Будь то клубника, спаржа или яблоки, когда дело доходит до сбора урожая, квалифицированных рабочих часто не хватает. Поэтому многие исследовательские группы работают над созданием роботов-уборщиков, которые в будущем могут стать незаменимой помощью на фермах.
«Некоторые прототипы уже существуют, но пока не все из них действительно хороши», - говорит профессор робототехники Андреас Нюхтер из Университета Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Вюрцбурге.
Для дальнейшего совершенствования сенсорных технологий полевых агророботов команда Андреаса Нюхтера из Института сельскохозяйственной инженерии и биоэкономики имени Лейбница (ATB) в Потсдаме разработала новую систему 3D-лазерного сканирования. Она предназначена для лучшего понимания состояния растений, например, для надёжного измерения содержания воды в плодах - критерия, имеющего решающее значение для определения правильного времени сбора урожая.
Группа под руководством исследователя ATB доктора Мануэлы Зуде-Сассе установила систему на испытательном полигоне в Потсдаме; предварительные испытания прошли успешно. 3D-лазерный сканер установлен на так называемой сенсорной конвейерной станции, которая охватывает плантацию из 120 шпалерных яблонь.
Первые испытания показали: «Мы можем эффективно измерять и визуализировать растения», - говорит профессор Нюхтер. Это важно для использования в роботах-сборщиках урожая, поскольку они должны уметь правильно «считывать» яблони и другие растения - ведь не существует двух абсолютно одинаковых растений.
«Знание степени зрелости имеет решающее значение для производства садоводческой продукции, позволяя оптимально контролировать выращивание, сроки сбора урожая и его хранение», - объясняет доктор Зюде-Сассе. «Особенно на фоне всё более изменчивых факторов роста, обусловленных глобальным потеплением, точные данные о развитии плодов становятся всё более важными - как для научного моделирования, так и для будущего использования коммерческих роботов для сбора урожая», добавила он.
Новая система датчиков будет использоваться непрерывно для мониторинга 120 яблонь на испытательном полигоне ATB до ноября 2025 года. Сканер растений спроектирован соответственно надежно: он выдерживает воздействие ветра и непогоды и рассчитан на рабочие температуры от 0 до 40 градусов Цельсия.
Система датчиков работает по принципу структурированного света: она проецирует на растения свет трёх длин волн (520 нм, зелёный / 660 нм, красный / 830 нм, ближний инфракрасный). Отражённые сигналы предоставляют точную пространственную информацию о популяции растений. Поскольку сигналы доступны отдельно для каждой длины волны, они открывают новые возможности для регистрации физиологических свойств растений, таких как содержание воды.
Лазерный 3D-сканер был разработан исключительно для экспериментального использования. Мощность лазерного излучения, используемого в нём, может повредить зрение человека при прямом попадании в глаза. Поэтому при эксплуатации системы на открытом воздухе требуется особая осторожность. ATB строго контролирует доступ в зону измерений. Это гарантирует отсутствие неподготовленных лиц вблизи сканера. Лазеры не представляют опасности для самих растений.
Проект опирается на ключевые компетенции JMU Robotics в области разработки оптических устройств, а также на многолетний опыт исследований сельскохозяйственных культур в ATB, где уже разработаны спектрально-оптические методы анализа качества плодов и создана комплексная инфраструктура для анализа растений в полевых условиях. Новый 3D-сканер растений призван улучшить базу данных для моделирования и спецификации будущих роботов-уборщиков урожая.
Андреас Нюхтер - известный эксперт: его группа разрабатывает очень похожие методы и лазерные сканеры для космических приложений. «Миссии на Луну или Марс всегда связаны с поиском воды. На мой взгляд, лазерные сканеры особенно эффективны в этом плане», - говорит профессор. Европейское космическое агентство (ЕКА) финансировало несколько его проектов в этой области.
Источник: Universität Würzburg.
На фото вы видите, как лазерный 3D-сканер сканирует яблоню ночью. Автор фото: Михаэль Блейер / Вюрцбургский университет.
