Точность и аккуратность: сельскохозяйственного робота впервые научили собирать нежный салат

Устройство под названием Vegebot идентифицирует готовый к уборке салат айсберг с точностью более 90%.

Фото University of Cambridge.

Инженеры из Кембриджского университета разрабатывают сельскохозяйственного робота под названием Vegebot. Механического фермера тренируют для сбора урожая, который требует бережного обращения: в ходе недавней работы в этом качестве выступил салат айсберг.

Инженеры отмечают, что сбор некоторых видов урожая, например, пшеницы и картофеля, автоматизирован уже давно. Однако растения, требующие более деликатного обращения, людям приходится собирать вручную. (Так, непростой задачей оказалась разработка робота, способного быстро и без повреждений собирать огурцы.)

С точки зрения механической сборки салат – довольно "сложная" культура. Собираемые части растения расположены не так высоко над землей, и требуется очень точно подрезать каждый кочан, чтобы тот не распался. Кроме того, компьютерное зрение роботизированного устройства должно выявлять в море зелени вокруг отдельные уже созревшие кочаны.

По словам учёных, первой и, пожалуй, самой сложной задачей было научить систему идентифицировать здоровые и созревшие кочаны салата. Для этого был создан алгоритм машинного обучения, который тренировали сперва на изображениях салата, а затем на реальных растениях в лабораторных условиях.

После этого система изучала внешний вид готового для уборки салата на грядках в местном сельскохозяйственном кооперативе, причём "тренировки" проходили в разных погодных условиях.

Процесс исследователи описывают так. Камера Vegebot окидывает цифровым взглядом поле салата и поначалу идентифицирует все имеющиеся в наличии кочаны. Затем она более пристально изучает каждый из них, решая, срезать его или нет. Кандидат может быть отклонён, если ещё не созрел, либо если на нём есть признаки какой-либо болезни, которая может распространиться на другие кочаны в процессе сбора урожая.

Настройка этого самого процесса стала второй задачей команды. Дело в том, что кочан салата нужно срезать на определённой длине стебля в соответствии с коммерческими стандартами.

Для этого инженеры создали мягкую руку-захват, а рядом с лезвием разместили ещё одну камеру, чтобы Vegebot смог сделать ровный срез в нужном месте.

Кроме того, исследователи настроили силу захвата роботизированной руки таким образом, чтобы она удерживала срезанный кочан достаточно крепко, чтобы не уронить, но при этом не сжимала его слишком сильно. К слову, силу захвата Vegebot всегда можно отрегулировать заново, поскольку в будущем аппарат планируется использовать для сбора других культур.

Авторы работы признаются, что пока устройство демонстрирует высокий показатель повреждений урожая – около 38%. Иными словами, более трети собранного "Овощным ботом" салата не соответствует закупочным стандартам (кочаны срезаны не в том месте, либо помяты), хотя собранный продукт был в целом готов к употреблению.

В дальнейшем инженеры намерены усовершенствовать устройство, чтобы минимизировать подобные потери.

Доработок требует и система идентификации салата, подходящего для сбора. На испытаниях её точность составила 91%, а вот скорость подкачала: Vegebot примерно по полминуты "раздумывал" над тем, готов ли тот или иной кочан покинуть грядку. Чтобы система смогла заменить людей, ей придётся работать быстрее.

Учёные тем не менее настроены оптимистично. Они полагают, что в конечном итоге подобные устройства не только облегчат труд людей, но и помогут сократить количество пищевых отходов. Дело в том, что роботы могут собирать урожай на одном и том же поле в несколько подходов – по мере созревания. Люди же выполняют "зачистку" один раз, и фрукты или овощи, которые не успели созреть либо уже перезрели, впоследствии выбрасываются.

Кроме того, автоматизированные системы могут предоставить ценные данные агротехнологам. К примеру, отслеживая параметры сбора урожая роботами, можно понять, на каких полях (или их участках) урожай зреет быстрее, где располагаются "очаги" болезней и так далее.

С более подробным описанием новой разработки можно ознакомиться в статье, представленной в издании Journal of Field Robotics.

Кстати, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о других роботах-фермерах: одни самостоятельно сажают и поливают растения, другие следят за здоровьем сельскохозяйственных культур, а третьи находят и пропалывают сорняки.