimentação, tentando tudo o que podíamos pensar.
Houve várias gerações da máquina. A versão final de produção para venda é a que você pode ver em nosso site carbonrobotics.com.
E temos todas as mídias sociais — Twitter e Instagram, e Youtube, etc. Mas essa máquina é uma máquina de 20 pés de largura, então ela vai rodar, se você estiver fazendo espaçamento de fileira de 80 polegadas, eles vão fazer três fileiras de 80 polegadas. É configurável para qualquer coisa de até 60 polegadas e até 84 polegadas de fileiras. Mas essa máquina é a única. Essa é a versão de produção.
É um implemento de tração traseira de trator. Ele é alimentado pela tomada de força do trator e houve algumas gerações antes disso que eram autônomas e são usadas principalmente como unidades de demonstração agora.
Então, todo esse processo de descobrir como os lasers funcionarão, reconhecê-los, fazê-los parecer prontos... levou quatro anos no total.
ABG: Ok, então você pode nos dar uma visão geral de como isso funciona. Quantos lasers estamos vendo? Como eles garantem que atinjam as ervas daninhas e não as plantações?
PM: Há 30 lasers de 150 watts. É uma quantidade bem grande de potência de saída. Há um computador em execução, que está olhando para câmeras que veem todo o campo horizontalmente – toda a faixa do campo. A máquina está sobre. que normalmente serão três ou seis fileiras, dependendo da configuração da sua fileira.
Está encontrando todas as ervas daninhas. Há um sistema de mira para cada um desses lasers.
Novamente, há 30 deles. Esse sistema de mira, por meio de uma série de ópticas interessantes e inteligentes e alguns servos, é capaz de controlar onde o feixe vai pousar no chão. Então, o feixe de laser vai atingir, e há uma câmera que pode ver qual será o caminho do feixe de laser.
Ele é configurado de uma forma, então o raio laser parece estar atingindo o chão do ponto de vista desta câmera na mesma área de pixels todas as vezes. E é assim que a câmera sabe o que vai filmar.
Da perspectiva daquela câmera e da localização do alvo e os lasers são todos controlados por meio de óptica. É tudo um tipo de projeto científico interessante para fazer tudo isso funcionar.
E o que acontece então é que a câmera de mira está identificando positivamente as ervas daninhas para onde o laser está se movendo, e meio que ajustando a mira ao longo do tempo, porque a máquina também está se movendo, certo? Então, temos que identificar a erva daninha e então permanecer naquele alvo enquanto a máquina está se movendo. E tudo isso é feito por meio deste sistema de visão computacional com este sistema de mira do qual tenho falado. Tudo isso acontece visualmente, e é baseado em um trabalho bem interessante que fizemos no lado da visão computacional.
ABG: Então, você teve que treinar o cérebro do computador para identificar o que é uma erva daninha.
PM: Há algumas dessas coisas em execução. O termo é uma rede neural. uma rede neural de aprendizado profundo, o que significa que você pode pensar nela como uma matriz gigante – eles as chamam de neurônios no mundo da IA. Pense nela como uma matriz gigante de pequenas microdecisões. E com o tempo essas microdecisões aprendem, como um grupo, como fazer coisas como detectar ervas daninhas, detectar ou detectar plantações, etc. E há algumas versões diferentes dessas redes neurais em execução.
Há aquele que encontra as ervas daninhas originais. E então há aqueles que fazem os ajustes finos da câmera alvo depois que o laser encontrou o alvo. E tudo isso está em execução. É um processo que realmente não teria sido possível sete a 10 anos atrás, não sabíamos como fazer esse tipo de trabalho no mundo da visão computacional. E as redes neurais de IA e aprendizado profundo que realmente trouxeram uma grande mudança na maneira como os computadores são capazes de fazer as coisas, ver o mundo ao redor deles.
O engraçado é que a agricultura e as fazendas são realmente o tipo de ambiente perfeito para esse tipo de implantação tecnológica avançada. E eu digo o engraçado sobre isso porque as pessoas geralmente não pensam em fazendas como sendo uma área de tecnologia avançada, mas na verdade é. E isso aconteceu nos últimos cinco anos. Muitas pessoas realmente não percebem isso. Algumas das máquinas de visão computacional e robótica mais avançadas estão nas fazendas agora.
ABG: Esse processo de aprendizagem é para a fazenda ou, uma vez que se aprende algo, é aplicável em todo o campo, por assim dizer.
PM: Sim, uma vez aprendido, é aplicável em todas as fazendas. Estamos coletando mais dados a cada dia. Cada foto que tiramos ajuda a tornar o sistema melhor para todos. Então, ele está continuamente melhorando a partir das informações que estamos obtendo de um número diverso de fazendas.
