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Ricycle : Manufacture

Il y à peine plus d’un mois, j’ai eu l’idée de créer un vélo pour planter le riz pour mon projet en Inde. Je viens de passer quatre jours dans l’atelier de manufacture sur un campus à une dizaine d’heures de transport du mien. Ce post raconte comment ça s’est passé.

Manufacturing overview document and CAD drawings...
Présentation du projet et schémas pour la manufacture…

Jour 1

A peine un mois après avoir commencé à travailler sur mon projet, on attaque déjà la manufacture ! Aymeric, qui fait un projet dans le même labo et qui est allé avant moi aux ateliers de manufacture, m’annonce : « Un centimètre ». C’est la précision avec laquelle nos projets sembleraient venir au monde. Je ne sais pas si je dois en rire ou pleurer. En tant qu’étudiante en microtechnique, ça me fait quand même mal au cœur.

Dans mon atelier de manufacture, en plus des « tolérances indiennes », je remarque aussi les normes de sécurité à l’indienne, ou plutôt leur absence. Ici, les ouvriers sont pieds nus ou en sandales, et aucun d’entre eux ne porte ni gants ni lunettes de sécurité. Le bruit des outils est assourdissant, et je me retrouve à me boucher les oreilles fréquemment tout en détournant les yeux pour éviter l’éclat des soudures. Je serai heureuse si je ne ressors pas sourde et aveugle de ces ateliers !
Les indiens n’ont pas d’établi, ils travaillent à même le sol. Pour discuter du design, on s’accroupit par terre à côté de la pièce.

Discussions à propos d'une pièce. accroupis dans l'atelier de manufacture.
Discussions à propos d’une pièce. accroupis dans l’atelier de manufacture.

Mon projet, c’est une machine à planter le riz. Quand j’ai commencé à faire mes recherches sur ce qui se faisait actuellement, j’ai pu constater avec déception que beaucoup de choses existaient déjà. Des machines peu onéreuses aux monstres tracteurs industriels, le sujet semblait être couvert. De plus, en cherchant sur Youtube, on trouve d’innombrables projets étudiants de « machine à planter le riz ». Apparemment tous les étudiants en génie mécanique en Inde passent par l’étape machine – planter le riz. A quoi il sert mon projet alors ? Je ne voyais pas ce que je pourrais apporter à ce domaine. J’ai alors décidé de prendre une direction totalement différente. Plutôt de faire une médiocre machine que la fermière tire ou pousse à travers son champ, je vais créer une machine à pédales. Sur la base d’un vélo, avec le système transplanteur à l’arrière, je suis convaincue qu’une telle machine pourrait fonctionner. Après d’innombrables heures à rouler dans la gadoue lors de mes entraînements de VTT, je sais que c’est possible de pédaler à travers une profonde couche de boue. Reste plus qu’à leur prouver.

On rencontre l'artisan/ouvrier qui va construire la majeure partie de mon vélo...
On rencontre l’artisan/ouvrier qui va construire la majeure partie de mon vélo…

La manufacture, apparemment, ça commence par une prière. Je joins mes mains devant ma poitrine, ferme les yeux, et écoute la prière en malayalam. Je reconnais même certaines phrases, après un mois et demi à l’Ashram, je commence à les connaître, ces oraisons !

On commence par fabriquer les roues arrière. Bientôt, les grandes bandes d’acier seront courbées, soudées ensemble, et maintenues par des rayons. Hier, on est allés chercher un vélo d’occasion. Il me plaît beaucoup avec son côté « old school », mais il sera vite démonté par une bande de jeunes indiens, on ne garde que le nécessaire.

