Как машинное зрение помогает автоматизировать сбор урожая салата

Салат является ценной культурой в Европе и США, но нехватка рабочей силы затрудняет сбор этого полевого овоща, поскольку поиск достаточного количества сезонной рабочей силы для выполнения обязательств по сбору урожая является одной из самых больших проблем в этом секторе. 

Кроме того, поскольку инфляция заработной платы растет быстрее, чем цены производителей, маржа очень мала. В Англии специалисты по сельскохозяйственным технологиям и технике работают с IDS Imaging Development Systems GmbH, базирующейся в Оберзульме (Германия), над разработкой роботизированного решения для автоматизации сбора салата. 

Команда работает над проектом, финансируемым Innovate UK, и включает в себя экспертов завода по производству сельскохозяйственной техники Grimme, Центра Agri-EPI в Эдинбурге (Великобритания), Университета Харпера Адамса в Ньюпорте (Великобритания), Центра машинного зрения Западного университета Англии в Бристоле и двух крупнейших производителей салатов в Великобритании — G's Fresh и PDM Produce.

В рамках проекта существующая техника для сбора лука-порея приспособлена для подъема салата с земли и захвата его между прижимными лентами. Внешние или «оберточные» листья салата будут механически удалены, чтобы обнажить стебель. Затем машинное зрение и искусственный интеллект используются для определения точной точки среза на стебле, чтобы аккуратно отделить головку салата.

«По словам коллег из Salad Harvesting Services Ltd., дочерней компании G, процесс срезания айсберга является наиболее технически сложным этапом в процессе автоматизации. Создаваемый прототип робота-сборщика включает в себя камеру GigE Vision из семейства uEye FA. Она считается особенно прочной и поэтому идеально подходит для сложных условий. Поскольку это наружное применение, здесь требуется корпус с защитой IP65/67»

Роб Уэбб специалист по продажам продукции IDS

Выбор пал на модель GV-5280FA-C-HQ с компактной CMOS-матрицей IMX264 с глобальным затвором от Sony.

«Датчик был выбран главным образом из-за его универсальности. Нам не нужно полное разрешение для обработки ИИ, поэтому чувствительность можно увеличить с помощью биннинга. Больший формат сенсора означает, что широкоугольная оптика также не нужна»

Роб Уэбб специалист по продажам продукции IDS

Прототип робота-сборщика салата будет использован для полевых испытаний в Англии ближе к концу сезона.

«Мы рады участвовать в проекте и с нетерпением ждем результатов. Мы убеждены в его потенциале для автоматизации и повышения эффективности сбора урожая салата не только с точки зрения компенсации нехватки сезонных рабочих»

Ян Хартманн управляющий директор IDS Imaging Development Systems GmbH

Проблемы, стоящие перед сельскохозяйственным сектором, действительно сложны. По прогнозу Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (ФАО), производительность сельского хозяйства к 2050 году должна вырасти почти на 50% по сравнению с 2012 годом из-за резкого роста населения. 

Такое ожидание урожайности означает огромную проблему для сельскохозяйственной отрасли, которая все еще находится в зачаточном состоянии с точки зрения цифровизации по сравнению с другими секторами и уже находится под сильным давлением инноваций в связи с климатическими изменениями и нехваткой рабочей силы.

Сельское хозяйство будущего основано на сетевых устройствах и автоматизации. Камеры — важный строительный блок, а искусственный интеллект — центральная технология. Интеллектуальные приложения, такие как роботы-сборщики, могут внести в это значительный вклад.

Летом 2021 года стало известно, что инженеры разработали робота для сбора овощей, который использует машинное обучение для идентификации и сбора не только обычного, но и сложного сельскохозяйственного урожая.

Vegebot, разработанный командой Кембриджского университета, изначально был обучен распознавать и собирать салат айсберг в лабораторных условиях. На сегодняшний день он успешно прошел испытания в различных полевых условиях в сотрудничестве с G’s Growers — местным фруктово-овощным кооперативом.

Хотя прототип далеко не так быстр и эффективен, как человек, он демонстрирует, как можно расширить использование робототехники в сельском хозяйстве, даже для таких культур, как салат айсберг, которые особенно сложно собирать механическим способом.

Такие культуры, как картофель и пшеница, десятилетиями собирали механическим способом, но многие другие культуры до сих пор сопротивлялись автоматизации. Салат айсберг является одной из таких культур. Несмотря на то, что это наиболее распространенный вид салата, выращиваемый в Великобритании, айсберг легко повреждается и растет относительно плоско по отношению к земле, что представляет собой проблему для роботов-комбайнов.

«Каждое поле отличается, каждый салат отличается. Но если мы сможем заставить робота-сборщика работать с салатом айсберг, мы сможем заставить его работать и со многими другими культурами», — рассказал Саймон Биррелл из инженерного факультета Кембриджа.

Vegebot сначала идентифицирует «целевой» урожай в своем поле зрения, затем определяет, здоров ли конкретный салат и готов ли он к сбору, и, наконец, отрезает салат от остальной части растения, не раздавливая его, чтобы он был «готов к супермаркету». Для человека весь процесс занимает пару секунд, но для робота это действительно сложная задача.