Содержание

Новый робот тратит на сбор плодов 7 секунд

29 апреля 2021
09:26

Ольга Мурая

Робот, самостоятельно собирающий яблоки, успешно прошёл полевые испытания.

Фото Monash University.

Австралийские инженеры разработали нового робота-помощника в сельском хозяйстве. Их детище может найти спелые яблоки на дереве и выбрать самый надёжный способ собрать урожай с веток, не повредив его.

Современное сельское хозяйство, в особенности на этапе сбора урожая, зачастую полагается на поток трудовых мигрантов. Работа таких сборщиков низко оплачивается, а сам труд длится буквально от зари до зари. Эта ситуация сама по себе давно требует технологического решения, а уж после закрытия границ из-за пандемии COVID-19 и подавно.

При этом роботы давно помогают людям собирать сельскохозяйственные урожаи и следить за растениями. Есть роботы-сборщики томатов и огурцов, полностью роботизированные фермы и даже роботы, помогающие ухаживать за комнатными растениями.

Исследователи из Университета Монаша в Австралии создали робота-сборщика яблок. Он оснащён несколькими камерами, а также алгоритмами глубокого обучения, которые позволяют ему просканировать деревья в саду и выбрать подходящие для сбора фрукты.

Этот робот ориентируется на множество разных показателей, включая форму яблок и их положение на ветке, чтобы выбрать оптимальное место для сбора урожая и не повредить при этом окружающие ветки и листву. Не такая простая работа для машины, если задуматься.

«Робот берёт яблоко с помощью специально разработанного мягкого пневматического захватного устройства с четырьмя независимо подвижными пальцами и системой всасывания, которая эффективно снимает яблоко с ветки, сводя к минимуму повреждение фруктов и самого дерева. При этом система всасывания подтягивает яблоко к захватному устройству, что снимает необходимость тянуться в гущу кроны и повышать риск её повреждения», – объясняет ведущий автор работы доктор Чао Чэнь (Chao Chen) из Университета Монаша.

По словам исследовательской группы, робот может найти более 90% яблок в пределах видимости своей камеры на расстоянии приблизительно 1,2 метра. Устройство может работать при любом освещении и любых погодных условиях, а на обработку изображения одного яблока у него уходит меньше 200 миллисекунд.

Робот уже прошёл полевые испытания. Он повредил меньше 6% собранного им урожая, случайно удалив у некоторых яблок плодоножки (хотя некоторые продавцы закупают яблоки и без плодоножек). Работающему в полную мощность роботу требовалось всего семь секунд, чтобы снять с ветки одно яблоко.

Как отмечают разработчики, такие пусть и пока дорогостоящие технологические решения не только помогут справиться с дефицитом рабочей силы. Авторы новой разработки считают, что молодым людям будет гораздо интереснее устраиваться на работу на такие высокотехнологичные фермы. Кроме того, растущее население Земли будет легче обеспечить едой, если сельскохозяйственные процессы станут полностью автоматизированными.

Больше новостей из мира науки и технологий вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим«.

технологии
наука
сельское хозяйство
урожай
машинное обучение
новости
робот

Ранее по теме

  • В России разрабатывают систему-аватар для управления роботами
  • На робопальце вырастили кожу человека, способную к заживлению
  • Созданы самые маленькие шагающие роботы с дистанционным управлением
  • Активизировались испытания лазерного оружия в Израиле и США
  • Роскосмос показал человекоподобного робота-аватара
  • Улицы Москвы начнет патрулировать робособака

сборщик мебели IKEA завоевывает внимание общественности 】 * Технологии для людей

Шведская мебель стала чем-то вроде бенчмарки для инженеров по разработке роботов

Любой, кто проводил целый день, занимаясь сборкой комплектов мебели IKEA, наверняка ни раз задумывался, как было бы здорово создать робота-сборщика. К счастью, многие роботисты уже озадачены созданием автоматов, достаточно умных и ловких, чтобы осуществлять сборку даже самых мелких и нестандартных деталей.

На этой неделе в журнале «Science Robotics» инженеры-технологи сообщили, что им удалось собрать набор стульев STEFAN при помощи двурукого робота, датчики и программирование которого позволяют ему скомпоновать большинство частей без помощи человека. Ручки машины, параллельные захваты, датчики и трехмерная камера завершили раму кресла (не включая крепежные и стабилизирующие винты).