Mon nouveau vélo... qui sera vite démonté !
Mon nouveau vélo… qui sera vite démonté !
Voilà comment on fabrique des roues ! Des grandes bandes de métal sont courbées à la main, puis soudées aux rayons et au centre de la roue.
Voilà comment on fabrique des roues ! Des grandes bandes de métal sont courbées à la main, puis soudées aux rayons et au centre de la roue.
Construction des roues. La précision : pas plus que la largeur du trait à la craie.
Construction des roues. La précision : pas plus que la largeur du trait à la craie.
Tout feu tout flammes : qui ne voudrait pas être ingénieur quand son équipe de manufacture fait cracher du feu à un simple bicyclette ?
Tout feu tout flammes : qui ne voudrait pas être ingénieur quand son équipe de manufacture fait cracher du feu à un simple bicyclette ?

Jour 2

Ça avance vite, mon Ricycle commence à prendre forme. Quand je suis arrivée à l’atelier ce matin, j’ai découvert avec joie mes deux roues arrière presque terminées, et ça en jette. Quand j’essaie d’en soulever une, tout de suite, ça a moins la classe : elles pèsent autant que mon sac à dos de voyage ! À 13kg la roue (bon ok, un peu moins que mon sac à dos), je commence à perdre foi en mon projet… Comment est-ce que mes petites fermières vont arriver à faire avancer une machine plus lourde qu’elles ? Une roue de VTT solide, ça pèse moins de 2kg. J’aurais jamais imaginé que les miennes fassent plus du double ! Mon superviseur essaie de me rassurer : « au pire, on donnera ton système à un bœuf, il sera capable de le tirer ! ». La vache est sacrée en Inde, c’est le bœuf qui se tape tout le boulot. Moi j’ai du mal à voir la différence, mais s’ils le disent…

En arrivant les deuxièmejour, mes roues sont presque terminées ! A l'atelier, il n'y a guère d'équipement de sécurité, et mes yeux souffrent à chaque fois qu'ils s'arrêtent par mégarde sur un poste de soudure. Comme il y en a partout, c'est très dérangeant. Je ne suis là que pour quelques jours, je me demande comment les ouvriers font pour ne pas encore être aveugles !
En arrivant les deuxièmejour, mes roues sont presque terminées ! A l’atelier, il n’y a guère d’équipement de sécurité, et mes yeux souffrent à chaque fois qu’ils s’arrêtent par mégarde sur un poste de soudure. Comme il y en a partout, c’est très dérangeant. Je ne suis là que pour quelques jours, je me demande comment les ouvriers font pour ne pas encore être aveugles !

La raison de ce surpoids, c’est les matériaux utilisés pour mon prototype. Alors que des roues de VTT de compétition sont en alu léger, les miennes sont en acier de forgerie (j’essaierai de noter le nom précis plus tard). Si on met moins de matière, ce ne sera pas assez solide pour l’utilisation.
Les autres matériaux et pièces utilisées pour mon Ricycle sont principalement issus de la réutilisation de tout ce qu’on peut trouver autour de l’atelier. Pour les vitesses, on échange le plateau et le pignon afin d’avoir un vélo facile à pédaler ; pour le système transplanteur, on récupère une bande à scier le bois et on tranche des morceaux dedans. L’idéal, ç’aurait été d’avoir des lames flexibles, mais quand je les vois taper dessus au marteau pour les aplatir, je me dis que la flexibilité ça va pas être ça. Ils ont pas suivi le cours de matériaux de première année qui dit que plus on travaille un métal, moins il est malléable. Bref

Contrairement à l'atelier de mécanique où j'ai fait mon stage d'usinage en deuxième année, ici, tout semble être rouillé. Les matériaux sont les moins chers possibles, ce qui change la donne au niveau du poids, de la résistance, etc.
Contrairement à l’atelier de mécanique où j’ai fait mon stage d’usinage en deuxième année, ici, tout semble être rouillé. Les matériaux sont les moins chers possibles, ce qui change la donne au niveau du poids, de la résistance, etc.
J'avais fièrement décidé d'introduire des lames flexibles dans mon mécanisme afin d'éviter l'utilisation de ressorts (spéciale dédicasse au Professeur Henein). Je trouvais ça très intelligent jusqu'à que je voie comment ils tapaient sur des bandes à scier le bois pour les rendre droites avant de les retordre et espèrer qu'elles soient toujours aussi flexibles...
J’avais fièrement décidé d’introduire des lames flexibles dans mon mécanisme afin d’éviter l’utilisation de ressorts (spéciale dédicasse au Professeur Henein). Je trouvais ça très intelligent jusqu’à que je voie comment ils tapaient sur des bandes à scier le bois pour les rendre droites avant de les retordre et espèrer qu’elles soient toujours aussi flexibles…

