Utafiti huu unatengeneza maabara huru ya uwanjani yenye uzito wa takriban 500 kg kwa ajili ya kupima kaboni hai ya udongo (Soil Organic Carbon, SOC) na upumuaji wa udongo (soil respiration, R_s) ndani ya mfumo mmoja wa roboti unaohamishika, katika mazingira ya shamba na kwa kiasi kikubwa bila kuingiliwa na binadamu. Magurudumu manne yenye uendeshaji na usukani unaojitegemea, mkono wa roboti wenye viwango sita vya uhuru, mfumo wa kubadilisha zana kiotomatiki, kifaa cha kukwangua udongo, auger, chumba cha upumuaji, kifaa cha spektroskopia cha LIBS, mfumo wa uchanganuzi wa CO₂ na usanifu wa udhibiti unaotegemea ROS2 vimeunganishwa kwenye jukwaa moja. Katika uthibitishaji wa shambani, roboti iliweza kusafisha uso, kuchimba udongo, kukusanya na kuandaa sampuli, kuweka chumba cha upumuaji na kupata data kutoka kwa vifaa vyote viwili vya kupimia. Hata hivyo, kwa kuwa vipimo vya SOC na R_s bado havijakalibrishwa kikamilifu dhidi ya mbinu rejea za maabara, utafiti huu kimsingi unathibitisha si usahihi wa kipimo bali ujumuishaji wa mfumo na uwezekano wa kutekeleza mtiririko wa kazi kwa kujitegemea.

Ubunifu mkuu wa jukwaa la roboti ni kuunganisha katika mfumo mmoja huru kazi za kuchukua sampuli za udongo, uchanganuzi wa kemikali na upimaji wa mtiririko wa gesi ambazo katika mifumo mingi iliyopo hushughulikiwa tofauti. Mchakato kutoka kusafisha uso wa udongo na kuchukua sampuli kwa auger, hadi kuunganisha na kuhomojinisha sampuli 25 na kubana sampuli kwa mkono wa roboti ili kuiwasilisha kwa kifaa cha Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), umefanywa kiotomatiki. Kwa upumuaji wa udongo, mfumo tofauti wa chumba cha mienendo kilichofungwa huwekwa kwenye udongo na mabadiliko ya mkusanyiko wa CO₂ hufuatiliwa.

Jukwaa linaweza kufikia kasi ya juu ya takriban 1,2 m/s na limeundwa kuvuka nyuso zenye mwinuko wa hadi 25°. Moduli nne za usukani na msukumo zinazojitegemea huipa gari uwezo mkubwa wa kujiendesha ndani ya shamba, huku LiDAR, kamera za RGB-D, GNSS, IMU na odometria ya magurudumu zikitumika kwa uwekaji mahali na utambuzi wa mazingira. Katika hali za shamba zilizojaribiwa, usahihi wa uwekaji mahali uliopatikana kwa muunganisho wa GNSS, IMU na odometria uliripotiwa kuwa bora kuliko mita 2 na ukachukuliwa kuwa wa kutosha kwa kazi ya sasa ya kuchukua sampuli.

Kwa kipimo cha kaboni hai ya udongo, nyenzo zilizokusanywa kutoka sehemu 25 za sampuli huunganishwa na kuhomojinishwa. Udongo uliotayarishwa hubanwa kimitambo kwa mkono wa roboti na kupelekwa kwenye nafasi ya kipimo ya kichanganuzi cha SciAps Z-903 LIBS. Mfumo wa LIBS unaweza kusoma muundo wa elementi kwa takriban sekunde 5. Hata hivyo, kwa kuwa matokeo ya LIBS yaliyopatikana katika utafiti hayajakalibrishwa kikamilifu kwa SOC, asilimia za elementi zinazoonekana kwenye skrini ya kifaa hazipaswi kuchukuliwa kama mkusanyiko wa SOC uliothibitishwa.

