［鹿大農学術報告 第 72 号, 1–6, 2022］

水田における小型球体ロボットの除草能力
髙山耕二 1)† ，山植珠翠 1) ，中村南美子 2) ，加藤達也 3)，大塚弘文 3) ，小田川裕之 3)，中西良孝 1) ，松添直隆 4)1)

鹿児島大学農学部農業生産科学科家畜管理学研究室
2)

鹿児島大学大学院連合農学研究科
3)4)

熊本高等専門学校

熊本県立大学環境共生学部

令和 3 年 12 月 16 日
要受理

約

水田内除草用の小型球体ロボット（以下，ロボット）の改良に向けた基礎的知見を得ることを目的として， 2021 年 5 月 19 日～6 月 9 日にかけて水田（2 a）を自律移動するロボット（直径 12.5 cm で1 cm の突起あり）3 台を導入したロボット区（0.75 a），8 日齢のアイガモ雛 3 羽（すべて雌）を放飼したアイガモ区（0.75 a），そして除草処理を行わない対照区（0.5 a）に区分し，ロボットによる除草効果を検討した。アイガモは 24 時間連続で放飼し，ロボットは 1 日当たり約 2 時間稼働させた。ロボットとアイガモが水田内を移動する際に濁水が生じていたものの ，これによる除草効果は認められなかった。試験期間中，対照区で 151 本，ロボット区で 292 本およびアイガモ区で 580 本の雑草が各区の排水口で回収され，3 処理区間で有意差が認められた（P < 0.05）。試験終了時（試験開始後 21 日目）における雑草の密度については，対照区で 101 本/m 2 ，ロボット区で 32 本/m 2 およびアイガモ区で0.5 本/m 2 であり，各区間で有意差が認められた（P < 0.05）。以上のように，ロボットの除草能力はアイガモに比べて劣っていたものの，回転時における中耕によって雑草を浮き上がらせ，効果的に除去する可能性が示された。

キーワード：小型球体ロボット，除草，水田，スマート農業，有機農業†

責任著者. Tel: 099-285-8591; E-mail: takayama@agri.kagoshima-u.ac.jp1髙山耕二ら緒言

2021 年 5 月，農水省は農業の生産力向上と持続性の両立の実現をめざす『みどりの食料システム戦略』を策定し，その中で 2050 年までに耕地面積に占める有機農業の取り組みを 25%，100 万 ha に拡大することなどを目標に掲げている[2]。一方，農地の約半分を占める水田において，有機稲作を実践する際に最大のネックになるのがヒエやコナギなどの雑草の繁茂である 。近年，ロボット技術や ICT（情報通信技術）を活用したスマート農業が注目されており，申請者らは棚田など小面積の水田で省力的かつ効果的に除草を行う『小型球体ロボット』の開発を進めて いる（図 1）。既に実験室レベルでは，ある程度の除草効果が得られることが明らかにされている（松添ら未発表データ）ものの，水田におけるその効果は未解明である。
本研究では，有機稲作推進に向けた小型球体ロボット（以下 ，ロボット）の改良における基礎的知見を得ることを目的として，水田での生物的技術として一般によく知られ ，かつ効果的に除草を行うアイガモ雛を比較対象とし，その除草効果を明らかにした。
なお，本研究は鹿児島大学動物実験委員会の承認を得て行われた（承認番号： A21004 号）。

図 1.

小型球体ロボット（プロトタイプ）

Fig. 1.

Small spherical rolling robot (prototype).

