„Endeffektor“, ein vom Ingenieurteam entwickeltes Robotersystem, rückt autonome Baumwollernte in greifbare Nähe

Ein Roboterarm mit zwei Fingern greift nach einer flauschigen weißen Baumwollkapsel auf einem Feld. Das Gerät zieht die Flusen aus der Samenkapsel und bewegt sich dann weiter … und greift nach einem weiteren und dann noch einem.

Dieser neue „Endeffektor“, der von Wissenschaftlern der Mississippi State University entwickelt wurde, ist ein potenzieller Wendepunkt für die Landwirtschaft nicht nur im Baumwollgürtel, sondern weltweit und könnte die mehr als 38 Milliarden US-Dollar schwere globale Industrie vom Arbeitskräftemangel in der Landwirtschaft befreien auf künstlicher Intelligenz basierende autonome Systeme.

„Die Systemtechnologie, die wir heute entwerfen, wird den Baumwollbauern von morgen ökologischer und ökonomisch nachhaltigere Optionen für die Ernte bieten“, sagte Alex Thomasson, Leiter der Abteilung Agrar- und Biotechnik der MSU, der an dem bahnbrechenden Projekt beteiligt war, das von Cotton gesponsert wurde. Inc.

Das Forschungsteam kürzlich über das Projekt in der Zeitschrift veröffentlicht Intelligente Agrartechnologie.

Thomasson sagte, während andere Universitäten an dieser Forschung beteiligt seien, sei es der von der MSU entwickelte Endeffektor, der das System dieser Land-Grant-Universität auszeichnet. Die Entwicklung ist eines von vielen MSU-Projekten, die sich auf die Steigerung der landwirtschaftlichen Präzision, Produktion und Rentabilität konzentrieren, und die Universität hat offiziell das Agricultural Autonomy Institute eröffnet, das erste und einzige interdisziplinäre Forschungszentrum des Landes, das sich auf autonome Technologien zur Verbesserung der Präzision und Effizienz in landwirtschaftlichen Betrieben konzentriert.

Experten der Mississippi Agricultural and Forestry Experiment Station und kooperierender Einrichtungen hoffen, die Welt besser ernähren und kleiden zu können, indem sie Herausforderungen wie den Mangel an qualifizierten Maschinenbedienern, Bodenschäden durch riesige Erntemaschinen und den Klimawandel bekämpfen.

Inspiriert von der besonderen Art und Weise, wie die Zunge einer Eidechse nach ihrer Beute greift, sagte der Designer des Pflückgeräts, Hussein Gharakhani, dass der Mechanismus eine Baumwollkapsel nach der anderen pflückt – und nicht alle auf einmal wie Maschinen – und so eine frühere und häufigere Ernte ermöglicht, wenn die Baumwolle ausgesät ist Spitzenqualität.

„Die Baumwollpflanze stellt ein KI-basiertes Kamerasystem vor besondere Herausforderungen, da die Samenkapseln in verschiedene Richtungen ausgerichtet sein können und die Baumwollsamen nicht fest und zusammenhängend sind wie ein Apfel“, sagte Gharakhani, Assistenzprofessor für Agrar- und Biotechnik an der MSU. „Unser Endeffektor, dessen Entwicklung etwa ein Jahr gedauert hat, arbeitet mit unserem kamerabasierten Wahrnehmungssystem zusammen, um die Faser aus der Kapsel zu identifizieren und zu entnehmen.“

Xin Zhang, ein weiterer Forscher und Assistenzprofessor der Abteilung, konzentriert sich auf die Integration von Gharakhanis Endeffektor mit einem kommerziellen Roboterarm mit sechs Freiheitsgraden und einer Roboterplattform mit Allradantrieb – dem „Husky“ von Clearpath Robotics arbeitet mit einer GPS-Navigationseinheit und einem Wahrnehmungsmodul.

Im Mittelpunkt der Entwicklung des autonomen Ernteers steht sein KI-Wahrnehmungsmodul – eine RGB-tiefenbasierte Kamera (ähnlich einer Smartphone-Kamera), ein 3D-LiDAR-Sensor zur Hindernisvermeidung und ein KI-basierter Prozessor. Zhang verwendet die Gazebo-Software, einen ROS-basierten Simulator, um die Leistung des Moduls in einem virtuellen Baumwollfeld zu reproduzieren. Sie testet derzeit auch die Leistung des Roboters im Feld vor Ort im RR Foil Plant Science Research Center der Universität, bekannt als North Farm.

„In den letzten Jahren haben wir diese Systeme einzeln gebaut und getestet, und im nächsten Jahr werden wir uns auf Integration und Navigation konzentrieren, mit dem Ziel, eine völlig autonome Erntemaschine zu bauen, die in unvorhersehbarem und unebenem Gelände arbeiten kann.“ “ Sie sagte.

Laut Thomasson, William B. und Sherry Berry Endowed Chair der MSU, treibt die Bewältigung anderer unvorhersehbarer Herausforderungen alle Bereiche der Landwirtschaft dazu, autonome Technologie einzuführen.

„Da die Bevölkerung wächst und mehr Menschen Arbeit in städtischen Gebieten finden, stehen immer weniger Menschen für landwirtschaftliche Arbeit zur Verfügung oder sind auch nur daran interessiert, und es ist oft schwierig, Leute zu finden, die für die Bedienung großer landwirtschaftlicher Maschinen qualifiziert sind“, sagte er.

Darüber hinaus fördern die wirtschaftlichen und ökologischen Auswirkungen herkömmlicher Erntemaschinen den Einsatz von Roboterlösungen. Die heutigen sechsreihigen Erntemaschinen mit runden Modulen, die den größten Teil der Baumwolle des Landes ernten und etwa 30 Tonnen wiegen, können den Boden soweit verdichten, dass Dünger und Wasser in den Radspuren weniger wirksam werden, was zu möglichen Ertragseinbußen führen kann. Da diese Maschinen am Ende der Saison ernten, können außerdem zweifellos Fasern aus früh blühenden Samenkapseln verloren gehen.

Thomasson räumt ein, dass diese Technologie noch einen langen Weg vor sich hat, bis sie kommerziell realisierbar ist. Er sagte jedoch, dass die Forschung im Bereich der Ernterobotersysteme in den kommenden Jahrzehnten weiterhin zu nachhaltigen Lösungen für die Probleme der Landwirtschaft führen werde.