Собрать с дерева, полное ведро нежных плодов красного тутовника очень непростая задача. Каждую из этих сочных ягод, продаваемых в продуктовом магазине или на рыночных столах, приходится собирать вручную, потому что фрукт можно легко повредить или вообще испортить. В Узбекистане «окно сбора урожая» приходится на самый разгар жарких летних месяцев. Кроме того, все ягоды на одном дереве не созреют для сбора одновременно, поэтому может потребоваться несколько сборов, чтобы собрать все плоды.

Биомедицинский инженер-робототехник Юэ Чен вместе с сотрудниками Технологического института Джорджии и Университета Арканзаса работает над автономным роботизированным решением этой непосильной работы. И хотя этот инструмент кажется далеким от традиционной сферы биомедицинской инженерии, однажды эта система может привести к инновациям в малоинвазивной хирургии.

Их работа может помочь преобразовать сельское хозяйство, превратив сбор фруктов — изнурительную и трудоемкую человеческую задачу — в быстрое и легкое для сельскохозяйственных рабочих. Эти усилия получили новый импульс в последнее время, поскольку исследователи указывают на ухудшение условий для сельскохозяйственных рабочих на фоне климатического кризиса, включая сильную жару и дым от лесных пожаров, а также нехватку рабочих после пандемии. Эта технология может привести к улучшению условий труда и безопасности работников. Но этот результат зависит от того, как роботы будут развернуты на полях, говорят организации сельскохозяйственных рабочих.

«Сбор урожая — отличная отправная точка для проверки такого рода технологии мягкой робототехники в реальных приложениях», — сказал Чен, доцент кафедры биомедицинской инженерии Уоллеса Х. Коултера в Технологическом институте Джорджии и Университете Эмори.

«Я специалист по медицинскому оборудованию; Я пытаюсь разработать очень ловкое устройство, которое очень послушно, чтобы спасать жизни пациентов. Я занимаюсь множеством математических, инженерных и механических задач, и с этой точки зрения получение ягод с растения очень похоже на удаление опухоли из тела», — сказал он. «Вы хотите идентифицировать цель, выполнить планирование пути, достичь цели, очень осторожно удалить цель и, что наиболее важно, избежать повреждения окружающих тканей, таких как кровеносный сосуд или нерв».

Первым достижением исследователей является мягкий роботизированный захват, который может аккуратно захватывать и снимать ежевику с растения без повреждений. На этой неделе они представят устройство на крупнейшей в мире конференции по исследованиям в области робототехники — Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации. Прототип захвата напоминает выпуклую трехпалую руку, и это не случайно. Работая с опытным исследователем ежевики Рене Трелфолл из Университета Арканзаса, команда создала сенсорную перчатку и собрала данные о силе, необходимой для сбора ягод, и типичной технике сборщиков.

«Во-первых, мы охарактеризовали, какое усилие генерирует рука, сколько пальцев мы используем, чтобы схватить ягоды — на самом деле мы не используем все пять пальцев, мы используем три пальца для захвата, и мы охарактеризовали все это», — сказал Чен. .

Имея данные о силе и понимание трех пальцев, Чен и его команда приступили к разработке. Они использовали человеческую руку для вдохновения, в конечном итоге используя мягкий силикон и встроенные датчики силы для «пальцев» и уникальную систему сухожилий для движения.