Малина – лучший летний фрукт. Известные своим привлекательным алым цветом и характерной структурой, они состоят из десятков мясистых костянок со сладкой, но слегка кислой мякотью. Но эта хрупкая структура также является их основной слабостью, поскольку делает их уязвимыми даже для малейших царапин или ушибов. Фермеры слишком хорошо знают, что малину трудно собрать, и это отражено в ее цене. Но что, если бы роботы, оснащенные передовыми приводами и датчиками, могли бы протянуть руку помощи? Инженеры лаборатории Computational Robot Design & Fabrication (CREATE) EPFL решили решить эту задачу.
Невероятно высокая стоимость рабочей силы и нехватка рабочих приводят к тому, что фермеры ежегодно теряют продукцию на миллионы долларов, и проблема становится еще острее, когда речь идет о таких нежных культурах, как малина . Но на данный момент нет жизнеспособной альтернативы сбору плодов вручную. «Это захватывающая дилемма для нас, инженеров-робототехников, — говорит Джози Хьюз, профессор CREATE. «Сезон сбора урожая малины настолько короток, а плоды настолько ценны, что просто невозможно тратить их впустую. Более того, стоимость и логистические проблемы тестирования различных вариантов в полевых условиях непомерно высоки. Вот почему мы решили проведите наши тесты в лаборатории и разработайте копию малины для обучения роботов-сборщиков».
Учебный инструмент для роботов
Для непосвященных сбор малины — непростая задача. Вы должны поддерживать ягоду снизу, аккуратно захватить ее между большим и указательным пальцами , затем осторожно потянуть, пока она не отделится от цветоложа — части плода, которая остается прикрепленной к растению, — и не упадет на ладонь. Чтобы помочь роботам-фермерам привыкнуть к этой задаче, инженеры CREATE разработали и построили силиконовую малину, которая может «говорить» роботукакое давление прикладывается как в то время, когда плод все еще прикреплен к сосуду, так и после того, как он был освобожден. Свойства силиконовой малины можно отрегулировать, чтобы имитировать сопротивление плода и потребовать от робота приложения необходимой силы для сбора. Благодаря этой обратной связи роботы могут обучаться собирать фрукты, не повреждая их. «Наша сенсорная малина в сочетании с программой машинного обучения может научить робота применять нужное количество силы», — объясняет доктор философии. студент Кай Джунге. «Самое сложное — это научить робота ослаблять хватку после того, как малина отделится от сосуда, чтобы фрукт не раздавился. С обычными роботами этого добиться сложно».
Под неестественно однородной формой и слегка прозрачной розовой поверхностью копия малины CREATE — впечатляющий инженерный подвиг. Его плоть сделана из силикона, а приемник из пластика, напечатанного на 3D-принтере; он также содержит жидкостный датчик, состоящий из мягкой силиконовой трубки, для измерения силы сжатия, прилагаемой роботом. Тяговое усилие, удерживающее плод и емкость вместе, создается двумя магнитами.
На данный момент робот-фермер в лаборатории представляет собой не более чем захват с двумя распечатанными на 3D-принтере пальцами, покрытыми тонким слоем силикона и прикрепленными к роботизированной руке. Тем не менее, инженерам пришлось пожертвовать более чем дюжиной малины, чтобы откалибровать свой захват в лаборатории. Затем они провели серию тестов, сначала собрав реплику малины вручную, а затем используя роботизированную систему.
В то время как команда CREATE продемонстрировала проверку концепции своего дизайна, сама технология далека от зрелости. «Это невероятно сложно, — говорит Хьюз. «До сих пор мы использовали очень простую систему обратной связи в нашем роботе. Следующим шагом будет разработка и создание более сложных контроллеров, чтобы роботы могли собирать малину в большем количестве, не раздавливая ее». В настоящее время инженеры разрабатывают систему камер, которая позволит роботам не только «чувствовать» малину, но и «видеть», где она находится и готова ли она к сбору. Этим летом, в разгар местного сезона малины, они планируют испытать своего робота-фермера в полевых условиях.
«Такую систему можно использовать, например, и для сбора других ягод», — говорит Хьюз. «Мы также хотели бы разработать технологию для других мягких фруктов и применить эту концепцию физического двойника к более сложным задачам, таким как другие ягоды, помидоры, абрикосы или виноград».
