遠隔操作可能な栽培支援ロボット教材の開発
岩本正敏*1,大村道明*2

東北学院大学工学部*1
東北大学大学院農学研究科*2
masa@tjcc.tohoku-gakuin.ac.jp
概要：農業分野で ICT を活用する AI(Agri-Informatics)は、新しい農業を支える重要な技術として期待される。AI は農業生産者の活動や経験をデータ化、情報化することで、持続的で安定した農業を目指している。熟練農家（篤農家）の栽培技術の記録と技術の伝承、ロボット栽培技術、植物工場、流通システム、農村コミュニティ等、農業の広範囲な分野での ICT 活用が期待されている。筆者らは圃場での ICT 活用の取り組みとして、遠隔栽培ロボット技術の開発と、マルチコプターによる圃場管理技術に関する研究を行っている。報告では AI 教育用として開発している遠隔栽培支援ロボットの概要、圃場環境での ICT 活用の問題点や対処方法、AI 教育について報告する。

1 はじめに2011 年 3 月 11 日の東日本大震災により豊かな2 プロトタイプシステムの開発

恵みをもたらす沿岸部の圃場は甚大な津波被害を宮城県大崎市鹿島台で水菜を生産している農業受けた。農業生産者は復興に向け様々な対応を求法人㈲ダイアファームのパイプハウス内に環境められた。農業生産者の中には住居と圃場が被災

センサ、ネットワークカメラを設置し、パイプハし、仮の住居から遠方に借用した圃場に通うことウスの巻き上げ装置を遠隔から制御するシステムになったり、圃場が複数に分散したり、栽培するを AgriFuture と共同開発 [2][3]した。甚大な津波

農作物の種類の変更を余儀なくされる等、大きな被害では農業設備の復旧費用が大きな負担となっ負担と将来への不安が増加した。一方、被災地でていることを知り、設備コストの低減化が重要では復興事業として植物工場の建設、自然エネルギあると考えた。そのため、可能な限り一般的で安ー利用、循環型農業等、新しい農業への試みも数価なものを使用しシステム構築を行った。

多く行われている。震災後、岩本研究室に農業復興に取り組む農業生産者グループ AgriFuture 女川

2.1 システム概要

代表から農業の IT 化についての相談があり、農農業法人事務所に圃場管理用コンピュータを１業の IT 化についての研究を始めることになっ台設置し、無線ネットワーク(Wi-Fi を使用)で圃た。また、農業生産者を応援、支援するために、場と接続した。環境センサ、巻き上げ機の制御に農業生産者、企業グループ、大学関係者が集まりは、圃場内に構築した無線センサネットワーク

東北スマートアグリカルチャ研究会（会長(ZigBee を使用)を用いた。カメラは無線ネットワ

大学農学研究科

東北中井裕 教授）が発足し復興後ークを利用する web カメラを設置した。の新しい農業へ向けての活動が始まり、筆者らも参加している。東北大学農学研究科では東北の農業復興と日本の農業申請を目指し研究・教育活動を行う東北復興農学センターを立ち上げた。東北interneWi-Fi
networktDropbox

復興センターでは、人材教育として、復興農学マイスター、IT 農学マイスター教育も行っている。
第１期生として、復興農学マイスター50 名（社Zigbeenetwork

会人 27 名、学生 23 名）、IT 農学マイスター44 名（社会人 25 名、学生 19 名）を認定した。講義で

図 1 システム構成

は、圃場での栽培の様子を記録する技術として、カメラ画像、センサ情報はクラウド型ストレ環境センサ技術、ネットワークカメラ技術についージサービス Dropbox にアップロードし、農業生て学んだ。ここでは、筆者らが開発を行っている産者間での情報の共有化を行った。巻き上げ機の栽培支援ロボットの概要を説明し、圃場に設置し制御は圃場管理用コンピュータに立ち上げた web

