A colheita representa cerca de 15% dos custos totais de produção, e o armazenamento e embalagem pós-colheita podem representar um terço ou mais desses custos. Portanto, aumentar a eficiência é de grande interesse para os produtores de maçã

Depois de plantar um pomar, o produtor deve esperar alguns anos antes que as árvores dêem frutos. Quer as árvores sejam jovens e em crescimento ou maduras e produtivas, os gerentes de pomares precisam monitorá-las quanto a pragas, parasitas e danos climáticos.

Cientistas do Serviço de Pesquisa Agrícola dos EUA (ARS) em vários locais estão na vanguarda das novas tecnologias inovadoras de gerenciamento de pomares para ajudar os produtores a mitigar as perdas e obter ótimos rendimentos de frutas.

Pulverizador de precisão - Ao aplicar produtos químicos em plantações, o local onde o produto químico é aplicado às vezes é mais importante do que a quantidade fornecida.

Liderado pelo engenheiro agrônomo do Serviço de Pesquisa Agrícola (ARS), Heping Zhu, uma equipe, incluindo o engenheiro agrônomo da ARS Richard Derksen, o patologista de plantas Charles Krause, os entomologistas Michael Reding e Christopher Ranger, e colegas da Ohio State University, Oregon State University e da University of Tennessee: Desenvolveu e testou com sucesso um inovador pulverizador guiado por laser para ajudar produtores de viveiros, pomares e uvas a aplicar quantidades precisas de produtos químicos.

O sistema usa tecnologia de varredura a laser de alta velocidade para criar imagens de estruturas de árvores e, em seguida, um sistema de pulverização de taxa variável assistido por ar controla as saídas de pulverização para corresponder às estruturas de árvores alvo. O pulverizador de 2 toneladas pode tratar de uma a seis fileiras de árvores por vez.

            Cientistas e colegas da ARS desenvolveram um sistema de pulverização de taxa variável guiado por laser que aplica pesticidas

           em pomares com maior precisão e menos desperdício. (Heping Zhu (D3900-1)

"A tecnologia convencional de aplicação por pulverização requer quantidades excessivas de pesticidas para obter um controle eficaz de pragas em fazendas de flores, viveiros, pomares e outras culturas especiais", diz Zhu. "Nosso pulverizador de precisão assistido por ar de taxa variável automatizado atende a esse desafio. Nosso sistema caracteriza a presença, tamanho, forma e densidade da folhagem nas árvores alvo e aplica a quantidade ideal de pesticida em tempo real."

Testes em um pomar de macieiras mostraram que o novo aspersor reduziu a perda de pulverização além da copa das árvores em 40 a 87 por cento e reduziu a perda de pulverização no solo em 68 a 93 por cento.  "Atualmente, estamos expandindo esta pesquisa com colegas adicionais da Clemson University, Texas A&M University e da Universidade da Califórnia. A expansão inclui o desenvolvimento de um sistema universal de controle de aspersores de taxa variável guiado por laser que pode ser uma atualização dos aspersores convencionais comumente usados ??em pomares, viveiros e vinhedos", diz Zhu. "Dessa forma, os produtores podem atualizar seus pulverizadores existentes para pulverizadores guiados a laser de precisão, em vez de comprar novos pulverizadores. Os fabricantes podem converter seus pulverizadores com o novo sistema de controle de pulverização sem alterar o design do pulverizador. Este novo sistema de pulverização de precisão avançará significativamente na tecnologia para aplicações eficientes de pesticidas de taxa variável e oferece uma abordagem ambientalmente responsável para o controle de insetos e doenças."

Zhu e seus colegas receberam dois subsídios do Instituto Nacional de Alimentos e Agricultura do USDA para desenvolver essa tecnologia para controlar insetos e doenças para culturas especiais. As avaliações de tecnologia e desempenho foram descritas em diversos artigos da revista Transactions da ASABE.

Sistema Robótico para Estimativa de Forma de Árvore (RoTSE) - As árvores frutíferas devem ser podadas durante o período de dormência de inverno para uma ótima qualidade e produtividade dos frutos. "Se as árvores não forem podadas, a qualidade e a produtividade dos frutos cairão", diz Amy Tabb, engenheira agrícola apoiada pela ARS em Kearneysville, West Virginia. "Mas é difícil conseguir que as pessoas façam essa tarefa importante, porque elas precisam operar cortadores de grama manuais no inverno em escadas o dia todo."