Jour 3

Mon prototype ressemble de plus en plus aux dessins faits sur mon ordinateur ces dernières semaines, ça m’impressionne. Jusque-là, mon plus gros projet réalisé physiquement, c’est mon robot pour le concours Robopoly qui devait rentrer dans un cercle de 30cm de diamètre. Le Ricycle, c’est pas la même histoire ! Le vélo est surélevé et les roues arrière sont distantes d’un mètre.

Certaines pièces sont très semblables aux dessins que j'ai fournis, d'autres n'ont absolument rien à voir. Tous ont un point commun : un surpoids manifeste qu'en tant que microtechnicienne, je n'avais pas imaginé !
Certaines pièces sont très semblables aux dessins que j’ai fournis, d’autres n’ont absolument rien à voir. Tous ont un point commun : un surpoids manifeste qu’en tant que microtechnicienne, je n’avais pas imaginé !

Plus on avance dans la journée, plus le projet se peaufine. Au début on commence par disposer toutes les pièces au bon endroit, ensuite on les soude en partie (ça pique les yeux !), puis on ajuste en fonction des éléments suivants… au final tout commence à se mettre en place et c’est beau à voir, mon projet est matérialisé sous mes yeux grâce au travail de l’ouvrier. Vu de près, j’ai beau me dire que ça a pas l’air d’être du travail de précision, et quand les pièces « fixées » bougent de près d’un centimètre mon âme de microtechnicienne meurt un peu, je prends un peu de recul et je suis quand même assez fière de mon projet.

Ca commence à ressembler à mes dessins 3D sur l'ordinateur !
Ca commence à ressembler à mes dessins 3D sur l’ordinateur !
La mise en place des éléments est aussi soumise à la précision
La mise en place des éléments est aussi soumise à la précision “à l’indienne”… comme dirait un des profs du stage d’usinage : “mais ya une chiée de décallage !”

J’ai l’impression d’être une cheffe de chantier, arrogante et qui regarde sans participer derrière mes lunettes de soleil. J’ai décidé de me couper du monde avec mes boules quies, et mes oreilles me remercient, mais la communication qui était déjà faiblarde en prend un coup. L’atelier est si bruyant que je me suis fait mal à l’oreille. Et les soudures me piquent toujours les yeux. Je commence à tousser, et me dis qu’au final, avec toutes ces particules d’acier dans l’air, je vais peut-être refaire mes réserves de fer, moi qui suis toujours en déficit ! (vraiment, j’ai un certificat médical qui dit qu’à cause de ça je suis trop fatiguée et ne peux pas me concentrer en cours. Mon certificat préféré !).

Au cours de la journée, de nombreux indiens s’approchent du vélo, essaient de faire tourner une roue, de comprendre comment ça marche… Ils sourient et dandinent de la tête, et mon superviseur leur explique ce que c’est. En Tamil. Je ne suis jamais incluse dans ces conversations, si ce n’est pour un regard ou un hochement de tête.

Les indiens sont curieux de mon projet et semblent heureux de le voir prendre forme.
Les indiens sont curieux de mon projet et semblent heureux de le voir prendre forme.

