Silikonová malina používaná k výcviku sklízecích robotů
Maliny jsou nejlepším letním ovocem. Jsou známé svou poutavou šarlatovou barvou a výraznou strukturou, skládají se z desítek masitých drupelet se sladkou, ale mírně kyselou dužinou. Ale tato jemná struktura je také jejich primární slabinou, protože je zanechává zranitelné i vůči sebemenšímu poškrábání nebo otlačení. Zemědělci moc dobře vědí, že maliny jsou obtížně sklízené ovoce – a to se odráží na jejich cenovce. Ale co kdyby roboti, vybavení pokročilými akčními členy a senzory, mohli podat pomocnou ruku? Inženýři z laboratoře Computational Robot Design & Fabrication (CREATE) společnosti EPFL se rozhodli vypořádat se s touto výzvou.
Neskutečně vysoké náklady na pracovní sílu a nedostatek pracovníků způsobují, že zemědělci každoročně přicházejí o produkty v hodnotě milionů dolarů – a problém je ještě palčivější, pokud jde o choulostivé plodiny, jako jsou maliny. Ale prozatím neexistuje žádná životaschopná alternativa k ručnímu sklízení ovoce. „Pro nás jako inženýry robotiky je to vzrušující dilema,“ říká Josie Hughes, profesorka na CREATE. "Sezóna sklizně malin je tak krátká a ovoce je tak cenné, že jiný způsob sklizně prostě nepřipadá v úvahu. A co víc, náklady a logistické problémy spojené s testováním různých možností v terénu jsou neúnosné. Proto jsme se rozhodli provádět naše testy v laboratoři a vyvinout repliku maliny pro výcvik sklizňových robotů."
Tréninkový nástroj pro roboty
Pro nezasvěcené není sběr malin snadným úkolem. Bobule musíte podepřít zespodu, jemně ji uchopte mezi palec a ukazováček, poté opatrně zatáhněte, dokud se neoddělí od stopky – části plodu, která zůstává přichycena k rostlině – a nespadne vám do dlaně. Aby si sklízecí roboti na tento úkol zvykli, inženýři CREATE navrhli a postavili silikonovou malinu, která dokáže robotovi „povědět“. Jak velký tlak je aplikován, když je ovoce stále připojeno ke stopce, tak po jeho uvolnění. Vlastnosti silikonových malin lze upravit tak, aby simulovaly odpor ovoce a vyžadovaly, aby robot vynaložil potřebnou sílu pro sběr. Díky této zpětné vazbě se mohou roboti naučit sklízet ovoce, aniž by je poškodili. „Naše senzorizovaná malina ve spojení s programem strojového učení dokáže naučit robota aplikovat správné množství síly,“ vysvětluje Ph.D. student Kai Junge. "Nejtěžší na tom je naučit robota, aby uvolnil sevření, jakmile se malina oddělí od nádoby, aby se ovoce nerozmačkalo. To je u konvenčních robotů těžké."
Pod svým nepřirozeně jednotným tvarem a lehce průsvitným růžovým povrchem je replika maliny CREATE působivým technickým počinem. Jeho dužina je vyrobena ze silikonu a jeho stopka z 3D tištěného plastu; obsahuje také průtokový senzor sestávající z měkké silikonové trubice pro měření kompresní síly vyvíjené robotem. Tažná síla, která drží ovoce a nádobu pohromadě, je generována dvěma magnety.
Laboratorní sklízecí robot je prozatím jen o málo víc než chapadlo se dvěma 3D tištěnými prsty pokrytými tenkou vrstvou silikonu a připojenými k robotickému rameni. I tak museli inženýři obětovat přes tucet malin, aby zkalibrovali jejich chapadlo v laboratoři. Poté provedli řadu testů, nejprve ručně sbírali repliku maliny a poté použili robotický systém.
Zatímco tým CREATE předvedl důkaz konceptu svého designu, samotná technologie není zdaleka vyspělá. "Je to neuvěřitelně náročné," říká Hughes. "Doposud jsme v našem robotu používali velmi jednoduchý systém zpětné vazby. Dalším krokem bude navrhnout a postavit složitější ovladače, aby roboti mohli sbírat maliny ve větším měřítku, aniž by je drtily." Inženýři v současné době vyvíjejí kamerový systém, který robotům umožní maliny nejen „cítit“, ale také „vidět“, kde se nacházejí a zda jsou připraveny ke sklizni. Svého sklízecího robota plánují otestovat na poli letos v létě, na vrcholu místní malinové sezóny.
"Tento druh systému by se dal použít například i ke sběru jiných plodů," říká Hughes. "Rádi bychom také vyvinuli technologii pro jiné měkké ovoce a aplikovali tento koncept fyzického dvojčete na složitější úkoly, jako jsou jiné bobule, rajčata, meruňky nebo hrozny."
A video je zde:
https://www.youtube.com/watch?v=0Ge4SuX_ALM&t=7s
Přiložené soubory:
- Foto
