دست رباتیک هوشمند میوه‌های رسیده را بدون آسیب برداشت می‌کند

محققان موفق به توسعه یک گیره رباتیک نرم شده‌اند که می‌تواند میزان رسیدگی میوه را تشخیص داده و آن را بدون وارد کردن آسیب برداشت کند؛ فناوری‌ای که می‌تواند به کاهش ضایعات غذایی و افزایش بهره‌وری در بخش کشاورزی کمک کند.

به گزارش interestingengineering، این سامانه رباتیک از انگشتان نرم ساخته‌شده از سیلیکون و پلی‌یورتان بهره می‌برد که به مجموعه‌ای از حسگر‌ها مجهز هستند. این حسگر‌ها پیش از برداشت ویژگی‌هایی مانند اندازه، شکل، رنگ و سفتی میوه را ارزیابی می‌کنند تا مشخص شود آیا میوه به مرحله مناسب برداشت رسیده است یا خیر. این فناوری در آزمایش‌های انجام‌شده روی توت‌فرنگی میوه را با چرخاندن ساقه و بدون نیاز به برش از بوته جدا کرده است.

این گیره رباتیک توسط گروهی از پژوهشگران به سرپرستی آناند میشرا استادیار دانشکده مهندسی مکانیک، مواد و هوافضای دانشگاه ویرجینیای غربی (WVU)، توسعه یافته است. این پروژه ابتدا در دانشگاه کرنل آغاز شد و اکنون تحقیقات آن در دانشگاه ویرجینیای غربی ادامه دارد.

راهکاری برای یکی از چالش‌های اصلی کشاورزی

برداشت میوه‌های حساس و ظریف در زمان مناسب یکی از مهم‌ترین چالش‌های کشاورزی مدرن محسوب می‌شود. محصولاتی مانند توت‌فرنگی و تمشک تنها در بازه زمانی کوتاهی به مرحله مطلوب برداشت می‌رسند و در فرآیند برداشت، حمل‌ونقل و ذخیره‌سازی نیز به‌راحتی دچار له‌شدگی و آسیب می‌شوند.

آناند میشرا در این‌باره گفت: بازرسی سریع و دقیق میوه‌ها توسط گیره رباتیک ما می‌تواند از فساد محصولات جلوگیری کرده و هزینه‌های زنجیره تامین را کاهش دهد.

وی افزود: تصمیم‌گیری درباره زمان برداشت میوه‌ها به‌طور سنتی توسط نیروی انسانی انجام می‌شود، اما این روش با چالش‌هایی نظیر کمبود نیروی کار، نگرانی‌های بهداشتی و خطا‌های انسانی در تشخیص زمان مناسب برداشت مواجه است.

در سال‌های اخیر استفاده از ربات‌های کشاورزی به‌عنوان راه‌حلی برای این مشکلات مطرح شده است، اما بسیاری از سامانه‌های موجود برای محیط‌های کنترل‌شده گلخانه‌ای طراحی شده‌اند و عملکرد مناسبی در مزارع روباز ندارند. علاوه بر این گیره‌های رباتیک متداول به دلیل ساختار سخت و صلب خود ممکن است به میوه‌های نرم آسیب برسانند.

ترکیب حس لامسه و بینایی در یک ربات نرم

سامانه جدید با ترکیب حسگر‌های لمسی و بینایی در قالب یک طراحی نرم توانسته این محدودیت‌ها را برطرف کند. درون هر یک از انگشتان ربات، فیبر‌های نوری کشسان تعبیه شده‌اند که نقش حسگر‌های لمسی و تشخیص انحنا را ایفا می‌کنند. همچنین یک دوربین کوچک و حسگر فاصله‌سنج در کف دست ربات نصب شده است.

این گیره پنج‌انگشتی قادر است شکل، میزان سفتی و درجه رسیدگی میوه را تشخیص دهد و در عین حال لغزش احتمالی آن را هنگام جابه‌جایی شناسایی کند. پژوهشگران اعلام کرده‌اند این سامانه در کمتر از دو ثانیه باز و بسته می‌شود توانایی بلند کردن اجسامی تا وزن یک کیلوگرم را دارد و در پیش‌بینی شکل اشیا به دقتی نزدیک به ۱۰۰ درصد دست یافته است.

به گفته تیم تحقیقاتی این فناوری می‌تواند برای میوه‌هایی که نشانه‌های ظاهری واضحی از رسیدگی ندارند نیز بسیار مفید باشد. برای مثال در مورد آووکادو کشاورزان معمولا برای تعیین زمان برداشت به حس لامسه متکی هستند، زیرا ظاهر میوه اطلاعات دقیقی درباره میزان رسیدگی آن ارائه نمی‌دهد.

کاربرد‌هایی فراتر از کشاورزی

میشرا درباره رویکرد تحقیقاتی گروه خود گفت: نام آزمایشگاه ما در دانشگاه ویرجینیای غربی Robiotics Lab است، زیرا روی ربات‌هایی کار می‌کنیم که از سیستم‌های زیستی الهام گرفته‌اند. ما ربات‌های نرم، انعطاف‌پذیر و لاستیکی طراحی می‌کنیم که رفتار آنها مشابه موجودات زنده است.

طراحی این گیره رباتیک از ساختار‌های زیستی الهام گرفته و از نظر ظاهری شباهت‌هایی به دست انسان و همچنین ستاره دریایی دارد. پژوهشگران می‌گویند ساختار نرم این سامانه باعث می‌شود نیرو‌ها را به شکلی متفاوت از ربات‌های سخت جذب کند و همین ویژگی آن را برای کار با اشیای حساس و شکننده مناسب می‌سازد.

علاوه بر کاربرد‌های کشاورزی، این فناوری می‌تواند در حوزه‌های دیگری نیز مورد استفاده قرار گیرد. به گفته پژوهشگران این سامانه قابلیت بهره‌برداری در مأموریت‌های اکتشاف فضایی، مراقبت‌های سلامت، صنایع غذایی و عملیات زیرآبی را دارد.

میشرا در این خصوص توضیح داد: در حوزه رباتیک پزشکی ترکیب حسگر‌های لمسی و تشخیص انحنا می‌تواند عملکرد تجهیزات پوشیدنی و سامانه‌های توان‌بخشی را بهبود ببخشد.

پژوهشگران معتقدند استفاده هم‌زمان از مواد نرم و حسگر‌های پیشرفته می‌تواند به نسل جدیدی از ربات‌ها منجر شود که تعامل ایمن‌تر و موثرتری با محیط اطراف و اشیای مختلف داشته باشند.

نتایج این پژوهش در نشریه علمی Nature Communications منتشر شده است.