Uma vez aprendido, depois de implantar um novo LaserWeeder, é provável que já conheçamos a cultura e as informações sobre o solo para podermos tomar boas decisões, e então continuaremos a melhorá-lo ao longo do tempo a partir de imagens daquele local específico.
ABG: Então, o que está realmente acontecendo é quando o laser localiza aquela erva daninha. Isso é uma morte permanente daquela erva daninha? Não está atingindo as raízes. Ele ainda mata a erva daninha completamente?
PM: Se você queimar o meristema, a área que são as células de crescimento meristemáticas indiferenciadas das plantas – se você atingi-la com um laser ou alguma outra fonte de energia de alta densidade, você explodirá as paredes celulares da própria planta e a impedirá de crescer. É assim que o sistema funciona, e nós temos feito isso, como mencionei, por várias temporadas.
Então, a eficácia foi provada várias e várias vezes. O que está acontecendo é que a planta não consegue mais crescer e vai morrer. Esse material orgânico então volta para o solo e pode ser usado e consumido pelo outro pelas outras culturas.
E então isso significa que não estamos contando com produtos químicos, que têm seus próprios problemas de escoamento. Estamos apenas implantando energia térmica diretamente na planta para matá-la. E isso o mata.
ABG: Quão eficiente é o capinador?
PM: Eu diria que somos eficazes em operação normal em cerca de 88% de ervas daninhas. Esse é o nosso benchmark. Há variações na densidade de ervas daninhas em toda a largura da máquina. Muito disso é: Quão rápido você consegue chegar enquanto cruza aquele campo?
ABG: Ok, se eu me lembro de ter lido no seu site, acho que ele disse que cobre cerca de dois acres a aproximadamente uma milha por hora. Não está exatamente estabelecendo nenhum recorde de velocidade lá. Isso é algo que vai melhorar nas próximas iterações da máquina?
PM: Estamos trabalhando continuamente no desempenho. Há uma certa quantidade de energia que precisa ser bombeada para uma planta para matá-la. E 30 lasers parecem muita potência de saída. Mas também há muitas ervas daninhas, então estamos trabalhando continuamente nisso. Eu não estaria procurando uma melhoria de desempenho de 2X nos próximos seis meses ou mais, mas com o tempo continuaremos a reduzir essa velocidade.
ABG: Dados os parâmetros atuais, há um certo tamanho de fazenda para o qual esse seja o melhor uso? Se você tem uma fazenda de 10.000 acres, vai levar um tempão para passar por tudo isso.
PM: Normalmente, qualquer coisa com 800 acres ou mais tem sido boa para nós.
Da última vez que olhei para o tamanho médio de nossa fazenda, era, eu acho, 4.000 acres. (Para fazendas com) dezenas de milhares de acres, sem problemas. Significa apenas que você precisa de mais de um laser.
ABG: Tudo bem. Acho que li que o ROI é de cerca de um a três anos, obviamente dependendo do tamanho da fazenda e da máquina ̶ todo esse tipo de coisa.
PM: Normalmente, um ano e meio a 3 anos é o ROI que realmente buscamos e focamos. E isso significa a quantidade de economia por ano, se você dividir essa quantidade de economia pelo custo do LaserWeeder, isso significa que dentro de 3 anos o LaserWeeder se paga. Então, é assim que nós, é assim que nós olhamos para isso.
Precisamos garantir que os produtores tenham um período de retorno. São 3 anos, e que eles tenham um ROI positivo e cada acre e então é só uma questão de quão rápido podemos construí-los.
ABG: Ok, acho que lembro de ter visto em algum lugar no seu site que os do ano passado, 2022, estavam esgotados. Não sei quantos você construiu, mas sabe que esgotar provavelmente é uma coisa boa.
PM: Nós temos (esgotado). Estamos continuamente tentando trazer mais capacidade de fabricação. Temos slots de máquinas disponíveis no segundo semestre de 2023. Agora mesmo. O primeiro semestre de 2023 está esgotado. A fabricação ainda está difícil agora. A cadeia de suprimentos ainda está bagunçada. É difícil obter peças que usamos.