た遠隔監視装置と環境データの利用についての紹サーバ(Apache を使用)が行う。インターネット

介を行った。

側の IP アドレスは固定でないため、IP アドレス

情報を Dropbox にアップロードし、遠隔制御の場るようになった。またマイクロコントローラによ合にはこのアドレス情報を用いることにした。

る電源制御モジュールで、Raspberry Pi を定時で起動し、さらに間欠動作させることで、太陽光発

2.2 運用状況

電のように不安定な電源環境でも安定して環境デ環境情報の共有化にクラウド型ストレージサーータを取得できる。

ビス Dropbox を使用したことで、安定したデータのアップロードが行われた。今回はパイプハウ

3.2 栽培支援ロボット教材としての利用

ス内での実験であったが栽培植物の傍に置いたセ栽培ロボットは遠隔制御可能で簡単に設置可能

ンサが散水や植物から発生するガスにより腐食す

で環境情報を記録し、栽培の様子をデータ化するるなど、センサ、カメラの設置方法が課題となっことができる。Raspbery Pi を用いたことで、開た。定点撮影したカメラ画像を動画化し、環境情発が容易になり要望に応えやすくなった。栽培支報と合わせることで、栽培植物の成長の様子がよ援ロボットが農業情報科学(Agri-Informatics)のくわかるようになった。農業生産者からは、教材として利用されることに期待している。

Dropbox で共有化されるカメラ画像を見ることで現在の圃場の様子を遠隔から知ることができるこ

4 圃場の鳥瞰撮影とは助かるとの感想が寄せられた。今回は電源設

AI では農業情報を記録し、その情報を蓄積し備、インターネット環境が整っていたが露地栽培活用することで持続可能な農業を目指している。

では環境が整っておらず課題となる。

屋外の露地圃場は広大でその様子を記録することは難しい。そこで、マルチコプタによる鳥瞰撮影

3 遠隔操作可能な栽培支援ロボットで圃場の様子を記録することを行っている。圃場

鹿島台での経験を基に、より安価で扱いやすい装置の開発を行っている。プロトタイプシステのような広大な場所でのマルチコプタの活用は農業情報として期待している。

ムをより簡略化し、圃場で自立動作可能で、簡単に設置でき、ソフトウェアを入れ替えることで多5 まとめ様な利用環境に適応できることを目指している。

栽培支援ロボット教材の基本的な動作を圃場

[4]で確認した。AI は農業生産者の経験に基づく暗と呼ぶことにした。栽培支援ロボットでは、教育黙知を形式知として共有化し、農業の持続性を目用 Linux ボードの Raspberry Pi を用い、太陽光指している。自然環境が主となる一次産業での発電・蓄電装置、３G モバイルネットワークによICT 利用はまだ始まったばかりで圃場での機器設る自立動作も可能とした。

置、ICT インフラ整備、暗黙知の共有化技法等課

そこで、この自立した装置を栽培支援ロボット題も多いが、AI がこれからの農業に大きな影響
Wi-Fi
network

InternetDropbox

Raspberry Pi
Power Control Module

SensorcameraZigbeenetwork

図２ 栽培支援ロボット

3.1 システム概要
栽培ロボットは Raspberry Pi に環境センサ、USB カメラ、WiFi ドングルを接続し、環境センサデータ、カメラ画像を Dropbox へのアップロードを行っている。 Raspberry Pi を採用したことで、ネットワークを自由に構築できるようになり、複数の Raspberry Pi がネットワークで連携するなどソフトウェアにより多様な環境に適応できを与えることは間違いないと考える。

参考文献[1] 東北大学菜の花プロジェクト編、「菜の花サイエンス 津波塩害農地の復興」、東北大学出版会、2014[2] 岩 本 正 敏 、「 ク ラ ウド 型 共 有 フ ォ ル ダ ー とZigbee ネットワークの連携による遠隔制御について」、平成 24 年度 TOPIC ネットワーク
担当職員研修会、2012[3] 岩本正敏・菅原大樹・女川源、「震災時の農業における無線センサネットワークとメカト
ロ 技 術 の 応 用 」、 日 本 機 械 学 会 東 北 支 部 大会、2012[4] 鎌田玲於奈・岩本正敏、「植物栽培ロボット
教材の開発 －震災復興からの新しい農業への試みと理解－」、全日本教育工学研究協議会全国大会、2014