Силиконовая малина используется для обучения роботов-сборщиков урожая

Инженеры EPFL разработали силиконовую малину, которая может помочь научить роботов-сборщиков захватывать нежные плоды без чрезмерного давления.

Малина - идеальный летний фрукт с характерной нежной структурой, состоящей из десятков мясистых плодов с мякотью. Но эта структура также является их главной слабостью, поскольку она делает их уязвимыми даже к малейшим царапинам или ушибам. Фермеры хорошо знают, что малину очень трудно собирать и это напрямую отражается на ее цене. Но что если роботы, оснащенные современными приводами и датчиками, могли бы делать это? Инженеры лаборатории EPFL по вычислительному проектированию и изготовлению роботов (CREATE) поставили перед собой именно такую задачу.

Из-за высоких цен на рабочую силу и ее нехватки, фермеры ежегодно теряют продукцию на миллионы долларов - и эта проблема становится еще более острой, когда речь идет о таких деликатных культурах, как малина. Но пока что нет никакой реальной альтернативы ручному сбору плодов.

"Это захватывающая дилемма для нас, инженеров-робототехников, - говорит Джози Хьюз, профессор CREATE. - Сезон сбора малины настолько короток, а плоды настолько ценны, что тратить их впустую просто нельзя. Более того, стоимость и логистические проблемы, связанные с тестированием различных вариантов в полевых условиях, непомерно высоки. Вот почему мы решили провести испытания в лаборатории и создать копию малины для обучения роботов-сборщиков".

Сбор малины задача не из легких и чтобы обучить роботов выполнять эту задачу, инженеры CREATE разработали и создали силиконовую малину, которая может "сообщить" роботу о силе давления в то время, когда плод еще находится на ветке, так и после того, как его собрали. Свойства силиконовой малины можно регулировать, имитируя сопротивление фрукта и требуя от робота прикладывать необходимое усилие для захвата. Благодаря такой обратной связи роботы могут обучиться собирать фрукты, не повреждая их.

"Наша сенсорная малина в сочетании с программой машинного обучения может научить робота прилагать нужное усилие, - объясняет аспирант Кай Юнге. - Самое сложное - научить робота ослаблять хватку, когда малина отделяется от ветки, чтобы не раздавить плод. Этого трудно добиться с помощью обычных роботов".

Под своей неестественно равномерной формой и слегка полупрозрачной розовой поверхностью малина, созданная CREATE, представляет занятный инженерный продукт. Ее мякоть сделана из силикона, а плодоложе сделана из пластмассы с помощью 3D-печати. В ней также находится жидкостный датчик для измерения силы сжатия, прилагаемой роботом. Тяговое усилие, удерживающее плод и сосуд вместе, создается двумя магнитами.

На данный момент лабораторный робот для сбора урожая представляет собой кобота с двумя 3D-печатными пальцами, покрытыми тонким слоем силикона. Сообщается, что инженерам пришлось "пожертвовать более десятком малин", чтобы откалибровать захват в лаборатории.

Хотя команда CREATE продемонстрировала доказательство концепции своей разработки, сама технология еще далека от совершенства. "Это невероятно сложно, - говорит Хьюз. - Пока что мы используем очень простую систему обратной связи в нашем роботе. Следующим шагом будет разработка и создание более сложных контроллеров, чтобы роботы могли собирать малину в больших масштабах, не повреждая ее".

В настоящее время инженеры разрабатывают систему камер, которая позволит роботам не только "чувствовать" малину, но и "видеть", где она находится и распознавать степень ее созревания. Они планируют испытать своего робота-сборщика в полевых условиях этим летом, в разгар сезона.

"Такую систему можно использовать, например, для сбора других ягод, - говорит Хьюз. - Мы также хотели бы разработать технологию для других мягких фруктов и применить концепцию для решения других задач, таких как сбор помидоров, абрикосов или винограда".