Dois ou três anos atrás eu conseguia obter quantidades de 10.000 no dia seguinte, sem problemas. Agora são como 18 meses. Então ainda é bem ruim e há muito trabalho a fazer, e expõe como (é desafiador obter) componentes tecnológicos de nível básico. Estou falando de circuitos integrados e microcontroladores, etc. Tudo o que acontece conosco em uma placa de circuito. Esses componentes vêm do exterior, provavelmente 100%
Não fazemos mais muita fabricação de eletrônicos neste país. Isso significa que estamos expostos, e ainda há muito choque passando pelo sistema. Ainda é incrivelmente difícil obter peças, e essa é parte da razão pela qual nossa carteira de pedidos está tão alta.
ABG: Sim, essa é certamente uma questão sobre a qual falamos ao longo dos anos. Esse (dispositivo precisa ser usado) no início da temporada, quando as colheitas ainda estão baixas. O milho cresce vários metros de altura mais tarde na temporada. O capinador ainda pode ser usado então?
PM: Mais cedo é melhor. Ervas daninhas menores levam menos tempo para brotar e matar, então, entrar rápido é bom. Depende da colheita. Cebolas, que não fazem sombra, então elas têm continuamente novas ondas de ervas daninhas.
Ficamos em cebolas até uma ou duas semanas antes da colheita. (A máquina pode lidar com) uma cultura cujo ciclo de crescimento a mantém abaixo de três pés. (Depois disso), a cobertura da cultura impedirá que a luz do sol chegue abaixo e as ervas daninhas basicamente pararão de crescer naquele ponto.
Para essas culturas (mais altas), faremos uma única passagem, ou talvez duas. Depende da cultura. Temos nos concentrado principalmente em vegetais e culturas especiais. Então, o milho não tem sido um grande foco nosso por razões econômicas, de qualquer forma.
ABG: Os produtores têm usado este LaserWeeder. O que você está ouvindo deles? Eles estão felizes? Eles estão expressando alguma preocupação?
PM: A maioria dos nossos desafios é sobre colocar máquinas no campo e construí-las rápido o suficiente. Os produtores estão felizes com isso. A economia de custos é ótima. A tecnologia é interessante. Estamos permitindo que os produtores façam coisas como plantar mais densamente porque a precisão do LaserWeeder e o quão perto ele pode chegar das plantações e ainda matar ervas daninhas (permite) mais contagem de estandes por acre. Então, há alguns benefícios positivos além de apenas matar ervas daninhas que vêm do fato de que não temos nenhum insumo de colheita, então você não está colocando um pesticida no solo. Você não precisa arar, então você não está girando a camada superficial do solo. Você não está colocando microbactérias nas folhas de suas folhas verdes. Há muitos benefícios secundários que nem percebemos quando estávamos construindo o produto inicial que aprendemos. Isso tem sido emocionante para nós.
Qual é a velha linha? Se você não está avançando, está ficando para trás. O que vem a seguir para o LaserWeeder? Como será diferente daqui a alguns anos.
Temos focado em outras coisas que poderíamos estar fazendo. O software que estamos (desenvolvendo) agora é para desbaste. Então você pode usar o LaserWeeder para desbaste.
Quando você não obtém uma germinação de 100% em sua semente, muitos colocam mais sementes para obter uma boa contagem de estandes em todo o campo. Mas se você fizer isso, se você semear demais, o que isso significa é que você terá alguns problemas de aglomeração e áreas onde você obtém boa germinação em uma distribuição maior das sementes.
E então há um processo chamado desbaste que é, livrar-se de algumas dessas plantas extras que causarão problemas de aglomeração. E então, o LaserWeeder também pode fazer isso. Então é nisso que estamos trabalhando, e então apenas meio que geralmente outras tecnologias na fazenda e áreas com as quais podemos ajudar. Estamos começando a focar em alguns desses outros projetos.
ABG: O que mais precisamos saber?
PM: Tem sido um trabalho de amor e paixão nos últimos quatro anos. Se você estiver interessado no LaserWeeder, confira a Carbon Robotics. Nós somos o único e exclusivo LaserWeeder.
ABG: E acho que você mencionou o site antes. Era carbonrobotics.com. Certo. Ótimo. Obrigado, Paul, pelo seu tempo hoje. Agradecemos seus pensamentos sobre tecnologia e o futuro da agricultura. Junte-se a nós na próxima vez para outra edição do ag tech talk, onde falaremos com outro especialista que está melhorando a indústria agrícola por meio da tecnologia. Obrigado por ouvir.
PM: E também gostaria de ressaltar que tivemos demanda suficiente para o LaserWeeder, agora que estamos começando a vender algumas unidades em 2024.
Isso mostra como todos os produtos estão indo. Muito disso tem sido as pessoas vendo-o rodar nos campos de seus vizinhos e coisas assim. Então, as coisas estão indo muito bem, e os produtores estão geralmente muito felizes com as máquinas.
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