При промышленном выращивании ягод в России по-прежнему используют преимущественно ручной труд. Однако наращивание площадей и дефицит рабочей силы, спровоцированный пандемией COVID-19, будут способствовать увеличению роли механизации в садоводстве.

С кадровой проблемой сталкиваются все мировые ягодные компании. Ответом на вызов становятся уже не только комбайны — в отрасль приходят обучаемые роботы.

Малина и ежевика

Сегодня механизирован в основном сбор кустарниковых ягод (смородины, черноплодной рябины, вишни), предназначенных для дальнейшей переработки в сок и другую продукцию.

Для сбора используют и прицепные, и самоходные комбайны. Главное отличие самоходных комбайнов от прицепных заключается в том, что такая техника приспособлена только для определённого вида ягод: для уборки малины — один, смородины — другой.

При этом каждое новое поколение специализированной техники всё бережнее обращается с нежными плодами, и последние разработки направлены на то, чтобы каждую ягодку донести до потребителя в первозданном виде.

Одними из лучших в мире для уборки малины, а также ежевики и черники считаются американские комбайны Oxbo и Korvan (Korvan c 2012 года входит в состав компании Oxbo). Последние модели полностью автоматизируют процесс, оказывая щадящее воздействие на кусты и не повреждая урожай. Есть комбайн с системой водной очистки, которая, как утверждает производитель, гарантирует получение идеально чистой малины.

В ближайшее время арсенал ягодников будет пополнен самоходными машинами. Робота для сбора малины уже разработала британская компания Fieldwork Robotics. В 2019—2020 годах прошли его полевые испытания, и сейчас инженеры готовят к выпуску коммерческую версию агрегата. Эта колёсная машина с четырьмя роботизированными «руками». Захваты с мягкими подушечками управляются датчиками и 3D-камерами и опознают спелые плоды с помощью искусственного интеллекта. Каждая «рука» будет собирать одну ягоду за 10 секунд и меньше и бросать её в лоток, где урожай сортируется по степени зрелости. За день машина сможет собрать более 25 000 ягод (рабочий за 8-часовую смену собирает примерно 15 000 ягод). Отработав технологию на малине, Fieldwork Robotics планирует распространить её на сбор других ягод, фруктов и овощей.

Земляника

Для самой популярной ягоды — садовой земляники (клубники) — в мире создано несколько независимых друг от друга разработок роботизированных сборщиков, которые в 2019—2020 годах уже прошли полевые практические испытания.

Одна из таких машин — детище испанского проекта Agrobot. Колёсный автоматизированный комбайн с руками-захватами способен поштучно собирать ягоды: для этого он оснащён индуктивными, ультразвуковыми датчиками и системой камер. Для анализа зрелости ягод используется технология искусственного интеллекта. Для управления машиной и сбора урожая с целого поля требуется один оператор. Робот с 24 манипуляторами может за 3 дня собрать ягоды с 8 гектаров.

Ещё одного «клубничного» робота разработала Dogtooth Technologies (стартап из Кембриджа). Агрегат использует технологии компьютерного зрения для определения спелых ягод и машинного обучения для разработки эффективных стратегий сбора урожая. Камеры на роботизированных манипуляторах сканируют фрукты, определяют их трёхмерное местоположение и оценивают, готовы ли они к сбору. В зависимости от заданных критериев урожай сортируется по нескольким корзинам. Один рабочий может управлять 12 такими машинами.

Сборщик клубники, созданный стартапом Harvest CROO Robotics (Флорида, США) оснащён 16 роботами-головами, каждая из которых имеет 6 рук. Рука-манипулятор сканирует, выбирает и собирает ягоды — по 3 штуки за 10 секунд. За день эта автономная машина успевает собрать урожай с 3,2 гектара, заменив труд 30 человек.

Ещё один робот с чуткими руками — бельгийской компании Octinion — способен в зависимости от сорта плода собрать 70—100% спелого урожая. Рука двигается снизу вверх и с помощью трёхмерного компьютерного зрения захватывает ягоду, фрукт или овощ двумя мягкими пластиковыми чашами, поворачивает на 90 градусов и отправляет в корзину. Прототип собирает одну ягоду раз в 4 секунды или 24 килограмма клубники в час, но может работать 24 часа в сутки.

Опытный образец робота для сбора ягод земляники разработан и российскими учёными из Федерального научного агроинженерного центра ВИМ. Робот оснащён самоходным шасси, манипулятором с 6 степенями свободы, захватом и камерами компьютерного зрения. Он определяет координаты ягоды, степень её зрелости и собирает землянику в автоматизированном режиме. Промышленное тестирование робота пройдёт летом следующего года в хозяйствах Московской области.

Яблоки, груши и томаты

Ещё одна разработка Федерального научного агроинженерного центра ВИМ — роботизированный манипулятор для сбора плодов. Сейчас алгоритмы «заточены» на яблоки, но затем будут созданы аналоги для сбора груш и томатов. Робот способен собирать урожай при различных климатических параметрах и условиях освещённости. Благодаря компьютерному зрению и сверхточным нейронным сетям он способен собрать 90% плодов. Оригинальные конструктивно-технологические параметры робота обеспечивают минимальную травмируемость и деликатный съём плода. Он создан для сбора яблок в садах интенсивного типа с высотой крон 1,5—2 метра, начинает работу с верхнего яруса. Для сбора одного плода роботу нужно 10 секунд, за час он может собрать до 288 килограммов. Летом и осенью 2021 года планируются полевые испытания машины на производствах Краснодарского края и Московской области.

Универсальный сборщик

Учёные Кабардино-Балкарского научного центра РАН разрабатывают робота-антропомиметика — манипулятора, который сопоставим по своей функциональности с рукой человека. Цели его применения будут очень широкими, но ставится задача управляться даже с «капризными» объектами, в том числе ягодами. В центре создаётся не только система управления манипулятором, но и разрабатывается оригинальная модель ИИ на основе когнитивной архитектуры, которая сможет управлять как одним роботом, так и коллективом. Один такой робот может заменить 5 человек по производительности, подсчитали учёные.

Арбуз

Арбуз — это ещё один сочный плод, механизация сбора которого могла бы существенно облегчить работу фермеров. Сейчас часто используется транспортёрная лента, но в этом случае основная нагрузка всё равно ложится на спины рабочих. Для решения этой проблемы профессора и студенты Политехнического университета Виргинии (США) разработали прототип автономного комбайна для уборки арбузов, который с помощью машинного зрения находит плод и самостоятельно подбирает его с земли. Он оснащён прослушивающим устройством, которое «шлёпает» арбуз и с помощью микрофона улавливает реверберацию, определяя степень спелости. Диапазон волн, который характеризует спелый плод, определили математически. Процесс сбора занимает всего несколько секунд. Незрелые «собратья» остаются дозревать в поле.