Искусственный интеллект и автоматизация процессов в агросекторе

Развитие робототехники и искусственного интеллекта идет семимильными шагами, и сегодня умные машины легко справляются с теми задачами, которые совсем недавно были им не под силу и считались прерогативой людей.

Массовая экспансия роботов в агропромышленности и машин, наделенных интеллектом, позволит в скором будущем выполнять большинство операций, за которые сейчас отвечают люди. Это повлияет на сокращение расходов на зарплату, доля которых в себестоимости продукции достигает 30% процентов, и повысит качество и количество урожая, минимизируя негативное влияние «человеческого фактора».

Инженеры Стэнфордского университета разработали новый тип робота, оснащенного руками со специальными датчиками, регулирующими силу сжатия пальцев. Использование таких рук, похожих на человеческие, дает возможность механизировать тонкие работы, например сбор ягод. Как отмечают в газете Telegraph, разработка специалистов Стэнфорда станет технологическим прорывом, позволив роботу-сборщику собирать ягоды так же аккуратно, как человек.

Датчики, регулирующие силу давления на ягоды, располагаются на поверхности пальцев, а покрытие руки имитирует работу слоев человеческой кожи при восприятии давления. Таким образом роботизированная рука может измерять и корректировать направление и силу прилагаемого давления. В ходе испытаний рука робота использовалась для того, чтобы взять ягоду, не раздавив ее.

Возможности работы с хрупкими предметами, такими как ягоды, крайне важны для многих направлений механизации сельскохозяйственной отрасли или пищевой промышленности. По словам руководителя группы разработчиков, профессора Женан Бао,  эта технология приближает нас к тому дню, когда у роботов появятся сенситивные возможности, доступные коже человека.

Агробот (Agrobot Strawberry Harvester) – автономный робот с применением искусственного интеллекта для уборки земляники, разработанный в результате сотрудничества с лидирующими аграриями. Робот призван изменить сельскохозяйственное производство, так как применяемый этой машиной  искусственный интеллект эффективно справляется с множеством сложных технических задач.

Робот способен определить оптимальный момент уборки каждой ягоды. В нем применяется до 24 роботизированных манипуляторов, которые захватывают и срезают ягоды согласно параметрам качества, заданными фермером.
Агробот использует трехмерный сенсорный сканер с датчиками ближнего света и инфракрасного света, что позволяет оценить окраску каждой ягоды и степень ее спелости.

Агробот работает на платформе NVIDIA Jetson, и в настоящее время оценивает каждую отдельную ягоду с использованием семантической сегментации. Этот метод полагается на сверхточную нейронную сеть, чтобы классифицировать каждый пиксель входящего изображения как принадлежащий классу «земляника» или нет.

Для улучшения производительности робота создатели Агробота рассматривают возможность расширения своей системы для обеспечения сегментации экземпляров, где каждая ягода уникальна. По оценкам «Форбес», ожидается, что сельское хозяйство будет развиваться именно с применением искусственного интеллекта и автоматизации процессов.

В свою очередь компания-производитель продолжит сотрудничество с аграриями и учеными в работе над улучшением автоматизированных процессов, извлечением большей пользы робота для общества и понижением цены и доступностью новой технологии фермерам.

Роботы в выращивании рассады и саженцев

Тепличное хозяйство всегда было одной из наиболее инновационных и высокотехнологичных отраслей сельского хозяйства. В условиях высокой стоимости содержания и обслуживания площадей закрытого грунта для обеспечения прибыльности необходимо добиваться максимальной отдачи с каждого квадратного метра земли. Поэтому вполне логично, что именно с тепличного хозяйства началось активная освоение инновационных технологий.

В питомниках закрытого грунта, где из семян выращивают овощные и цветочные культуры для последующей пересадки в открытый грунт или другие теплицы, а также саженцы деревьев и кустарников для озеленения и ландшафтного дизайна, выполняется большое количество монотонного труда, с которым отлично справляются роботы.

Примером может служить разработка голландской компании HETO Agrotechnics под названием Potting-robot (что переводится приблизительно как «горшечный робот»). Основная задача данной машины заключается в том, чтобы взять некоторое количество горшков и переместить их на новое место, например, на конвейер, в зону погрузки или пересадки. Несмотря на простоту выполняемых функций, Potting-robot существенно облегчает труд людей и экономит время.