材料および方法

2021 年 5 月 19 日に代かき 11 日後の水田（2 a）にロボット 3 台を導入したロボット区（0.75 a），8日齢のアイガモ 3 羽を放飼したアイガモ区（0.75 a），そして除草処理を行わない対照区（0.5 a）に区分し，21 日間調査を行った（図 2）。
供試したロボット（図 1）は直径 12.5 cm の球殻に 1 cm の突起を有しており，内部に 2 輪の自律移動ロボットを搭載していた。内部での車輪の回転が球殻に伝わることで ，全体が回転して移動する構造となっており，その電源は単 3 乾電池 4 本であった。ロボットは最初に Bluetooth で起動し，動作開2水田における小型球体ロボットの除草能力

始の合図を送ると，直進 15 秒と右旋回をランダムに繰り返し，これにより水田内を動き回り，突起で地面を掻くことで除草するように設計された。アイガモは 24 時間連続で放飼し，ロボットは 1 日当たり約 2 時間稼働させた。
各区にネットで囲い，ロボットとアイガモの侵入を防ぎ，水の出入りのみが可能なプロテクトケージ（1.5 m × 1.5 m）を 3 ヵ所ずつ設置し，ロボットとアイガモの動きによって生じた濁水による除草効果を評価した。調査は試験終了時（開始後 21 日目）に 1 m × 1 m のコドラートを用いてプロテクトケージ内側の雑草発生量（単位面積当たりの雑草の密度：本数/m 2 ）を計測した（n = 3）。各区の排水口には家庭用の水切りネットを設置し，試験期間中にロボットとアイガモによって水面に浮き上がった雑草をすべて回収してその本数を記録した。試験終了時（開始後 21 日目）に 1 m × 1 m のコドラー
トを用いてプロテクトケージ外側の雑草発生量（単位面積当たりの雑草の密度：本数 /m 2 ）を計測した（n = 8）。なお，供試した水田では水稲の移植を行わず，水深は 5 cm～10 cm とし，湛水状態を維持した。
得られた結果については，排水口で回収した雑草本数は対照区における単位面積当たりの回収 本数を基準値として，これに対するアイガモ区とロボット区における本数の増減をカイ二乗検定により比較した。プロテクトケージ内外の雑草の密度については，一元配置分散分析により各区間で比較を行った。

アイガモ区（左上），ロボット区（右上），対照区（下）ネットで小さく囲んだ部分がプロテクトケージ
図 2.
Fig. 2.

試験地の外観Aspect of an experimental paddy field.

結果および考察ロボットは回転しながら前進し，水田全体を移動する状況が観察された（図 3）。回転時には，表面の突起が地面に触れることで土壌を攪拌し ，濁水を発生させていた。アイガモも水浴しながら移動す3髙山耕二らる際に濁水を発生させており（図 3），アイガモ農法においては濁水で雑草の光合成や発芽を抑制する効果があるとされている[1]。しかしながら，試験終了時における各区のプロテクトケー ジ内の雑草の密度には差がみられず，本研究ではロボットならびにアイガモが発生させた濁水による除草効果は認められなかった（図 4）。なお，ロボットは水深が 5 cm 未満で移動が困難となり，水深が 10 cm を超えると突起が地面に触れずに濁水が 発生しない状況が観察されており，実用化に向けて対応策を検討する必要が示された。

図 3.
Fig. 3.

ロボットとアイガモによって生じた濁水

Water muddied indeed by movement of robots and Aigamo ducks in a paddy field.

250200

本数 150/㎡100500対照区

図 4.

ロボット区

アイガモ区

ロボットとアイガモの濁水による除草効果（プロテクトケージ内の雑草密度）Fig. 4.

Weeding effect of muddy water by robots and Aigamo ducks.

その一方で，ロボット区とアイガモ区では両者が移動した後に田面水に雑草が浮き上がる状況が確認され，試験期間中に各区の排水口で回収された 雑草は対照区で 151 本，アイガモ区で 580 本に対し，ロボット区は 292 本であり，各区間で有意差が認められた（P < 0.05）。回収された雑草の約半分はヒエであり，対照区ではしょう葉と 1 葉期のヒエのみが観察され たのに対し，アイガモ区とロボット区
では，2 葉期のものも観察された。水田放飼したアイガモはイネ科草に対する嗜好性が低いものの，2葉期までのヒエであれば脚掻きによる 中耕で浮き上がらせることが知られている[1]。本研究では，アイガモ区だけでなく，ロボット区でも同様な状況が観察された。対照区で回収されたヒエは主に田面4水田における小型球体ロボットの除草能力

水の浮力によって浮き上がったものと考えられ[3]，ロボット区とアイガモ区においてはロボットとアイガモが水田内を移動する際に突起または脚先で 中耕したことで雑草が浮き上がったものと推察された。試験終了時における各区のプロテクトケージ外の雑草の密度は，対照区で 101 本/m 2 ，アイガモ区
で 0.5 本/m 2 ，ロボット区で 32 本/m 2 であり，各区間で有意差がみられ（P < 0.05），ロボットならびにアイガモによる除草効果が認められた （図 5）。
140a120100

本
数/㎡8060b4020c0対照区

図 5.