Kwa upumuaji wa udongo, LI-COR Smart Chamber na kichanganuzi cha LI-870 CO₂/H₂O vilitumika. Baada ya chumba cha mienendo kilichofungwa kuwekwa kwenye udongo, gesi ndani ya chumba huzungushwa kupitia kichanganuzi na mabadiliko ya mkusanyiko wa CO₂ hufuatiliwa katika kipindi cha kipimo cha takriban sekunde 120. Vihisi vya unyevunyevu na joto pia huingizwa kwenye udongo kwa wakati mmoja, na data hizi huhifadhiwa ili kudumisha muktadha wa mazingira wa kipimo.

Tathmini kwa mtazamo wa Türkiye: Utafiti huu unatoa mfano muhimu wa usanifu wa roboti unaoweza kubadilishwa kwa ufuatiliaji wa afya ya udongo, kaboni na matumizi ya kilimo sahihi katika ardhi za kilimo za Türkiye. Hata hivyo, utafiti unatokana na mazingira ya ukuzaji na majaribio ya shambani nchini Kroatia. Nchini Türkiye, kupenya kwa auger, mvutano wa magurudumu, utendaji wa GNSS, kalibrasheni ya LIBS na vipimo vya mtiririko wa CO₂ vinahitaji kuthibitishwa kando katika hali tofauti za udongo wa mfinyanzi, mchanga, vitu hai, mawe, unyevunyevu, msongamano na mwinuko. Matokeo ya sasa ya utafiti hayaonyeshi moja kwa moja usahihi wa kiasi wa SOC au upumuaji wa udongo katika mashamba ya Türkiye.

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

Kaboni hai ya udongo na upumuaji wa udongo hutoa taarifa tofauti lakini zinazokamilishana kuhusu hali ya kemikali na kibaolojia ya udongo. Kipimo cha SOC kwa kawaida huhitaji sampuli ya udongo kuchukuliwa shambani, kutayarishwa na kuchambuliwa maabara, huku upumuaji wa udongo mara nyingi ukipimwa shambani kwa kutumia vyumba tuli au vya kiotomatiki. Michakato yote miwili inaweza kuhitaji kazi kubwa ya binadamu na kusababisha ucheleweshaji kati ya kuchukua sampuli na kupata matokeo.

Sehemu kubwa ya roboti za kilimo zilizopo imebobea ama katika kuchukua sampuli za udongo na kuchambua virutubisho, au katika kupima mtiririko wa gesi. Pengo linalolengwa na utafiti ni kutengeneza mfumo jumuishi unaoweza kupima SOC, kiashirio kinachohusishwa na hifadhi ya kaboni, pamoja na R_s, inayoakisi shughuli za kibaolojia, kwenye jukwaa moja huru la uwanjani.

Mfumo wa TerraSpiro unaunganisha nini?

Maabara ya roboti inayohamishika iliyotengenezwa inaunganisha tabaka nne kuu za uhandisi:

• mwendo huru na uwekaji mahali ndani ya shamba,
• mwingiliano wa moja kwa moja wa kimitambo na udongo,
• ushughulikiaji wa zana na sampuli kwa mkono wa roboti,
• minyororo miwili tofauti ya vipimo kwa SOC na upumuaji wa udongo.

Mfumo una uzito wa takriban 500 kg. Kwa kuwa kila gurudumu kati ya manne lina uendeshaji na usukani unaojitegemea, jukwaa hutumia usanifu wa 4WD4WS, yaani uendeshaji wa magurudumu manne na usukani wa magurudumu manne. Muundo huu ulichaguliwa ili kutoa uwezo mkubwa wa kujiendesha katika mashamba, ikiwemo mwendo wa pembeni na uwekaji mahali kwa usahihi.

Kwa nini kuna eneo la kazi lililo wazi katikati ya roboti?