Для этих же целей предназначен компактный робот HV-100, разработанный американской компанией Harvest Automation. Небольшие размеры и высокая маневренность делают его идеальным для использования в условиях закрытого грунта. Итоговый результат применения такого робота – уменьшение численности персонала, сокращение издержек производства, повышение производительности.

Посев семян

Традиционные способы заделывания семян в почву малоэффективны, сопряжены со значительными трудозатратами и перерасходом посевного материала. Решить все эти проблемы можно за счет использования систем так называемого автономного точного посева.

Одним из примеров является система Xaver, разработанная немецкой компанией Fendt. Она включает в себя несколько компактных роботов, выполняющих скоординированные действия, спутниковую навигацию и облачную платформу. Система позволяет подбирать оптимальное положение и глубину заделывания семян в соответствии со структурой и свойствами почвы, а впоследствии осуществлять индивидуальный уход за каждым растением.

Прореживание всходов

Технология выращивания некоторых овощных культур, в частности салата, требует прореживания всходов для получения более мощных растений с лучшим товарным видом. Использование меньшего количества семян и более редкого, точечного посева, не всегда целесообразно, поскольку это может привести к неравномерному распределению растений и неполному всходу растений. Ручное прореживание является весьма трудоемким, требует привлечения большого количества работников, поэтому использование роботизированной техники для подобных операций особенно актуально.

На рынке представлены решения для данной сферы от нескольких компаний, в частности американских Vision Robotics и Agmechtronix. Их роботизированные установки имеют схожий принцип работы, основанный на идентификации при помощи камер нежелательных растений и устранении их при помощи точечного распыления гербицидов. Такой подход оказывается в разы эффективнее ручного труда: одна машина способна за несколько часов выполнить такой объем работы, на который у группы из 10-15 человек уходит целый день.

Опыление

Ученые всего мира бьют тревогу в связи с резким сокращением популяции пчел, от которых зависит не только урожайность, но и само существование значительной части цветочных растений. В связи с этим у ряда разработчиков появилась идея создать роботизированную пчелу, которая бы смогла летать от цветка к цветку, перенося пыльцу и осуществляя опыление.

Картинки по запросу

Для тепличного хозяйства появление искусственных насекомых актуально в связи с тем, что избавляет от необходимости дополнительных финансовых и трудозатрат на содержание ульев, исключает укусы людей, а также гибель пчел из-за воздействия химикатов.

Сегодня над созданием готового к эксплуатации робота-опылителя работает целый ряд организаций и учреждений: Гарвардский университет с проектом RoboBees, Варшавский технологический университет B-Droid, Делфтский технический университет в Голландии и даже американский гигант розничной торговли Wallmart. Учитывая такой интерес к данному вопросу, вполне вероятно, что уже в ближайшем будущем искусственные пчелы, опыляющие огурцы или клубнику, станут реальностью.

Полив

В теплицах уже не одно десятилетие используются всевозможные автоматизированные системы полива, однако разработчики непрерывно продолжают их совершенствовать, стараясь добиться того, чтобы вода расходовалась более экономно, а каждое растение получало необходимое конкретно ему количество влаги.

Одной из новинок в данной сфере является система RAPID, над которой трудились ученые Калифорнийского университета во главе с профессором Стефано Карпиным. Она состоит из оросительных линий с пластиковыми датчиками, устанавливаемыми возле каждого растения.

Сигналы от этих датчиков, оповещающие об изменении уровня потребляемой влаги, поступают на портативные устройства, закрепленные на мобильных роботах, которые анализируют ситуацию и дают команду для направления в конкретную точку определенного количества воды.

Сбор урожая

По подсчетам, на уборку созревших плодов уходит примерно 1/5 всего времени, затрачиваемого на работу в теплицах. Автоматизация данного процесса обеспечит существенное уменьшение использования живого труда и ощутимое сокращение издержек. Долгое время разработчикам не удавалось научить машины точно распознавать созревшие плоды и аккуратно их срывать, однако современные роботы это уже умеют.

Наиболее продвинутой и совершенной является технология сборки томатов – творение инженеров японской компании Panasonic,  Их робот, наделенный искусственным интеллектом, точно распознает помидор, даже если он частично закрыт листом или стеблем, и определяет уровень его спелости, после чего, если плод соответствует заданным параметрам, аккуратно его срывает. В отличие от людей, субъективно оценивающих спелость томата, машина собирает только тот урожай, который отвечает необходимым требованиям.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

-->