ロボット区

アイガモ区

ロボットとアイガモの中耕による除草効果（プロテクトケージ外の雑草密度）
各区の異文字間に有意差あり（P < 0.05）
Fig. 5.

Weeding effect of intertilling soil by robots and Aigamo ducks.

以上のように，ロボットの除草能力はアイガモに比べて劣っていたものの ，回転時における中耕によって雑草を浮き上がらせ，水田雑草を効果的に除去する可能性が示された 。今後は稼働時間の延長に向けたロボットの改良を進めると同時に ，水稲栽培時における除草効果についても検証する必要がある。

文献[1] 古野隆雄 (1997). 無限に拡がる アイガモ水稲同時作. 173 p., 農山漁村文化協会, 東京.
[2] 農林水産省. みどりの食料システム戦略. https://www.maff.go.jp/j/kanbo/kankyo/seisaku/midori/index.html (2021年 10 月 25 日参照).
[3] 涌井義郎, 館野廣幸 (2008). 【解説】日本の有機農法 土づくりから病害虫回避，有畜複合農業まで.
pp. 147–206, 農山漁村文化協会, 東京.

謝辞

本研究は令和 2 年度科学研究費（挑戦的研究，課題番号 20K21354，松添直隆 代表）の助成を受けて行われた。

5髙山耕二らWeeding Effect of Small Spherical Rolling Robot in a Paddy FieldKoji Takayama 1)† , Tamami Yamaue 1) , Namiko Nakamura 2), Tatsuya Kato 3) ,Hirofumi Otsuka 3) , Hiroyuki Odagawa 3) , Yoshitaka Nakanishi 1) , Naotaka Matsuzoe 4)

1)

Laboratory of Animal Behaviour and Management, Department of Agricultural Sciences and NaturalResources, Faculty of Agriculture, Kagoshima University
2)

The United Graduate School of Agricultural Sciences, Kagoshima University3)

4)

Kumamoto National College of Technology

Faculty of Environmental and Symbiotic Sciences, Prefectural University of Kumamoto

Summary

We evaluated the effects of small spherical rolling robot (robot) on weeds in a paddy field from May 19 toJune 9, 2021. Three treatments were applied: 1) Three automatically moving robots with a 1 cm projection (12.5cm in diameter) on a robot plot of 0.75 a, 2) Three free-ranging Aigamo ducks (8 days of age, female) on anAigamo plot of 0.75 a, and 3) no robot and no ducks, on a control plot of 0.5 a. The ducks were free-ranged for
24 hours, and the robots moved for about 2 hours a day. Although muddy water indeed by movement of robots
and Aigamo ducks were observed, there was no weeding effect of muddy water. The number of weeds collected
in drain port during the experiment period was 151 in the control plot, 580 in the Aigamo plot, and 292 in therobot plot (P < 0.05). At the end of the experiment (Day 21), the density of weeds showed significant differencesamong the three treatments, with an average of 101 plants/m 2 , 0.5 plants/m 2 , and 32 plants/m 2 in the control,Aigamo, and robot plots, respectively (P < 0.05). These results indicate that the small spherical rolling robot,
being inferior to the Aigamo ducks, has the potential to effectively pull out weeds by a rolling motion asintertilling soil.

Key words: Organic agriculture, Paddy fields, Smart agriculture, Small spherical rolling robot, Weeding†

Corresponding author. Tel: 099-285-8591; E-mail: takayama@agri.kagoshima-u.ac.jp

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