Malgré la barrière de la langue, je ressens la complicité féminine des ouvrières de l’atelier. Elles sont 5, dont 2 qui travaillent avec les machines. On se regarde, curieuses, et on sourit timidement en dodelinant la tête. Hier, à la pause, elles m’ont demandé si je parlais Tamil. Malheureusement je n’ai pas pris le temps d’essayer d’apprendre. A la pause chai, elles m’indiquent où je peux avoir mon verre et me font signe de m’assoir à côté d’elles. L’une d’entre elles parle un peu anglais et me pose quelques questions. D’où je viens, et pour combien de temps je suis ici. Même si on ne se parle pas, j’apprécie cette main tendue qui me fait me sentir plus acceptée que dans toutes les discussions techniques précédentes où j’avais le semtiment de ne pas exister, ou pire, d’être là pour faire joli.

Jour 4

Le projet prend vie ! Avec une fierté non contenue, j’enfourche ma monture à trois roues, et m’élance dans le chemin qui mène à l’atelier… pour un tour de pédale, avant de dérailler.

Une prière s'impose avant de tester le Ricycle pour la première fois.
Une prière s’impose avant de tester le Ricycle pour la première fois.

Ca y est, le Ricycle a fait ses premiers pas ! Ou plutôt, ses premiers tours de roue. Je n’ose même pas imaginer l’efficacité de la machine, toutes les pièces ont du jeu. Un sacré jeu. On passe la journée à assembler et désassembler les roues arrières, afin d’aligner correctement toutes les pièces et de réduire ce jeu. Peu à peu, les pièces sont soudées en place, alignées avec des cales, et les roues d’ont plus un décalage de 10cm entre elles lorsqu’on essaie de les faire tourner.

Mon superviseur est allé apporter l’axe principal à l’atelier du tourneur pour faire un filetage à chaque extrémité, et les roues arrière sont maintenant serrées en place. Cela permet aussi de faire tourner le vélo, la roue intérieure glisse sur l’axe lorsqu’on tourne le guidon. Enfin, le vélo n’est plus réduit à une trajectoire en ligne droite ! En contrepartie, si on est bloqués, ça glisse aussi, et il faut pousser un peu pour débloquer le Ricycle.

Une étudiante indienne a essayé le Ricycle, et ça a l'air de fonctionner aussi pour elle ! Dans ma conception, j'ai voulu prendre en compte la morphologie des fermières indiennes, qui font en moyenne 1m50, afin que le vélo soit adapté à leur taille.
Une étudiante indienne a essayé le Ricycle, et ça a l’air de fonctionner aussi pour elle ! Dans ma conception, j’ai voulu prendre en compte la morphologie des fermières indiennes, qui font en moyenne 1m50, afin que le vélo soit adapté à leur taille.

A côté de ça, on a construit la caissette où les pousses de riz seront placées, mais avec les changements de dimension de la roue arrière, il va falloir prolonger les liens entre l’axe des roues et l’axe du système transplanteur. Pour ce problème, sans mon ordinateur et mes dessins, je suis perdue, je n’arrive pas à visualiser comment on peut réarranger les pièces facilement pour obtenir le résultat voulu. Heureusement, on passe à autre chose, ce qui me laisse le temps de réfléchir.

Une fois boulonnées en place, ça tourne mieux, et en plus on peut faire des virages !
Une fois les roues boulonnées en place, ça tourne mieux, et en plus on peut faire des virages !

Le vélo avance, mais déraille souvent. Il faut dire que l’alignement est terrible, tout bouge. Petit à petit, en fixant les pièces les unes après les autres, ça va mieux, mais garantir un parallélisme quand tout est fait à l’œil, ça a même pas l’air d’être un problème qui leur vient à l’esprit. On fixe des rondelles pour aligner la chaîne avec le gigantesque pignon à l’arrière, puis ça déraille à l’avant. Mais maintenant on peut pédaler un peu plus longtemps !