«Сейчас, главной задачей является создание большего количества подобных роботов, сделать их массовыми. Машины, выполнившие сборку, уже серийно выпускаются, поэтому технология, которую мы разработали здесь, может быть развернута на реальных заводах в ближайшее время» говорит Фам Куанг-Куонг , доцент механической и аэрокосмической техники.

Инженеры запрограммировали робота, используя компьютерный код, вместо того, чтобы обучать устройство собирать детали с помощью методов искусственного интеллекта, имеющих решающее значение для будущего робототехники.

«В этой работе мы были заинтересованы в достижении низкоуровневых возможностей, таких как восприятие, планирование и контроль, а не в рассуждениях высокого уровня» говорит Куанг-Куонг.

«Эти низкоуровневые возможности имеют решающее значение и могут быть адаптированы к сборке других объектов или к другим промышленным задачам, таким как обработка, сверление, выдача клея, сборка и проверка».

Видео Робот собирает стул из Икеи (IKEA)

Движения роботов-манипуляторов «Наньян» могут выглядеть медленными и утомительными, но их способность приспосабливать колышки к отверстиям решает «огромную проблему в робототехнике» — говорит Росс Кнеппер, ассистент по информатике в Корнельском университете. В 2013 году сотрудники Массачусетского технологического института построили систему автономных роботов «IKEABot», способных выполнять сборку приставных столов. Проект дебютировал в том же году.

Сингапурская технология исследователей обещает быть универсальной, способной перепрограммироваться на разные задачи — возможно, даже на сборку других видов мебели.

говорит Кнеппер.

«Многие люди, особенно американцы, имея большой опыт, пока не могут разработать универсальную роботизированную систему, которая сможет собрать весь каталог ИКЕА. На достижение этой цели нам потребуется еще много в

Роботы-сборщики создают большие конструкции из маленьких деталей | MIT News

Современные коммерческие самолеты обычно изготавливаются секциями, часто в разных местах — крылья на одном заводе, секции фюзеляжа на другом, компоненты хвостового оперения где-то еще — а затем доставляются на центральный завод в огромных грузовых самолетах для окончательной сборки.

Но что, если окончательная сборка будет единственной сборкой, когда весь самолет будет собран из множества крошечных одинаковых частей, собранных вместе армией крошечных роботов?

Это видение, которое аспирант Бенджамин Дженетт, работающий с профессором Нилом Гершенфельдом в Центре битов и атомов Массачусетского технологического института (CBA), преследовал в своей докторской диссертации. Теперь дошло до того, что прототипы таких роботов могут собирать небольшие конструкции и даже работать вместе в команде для создания более крупных сборок.

Новая работа появляется в октябрьском выпуске IEEE Robotics and Automation Letters , в статье Дженетт, Гершенфельд, сокурсницы Амиры Абдель-Рахман и выпускника CBA Кеннета Ченга SM ’07, доктора философии ’12, который сейчас находится в Исследовательском центре Эймса НАСА, где возглавляет проект ARMADAS по проектированию лунной базы, которую можно построить с помощью роботизированной сборки.

«Эта статья — настоящее удовольствие», — говорит Аарон Беккер, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Хьюстонского университета, не участвовавший в этой работе. «Он сочетает в себе первоклассный механический дизайн с потрясающими демонстрациями, новое роботизированное оборудование и набор для моделирования с более чем 100 000 элементов», — говорит он.

«В основе всего этого лежит новый вид робототехники, которую мы называем относительными роботами», — говорит Гершенфельд. Исторически сложилось, объясняет он, две большие категории робототехники: роботы, изготовленные из дорогих нестандартных компонентов, тщательно оптимизированных для конкретных приложений, таких как сборка на заводе, и роботы, изготовленные из недорогих модулей массового производства с гораздо более низкой производительностью. Однако новые роботы являются альтернативой обоим. Они намного проще, чем первые, но гораздо более эффективны, чем вторые, и у них есть потенциал, чтобы произвести революцию в производстве крупномасштабных систем, от самолетов до мостов и целых зданий.