Moja ya sifa bainifu za muundo wa jukwaa ni uwazi uliolindwa katikati ya mwili. Sehemu kubwa ya kazi za kukwangua udongo, kuchimba, kuweka chumba na kuandaa sampuli hufanyika ndani ya eneo hili. Kwa njia hii vifaa vya kupimia hulindwa kwa kiwango fulani dhidi ya athari za mazingira kama majani, vumbi au mabaki mepesi yanayopeperushwa na upepo, huku nguvu kubwa za wima zinazowekwa kwenye udongo zikiwekwa karibu na kitovu cha uzito cha roboti.

Uwekaji wa katikati unalenga hasa kupunguza momenti zinazozalishwa kwenye mwili wa roboti wakati zana kama auger na chumba cha upumuaji zinaposukumwa kwenye udongo, na kudumisha uthabiti wa jukwaa.

Roboti hutambuaje mazingira yake?

Kihisi cha 3B LS LiDAR C32W kilichowekwa kwenye sehemu ya juu zaidi ya jukwaa hutumika kwa skani ya mazingira ya 360°. Kamera nne za Intel RealSense D435 RGB-D hupanua uga wa kuona, huku LiDAR mbili za usalama za SICK outdoorScan3 zikihusika na kugundua vizuizi vya karibu.

Kwa uwekaji mahali, GNSS, IMU na odometria ya magurudumu hutathminiwa pamoja na kuunganishwa kwa kutumia Kichujio cha Kalman Kilichopanuliwa cha hatua mbili (Extended Kalman Filter, EKF). Katika hali zilizojaribiwa, usahihi wa uwekaji mahali bora kuliko mita 2 ulionekana kuwa wa kutosha kwa kazi za kuchukua sampuli katika utafiti huu. Kwa maendeleo yajayo yanayohitaji uwekaji mahali kwa usahihi zaidi, ujumuishaji wa RTK-GNSS unapendekezwa.

Kwa nini uso wa udongo hukwanguliwa kwanza?

Juu ya uso ambapo SOC na upumuaji wa udongo vitapimwa kunaweza kuwa na mizizi, mabaki ya mimea na mabaki ya kikaboni. Kwa hiyo moja ya kazi za kwanza za kimitambo za roboti ni kusafisha uso. Kikwangua cha chuma huingia takriban 3 cm kwenye udongo na jukwaa linaposonga takriban 1 m, huondoa safu ya juu kutoka eneo la kuchukua sampuli.

Upana wa kikwangua umeundwa kuwa mkubwa kuliko kipenyo cha pete ya auger na cha chumba cha upumuaji. Hivyo, hulengwa kuzuia zana zinazofuata kugusa uso ambao haujasafishwa.

Sampuli ya udongo huchukuliwaje?

Watafiti walichagua kutumia auger badala ya probe ya udongo inayosukumwa moja kwa moja. Auger inapozunguka hulegeza udongo na kuusafirisha juu kupitia jiometri yake ya ond. Utaratibu huu hutoa faida ya kimitambo hasa katika udongo mkavu au ulioshindiliwa ikilinganishwa na probe zinazotumia nguvu ya wima pekee.

Mfumo hauchukulii sampuli moja iliyotoka sehemu moja kuwa mwakilishi wa eneo lote kwa SOC. Badala yake hukusanya nyenzo kutoka sehemu 25 tofauti zilizopangwa katika mpangilio wa sampuli wa duara zinazozunguka eneo la rejea. Udongo unaotolewa katika kila uchimbaji huhamishiwa kwenye chombo maalum, na baada ya sampuli 25 kukamilika huunganishwa na kuhomojinishwa.

Kwa nini uchimbaji hufanywa kwa hatua?

Kina lengwa cha kuchimba kwa auger katika utafiti kimewekwa kuwa 30 cm. Auger huingizwa kwenye udongo polepole zaidi kuliko kikwangua na mfumo wa chumba, kwa sababu muundo wa ond unaozunguka unahitaji muda wa kuondoa udongo uliolainishwa kutoka kwenye shimo.