Avec l'artisan/ouvrier qui a fabriqué la majeure partie du Ricycle :)
Avec l’artisan/ouvrier qui a fabriqué la majeure partie du Ricycle 🙂

Travaux en cours…

Maintenant, il ne reste plus qu'à fixer le mécanisme de transplantation... et ça va pas être une mince affaire !
Maintenant, il ne reste plus qu’à fixer le mécanisme de transplantation… et ça va pas être une mince affaire !

En 4 jours, on a réussi à fabriquer un vélo-tracteur à peu près fonctionnel… Maintenant le gros du travail est fait, mais le plus difficile est encore à faire : lier ce Ricycle au mécanisme de transplantation et le rendre fonctionnel !

Design Research: Pedal-Powered Tractors

When speaking about agriculture mechanisation, we immediately thing about huge tractors, pumping up oil and spreading loads of bad chemicals on the fields.
Some farmers have taken the problem the other way around, and instead of relying on heavy machinery for light operations, they started building their own machines, powered by humans, not petrol. I have listed the farm hackers I’ve found on this post.

If you drive a car, you’re dragging a lump of metal that probably weighs 10–20 times as much as you do wherever you go. What a waste of energy! Go by bike and the metal you have to move around with you is more like 6–9kg for a lightweight racing bike or 11–20kg for a mountain bike or tourer, which is a fraction of your own weight. Better efficiency means you can further on the same amount of fuel. According to the classic Bicycling Science book by David Gordon Wilson et al: “A racing bicyclist at 32km/h (20mph) could travel more than 574 kilometers per liter (1,350 miles per US gallon) if there were a liquid food with the energy content of gasoline.” Explain That Stuff

The Culticycle

Farmers from the Farmhack community have developed this pedal-powered tractor to reduce the usage of their tractors. It is built out of bike parts and standard metal pieces, and features a belly-mount for interchangeable cultivating implements (weeder, seeder, etc.)

The Culticycle, a pedal-powered tractor developed by Farmhack
The Culticycle, a pedal-powered tractor developed by Farmhack
Description: A pedal powered tractor for cultivation and seeding, built from readily available lawn tractor, ATV, and bicycle parts. Speed is 3 – 4 mph depending on choice of gearing and pedaling speed. Better for operator’s body, less soil compaction, no fuel use, cheaper than a tractor; easily adaptable to specific needs

Problem Statement/ Functional Need: Cultivation only requires the movement of small amounts of soil, therefore very little power output. Small tractors are hard on the body of the farmer, cause soil compaction, cost large amounts of money, are complicated to fix, and provide significantly more power than is needed for many seeding and cultivating jobs. Cultivation with a pedal powered machine provides sufficient power, a less physically damaging experience for the operator, and is more environmentally sustainable.

The Aggrozouk – previously known as Bicitractor

The Aggrozouk has been developed by the French-speaking collective of farmers l’Atelier Paysan, who develop tools for organic farming. The machine has been further developed during the POC21 eco innovation camp. They held a prototyping workshop in early 2016 so that the farmers could build their own Aggrozouk tractor while learning the skills to repair and upgrade it.

The Aggrozouk pedal-powered tractor with electrical assistance
The Aggrozouk pedal-powered tractor with electrical assistance

PR6: Open-source and robots for agriculture

Open-source Agricultural Projects and Hackerspaces

La notion de brevet, donc de notre point de vue de confiscation au profit d’individus ou de groupes, est contraire à notre volonté de contribuer à la production et la diffusion de Biens Communs. Nous estimons que la créativité est histoire de cheminements, d’influences, de rencontres, de glanages, bref, par essence d’une richesse collective, humaine, d’un génie créatif que nous avons choisi de ne pas garder pour nous. Toutes nos réalisations sont donc diffusées sous licence libre, pour une libre adaptation, pour que les machines et matériels soient vivants, appropriés et appropriables. L’Atelier Paysan

Aggrozouk/Bicitractor pedal powered tractor with electrical assistance
Aggrozouk/Bicitractor pedal-powered tractor with electrical assistance

L’Atelier Paysan: building open-source farm machinery for organic farmers, developers of the Bicitractor/Aggrozouk pedal-powered tractor with electrical assistance

TechAguru: building small-scale open-source solutions in the Philippines to bring precision agriculture to farmers.

