Destacados en el campo: robots que pueden recoger fruta

¿Me atrevo a coger un durazno?
– con disculpas a T.S. Eliot

Los robots hortícolas están llegando para manejar los cultivos más delicados. Los fabricantes de equipos están aprovechando los avances recientes en sensores, inteligencia artificial (IA) y robótica para crear sistemas autónomos que pueden identificar frutas y verduras específicas, discernir la diferencia entre ejemplares inmaduros y maduros, y recoger y empaquetar suavemente solo aquellos listos para la cosecha.

 

Una Historia Vinculada: Agricultura e Innovación

La agricultura ha sido una inspiración perpetua para la innovación tecnológica, desde sofisticados sistemas de riego creados hace 5,000 años en Mesopotamia, hasta una sembradora inventada hace 2,000 años en China, hasta la desmotadora de algodón patentada relativamente hace poco (en 1794) en Estados Unidos.

En los últimos años, muchos de los avances más notables en tecnología agrícola han involucrado máquinas autónomas. Vehículos autodirigidos se han utilizado para labrar tierras, sembrar semillas, monitorear el crecimiento de plantas y aplicar pesticidas.

También se han usado para cosechar cultivos, predominantemente granos como trigo, maíz y arroz, pero también soja y algodón. Estos cultivos siempre han sido lo suficientemente resistentes para soportar el trato rudo incluso de algunas de las primeras y más rudimentarias máquinas agrícolas.

Los cultivos más delicados, como las frutas de hueso (por ejemplo, duraznos, ciruelas, albaricoques), tomates y fresas, por otro lado, se dañan fácilmente. Incluso los trabajadores agrícolas experimentados pueden magullar una manzana o aplastar una baya con un breve momento de torpeza.

 

Figura 1. Concepto de cosecha automatizada. Imagen cortesía de Adobe Stock

 

Crear una máquina que pueda igualar la velocidad, destreza y toque experimentado de un trabajador agrícola es un desafío formidable, pero las circunstancias están forzando la cuestión.

 

Abordando un Mercado Laboral Difícil

Durante al menos las últimas dos décadas, los agricultores de todo el mundo se han quejado de la dificultad para encontrar mano de obra calificada. "Incluso en centros agrícolas, por ejemplo, California, donde los salarios agrícolas a veces superan los 20 USD por hora, los altos salarios no están incentivando a las personas a realizar tareas físicamente exigentes y repetitivas, como la recolección de bayas,” según un informe de 2023 de la firma de investigación Markets And Markets.

La escasez de mano de obra agrícola se ha visto agravada por la política. A menudo, los trabajadores agrícolas más experimentados son migrantes, pero muchos de los países donde solían encontrar trabajo temporal han adoptado leyes de inmigración y comercio que desalientan el movimiento internacional de mano de obra, si no lo restringen por completo.

El estado de Georgia en EE. UU. aprobó una estricta ley antiinmigración en 2011; Georgia reportó un déficit de 11,000 trabajadores ese año y los agricultores locales perdieron más de 120 millones de dólares en esa cosecha. El Reino Unido reportó la pérdida de servicios de 330,000 trabajadores agrícolas experimentados debido al Brexit.

Los agricultores están en un aprieto por la mano de obra, y una de sus pocas opciones para seguir en el negocio es automatizar. Grandes empresas como John Deere y Komatsu tienden a fabricar tractores y cosechadoras autónomas para los cultivos comerciales más ampliamente cultivados: trigo, maíz, arroz, soja y algodón. Los sistemas robóticos para frutas y verduras son escasos porque el desafío ha sido tan formidable.

Sin embargo, la necesidad es aguda, y varias startups se han formado para desarrollar tales máquinas. Algunos de los grandes fabricantes industriales están invirtiendo en algunas de estas startups (Kubota y Bosch, por ejemplo), pero los agricultores que cultivan frutas y verduras también están invirtiendo.

 

Figura 2. Pinzas diseñadas para recoger delicadamente cultivos sensibles. Imagen cortesía de Harvest CROO

 

Perfiles de Startups

A continuación se presentan breves descripciones de algunas de las empresas que se han fundado en los últimos 10 años para construir robots hortícolas. Los ejemplos ofrecen una visión general de la variedad de enfoques que se están tomando con manipuladores y sensores.

Harvest CROO

Harvest CROO, fundada en 2013 en Florida, ha diseñado módulos robóticos equipados con manipuladores – pinzas robóticas acolchonadas. Los módulos se montan bajo el chasis del vehículo autónomo de la empresa. CROO significa computerized robotic optimized obtainer; no es coincidencia que la sigla se pronuncie como “crew”.

Tevel Aerobotics Technologies

Tevel Aerobotics Technologies, fundada en 2017 y con sede en Israel, fabrica drones aéreos diseñados para recoger frutas cultivadas en árboles, incluyendo manzanas, peras y varias frutas de hueso, usando ventosas montadas en brazos ligeros. Los drones tuercen las frutas de los árboles y las colocan en la plataforma de un recolector móvil autónomo al que están atados.