Ili kupunguza mizigo ya ghafla ya kimitambo katika upinzani mkubwa, badala ya kasi endelevu ya kudumu ilitumika mikakati ya kusonga kwa hatua za 5 cm na 10 cm. Katika amri ya udhibiti, kasi ya kuchimba iliongezwa kadiri kina kilivyoongezeka.

Hata hivyo, kuna maelezo katika chanzo yanayohitaji tahadhari: maandishi ya mbinu na mashine ya hali yanafafanua wazi lengo la 30 cm, lakini mkunjo wa nafasi ya mekanizimu katika Kielelezo 19 unaishia karibu −25 cm. Utafiti hauelezi iwapo tofauti hii inatokana na rejea ya kuratibu au kina halisi cha kupenya. Kwa hiyo, kutokana na grafu haipaswi kuhitimishwa kwamba “kupenya kimwili kwa 30 cm kumethibitishwa kikamilifu kwa majaribio”.

Kaboni hai ya udongo hupimwaje?

Kwa uchanganuzi wa kaboni hai ya udongo, kifaa cha kubebeka cha SciAps Z-903 LIBS kilitumika. LIBS hutumia mpigo wa leza wa nishati kubwa kuunda plasma ya muda mfupi kwenye uso wa sampuli na kubainisha muundo wa elementi kupitia mistari ya spektra inayotolewa na plasma hiyo.

Katika mnyororo wa kipimo wa roboti, udongo kutoka sehemu 25 zilizochimbwa huunganishwa na kuhomojinishwa kwanza. Mkono wa roboti kisha huchukua sampuli kwa kutumia bracket ya chuma, huibana dhidi ya uso tambarare na kuipeleka kwenye nafasi ya kipimo ya kifaa cha LIBS. Kubana sampuli kunalenga kufanya msongamano wa uso unaokutana na leza uwe thabiti zaidi.

Kipimo cha elementi cha kifaa cha LIBS huchukua takriban sekunde 5. Hata hivyo, katika hatua ya sasa ya utafiti, kalibrasheni ya SOC haijakamilika. Kwenye matokeo ya skrini katika Kielelezo 21a, kuna viwango mbalimbali vya elementi na thamani ghafi ya kifaa kwa kaboni; watafiti wanaeleza wazi kwamba matokeo haya si matokeo ya SOC yaliyokalibrishwa. Kwa hiyo, kutumia asilimia ghafi ya kaboni kama mkusanyiko halisi wa kaboni hai ya udongo si sahihi kisayansi.

Upumuaji wa udongo hupimwaje?

Upumuaji wa udongo hupimwa kwa mbinu ya chumba cha mienendo kilichofungwa, kwa kutumia LI-COR Smart Chamber pamoja na kichanganuzi cha LI-870 CO₂/H₂O kufuatilia mtiririko wa CO₂ kutoka uso wa udongo kwenda angani.

Baada ya mkono wa roboti kuweka mekanizimu inayohitajika ya kuunganisha, mekanizimu ya wima husukuma pete ya chuma kwenye udongo. Maelezo ya muundo yanalenga kupenya kwa takriban 7 cm kwenye udongo. Baada ya chumba kukaa kwa kuzuia kuvuja juu ya udongo, gesi zinazokusanyika ndani huzungushwa kwenda kwenye kichanganuzi na kurudishwa kwenye chumba. Kipindi cha kawaida cha kipimo ni takriban sekunde 120.

Vihisi vya unyevunyevu na joto huwekwa kwenye udongo pamoja na chumba. Ingawa thamani hizi hazitumiki kama vigezo vikuu vya moja kwa moja katika hesabu ya msingi ya R_s, hurekodiwa pamoja na taarifa za muda na mahali ili kusaidia kutafsiri hali za kipimo.