Hacker Farm: Japanese countryside farm and hackerspace, have a project on rice paddy water level monitoring.

Farm Hack: Worldwide community of farmers that build their own agricultural machinery, famous for Culticycle pedal powered tractor

Good Tech: Community of makers testing prototypes in a realistic environment. Accelerator program for “bringing sustainable tech into mainstream“.

Fietswieders: “a lowtech agricultural machinery, based on open source to make the life of (organic) farmers more fun!” by Dutch community, using bicycles to make machines suited for work lying in prone position (facing the ground).

Obviously better technology will only make a difference if it´s actually used by many people. Therefore scaling new products is a key aspect of what we do. GoodTech

Culticycle pedal-powered tractor
Culticycle pedal-powered tractor

Small Farming Robots

For decades, farm machinery has targeted industrial-sized farmers, underpinning the “get big or get out” ag model of consolidation. Now, the miniaturization of farm machinery may be the ag-tech counter-trend that actually encourages smaller, more diverse farms.

Weeding robot Naio
Weeding robot Naio

Even in poorer nations, farm labor is not always available, as people are flocking to cities in increasing numbers. Which brings us to HelloTractor. Calling itself the Uber of Farm Machinery, this startup based in Washington, DC and Nairobi, Kenya, allows farmers to request farm machinery, just as you might “hail” a car with Uber. HelloTractor’s delivery system is tied to its own small, smart tractors, which monitor usage and location for the security of the owner. Owners can help offset the cost of their purchase by renting it out. And because labor shortages on farms can lead to poor harvests and lost income, the wider availability of these size-appropriate machines can help whole communities grow.

Yes, big machines may have allowed a single person to farm miles of land. But they also created farms low on diversity. Small machines could not only help large farms to become more diverse and ecologically sound, they can be a huge help to small, diversely planted farms that suffer from too little machine solutions to help them. Source Medium.com

Rowbot: robots for small-scale agriculture in corn farming

Agribotix: Drones for agriculture

Naio: robots for small-scale agriculture

Prospero: agricultural hexapod robot prototype, designed to work in swarms

PR4: System of Rice Intensification

The System of Rice Intensification – known as SRI – is a set of agricultural methods for optimising resources developed in the 1980’s in Madagascar. SRI aims to increase the rice farming yields while reducing inputs such as water, seeds and fertilisers, so that rice farming becomes more profitable to the farmers. Unlike the techniques inherited from the Green Revolution, SRI does not depend on genetics engineering and chemicals. Depending on the countries and conditions, SRI can improve the yields from 20% to 100% compared to conventional farming.

SRI involves significantly reducing the number of rice seeds planted, transplanting them to the fields when they are much younger than usual, using different amounts of water at critical times of their growth cycle, and improving soil conditions with organic manure. […]

In Tamil Nadu, farmers are experiencing similar increases and are paying less. “Our chief minister’s aim is to get double the yield and triple the income of farmers using SRI. Traditional farmers use 30kg of seeds [compared with] 3kg by the SRI method” The Guardian

SRI Characteristics

Transplantation: In SRI, young seedlings are planted individually, instead of transplanting several mature seedlings. Thus, the seed requirements are 90% lower than in traditional rice farming. The seedlings are planted in a matrix pattern (25x25cm) with a wide spacing between the rows to allow for an increased exposure to the sun and wind, as well as better access to soil nutrients. The roots have to be intact and the seedling is planted shallowly (1-2cm instead of 3-4cm).

 With SRI, optimum spacing can be up to 50 x 50 cm (4 plants per sq.m) for very fertile soils. Best spacing is a function of soil fertility. Source: SRI Issue 6, 2009

Water management: In SRI, the fields are not permanently flooded, reducing the water consumption of the fields by up to 50% and decreasing methane emissions by oxygenating the soil. The cracks in the soil occurring when the fields dry allow for better oxygenation of the soil promoting root growth. When the fields are not permanently flooded, the plants also grow stronger stalks, which makes them more productive and resilient to bad weather conditions.