Tabb e seus colegas do ARS Innovative Fruit Production, Breeding and Protection Laboratory e Henry Medeiros da Marquette University em Milwaukee, Wisconsin, estão procurando maneiras de tornar a poda mais eficiente. Eles estão trabalhando em um sistema de visão robótica chamado "Sistema Robótico para Estimativa da Forma da Árvore" (RoTSE) para determinar a forma da árvore em configurações de campo. A forma da árvore inclui a estrutura, diâmetro, comprimento e ângulos dos ramos. "Determinar o formato da árvore é importante para que a poda seja feita com eficiência", diz Tabb.

                                                    O técnico Scott Wolford opera o Robotic System for Tree Shape Estimation (RoTSE).

                                                    O sistema mede a forma da árvore para uma poda eficiente. (Amy Tabb, D3901-1)

Determinar características de árvores com um sistema de visão computacional é uma série de etapas. O primeiro passo é obter a imagem, que não é apenas uma imagem bonita. Um braço robótico articulado com uma câmera acoplada é montado na caçamba de um pequeno caminhão. Dependendo da complexidade da árvore, a câmera tira em média 100 imagens dela. A combinação de todas as imagens, usando algoritmos desenhados por Tabb, revela as estruturas, tamanhos e posições dos ramos da árvore.

Tabb e sua equipe testaram o sistema em macieiras. "Em comparação com medições humanas, o RoTSE estimou o diâmetro do ramo, o comprimento do ramo e o ângulo do ramo com pequenas margens de erro. O tempo médio de execução foi de 8:47 minutos", diz Tabb. "Usaremos essas informações para desenvolver sistemas de poda automatizados."

Classificador de precisão - A colheita e a classificação são outras tarefas de pomar de trabalho intensivo que estão recebendo atenção dos cientistas da ARS. A colheita representa cerca de 15% dos custos totais de produção, e o armazenamento e embalagem pós-colheita podem representar um terço ou mais desses custos. Portanto, aumentar a eficiência é de grande interesse para os produtores de maçã.

Convencionalmente, todas as maçãs colhidas, independentemente de seus graus de qualidade, são colocadas nas mesmas caixas e depois transportadas para galpões para armazenamento. "Durante a colheita, os catadores não têm tempo de inspecionar cada fruta. Fazer isso diminuiria muito a velocidade de colheita, o que não é lucrativo", diz Renfu Lu, engenheiro agrônomo de East Lansing, Michigan. "Mas a prática de misturar frutas boas com frutas de qualidade inferior ou defeituosas torna todo o lote mais suscetível a doenças ou pragas durante o armazenamento pós-colheita".

                                            Este sistema desenvolvido pela ARS classifica e classifica automaticamente as maçãs colhidas. (Renfu Lu, D3903-1)

A equipe de Lu encontrou uma solução - Nos últimos anos, muitos pomares foram reconfigurados em fileiras de árvores estruturadas e compactadas, criando melhores condições para mecanização e automação dos pomares. Assim, em 2016, a equipe, em colaboração com um fabricante comercial de equipamentos hortícolas em Michigan, projetou e construiu o primeiro protótipo de máquina autopropulsora de colheita e classificação de maçãs no campo.

"A nova máquina usa sensores, controles e computador de baixo custo e pode acomodar pelo menos seis pessoas colhendo as maçãs. Embora o protótipo ainda exija um trabalhador para dirigir a máquina no pomar, a direção automática será considerada no futuro", diz Lu.

A máquina transporta os frutos colhidos de três pares de transportadores de colheita para o transportador principal e depois para uma câmara de inspeção visual. O sistema de visão de máquina executa várias funções: alinha as maçãs em uma única linha, separa-as igualmente, gira-as, tira várias fotos de cada fruta e atribui uma nota de qualidade a ela e, em seguida, envia a fruta classificada para um recipiente específico.

Os produtores podem obter economias de custo significativas com esse sistema. "Por exemplo, em um pomar bem administrado, de alta densidade e estruturado, cerca de 10% da fruta é de má qualidade e não é adequada para o mercado fresco. Se a máquina for usada por uma safra inteira, o proprietário do pomar poderá obter uma economia bruta de US$ 34.000 em armazenamento e embalagem pós-colheita, removendo frutas podres ou danificadas na colheita", diz Lu.

A equipe continuou a melhorar os mecanismos de manuseio de frutas do sistema e os designs dos transportadores. "Para a safra de 2017, testamos a máquina aprimorada em um pomar comercial para avaliar seu desempenho. As melhorias resultaram em danos mínimos de contusões e uma melhoria significativa na eficiência da colheita."

Realizamos uma demonstração de campo da máquina e recebemos informações de produtores, especialistas em extensão e outros. Nosso objetivo final é estabelecer uma parceria com um fabricante comercial de equipamentos hortícolas para transferir a tecnologia desenvolvida para a indústria da maçã", diz Lu./Foto de Peggy Greb, USDA/ARS/PortalFruticola