Cemerlang di Ladang: Robot yang Boleh Memetik Buah

Adakah saya berani memetik pic?
– dengan permohonan maaf kepada T.S. Eliot

Robot hortikultur sedang tiba untuk mengendalikan tanaman yang paling halus. Pengeluar peralatan mengambil kesempatan daripada kemajuan terkini dalam sensor, kecerdasan buatan (AI), dan robotik untuk mencipta sistem autonomi yang boleh mengenal pasti buah-buahan dan sayur-sayuran tertentu, membezakan antara yang belum masak dan yang sudah masak, serta memetik dan membungkus hanya yang sudah sedia untuk dituai dengan lembut.

 

Sejarah Berkait: Pertanian dan Inovasi

Pertanian telah menjadi inspirasi berterusan untuk inovasi teknologi, daripada sistem pengairan canggih yang dicipta 5,000 tahun lalu di Mesopotamia, kepada mesin penabur benih yang dicipta 2,000 tahun lalu di China, hingga mesin pemisah kapas yang dipatenkan agak baru-baru ini (pada tahun 1794) di Amerika Syarikat.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, banyak kemajuan paling ketara dalam teknologi pertanian melibatkan mesin autonomi. Kenderaan kendiri telah digunakan untuk membajak tanah pertanian, menabur benih, memantau pertumbuhan tanaman, dan menyembur racun perosak.

Mereka juga telah digunakan untuk menuai tanaman, terutamanya bijirin seperti gandum, jagung, dan padi, serta juga kacang soya dan kapas. Tanaman ini sentiasa cukup tahan lasak untuk menahan layanan kasar daripada beberapa mesin pertanian paling awal dan paling kasar.

Tanaman yang lebih halus, seperti buah batu (contohnya pic, plum, aprikot), tomato, dan strawberi, sebaliknya mudah rosak. Malah pekerja ladang yang berpengalaman boleh menyebabkan epal lebam atau memicit beri dengan sekelip mata ketidaktelitian.

 

Rajah 1. Konsep penuaian automatik. Imej digunakan dengan kebenaran Adobe Stock

 

Membuat mesin yang boleh menandingi kelajuan, ketangkasan, dan sentuhan mahir pekerja ladang yang berpengalaman adalah cabaran besar, tetapi keadaan memaksa perkara ini.

 

Menangani Pasaran Buruh yang Sukar

Selama sekurang-kurangnya dua dekad yang lalu, petani di seluruh dunia telah mengadu tentang kesukaran mencari tenaga kerja yang berkelayakan. "Malah di pusat pertanian, contohnya, California, di mana gaji ladang kadang-kadang boleh melebihi USD 20 sejam, gaji tinggi tidak menggalakkan orang melakukan tugas fizikal yang mencabar dan berulang, contohnya, memetik beri,” menurut laporan 2023 daripada firma penyelidikan Markets And Markets.

Kekurangan tenaga kerja pertanian telah diperburuk oleh politik. Selalunya pekerja ladang yang paling berpengalaman adalah pekerja migran, tetapi banyak negara di mana mereka biasa mencari kerja bermusim telah mengamalkan undang-undang imigresen dan perdagangan yang menghalang pergerakan tenaga kerja antarabangsa, jika tidak menghalangnya sepenuhnya.

Negeri Georgia di AS meluluskan undang-undang anti-imigresen yang ketat pada tahun 2011; Georgia melaporkan kekurangan 11,000 pekerja pada tahun itu dan petani tempatan kehilangan lebih $120 juta pada musim tuaian tersebut. UK melaporkan kehilangan perkhidmatan 330,000 pekerja ladang berpengalaman akibat Brexit.

Petani berada dalam dilema tenaga kerja, dan salah satu daripada beberapa pilihan mereka untuk terus berniaga adalah mengautomasikan. Syarikat besar seperti John Deere dan Komatsu cenderung membuat traktor dan mesin penuaian autonomi untuk tanaman tunai yang paling banyak ditanam: gandum, jagung, padi, kacang soya, dan kapas. Sistem robotik untuk buah-buahan dan sayur-sayuran jarang kerana cabarannya sangat besar.

Namun keperluannya mendesak, dan beberapa syarikat permulaan telah ditubuhkan untuk membangunkan mesin sedemikian. Beberapa pengeluar industri besar melabur dalam beberapa syarikat permulaan ini (Kubota dan Bosch, contohnya), tetapi petani yang menanam buah-buahan dan sayur-sayuran juga melabur.

 

Rajah 2. Pengapit direka untuk memetik tanaman sensitif dengan lembut. Imej digunakan dengan kebenaran Harvest CROO

 

Profil Syarikat Permulaan

Berikut adalah penerangan ringkas tentang beberapa syarikat yang telah ditubuhkan dalam 10 tahun terakhir untuk membina robot hortikultur. Contoh-contoh ini memberikan gambaran tentang pelbagai pendekatan yang diambil dengan manipulator dan sensor.

Harvest CROO

Harvest CROO, ditubuhkan pada 2013 di Florida, telah mereka modul robotik yang dilengkapi dengan manipulator – pengapit robotik berlapik. Modul-modul ini dipasang di bawah casis kenderaan autonomi syarikat. CROO bermaksud computerized robotic optimized obtainer; bukan kebetulan singkatan ini disebut seperti “crew.”

Tevel Aerobotics Technologies

Tevel Aerobotics Technologies, ditubuhkan pada 2017 dan berpusat di Israel, membuat dron udara yang direka untuk memetik buah yang ditanam di pokok, termasuk epal, pir, dan pelbagai buah batu, menggunakan cawan sedutan yang dipasang pada boom ringan. Dron ini memutar buah dari pokok dan meletakkannya di dalam tempat pengumpul mudah alih autonomi yang diikatkan kepada mereka.