Weeding: SRI calls for regular weeding with rotary tools, which also aerates the soil.

Fertilisers: In SRI, the use of synthetic fertilisers and pesticides is reduced or banished while promoting the use of organic fertilisers such as green manure and compost. The nutrients are obtained by micro-organisms.

Sources SRI India / TNAU / various

Difficulties

SRI is not a standardised technological method, it is adapted from country to country and adapted to local conditions. It has lead to larger yields with lower inputs in many farms, although in other places it has been abandoned as not more efficient than traditional methods.

Adoption: As with any new technology and radically different approach to farming, farmers have to change their habitual way of farming for SRI, which makes it difficult to adopt.

Labour: In the beginning, SRI might require more labour for transplanting and weeding. Once the farmers are experienced in SRI patterns it does not require more labour, some farmers report requiring less labour.

Automation: The existing machines for rice transplanting are made for transplanting several seedlings at once, in a narrow matrix.
If a machine adapted to SRI can be built, the adoption would be easier as it will decrease labour requirements.

Success stories in Bihar (2013)

SRI history in Tamil Nadu

The Department of Agriculture of the Government has included SRI in all existing and new schemes funded by Governement of India that focus on increasing food production. […]
Further trials conducted at Aduthurai and Thanjavur showed that adopting all SRI components resulted in 48.8 per cent higher yield at Aduthurai and 35.8 per cent higher yield at Thanjavur when compared with conventional cultivation. A systematic study also showed that among the SRI components, the major effect was by weeder-use followed by single seedling per hill. SRI India

 

SRI has been introduced in Tamil Nadu in the early 2000s. However, a similar practise has been developed by local farmers over a century ago. Single-seedling methods and the Gaja methods have been known by farmers for a long time. The main difference between Gaja practises and SRI is that the seedlings are transplanted when mature in Gaja compared to young seedlings in SRI.

Today SRI is known to many rice farmers of Tamil Nadu as ‘Ottrai Natru Nadavu’ (single seedling planting). This recognition has come through SRI. But, to our surprise,
we find that single seedling planting was known100 years ago in Tamil Nadu. […] Single-seedling cultivation appears to have been developed by Mr. Aparanam Pillai (location not known) during 1905-06 season, and the  Gaja planting method,
which  also  included  single-seedling planting, was apparently developed by Mr. T.S. Narayanasamy Iyer of Thirukkaruhavur in 1911. Source: SRI Issue 6, 2009

PR3: Traditional Processes of Rice Planting

In order to develop a rice-transplanting machine, I will have to understand how it is traditionally done. There are many methods to increase the yields of rice crops, however, if we come up with a disruptive technology, the farmers won’t adopt it.

A local student from Amrita University is also working on the rice-planting machine project, and has been in the village to understand how the woman plant rice in this particular village.

Overview

Rice production Cycle, from IRRI
Rice production Cycle, from IRRI

Traditional Process

Land Preparation

The rice field is irrigated for several days, then the field is ploughed either by tractor or animal power. This will kill weeds and mix the soil. The field is then flooded for 10-14 days then puddled, that is, the soil is mixed with the water into mud. The surface is then smoothed by harrowing several times. Two days before planting, the field is levelled by dragging a wooden plank behind an animal or a tractor.

On average, it takes 1,432 liters of water to produce 1 kg of rice in an irrigated lowland production system. Irrigated rice receives an estimated 34−43% of the total world’s irrigation water, or about 24−30% of the entire world’s developed fresh water resources. Source IRRI

Planting/Nursery

Seeds are grown in seedbeds, also called nurseries, very close to each other, before being transplanted. The nurseries take up 5-10% of the rice fields. Transplanting requires around 30-50kg of seeds per hectare.