Ripe Robotics

Ripe Robotics, con sede en Australia, está desarrollando un vehículo que llama Eve, equipado con brazos robóticos para recoger frutas de árboles, como manzanas. Los brazos de Eve están equipados de manera similar con ventosas para recoger fruta.

Fieldwork Robotics

Fieldwork Robotics, con sede en el Reino Unido, tiene un vehículo similar equipado con cuatro brazos robóticos capaces de cosechar algunas de las frutas más delicadas cultivadas – frambuesas. El vehículo robot cuidadosamente sostiene cada baya individual y corta su tallo.

Agrobot

Agrobot, con sede en Israel, ha creado un vehículo autónomo para la cosecha de fresas equipado con brazos robóticos que terminan en pinzas diseñadas para agarrar los tallos de cada fruta y cortarlos. El objetivo es evitar que los manipuladores toquen la fruta.

 

Figura 3. Identificación y recolección de fruta desde una plataforma voladora. Imagen cortesía de Tevel Aerobotics

 

Tecnología Habilitadora

Cada robot hortícola emplea sensores ópticos para primero navegar a través del follaje de las plantas para encontrar la fruta, y luego para identificar la fruta madura. La mayoría de los sistemas existentes afirman emplear IA, que dicen se usa para evaluar si una planta está completa, sin manchas y lista para ser recogida.

Los sistemas de visión por computadora a veces se usan junto con radar, ultrasonido y lidar. Estos sensores adicionales pueden usarse para encontrar y evaluar la fruta, por supuesto, pero también se confía en ellos para la navegación. En muchos casos agrícolas (como cuando se recogen bayas típicamente plantadas en hileras muy juntas), los sistemas de navegación basados en satélites no proporcionan suficiente resolución. Harvest CROO, por ejemplo, afirma que su sistema depende del lidar para asegurar que su cosechadora evite pasar por encima de cultivos o chocar con trabajadores humanos y otros obstáculos.

Se han adoptado una variedad de manipuladores, incluyendo pinzas mecánicas, dispositivos de succión, atractores, agujas, boquillas de pulverización y tijeras para realizar funciones que incluyen recoger, cosechar, rociar, sembrar y trasplantar.

Estos manipuladores incorporan una amplia gama de actuadores, incluyendo magnetoestrictivos, piezoeléctricos, neumáticos, electrostáticos, aleaciones con memoria de forma, ultrasónicos e incluso actuadores ópticos.

Los robots agrícolas dependen principalmente de la visión artificial, pero se emplean otros sensores. Los sensores de fuerza se consideran apropiados para máquinas que usan pinzas para cosechar frutas de gran volumen y peso (por inferencia, eso incluiría cultivos como manzanas y melones). La imagen espectral podría usarse para mejorar el reconocimiento de cultivos, la precisión de la localización y la precisión.

Los robots hortícolas han proporcionado una ventaja sobre los trabajadores humanos en un aspecto clave: su capacidad para recopilar datos para análisis posteriores. Estos dispositivos pueden proporcionar datos precisos sobre la cantidad de fruta recogida, así como el peso y tamaño de cada fruta, completos con marcas de tiempo y geolocalización. Pueden realizar clasificación por color y proporcionar información sobre la distribución de peso, tamaño y colores de varias frutas en contenedores individuales de clasificación. Pueden detectar manchas, enfermedades y plagas, no solo en las partes comestibles que se cosechan, sino también en el follaje asociado.

 

Figura 4. Concepto de cosecha automatizada. Imagen cortesía de Adobe Stock

 

El Mercado Actual de la Robótica Agrícola

Se proyectaba que el mercado global de robots agrícolas alcanzaría los 13.5 mil millones de dólares en 2023 y crecería hasta 40.1 mil millones para 2028, según MarketsAndMarkets. La estimación incluye una variedad de sistemas que labran, siembran y cosechan, así como proporcionan monitoreo de plantas y análisis de suelo. También incluye nuevos sistemas que se están introduciendo para automatizar el proceso de ordeño de vacas; los ganaderos están tan interesados en automatizar como los cultivadores de frutas y verduras.

La mayoría de los robots hortícolas diseñados específicamente para frutas y verduras apenas están llegando al mercado, a menudo para proyectos de demostración en granjas comerciales. Se están desarrollando muchos más robots hortícolas. Incluso con los últimos sensores, actuadores e IA, cosechar frutas y verduras es un desafío.

“[L]os robots para la recolección de frutas aún requieren desarrollo en detección, manipulación y robótica blanda,” según MarketsAndMarkets. “Un robot típico para la recolección de frutas cuesta entre 250,000 y 750,000 USD, lo que lo hace inaccesible para la mayoría de los agricultores."

Aun así, el interés entre los agricultores por introducir sistemas automatizados en sus campos es alto. MarketsAndMarkets espera que los tractores y drones sin conductor probablemente se vuelvan comunes a partir de 2025.