Эксперименты, демонстрирующие относительную роботизированную сборку одномерных, двухмерных и трехмерных дискретных клеточных структур

По словам Гершенфельда, ключевое различие заключается во взаимосвязи между роботизированным устройством и материалами, с которыми оно работает и которыми оно манипулирует. С этими новыми типами роботов «вы не можете отделить робота от конструкции — они работают вместе как система», — говорит он. Например, в то время как большинству мобильных роботов требуются высокоточные навигационные системы для отслеживания их положения, новым роботам-сборщикам нужно отслеживать только то, где они находятся относительно небольших субъединиц, называемых вокселами, над которыми они работают в данный момент. Каждый раз, когда робот делает шаг к следующему вокселу, он перестраивает свое ощущение положения, всегда по отношению к конкретным компонентам, на которых он стоит в данный момент.

Основная идея заключается в том, что как самые сложные изображения могут быть воспроизведены с помощью массива пикселей на экране, так и практически любой физический объект может быть воссоздан в виде массива более мелких трехмерных фрагментов или вокселей, которые сами по себе могут быть воспроизведены. состоять из простых стоек и узлов. Команда показала, что эти простые компоненты могут быть организованы для эффективного распределения нагрузки; они в основном состоят из открытого пространства, поэтому общий вес конструкции сведен к минимуму. Блоки могут быть подняты и размещены рядом друг с другом с помощью простых сборщиков, а затем скреплены вместе с помощью систем защелок, встроенных в каждый воксель.

Сами роботы напоминают маленькую руку с двумя длинными шарнирными сегментами посередине и устройствами для зажима воксельных структур на каждом конце. Простые устройства перемещаются, как дюймовые черви, продвигаясь по ряду вокселей, многократно открывая и закрывая свои V-образные тела, чтобы перейти от одного к другому. Дженетт назвала маленьких роботов БИЛЛ-И (отсылка к роботу из фильма ВАЛЛ-И), что означает Bipedal Isotropic Lattice Locomoting Explorer.

Дженетт создала несколько версий ассемблеров для проверки концепции, а также соответствующие воксельные конструкции с механизмами защелки, позволяющими легко прикреплять или отсоединять каждый из них от своих соседей. Он использовал эти прототипы, чтобы продемонстрировать сборку блоков в линейные, двумерные и трехмерные структуры. «Мы не обеспечиваем роботу точность; точность исходит от структуры», по мере того, как она постепенно обретает форму, — говорит Дженетт. «Это отличается от всех других роботов. Ему просто нужно знать, где его следующий шаг».

Во время сборки деталей каждый из крошечных роботов может считать свои шаги по конструкции, говорит Гершенфельд, директор CBA. По его словам, наряду с навигацией это позволяет роботам исправлять ошибки на каждом этапе, устраняя большую часть сложности типичных роботизированных систем. «У него отсутствует большинство обычных систем управления, но пока он не пропустит ни одного шага, он знает, где находится». Для практического применения сборки такие блоки могут работать вместе, чтобы ускорить процесс, благодаря управляющему программному обеспечению, разработанному Абдель-Рахманом, которое позволяет роботам координировать свою работу и не мешать друг другу.

Этот вид сборки больших конструкций из идентичных частей с помощью простой роботизированной системы, очень похожий на сборку ребенком большого замка из блоков LEGO, уже привлек интерес некоторых крупных потенциальных пользователей, включая НАСА, сотрудника Массачусетского технологического института в этом исследовании. и европейская аэрокосмическая компания Airbus SE, которая также помогла спонсировать исследование.

Компьютерное моделирование показывает, как группа из четырех роботов-сборщиков работает над созданием трехмерной конструкции. Целые рои таких роботов можно использовать для создания больших конструкций, таких как крылья самолетов или космические среды обитания. Иллюстрация предоставлена ​​исследователями

Одним из преимуществ такой сборки является то, что ремонт и техническое обслуживание можно легко выполнять с помощью того же роботизированного процесса, что и первоначальную сборку. Поврежденные секции можно демонтировать из конструкции и заменить новыми, в результате чего конструкция будет такой же прочной, как и оригинал. «Разборка так же важна, как и сборка», — говорит Гершенфельд, и этот процесс также можно использовать для внесения изменений или улучшений в систему с течением времени.

«Для космической станции или лунной среды обитания эти роботы будут жить на конструкции, постоянно поддерживая и ремонтируя ее», — говорит Дженетт.