Ripe Robotics

Ripe Robotics, berpusat di Australia, sedang membangunkan kenderaan yang dipanggil Eve, dilengkapi dengan lengan robotik untuk memetik buah yang tumbuh di pokok, seperti epal. Lengan Eve juga dilengkapi dengan cawan sedutan untuk memetik buah.

Fieldwork Robotics

Fieldwork Robotics, berpusat di UK, mempunyai kenderaan serupa yang dilengkapi dengan empat lengan robotik yang mampu menuai beberapa buah paling halus yang ditanam – raspberi. Kenderaan robot ini dengan berhati-hati memegang setiap beri secara individu dan memotong tangkainya.

Agrobot

Agrobot, berpusat di Israel, telah mencipta kenderaan penuaian strawberi autonomi yang dilengkapi dengan lengan robotik yang berakhir dengan penjepit yang direka untuk memegang tangkai setiap buah dan memotongnya. Matlamatnya adalah untuk mengelakkan manipulasi menyentuh buah sama sekali.

 

Rajah 3. Mengenal pasti dan memetik buah dari platform terbang. Imej digunakan dengan kebenaran Tevel Aerobotics

 

Teknologi Membolehkan

Setiap robot hortikultur menggunakan sensor optik untuk pertama sekali menavigasi melalui dedaunan tanaman untuk mencari buah, dan kemudian untuk mengenal pasti buah yang sudah masak. Kebanyakan sistem sedia ada mendakwa menggunakan AI, yang mereka katakan digunakan untuk menilai sama ada tanaman itu utuh, tidak cacat, dan sudah sedia untuk dipetik.

Sistem penglihatan komputer kadang-kadang digunakan bersama radar, ultrasonik, dan lidar. Sensor tambahan ini boleh digunakan untuk mencari dan menilai buah, tentu saja, tetapi mereka juga digunakan untuk navigasi. Dalam banyak kes penggunaan pertanian (seperti ketika memetik beri yang biasanya ditanam dalam barisan rapat), sistem navigasi berasaskan satelit tidak menyediakan resolusi yang mencukupi. Harvest CROO, contohnya, menyatakan bahawa sistemnya bergantung pada lidar untuk memastikan mesin penuainya mengelak daripada merosakkan tanaman atau bertembung dengan pekerja manusia dan halangan lain.

Pelbagai manipulator telah digunakan, termasuk pengapit mekanikal, alat sedutan, penarik, jarum, muncung semburan, dan gunting untuk melaksanakan fungsi termasuk memetik, menuai, menyembur, menabur, dan memindahkan tanaman.

Manipulator ini menggabungkan pelbagai jenis aktuator, termasuk magnetostrik, piezoelektrik, pneumatik, elektrostatik, aloi ingatan bentuk, ultrasonik, dan juga aktuator optik.

Robot pertanian bergantung terutamanya pada penglihatan mesin, tetapi sensor lain turut digunakan. Sensor daya dianggap sesuai untuk mesin yang menggunakan pengapit untuk menuai buah yang berukuran dan berat besar (secara inferens, itu termasuk tanaman seperti epal dan tembikai). Pengimejan spektral boleh digunakan untuk meningkatkan pengenalan tanaman, ketepatan penentuan lokasi, dan ketepatan.

Robot hortikultur memberikan kelebihan berbanding pekerja manusia dalam satu cara utama: keupayaan mereka mengumpul data untuk analisis seterusnya. Peranti ini boleh menyediakan data tepat mengenai jumlah buah yang dipetik, serta berat dan saiz setiap buah, lengkap dengan cap masa dan geolokasi. Mereka boleh melakukan penggredan warna, dan memberikan maklumat tentang taburan berat, saiz, dan warna pelbagai buah dalam setiap tong pengasingan. Mereka boleh mengesan cela, penyakit, dan perosak, bukan sahaja pada bahagian yang boleh dimakan yang dituai, tetapi juga pada dedaunan yang berkaitan.

 

Rajah 4. Konsep penuaian automatik. Imej digunakan dengan kebenaran Adobe Stock

 

Pasaran Robotik Pertanian Hari Ini

Pasaran keseluruhan untuk robot pertanian dijangka mencapai $13.5 bilion pada 2023 dan berkembang kepada $40.1 bilion menjelang 2028, menurut MarketsAndMarkets. Anggaran ini merangkumi pelbagai sistem yang membajak, menabur, dan menuai, serta menyediakan pemantauan tanaman dan analisis tanah. Ia juga merangkumi sistem baru yang diperkenalkan untuk mengautomasikan proses pemerahan lembu; penternak tenusu sama bersemangat untuk mengautomasikan seperti penanam buah-buahan & sayur-sayuran.

Kebanyakan robot hortikultur yang direka khusus untuk buah-buahan dan sayur-sayuran baru sahaja sampai ke pasaran, sering untuk projek demonstrasi di ladang komersial. Lebih banyak robot hortikultur sedang dibangunkan. Walaupun dengan sensor, aktuator, dan AI terkini, menuai buah-buahan dan sayur-sayuran adalah satu cabaran.

“[F]robot memetik buah masih memerlukan pembangunan dalam pengesanan, manipulasi, dan robotik lembut,” menurut MarketsAndMarkets. “Robot penuaian buah biasa berharga antara USD 250,000 dan USD 750,000, menjadikannya tidak mampu milik bagi kebanyakan petani."

Walaupun begitu, minat di kalangan petani untuk mendapatkan sistem automatik ke ladang mereka adalah tinggi. MarketsAndMarkets menjangkakan traktor tanpa pemandu dan dron mungkin menjadi perkara biasa bermula 2025.