最擅长精细农业的以色列,发明了一款“摘甜椒机器人”

发布时间:2018-10-08 来源:中国智慧农业网

关键字:智慧农业 精细农业 以色列 摘甜椒机器人


放心好了,机器人短期之内仍然无法占领我们这个世界,因为即便是最基本的一些操作任务也会让他们无所适从。你想过如果让机器人自己去采摘一枚成熟的甜椒会有多难吗?

说实话,我也没有想过这个问题,但显然来自以色列和欧洲的研究人员却对这个问题研究了很久。他们目前正在开发一款名为 Sweeper 的机器人,这款机器人可以在甜椒种植的温室内自主来回巡视,观察甜椒是否成熟,并将成熟的甜椒摘下放入篮子中。

其实我们可以将 Sweeper 看作是一辆自动驾驶的汽车,只是这款“汽车”前部配有一把锯齿,并且它的目的地都是一株株辣椒植株。Sweeper 在温室中通过像激光雷达(通过发射激光束确定距离)这样的传感器来确定自己巡视的路径,在沿着植株种植路径巡视的过程中,它每隔几英尺距离就会停下来对目标图像进行拍摄。

来自以色列本·古里安大学的工业工程师 Polina Kurtser 表示:“当 Sweeper 发现类似辣椒的目标对象时,就会尝试着去接近它。”并且会对这一目标物体进行更加细致的观察,来回伸展头部(配载相机)多角度检视目标物体。在这过程中,Sweeper 自身会投射灯光到植株身上,也就是说无论是白天还是黑夜,它都能够在温室内正常工作。

通过投射到目标物体上的灯光,Sweeper 可以更加细致地观察甜椒的颜色,从而确认它的成熟度。因为如果甜椒处于合适的状态,甜椒表面的颜色会呈现出不均匀的一种变化,一部分区域会变黄,除此之外还会有绿色的斑块。这样的状态之下,甜椒并未达到完全成熟的程度,但这正是 Sweeper 所寻找的状态,因为在采摘到进入市场的过程中,甜椒恰好会继续成熟到消费者满意的状态。

接下来也就是最关键的采摘过程了:Sweeper 会对头部位置进行定位,确保眉毛位置的小锯齿正好位于辣椒植株茎干上方,机器人下巴位置的铲勺则位于甜椒果实下方。这样一来,甜椒被锯齿切割下来之后,会直接落入铲勺内,转动之后最终进入收集蓝筐之中。

整个过程需要 24 秒的时间,Kurtser 说道:“当下你可能会觉得 24 秒的时间太长了,因为人类工作者可能在 3 到 4 秒的时间内就能完成这一操作。但是,你别忘了,人类工作者不可能一天 24 小时一直处于工作状态。”并且,现在研究人员是在以一种慢速模式运行机器,主要是出于安全考虑,考虑到机器周围工作的人的安全,他们认为其实可以将采摘时间缩短到 15 秒。

在这一采摘甜椒的过程中,最大的一个障碍恰恰是在最简单的一个操作环节:将甜椒放入果实收集篮筐这一环节就需要 3 到 4 秒钟的时间,因为它必须将甜椒从植株的方向转离开来,然后小心翼翼地将其放到篮筐之中。要想实现 15 秒的采摘时间,他们可能会采用某种管道,可以让甜椒在被切割下来之后直接到达篮筐,省略中间的铲勺中转步骤。

事实上,Sweeper 能达到现在这样的成就已是十分不易。因为我们都知道,植物所生长的温室环境炎热而又潮湿,对于机器人传感器来说这样的环境一点都不友好,工程师也必须订购特殊的箱子和材料才能让传感器在这种环境里正常运作。Kurtser 说道:“我们人类不喜欢在温室这种高热量的环境里工作,同样传感器也不喜欢这样的工作环境。”

除此之外,Sweeper 还面临着一个挑战:温室内部并不是通常适于机器人工作的那种精心组织的结构环境。植株排列虽然整齐有序,但间隙很小,并且植株遍布整个温室空间。Kurtser 解释道:“如果你要在宝马生产车间里运行一款机器人,那你可以为它创造一个有利于它操作的环境。但是要在这种农业环境中运行机器人,你真的无法设计太多,你必须适应那里的环境。”

诚然,不同的作物所需要的机器人类型也各不相同,你不能将 Sweeper 随随便便放在一个苹果园中,然后期待它能给你带回一筐苹果。但这并不意味着这款机器人的设计想法和思路不能为其它类似品种的作物采摘机器人所借鉴,研发人员表示对 Sweeper 略作调整之后,就可以用于采摘黄瓜。

Kurtser 表示:“(甜椒和黄瓜采摘机器人)在障碍、密度以及种植系统方面所面临的是同样的问题。”一个主要的区别在于鉴别黄瓜成熟的标准与甜椒不同,“因此,有些东西你可以直接拿来用,但对于检测成熟度的算法你需要另做设计。”

不同作物对于机器人的采摘和放置方式也有不同的要求。Iron Ox 目前正在开发一种适于温室环境工作的机器人,公司联合创始人兼 CEO Brandon Alexander 说道:“像草莓这种娇嫩的水果需要采摘之后直接放到最终的包装容器内,以防摩擦损伤,而甜椒这样的蔬菜可以先经过散装箱这样的一个中间步骤。”

Sweeper 以及其他品种的采摘机器人目前只是刚刚开始成型。但是,从加利福尼亚农场劳动力短缺达20% 这样的现状来看,目前也正是利于机器人进入农场的一个好时机。


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