Как ученые разработали роботизированную руку для сбора ежевики в Арканзасе

Представьте себе автономного двуногого робота с 10 руками, каждая из которых оснащена трехпалыми силиконовыми захватами, пробирающегося сквозь ряды ежевики, и вы получите представление о том, что ждет в будущем фермы ежевики, испытывающие нехватку рабочей силы.

Исследователи из Арканзаса и Джорджии показали, что нежную свежую ежевику, которую обычно собирают люди для сохранения качества, теперь могут собирать и роботы.

«Только представьте себе робота, идущего по ферме ежевики, но у робота 10 рук», — сказала Рене Трелфолл, научный сотрудник в области пищевых продуктов из Арканзасской сельскохозяйственной экспериментальной станции, исследовательского подразделения системного отдела сельского хозяйства Университета штата Арканзас.

Трелфолл и трое других авторов исследовали роботизированный сбор урожая и недавно получили за свою работу награду за выдающуюся публикацию фруктов от Американского общества садоводческих наук. Наградой была отмечена статья об исследовании, которое заложило основу для разработки мягкой роботизированной руки для разработки автономного робота, собирающего ежевику.

Исследование по установлению параметров силы для сбора ежевики частично финансировалось за счет гранта Фонда инноваций и сотрудничества Канцлера Университета Америки совместно с Юэ Ченом, ранее работавшим доцентом на факультете машиностроения Университета А. Сейчас Чен работает доцентом кафедры биомедицинской инженерии в Технологическом институте Джорджии и Университете Эмори. Грант Департамента сельского хозяйства Арканзаса по блоку специальных культур также поддержал первоначальные исследования.

Андреа Л. Майерс была ведущим автором публикации, будучи аспиранткой в ​​области пищевых наук в Университете Австралии. Она сотрудничала с Трелфоллом вместе с Ченом и Энтони Гундерманом, аспирантом по робототехнике в Институте робототехники и интеллектуальных машин Технологического института Джорджии. Гундерман ранее был аспирантом машиностроения в Университете А.

Статья 2022 года «Определение параметров ручного сбора и влияния послеуборочной товарности свежей ежевики на рынок для разработки мягкого роботизированного захвата для роботизированного сбора урожая» была опубликована в журнале HortScience.

Майерс сказал, что первым шагом в этом проекте было определение количества силы, необходимой для сбора ежевики вручную с наименьшим повреждением плодов. Оказывается, чтобы собрать ежевику, требуется примерно половина 1 Ньютона, единицы силы. Проще говоря, 1 Ньютон можно рассматривать как усилие, необходимое для поднятия небольшого предмета, такого как яблоко или шоколадный батончик, сказал Майерс.

Чтобы выяснить, какое усилие необходимо для сбора ежевики и как можно меньше повредить ягоду, команда проекта разработала силиконовые рукава для пальцев с биометрическими датчиками, которые измеряют силу, используемую человеческой рукой для захвата и сбора ежевики.

В 2020 году с помощью аппарата для определения силы, который носит человек, Майерс собрал более 2000 ягод ежевики у коммерческих производителей Sta-N-Step Farm и Neal Family Farm в Арканзасе. Данные показали, что наибольшую силу прикладывает большой палец, за которым следует средний палец. указательный и безымянный пальцы. Были выбраны четыре свежих сорта, выведенных в Арканзасе: Натчез, Осейдж и зарегистрированные под торговой маркой Prime-Ark Traveler и Sweet-Ark Caddo. Ежевику оценивали после 21 дня хранения в холодильнике при температуре 35 градусов по Фаренгейту.

Исследователи сравнили качество ежевики с датчиком силы и без него, и результаты показали, что рукава для пальцев не влияют на качество ягод. Исследование также показало, что для сбора ежевики необходимы только три придатка вместо четырех.

Второй этап исследования был проведен в 2021 году совместно с Ченом и Гундерманом во время их пребывания в Университете Австралии, где был разработан мягкий роботизированный захват с тремя зубцами, приводимый в движение сухожилиями и использующий в качестве сухожилия толстую гитарную струну. Усилия, приложенные для захвата, стабилизации и сбора ежевики с помощью захвата, не вызвали чрезмерных повреждений после хранения в холодильнике в течение 21 дня.