Hapa pia kuna tofauti ndogo ndani ya chanzo: maandishi yanataja kupenya kwa takriban 7 cm kwenye udongo, ilhali katika jaribio la uthibitishaji, mguso wa mekanizimu na udongo huanza karibu na nafasi ya −22 cm na nafasi ya mwisho huwa karibu −28 cm. Mwendo wa mekanizimu unaoonekana kwenye grafu ni takriban 6 cm. Utafiti hauelezi tofauti hii ya takriban 1 cm.

Je, kazi ya mkono wa roboti ni kubeba sampuli tu?

Hapana. Mkono wa roboti wa UR30 wenye viwango sita vya uhuru, kibadilisha zana kiotomatiki na kihisi kilichounganishwa cha nguvu/momenti hufanya kazi katika hatua mbalimbali za mfumo. Mkono huunganisha na kutenganisha uhusiano wa kimitambo wa chumba cha upumuaji, huchukua sampuli ya udongo kutoka kwenye chombo, huibana na kuipeleka kwenye nafasi ya uchanganuzi wa LIBS.

Kihisi cha nguvu/momenti hutumika kugundua mguso wakati wa uunganishaji wa zana, kuthibitisha upangaji sahihi na kusimamisha operesheni endapo kuna mguso usiotarajiwa. Wakati wa kubana sampuli kabla ya LIBS, nguvu ya mguso inayodhibitiwa hutumika.

Usanifu wa udhibiti umeundwaje?

Miundombinu kuu ya programu ya jukwaa ni ROS2 Jazzy inayofanya kazi kwenye Linux. Nav2 hutumika kwa urambazaji huru, ros2_control kwa udhibiti wa manipulator na vipengele vinavyotegemea MoveIt2 kwa uratibu wa kazi za mwendo. Tabaka maalum la udhibiti wa kasi linalowasiliana na mota za magurudumu kupitia CAN bus hubadilisha kasi za magurudumu kuwa kasi za mstari na za mzunguko za gari na kuzalisha odometria.

Kompyuta ya pili ya Linux upande wa opereta huendesha kiolesura cha picha cha mtumiaji. Mawasiliano ya bila waya kati ya roboti na kituo cha ardhini hutolewa kupitia Wi-Fi TCP/IP kwa kutumia modeli ya ZeroMQ PUB/SUB. Opereta anaweza kuchagua lengo la GPS na kazi ya kutekelezwa kwenye ramani; nafasi ya roboti, hali ya kazi, kumbukumbu za mfumo na hali ya betri vinaweza kufuatiliwa kwa mbali.

Wakati wa operesheni huru, opereta anaweza kusimamisha kazi inapohitajika na kuhamia kwenye udhibiti wa mkono. Hitilafu ikitokea, mashine ya hali huuweka mfumo katika hali salama na kumruhusu opereta kuendelea na kazi au kuanzisha utaratibu wa kurudi salama.

Utafiti unaonyesha nini?

• Unaonyesha kwamba hatua za kuandaa uso wa udongo, kuchimba, kukusanya sampuli na kuwasilisha sampuli kwa vifaa zinaweza kufanywa kiotomatiki ndani ya mfumo mmoja wa roboti unaohamishika.
• Unaonyesha kwamba mekanizimu ya uwekaji wima inaweza kufanya kazi za kikwangua, auger na chumba cha upumuaji katika udongo wa muundo wa kati hadi mzito uliojaribiwa.
• Unaonyesha kwamba mkono wa roboti unaweza kufanya kazi za kubadilisha zana na pia kuandaa sampuli ya udongo.
• Unaonyesha kwamba mchakato huru wa kupata data kutoka kwa kichanganuzi cha LIBS na mfumo wa upumuaji wa udongo unaweza kuanzishwa na kukamilishwa.
• Unaonyesha kwamba urambazaji huru, manipulesheni, vifaa vya kupimia na mantiki ya kazi ya kiwango cha juu vinaweza kuendeshwa katika mtiririko mmoja jumuishi wa kazi ya shambani.

Utafiti hauonyeshi nini?

