Wyzwania w zbiorach plonów

Mimo postępu w technologii robotów zbiory owoców i warzyw latami pozostawały poza ich zasięgiem. Wprawdzie opracowywano maszyny tego typu, nie były jednak dostępne na skalę masową, a jedynie testowano je w ramach projektów badawczych i startupów. Wpływa na to specyfika zrywania płodów rolnych tego typu, zadanie to bowiem mimo że dla ludzi łatwe do wykonania, w przypadku robotów stanowiło prawdziwe wyzwanie z kilku powodów. Typowo stanowi ono sekwencję trzech czynności: lokalizacji na przykład owocu na krzaku lub drzewie, oceny stopnia jego dojrzałości do zerwania i zdjęcia go z krzaka lub z gałęzi. Każdy, kto zbierał owoce czy warzywa z krzaka, wie, że znalezienie wszystkich wymaga dokładnego przeszukania, w tym rozchylania łodyg i zaglądania pod liście. Podobnie w przypadku drzew trudność stanowi odróżnienie gałęzi o nieregularnych kształtach od owoców ukrytych w gęsto ulistnionych koronach, utrudniane przez dobowe zmiany w oświetleniu oraz zachmurzenie, przez co więcej czasu zajmuje przestawianie drabiny niż samo zrywanie. W kolejnym kroku należy odróżnić plony dojrzałe od jeszcze niedojrzałych i rozpoznać uszkodzone albo zgniłe. Na ostatnim etapie wymagana jest z kolei szczególna ostrożność, większość owoców i niektóre warzywa mają bowiem delikatną strukturę, więc ściśnięte zbyt mocno ulegają uszkodzeniu, przez co nie tylko nie wyglądają apetycznie, ale i szybciej się psują. Z drugiej strony uchwycone za słabo mogą podczas przekładania do koszyka upaść i także się obić, podobnie jak te włożone do niego zbyt gwałtownie albo wrzucone. Sprawę komplikuje fakt, że przykładaną siłę powinno się regulować na bieżąco, gdyż niektóre owoce mogą być przymocowane do łodygi mocniej niż inne.

Roboty zrywające

W związku z warunkami, w jakich się to odbywa (czynniki atmostematferyczne, obciążenie kończyn i kręgosłupa), perspektywa zastąpienia ludzi w zrywaniu owoców i warzyw była jednak na tyle zachęcająca, że w pracach nad robotami tego rodzaju nie ustawano. Ostatnio wysiłki te jeszcze zintensyfikowano ze względu na braki siły roboczej w związku z pandemią koronawirusa, a od niedawna również z powodu wojny na Ukrainie. Wykorzystanie robotów w tym zadaniu niesie ze sobą również dodatkowe korzyści. Przede wszystkim zapewnia stałą, a potencjalnie większą, wydajność zbiorów. Od razu może być także przeprowadzana klasyfikacja i kontrola jakości, na miejscu, bez konieczności powtarzania niektórych czynności. Ponadto roboty mogą pracować w nocy, a owoce zebrane w niższej temperaturze są trwalsze. Przy okazji można też gromadzić dane, na przykład o wielkości i jakości zbiorów z każdego krzaka. Projektantom robotów starających się sprostać opisanym wyżej wyzwaniom sprzyjały też zmiany zachodzące w organizacji gospodarstw. Na przykład w sadach upowszechnia się technika kształtowania drzew, w której są sadzone przy kratach, w taki sposób, by te korygowały ich wzrost. Dzięki temu gałęzie układają się w regularny sposób, tworząc ścianę zamiast rozłożystej korony. Owoce są wtedy lepiej widoczne i łatwiej dostępne, dociera też do nich więcej światła. Od lat hodowcy pracują ponadto nad odmianami, na przykład jabłek, odporniejszymi na obicia przy wrzucaniu do koszy. Wszystkie te zmiany ułatwiają pracę w sadach ludziom, ale i robotom. W efekcie w ostatnich latach opracowano wiele modeli maszyn zbierających plony, które oddano do użytku, na plantacjach truskawek, malin, sałaty i w sadach jabłoniowych. Wykorzystują one najnowsze rozwiązania techniczne, w tym sztuczną inteligencję, której główną aplikacją jest analiza obrazów pozyskiwanych przez kamery, w które wyposaża się roboty. Do zbierania owoców używa się chwytaków próżniowych lub palcowych, wyposażonych w liczne czujniki mierzące nacisk, prędkość, kąt i inne parametry chwytania. Dla większej delikatności pokrywa się je amortyzującą silikonową "skórą", a zręczność zapewnia programowanie w sposób odtwarzający ruchy palców dłoni.