Роботизация уборки яблок: основные наработки (с видео)

Участники сельскохозяйственных стартапов со всего мира пытаются создать робота для сбора яблок. Из-за роста заработной платы, необходимости сверхурочного труда и нехватки рабочей силы в отрасли садоводства наработки по меньшей мере 10 компаний и исследовательских групп продвигаются по пути от прототипа до коммерциализации. Некоторые из них развиваются весьма быстро, во всех используются искусственный интеллект и машинное обучение, что, образно говоря, улучшает их работу с каждым новым собранным яблоком. По словам исследователей, промышленное внедрение уборочных роботов — это только вопрос времени. «Я полагаю, что это произойдет в ближайшие два-три года, может, пять», — считает Кит Веселка, совладелец компании NWFM и член Вашингтонской комиссии по исследованию плодовых культур, которая финансирует работы.

В Вашингтоне двумя нынешними лидерами в «гонке разработчиков» являются Fresh Fruit Robotics, которая начала проводить опыты в 2019 г., и новичок в области плодоводства — Advanced.farm.

Компания Advanced.farm приобрела прототип у ныне несуществующей фирмы Abundant Robotics и улучшала его, в итоге создав новые шасси, манипуляторы, концевые захваты и систему обзора, сказал Питер Фергюсон, директор по развитию. Борьба за коммерциализацию роботизированного комбайна продолжается, и Advanced.farm провели первые испытания в условиях сада в позапрошлом году. Основатели Advanced.farm произвели первых промышленных роботов для очистки солнечных панелей, а переключив внимание на сельское хозяйство, в 2018 г. создали новую компанию и теперь сдают в аренду промышленное оборудование для уборки земляники садовой. По словам Фергюсона, уборка яблок была выбрана в качестве следующего проекта из-за потребности отрасли в роботизированных решениях и готовности хозяйств менять структуру садов. Вашингтонская исследовательская комиссия выделали грант на работы в размере 460 000$. В этом году компания провела промышленные испытания на нескольких сортах в хозяйствах бассейна реки Колумбия, была достигнута максимальная скорость сбора 1000 яблок в час.

Fresh Fruit Robotics, или FFRobotics, ведет работы дольше всех. Прототип от израильской компании, основанной в 2014 г., последние несколько лет проходит промышленные испытания. В 2022 г. велась уборка сортов Fuji (Фуджи), WA 38 (Cosmic Crisp = Космик Крисп) и Gala (Гала) в рамках индивидуального контракта на сбор урожая со Stemilt Growers. Ави Кахани, генеральный директор и соучредитель Fresh Fruit Robotics, заявляет о цели найти сочетание простых, легко ремонтируемых элементов робокомбайна для выполнения сложных, точных задач. «Каждый сорт требует определенной настройки программного обеспечения», — отмечает Кахани. Так, при работе со спуровым сортом WA 38 необходима особой осторожности, чтобы не повредить кольчатки, что сложно и при ручной уборке; сорт Гала выносит более «агрессивную» уборку; на Ханикрисп легко появляются побитости. Чтобы решить эти проблемы, FFRobotics добавила гибкие «запястья» на концы каждой из 12 телескопических стрел комбайна, чтобы трехпальцевые захваты лучше обхватывали каждое яблоко. Компания утверждает, что аппарат может вести уборку в 8-10 раз эффективнее, чем человек. Со временем FFRobotics планирует представить одну и ту же машину с разными рабочими органами для обрезки, искусственного опыления яблони и прореживания завязи. По словам Кахани, ведутся консультации с исследователями из Вашингтонского университета, которые работали над роботизированной обрезкой.

Среди других команд и компаний – Ripe Robotics из Австралии, Aigritec из Италии, Milano Technical Group из США (Калифорния) и многие другие.

Кахани из FFRobotics имел обширную практику в Израиле и уже несколько лет работает в США. Advanced.farm имеет опыт с садовой земляникой, а сбор урожая яблок ведет с 2021 г., тестируя захваты комбайна. Хантер Джей, генеральный директор Ripe Robotics, ведет активную работу в австралийском садоводстве. Компания Aigritec расположена рядом с исследовательской станцией в провинции Южный Тироль в Италии, где на небольшой площади выращивают около 10% европейских яблок.

Большинство вариантов концевых эффекторов комбайнов делятся на две категории: вакуумные присоски или пальцевые захваты. Попытка Abundant использовать всасывание плодов через вакуумные шланги себя, кажется, положительно не зарекомендовала, но исследования продолжаются. Гибкий шарнирный манипулятор помещает яблоки на конвейерную ленту комбайна, с которой они попадают в контейнер. Eve, робота-сборщик от Ripe Robotics of Australia, оснащен концевым эффектором с присоской, конвейерной лентой и подъемником для контейнеров. Роботизированный комбайн от итальянской компании Aigritec оснащен пальцевыми захватами и конвейером. Еще одна израильская компания, Tevel Aerobotics, делает попытку применять дроны с захватами и контейнерами, этой осенью Tevel провела демонстрацию разработки в США. Фирма Abundant Robotics была ликвидирована, а ее неудачи многому научили конкурентов — так, были оптимизированы некоторые инженерные методы и применяемые стратегии машинного обучения. Ведется и работа по улучшению агротехнических методов в садах, чтобы плоды были более доступными и лучше обнаруживались системами искусственного зрения робокомбайнов.

Большая часть компаний на первых порах планирует предложить аренду оборудования и его обслуживание, а не продажи. Хотя садоводы с нетерпением ждут роботов-комбайнов, они не готовы тратить внушительные суммы на сложные, пока не до конца проверенные машины.