• Hauonyeshi kwamba matokeo ya LIBS ni vipimo vya SOC vilivyothibitishwa na kukalibrishwa.
• Hauonyeshi kwamba thamani za upumuaji wa udongo zimethibitishwa kwa kiasi dhidi ya mbinu za maabara au mbinu rejea za shambani.
• Haithibitishi kwamba mfumo utatoa utendaji sawa wa kimitambo katika aina zote za udongo.
• Hauonyeshi kwamba matokeo ya uwekaji mahali bora kuliko mita 2 yanamaanisha uwekaji mahali wa kilimo sahihi katika kiwango cha sentimita.
• Hauonyeshi kwamba kazi ya sehemu 25 kwa hali yake ya sasa ni mfumo wa haraka wa kibiashara wa kuchanganua shamba.
• Hauonyeshi kwamba thamani ghafi ya kaboni kwenye skrini ya LIBS inaweza kutumiwa moja kwa moja kama asilimia ya kaboni hai ya udongo.
• Haithibitishi kwamba mfumo uliotengenezwa hupima moja kwa moja utunzaji wa kaboni au kwamba mbinu fulani ya kilimo huongeza utunzaji wa kaboni.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Vipengele vya kiufundi vya mnyororo wa vipimo

Uthibitishaji wa kupenya kimitambo

Majaribio yalifanywa katika udongo wa muundo wa kati hadi mzito wenye horizoni ya juu yenye mkusanyiko wa humus. Kwa kuwa nguvu iliyotolewa na mekanizimu ya wima haikupimwa moja kwa moja, nafasi ya mekanizimu na mkondo wa mota vilifuatiliwa kwa pamoja. Kuongezeka kwa mkondo wa mota wakati mguso na udongo ulipoanza kulitumiwa kama kiashirio cha kuongezeka kwa upinzani wa kimitambo dhidi ya kupenya.

Muda wa kazi

Watafiti wanaripoti kwamba katika hali zilizojaribiwa, mzunguko mmoja wa kuchukua sampuli ulidumu takriban dakika 15, na kwa kazi ya SOC ya sehemu 25 muda wa takriban dakika 375 ulikokotolewa. Makadirio haya hayajumuishi urambazaji kati ya sehemu za kuchukua sampuli wala hatua ya mwisho ya kuhomojinisha na LIBS.

Hata hivyo, kuna kutokuwa na uhakika ndani ya chanzo katika hesabu hii ya muda. Katika maelezo ya kazi ya kiwango cha juu, imeelezwa wazi kwamba kipimo cha upumuaji wa udongo hufanywa mara moja tu mwanzoni mwa kazi, lakini katika ufafanuzi wa “mzunguko wa dakika 15 kwa kila sehemu” uwekaji wa chumba na kipimo cha upumuaji wa udongo pia vimejumuishwa. Kwa hiyo muda wa jumla wa dakika 375 unapaswa kutazamwa si kama muda wa kazi ulioboreshwa kwa usahihi, bali kama makadirio ya uhandisi yaliyotolewa katika utafiti.

Watafiti wanalenga katika siku zijazo kupunguza muda wa jumla wa kazi hadi takriban saa 1 kwa kupunguza idadi ya sehemu za sampuli na kuongeza kasi ya mekanizimu ya wima. Thamani hii si muda wa kazi uliothibitishwa wa mfumo wa sasa, bali ni lengo la maendeleo ya baadaye.

Matokeo ya vipimo vya LIBS na CO₂

Roboti iliwasilisha kwa mafanikio sampuli iliyoandaliwa kwa kifaa cha LIBS na ikapata matokeo ya muundo wa elementi kutoka kwa kifaa. Vivyo hivyo, baada ya chumba cha upumuaji wa udongo kuwekwa kwenye udongo, mzunguko wa kipimo cha mtiririko wa CO₂ ulianzishwa na kukamilishwa kwa kujitegemea.