Wet-bed: Pre-germinated seeds are sown in a strip of flooded land, then covered in manure and fertiliser. The seedlings are transplanted after 15 to 21 days. Requires 40kg of seeds for 1ha.
This is the traditional method used in the village we are working on.

Dry-bed: Seeds are grown on raised strips of land, kept humid by irrigation. The seedlings are transplanted after 15 to 21 days. Requires 60-80kg of seeds for 1ha.

Dapog or Mat method: Nurseries are prepared on a flat firm surface, covered with banana leaves of plastic film. The seedbed is covered in burnt paddy husk or compost, and pre-germinated seeds are sown with a thickness of around 6 seeds, then the seeds are flattened. The seedlings are transplanted after 9 to 14 days. Requires 1% of the fields and 40-50kg of seeds for 1ha.
This a method used for mechanised transplanting. Modified methods exist to lessen the water and seed use.

Rice Transplanting

After around 20 days, the seedlings are transplanted into the flooded paddies. The seedlings are harvested into bunches, then a few seedlings are planted in an approximate square pattern every 10-20cm. Manual transplantation requires around 30 person days to plant one hectare of rice field, while mechanical transplantation requires 1 person day for a field of one hectare. However, mechanical transplantation requires a specific type of nursery.

Plant spacing is an important factor in transplanting rice. Proper spacing can increase the yield by 25−40% over improper spacing. You will also save money on inputs, labor, and materials. Source IRRI

 Harvesting

When the crop is mature, the fields are drained and the rice is harvested by hand (mechanised in larger fields and industrialised countries)

Grain Preparation

The rice is dried then milled to remove the outer layers of the grain and obtain brown rice. To obtain white rice, bran layers are rubbed off in a huller machine.

Sources IRRI / MadeHow

PR5: Existing Machines for Rice Transplanting

I will be working on a machine that does already exist in certain forms on the market, as well as prototypes. Here are some machines found online.

The advantages of mechanised transplanting according to Kubota manufacturer.
The advantages of mechanised transplanting according to Kubota manufacturer.

kubota

Hand Cranked Rice Transplanter

Manual rice transplanter from Rajkumar Agro Machines
Manual rice transplanter from Rajkumar Agro Machines
  • Operation type: Manual
  • # Rows: 2
  • Rice nursery type: ?
  • Row distance: 250 mm
  • Planting distance: Adjustable.
  • Weight: 20 kg.
  • Turning radius: 210mm
  • Max. planting depth: 65mm
  • Max. planting frequency: 120/ minute
  • Resistance of crank: 1.5—2kg
  • Resistance of moving: 1—2kg
  • Planting speed: about 530 square meters/hour

Walk-behind Motorised Transplanter

Wallk-behind motorised transplanting machine.
Walk-behind motorised transplanting machine from Kubota. Picture from IRRI.
  • Operation type: Gasoline engine walk-behind
  • Rice nursery type: mat
  • # Rows: 4
  • Row distance: 300 mm
  • Planting distance: *12,14,16,18,21cm
  • Weight: 160kg
  • Turning radius: ?
  • Max. planting depth: 3.7 (adjustable)
  • Max planting speed: 0.77m/s eq. 385/minute frequency
  • Planting speed: 0.22 – 0.52 acre/hour

High Performance Paddy Transplanter

High Performance Paddy Transplanter from Amisy Farming Machine
High Performance Paddy Transplanter from Amisy Farming Machine
  • Operation type: Diesel engine
  • Rice nursery type: mat
  • # Rows: 6-8
  • Row distance: 238 mm / 300 mm
  • Planting distance: 120-140mm
  • Weight: 300 kg / 360 kg  / 410 kg
  • Turning radius: ?
  • Max. planting depth: ?
  • Max planting frequency: ?
  • Planting speed: 0.2hectare/h // 0.27hectare/h // 0.24-0.34hectare/h