Mặc dù nguyên mẫu không nhanh và hiệu quả như một nông nhân, nhưng nó cho thấy việc sử dụng robot trong nông nghiệp có thể được mở rộng như thế nào, ngay cả đối với các loại cây trồng như rau diếp băng đặc biệt khó khăn trong việc thu hoạch bằng máy móc. Kết quả được công bố trên Tạp chí Robotics Field.

Các loại cây trồng như khoai tây và lúa mì đã được thu hoạch một cách cơ học trong nhiều thập kỷ, nhưng nhiều loại cây trồng khác lại không phù hợp cho việc thu hoạch tự động hóa. Rau diếp bắp cải là một trong những cây trồng như vậy. Mặc dù là loại rau diếp phổ biến nhất được trồng ở Anh, rau này dễ bị hư hại và phát triển tương đối bằng phẳng trên mặt đất, đặt ra một thách thức cho robot khi thu hoạch.

"Mỗi lĩnh vực là khác nhau, mỗi loại rau diếp đều khác nhau", Simon Birrell, đồng tác giả của Bộ Kỹ thuật Cambridge cho biết. "Nhưng nếu chúng ta có thể làm cho một máy gặt đập robot làm việc với rau xà lách, chúng ta cũng có thể làm cho nó hoạt động với nhiều loại cây trồng khác".

Hiện tại, thu hoạch là phần duy nhất của vòng đời rau diếp được thực hiện thủ công và nó đòi hỏi rất nhiều về thể chất.

Đầu tiên Vegebot xác định cây trồng 'mục tiêu' trong tầm nhìn của nó, sau đó xác định xem một loại rau diếp cụ thể có khỏe mạnh và sẵn sàng để thu hoạch hay không, và cuối cùng cắt rau diếp từ phần còn lại của cây mà không nghiền nát nó. "Đối với con người, toàn bộ quá trình mất vài giây, nhưng đó là một vấn đề thực sự khó khăn đối với một con robot", đồng tác giả Josie Hughes nói.

Vegebot có hai thành phần chính: hệ thống thị giác máy tính và hệ thống cắt. Camera trên Vegebot chụp ảnh trường rau diếp và đầu tiên xác định tất cả các loại rau diếp trong ảnh, sau đó cho mỗi rau diếp, phân loại xem có nên thu hoạch hay không. Một loại rau diếp có thể bị từ chối vì nó chưa trưởng thành hoặc nó có thể có một bệnh có thể lây sang các loại rau diếp khác trong vụ thu hoạch.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển và đào tạo một thuật toán học máy trên hình ảnh ví dụ của rau diếp. Một khi Vegebot có thể nhận ra rau diếp tốt cho sức khỏe trong phòng thí nghiệm, sau đó nó được đào tạo trong lĩnh vực này, trong nhiều điều kiện thời tiết khác nhau, trên hàng ngàn rau diếp thật.

Một camera thứ hai trên Vegebot được đặt gần lưỡi cắt và giúp đảm bảo vết cắt mượt mà. Các nhà nghiên cứu cũng có thể điều chỉnh áp lực trong cánh tay kẹp của robot để nó giữ cho rau diếp đủ chắc chắn để không làm rơi nó, nhưng không quá chắc để nghiền nát nó. Lực kẹp có thể được điều chỉnh cho các loại cây trồng khác.

"Chúng tôi muốn phát triển các phương pháp không nhất thiết phải cụ thể đối với rau xà lách, để chúng có thể được sử dụng cho các loại cây trồng trên mặt đất khác", Iida, người đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết.

Trong tương lai, người thu hoạch robot có thể giúp giải quyết các vấn đề về tình trạng thiếu lao động trong nông nghiệp, và cũng có thể giúp giảm chất thải thực phẩm. Hiện tại, mỗi cánh đồng thường được thu hoạch một lần và bất kỳ loại rau hoặc trái cây chưa chín nào cũng bị loại bỏ. Tuy nhiên, một người gặt đập robot có thể được huấn luyện để chỉ hái rau chín và vì nó có thể thu hoạch suốt ngày đêm, nó có thể thực hiện nhiều lần trên cùng một cánh đồng, trở lại vào một ngày sau đó để thu hoạch rau chưa chín trong những lần đi trước.

"Chúng tôi cũng đang thu thập nhiều dữ liệu về rau diếp, có thể được sử dụng để cải thiện hiệu quả, chẳng hạn như lĩnh vực nào có năng suất cao nhất", Hughes nói. "Chúng tôi vẫn phải tăng tốc độ Vegebot của chúng tôi đến mức có thể cạnh tranh với con người, nhưng chúng tôi nghĩ rằng robot có rất nhiều tiềm năng trong công nghệ nông nghiệp".