В конечном счете, такие системы можно будет использовать для строительства целых зданий, особенно в сложных условиях, таких как космос, Луна или Марс, говорит Гершенфельд. Это могло бы устранить необходимость отправлять большие предварительно собранные конструкции с Земли. Вместо этого можно было бы отправлять большие партии крошечных подразделений — или формировать их из местных материалов с помощью систем, которые могли бы запускать эти подразделения в конечном пункте назначения. «Если вы можете построить гигантский реактивный самолет, вы можете построить здание», — говорит Гершенфельд.

Шандор Фекете, директор Института операционных систем и компьютерных сетей Брауншвейгского технического университета в Германии, который не участвовал в этой работе, говорит: «Сверхлегкие цифровые материалы, такие как [эти], открывают удивительные перспективы для создания эффективных , сложные, крупномасштабные конструкции, которые имеют жизненно важное значение в аэрокосмических приложениях».

Но сборка таких систем — непростая задача, — говорит Фекете, который планирует присоединиться к исследовательской группе для дальнейшей разработки систем управления. «Именно здесь использование маленьких и простых роботов обещает обеспечить следующий прорыв: роботы не устают и не скучают, и использование большого количества миниатюрных роботов кажется единственным способом выполнить эту важную работу. Эта чрезвычайно оригинальная и умная работа Бена Дженетта и его сотрудников делает гигантский скачок в направлении создания динамически регулируемых крыльев самолетов, огромных солнечных парусов или даже реконфигурируемых космических обитателей».

В процессе, говорит Гершенфельд, «мы чувствуем, что открываем новую область гибридных систем материалов и роботов».

Поделитесь этой новостной статьей:

Упоминания в прессе

Tech Briefs

Аспирант Бенджамин Дженетт беседует с Tech Briefs о своей работе по разработке нового типа крыла самолета, которое может адаптироваться в воздухе к изменяющимся условиям. «Если у вас есть самолет, который может активно менять свою форму, вы можете оптимизировать его характеристики», — говорит Дженетт.

Полная версия из Tech Briefs →

Popular Mechanics

Корреспондент Popular Mechanics Кортни Линдер пишет, что исследователи Массачусетского технологического института разработали систему крошечных роботов, которые можно использовать для сборки гигантских конструкций. Линдер объясняет, что роботы-сборщики «рассматривают себя как часть конструкции, а не просто объект, который они помогают построить».

Полная история через Popular Mechanics →

Ссылки по теме

  • Статья: «Материально-роботизированная система для сборки дискретных сотовых структур».
  • Видео: Мультиагентная дискретная сборка
  • Видео: Сборка относительного робота
  • NASA ARMADAS
  • Нил Гершенфельд
  • Бенджамин Дженетт
  • Амира Абдель-Рахман
  • Центр битов и атомов
  • Школа архитектуры и планирования

роботов-сборщиков демонстрируют потенциал для создания более крупных конструкций | MIT News

По словам Гершенфельда, до создания полностью автономной самовоспроизводящейся системы сборки роботов, способной как собирать более крупные конструкции, в том числе более крупных роботов, так и планировать наилучшую последовательность строительства, еще далеко. Но новая работа делает важные шаги в направлении этой цели, включая решение сложных задач, когда строить больше роботов и насколько они велики, а также как организовать рои ботов разных размеров, чтобы эффективно построить структуру, не врезавшись в нее. друг друга.

Как и в предыдущих экспериментах, новая система включает в себя большие, пригодные для использования структуры, построенные из массива крошечных идентичных субъединиц, называемых вокселами (объемный эквивалент 2-D пикселя). Но если раньше воксели были чисто механическими элементами конструкции, то сейчас команда разработала сложные воксели, каждый из которых может передавать как энергию, так и данные от одного устройства к другому. Это может позволить создавать конструкции, которые могут не только выдерживать нагрузки, но и выполнять работу, такую ​​как подъем, перемещение и манипулирование материалами, включая сами воксели.

«Когда мы строим эти сооружения, вы должны встраивать интеллект», — говорит Гершенфельд. В то время как более ранние версии ассемблерных ботов были соединены пучками проводов с их источником питания и системами управления, «появилась идея структурной электроники — создания вокселей, которые передают энергию и данные, а также силу». Глядя на новую систему в действии, он отмечает: «Там нет проводов. Есть только структура».

Сами роботы состоят из цепочки из нескольких вокселей, соединенных встык. Они могут захватывать другой воксель, используя точки крепления на одном конце, а затем перемещаться подобно дюймовому червю в нужное положение, где воксель может быть прикреплен к растущей структуре и выпущен там.