Hata hivyo, watafiti wanaeleza wazi kwamba kalibrasheni kamili ya mifumo yote miwili ya vipimo na ulinganishaji na mbinu rejea za maabara utafanywa katika siku zijazo. Kwa hiyo matokeo katika Kielelezo 21 ni matokeo ghafi yanayoonyesha kwamba mnyororo wa kipimo unafanya kazi; si thamani za kisayansi za SOC au R_s zilizothibitishwa.

Nguvu za mfumo

• Kuunganisha michakato tofauti ya kimitambo na kiuchanganuzi inayohitajika kwa SOC na R_s kwenye roboti moja ya shambani.
• Kufanya kiotomatiki mchakato mpana kutoka maandalizi ya uso wa udongo hadi uchanganuzi wa sampuli.
• Kuhusisha mkono wa roboti si tu katika kubeba zana, bali pia katika maandalizi ya sampuli.
• Kurekodi data ya vipimo pamoja na taarifa za mahali na wakati.
• Kuunganisha urambazaji, manipulesheni na vifaa vya kupimia katika mantiki moja ya kazi kwa usanifu wa ROS2 wa kimoduli.

Vikwazo vikuu

• Usahihi wa kiasi wa vipimo vya SOC na upumuaji wa udongo bado haujathibitishwa kwa mbinu rejea.
• Uthabiti wa msongamano na kurudiwa kwa utayarishaji wa sampuli ya LIBS haujathibitishwa kando.
• Majaribio ya shambani hayajumuishi aina nyingi za udongo na hali mbalimbali za mazingira.
• Uwekaji mahali wa sasa unaotegemea GNSS hautoi uwezo wa kurudi kwenye sehemu ya sampuli kwa kiwango cha sentimita.
• Mtiririko wa kazi wa sehemu 25 unachukua muda mrefu kwa hali yake ya sasa.
• Nguvu ya kupenya haikupimwa moja kwa moja, bali ilitathminiwa kupitia mkondo wa mota na nafasi ya mekanizimu.
• Kuna utofauti mdogo usioelezwa katika chanzo kuhusu kina lengwa cha kuchimba, kupenya kwa pete ya chumba cha upumuaji na maelezo ya muda wa kazi.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili asilia la utafiti: Design and Integration of Autonomous Robotic Platform for In Situ Measurement of Soil Organic Carbon and Soil Respiration

Waandishi na mpangilio wao: Josip Spudić; Ana Šelek; Matija Rizvan; Ivan Hrabar; Saša Šteković; Stjepan Flegarić; Boris Đurđević; Irena Jug; Danijel Jug; Nikica Perić; Goran Vasiljević; Zdenko Kovačić.

Mwandishi anayewajibika: Josip Spudić.

Mchango sawa/mwandishi wa kwanza mwenza: Hakuna tamko la mchango sawa katika chanzo.

Taasisi: Autegra d.o.o., Garešnica, Hırvatistan; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb, Hırvatistan; Faculty of Agrobiotechnical Sciences, Josip Juraj Strossmayer University of Osijek, Hırvatistan; Faculty of Electrical Engineering and Computing, University of Zagreb, Hırvatistan.

Jarida: Actuators.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Utambulisho wa uchapishaji: Actuators 2026, 15, 233.

DOI: 10.3390/act15050233.

Kiungo rasmi cha uchapishaji: https://doi.org/10.3390/act15050233

Mchakato wa uchapishaji: Ilipokelewa 6 Machi 2026; ilirekebishwa 4 Aprili 2026; ilikubaliwa 20 Aprili 2026; ilichapishwa 23 Aprili 2026.

