Роботизированный комбайн использует искусственный интеллект и мягкие захваты для сбора скрытой клубники

Клубника — деликатный урожай, который сложно собирать вручную: ягоды легко мнутся и часто прячутся под листьями. Это создаёт трудности для учёных, пытающихся разработать роботизированные комбайны. Теперь команда под руководством Университета штата Вашингтон создала устройство, которое сочетает в себе систему компьютерного зрения на основе искусственного интеллекта, мягкие силиконовые «пальцы» и вентилятор, который аккуратно отводит листья в сторону, чтобы добраться до скрытой ягоды.

Эксперименты показали

Эксперименты в лаборатории и на открытых полях показали, что комбайн правильно обнаруживал клубнику в среднем в 80% случаев и мог классифицировать, была ли ягода скрыта, в 93% случаев.

Разработка и тестирование

Разработка, создание и тестирование роботизированного комбайна знаменуют собой шаг к тому, чтобы сделать роботизированный сбор урожая в открытом поле более коммерчески жизнеспособным. Об этом говорится в статье, опубликованной в июле в журнале Computers and Electronics in Agriculture.

Авторы исследования

Ведущим автором статьи стал Зиксуань Хэ, который выполнил работу и защитил докторскую диссертацию в Университете штата Вашингтон, прежде чем занять должность постдокторанта в Орхусском университете в Дании. Среди соавторов были Манодж Карки, бывший профессор Университета штата Вашингтон, изучающий автоматизацию сельского хозяйства, который недавно перешёл на работу в Корнельский университет; и Цинь Чжан, заслуженный профессор и бывший директор Центра точных и автоматизированных сельскохозяйственных систем Университета штата Вашингтон в Проссере.

Рынок клубники

Рынок клубники оценивается в 20 миллиардов долларов, и ожидается, что он будет расти на 6% в год в течение следующего десятилетия. Однако нехватка рабочей силы создаёт проблемы для отрасли, повышая затраты и потенциально ограничивая объёмы сбора урожая.

Проблемы и решения

Учёные и частные исследователи годами занимались разработкой технологий роботизированного сбора урожая, но попытки сделать их коммерчески жизнеспособными пока не увенчались успехом. Среди проблем — то, что многие ягоды на клубничных растениях скрыты под листьями, что затрудняет для роботизированных систем идентификацию и сбор урожая.

«Новые подходы, подобные этому, необходимы для улучшения доступности плодов и эффективности сбора урожая, а также для повышения практической применимости роботов-сборщиков», — сказал Карки.

Особенности разработки

Команда из Университета штата Вашингтон разработала более сложный комбайн, ориентированный на условия в полевых условиях. Робот — четырёхколёсная тележка с платформой для компьютерной системы, которая катится над рядами клубники — использует систему компьютерного зрения, которая применяет методы искусственного интеллекта для поиска ягод.

«У нас есть трёхмерная камера, которая делает два снимка — один цветной, а другой показывает глубину», — сказал Зиксуань Хэ. «Затем мы используем модель машинного обучения, чтобы найти клубнику на основе информации о характеристиках плода, сопоставленной с информацией о глубине, и тогда мы знаем её местоположение».

Комбайн рассчитывает, как роботизированные манипуляторы и захваты должны подойти и собрать урожай. Ключевой особенностью является система вентиляторов, которая направляет постоянный поток воздуха через трубки, расположенные рядом с мягкими силиконовыми захватами.

Потоки воздуха перемещают листья, чтобы захватчики могли добраться до клубники. Эффективность сбора урожая системой была существенно повышена благодаря системе вентиляторов. В тестах без вентиляторов комбайны собирали 58% спелых ягод; использование вентилятора повысило скорость сбора до 74%.

Перспективы

Повышение эффективности и результативности системы будет иметь важное значение для её работы в полевых условиях. В частности, потребуется увеличить скорость — в среднем комбайну требовалось 20 секунд, чтобы идентифицировать и собрать ягоду с помощью системы вентиляторов.

Зиксуань Хэ сказал, что система вентиляторов может быть полезна при разработке роботизированных комбайнов для других культур, где проблема перекрытия является сложной задачей, например, для сбора винограда. Он сказал, что маловероятно, что роботизированные комбайны полностью заменят человеческий труд в обозримом будущем — скорее всего, производители клубники будут использовать роботизированные системы для дополнения человеческого труда.

«Сейчас это не заменит полностью ручной труд, но может стать очень многообещающим дополнением, когда у вас не хватает людей в поле», — сказал он.

Источник: Washington State University.

Источник