Гершенфельд объясняет, что, хотя более ранняя система, продемонстрированная членами его группы, в принципе могла строить произвольно большие структуры, по мере того, как размер этих структур достигал определенной точки по отношению к размеру робота-сборщика, процесс становился все более неэффективным, потому что из все более длинных путей, которые должен пройти каждый бот, чтобы доставить каждую часть к месту назначения. В этот момент, с новой системой, боты могли решить, что пришло время создать более крупную версию самих себя, которая могла бы преодолевать большие расстояния и сокращать время в пути. Для еще более крупной структуры может потребоваться еще один такой шаг, когда новые более крупные роботы будут создавать еще более крупные, в то время как для частей структуры, которые включают множество мелких деталей, может потребоваться большее количество самых маленьких роботов.

Предоставлено: Амира Абдель-Рахман/Центр битов и атомов Массачусетского технологического института другого робота того же размера, или он может построить робота побольше». Часть работы, на которой сосредоточились исследователи, — это создание алгоритмов для такого принятия решений.

«Например, если вы хотите построить конус или полусферу, — говорит она, — как начать планирование пути и как разделить эту форму» на разные области, над которыми могут работать разные боты? Разработанное ими программное обеспечение позволяет кому-то ввести форму и получить результат, показывающий, где разместить первый блок и каждый последующий, в зависимости от расстояний, которые необходимо пройти.

По словам Гершенфельда, опубликованы тысячи статей о планировании маршрутов для роботов. «Но шаг после этого, когда робот должен принять решение о создании другого робота или робота другого типа — это ново. В этом действительно нет ничего предшествующего».

В то время как экспериментальная система может выполнять сборку и включает в себя каналы питания и передачи данных, в текущих версиях разъемы между крошечными субблоками недостаточно прочны, чтобы выдерживать необходимые нагрузки. Команда, включая аспирантку Миану Смит, сейчас занимается разработкой более прочных соединителей. «Эти роботы могут ходить и размещать детали, — говорит Гершенфельд, — но мы почти — но не совсем — находимся в точке, где один из этих роботов делает другого, а тот уходит. И это зависит от точной настройки таких вещей, как сила приводов и прочность суставов. … Но это достаточно далеко, чтобы это были те части, которые приведут к нему ».

В конечном счете, такие системы могут быть использованы для строительства самых разных крупных и ценных структур. Например, в настоящее время самолеты строятся на огромных заводах с платформами, которые намного больше, чем компоненты, которые они производят, а затем, «когда вы делаете гигантский реактивный самолет, вам нужны гигантские реактивные самолеты, чтобы нести части этого гигантского самолета», — Гершенфельд. говорит. С такой системой, состоящей из крошечных компонентов, собранных крошечными роботами, «окончательная сборка самолета — это единственная сборка».

Точно так же при производстве нового автомобиля «вы можете потратить год на оснастку», прежде чем первый автомобиль будет построен, говорит он. Новая система обойдет весь этот процесс. Именно благодаря такой потенциальной эффективности Гершенфельд и его ученики тесно сотрудничали с автомобильными, авиационными компаниями и НАСА. Но даже относительно низкотехнологичная строительная отрасль потенциально может также извлечь выгоду.

Несмотря на растущий интерес к домам, напечатанным на 3D-принтере, сегодня для этого требуется печатное оборудование такого же размера или больше, чем строящийся дом. Опять же, потенциал для того, чтобы такие структуры вместо этого собирались роями крошечных роботов, может принести пользу. И Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов также заинтересовано в работах по возможности строительства сооружений для защиты берегов от эрозии и повышения уровня моря.

Аарон Беккер, адъюнкт-профессор электротехники и вычислительной техники в Университете Хьюстона, который не был связан с этим исследованием, называет эту статью «домашней пробежкой — [предлагая] инновационную аппаратную систему, новый способ думать о масштабировании рой и строгие алгоритмы».

Беккер добавляет: «В этом документе рассматривается важнейшая область реконфигурируемых систем: как быстро масштабировать роботизированную рабочую силу и использовать ее для эффективной сборки материалов в желаемую структуру. … Это первая работа, которую я видел, в которой проблема решается с радикально новой точки зрения — использование необработанного набора частей робота для создания набора роботов, размеры которых оптимизированы для создания желаемой структуры (и других роботов) с максимально возможной скоростью.