Designprojekt für selbstnavigierende Pfirsichroboter
Die Pfirsichindustrie ist ein großes Geschäft im Bundesstaat Georgia, mit über 130 Millionen Pfund Pfirsichen, die jedes Jahr mit einem Farm-Gate-Wert von über 71 Millionen US-Dollar produziert werden.
Ihre Kultivierung ist jedoch sowohl komplex als auch ein manuell intensiver Prozess. In einem Projekt zur Lösung dieses Problems hat das Georgia Tech Research Institute (GTRI) einen intelligenten Roboter entwickelt, der die menschenbasierten Aufgaben des Ausdünnens und Beschneidens von Pfirsichbäumen übernimmt, was zu erheblichen Kosteneinsparungen für Pfirsichfarmen in Georgia führen könnte.
Der Roboter nutzt ein LIDAR-Sensorsystem und hochspezialisiertes GPS Technologie sich selbstständig durch Pfirsichplantagen zu navigieren und Hindernissen auszuweichen. Das LIDAR-System bestimmt Entfernungen, indem es ein Objekt mit einem Laser anvisiert und die Zeit misst, die der Laserstrahl benötigt, um zurück zu reflektieren, während die GPS-Technologie Standorte mit einer Genauigkeit von bis zu einem Bruchteil eines Zolls misst.
An einem Pfirsichbaum angekommen, ermittelt der Roboter mithilfe einer eingebetteten 3D-Kamera, welche Pfirsiche entfernt werden müssen, und greift die Pfirsiche mit einem klauenartigen Gerät, einem sogenannten Endeffektor, der mit dem Ende seines Arms verbunden ist.
„Die meisten Leute sind mit der Ernte von Früchten und deren Abholung auf dem Markt vertraut“, sagte Ai-Ping Hu, ein leitender Forschungsingenieur bei GTRI, der das Roboterdesignprojekt leitet. „Aber bis zu diesem Zeitpunkt im Kultivierungszyklus wird noch viel mehr getan.“
Der Roboter befasst sich mit zwei Schlüsselkomponenten des Pfirsichanbauzyklus: Baumschnitt und Baumdurchforstung.
Das Beschneiden bezieht sich auf das selektive Entfernen von Ästen vor der Vegetationsperiode im Frühjahr, die typischerweise von Mitte Mai bis Anfang August stattfindet, und dient vielen Zwecken – einschließlich der Aussetzung von mehr Innenflächen der Obstbäume dem Sonnenlicht und der Entfernung von unerwünschtem älterem Wachstum, um dies zu ermöglichen neues Wachstum, um besser zu gedeihen. Ausdünnung ist, wenn kleine oder unentwickelte Pfirsiche, bekannt als Pfirsiche, von Pfirsichbäumen entfernt werden, damit größere und bessere Pfirsiche wachsen können, erklärte Hu.
Es gibt keine Roboter auf dem Markt, die den Menschen in der Pfirsichanbauindustrie aufgrund der unstrukturierten Umgebungen der Pfirsichplantagen, zu denen unvorhersehbares Wetter, unebenes Gelände und unterschiedliche Formen und Größen der Bäume gehören, vollständig ersetzen konnten.
Derzeitige Bemühungen, die Ernte von Pfirsichen und anderen Sonderkulturen zu automatisieren, waren bisher nicht so erfolgreich wie Fortschritte bei der Automatisierung von Massenpflanzen, bei denen Maschinen Hunderte von Hektar des Guts gleichzeitig sammeln können. Zu den Nutzpflanzen gehören Produkte wie Mais, Weizen und Sojabohnen.
„Sonderkulturen sind immer noch sehr auf Handarbeit angewiesen“, sagte Hu, „weil alles so individuell und so einzigartig ist, dass es wirklich schwierig war, es zu automatisieren.“
Um diese einzigartigen Probleme anzugehen, untersucht GTRI Möglichkeiten, künstliche Intelligenz und Deep-Learning-Trainingsmethoden zu integrieren, um die Bildklassifizierungsfähigkeiten und die Gesamtleistung des Roboters zu verbessern.
GTRI hat sich auch mit Dario Chavez, einem außerordentlichen Professor am Department of Horticulture am Griffin Campus der University of Georgia in Griffin, Georgia, zusammengetan, um die intelligente Automatisierung des Pfirsichanbaus weiter zu erforschen.
Gary McMurray, leitender Forschungsingenieur bei GTRI und Abteilungsleiter der Intelligent Sustainable Technologies Division von GTRI, sagte, der neuartige Roboter werde den Obstanbauprozess für viele Farmen verändern, die Schwierigkeiten haben, Bäume anzubauen, die stark genug sind, um unvorhersehbaren Umweltbedingungen standzuhalten.