Aina ya chanzo na hali ya uhakiki: Makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu. Sifa kuu ya kisayansi ya utafiti ni usanifu wa jukwaa halisi la roboti huru, ujumuishaji wa mfumo na uthibitishaji wa majaribio wa mtiririko wa kazi ya shambani.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Ufadhili: Mradi wa “Collaborative Research on an Innovative Concept for In Situ Measurement of Soil Organic Carbon and Soil Respiration Using Autonomous Robotic Platforms (TerraSpiro)”; ulifadhiliwa na Umoja wa Ulaya chini ya Hırvatistan National Recovery and Resilience Plan. Nambari ya mradi ni NPOO.C3.2.R3-I1.04.0077.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kwamba data inayounga mkono matokeo ya utafiti inaweza kupatikana kutoka kwa mwandishi anayewajibika kwa ombi.

Maadili/idhini: Kwa kuwa utafiti hauhusishi majaribio kwa binadamu au wanyama, sehemu za Institutional Review Board na informed consent hazitumiki.

Mgongano wa maslahi: Imeelezwa kwamba Josip Spudić, Ana Šelek, Matija Rizvan, Ivan Hrabar na Saša Šteković ni wafanyakazi wa Autegra d.o.o. Waandishi wengine wameripoti kwamba utafiti ulifanywa bila mahusiano yanayoweza kutafsiriwa kama maslahi ya kibiashara au kifedha.

Michango ya waandishi: Uundaji wa dhana J.S.; mbinu B.Đ., I.J., D.J., S.Š. na J.S.; programu J.S. na A.Š.; uthibitishaji J.S., N.P., A.Š. na M.R.; uchanganuzi rasmi J.S. na S.F.; utafiti J.S., I.J., D.J. na S.Š.; rasilimali J.S., S.F. na G.V.; uratibu wa data J.S.; mapitio na uhariri J.S., A.Š., N.P., G.V., Z.K. na B.Đ.; uwasilishaji wa picha M.R. na A.Š.; ushauri I.H. na Z.K.; usimamizi wa mradi I.H. na Z.K.; upatikanaji wa ufadhili ulifanywa na S.Š.

Tofauti ndani ya chanzo: Maelezo ya mbinu kwa pete ya chumba cha upumuaji yanataja kupenya kwa takriban 7 cm, lakini grafu ya uthibitishaji inaonyesha mwendo wa mekanizimu wa takriban 6 cm kutoka mguso wa udongo unaoanza karibu −22 cm hadi nafasi ya mwisho ya −28 cm. Lengo la auger limefafanuliwa kuwa 30 cm, lakini mkunjo wa nafasi katika Kielelezo 19 unaishia karibu −25 cm; chanzo hakielezi iwapo hii inatokana na offset ya kuratibu. Zaidi ya hayo, upumuaji wa udongo katika mantiki ya kazi ya kiwango cha juu hufanywa mara moja tu, lakini kipimo cha upumuaji kimejumuishwa katika hesabu ya takriban dakika 15 kwa kila sehemu na thamani hiyo imezidishwa kwa 25 ili kupata takriban dakika 375. Tofauti hizi hazijasahihishwa kimyakimya.

Kikomo kikuu cha kisayansi: Utafiti unaonyesha kwamba roboti iliyotengenezwa inaweza kutekeleza mtiririko jumuishi wa kazi ya vipimo katika hali halisi za shambani. Hata hivyo, matokeo ya SOC yanayotegemea LIBS na R_s yanayotegemea chumba bado hayajakalibrishwa kikamilifu na hayajathibitishwa kwa kiasi dhidi ya mbinu za kitaalamu za maabara/rejea. Kwa hiyo katika hatua ya sasa, utafiti unapaswa kutathminiwa hasa kama utafiti wa ujumuishaji wa mfumo na uthibitishaji wa mtiririko wa kazi.

Mbinu za kisayansi, sifa za kiufundi, matokeo ya majaribio na vikwazo katika makala hii ya Verianla vinatokana tu na utafiti wa chanzo uliopitiwa. Hakuna matokeo mapya ya kisayansi au utendaji yaliyoingizwa kutoka vyanzo vya nje; uthibitishaji wa nje umetumika tu kwa utambulisho wa bibliografia ya uchapishaji.