Tecnologia Científica

Framboesa de silicone usada para treinar robôs de colheita
As framboesas são a fruta definitiva do verão. Famosos por sua cor escarlate atraente e estrutura distinta, eles consistem em dezenas de drupeletas carnudas com uma polpa doce, mas levemente ácida.
Por Anne-Muriel Brouet - 29/03/2022


Kai Junge, estudante de doutorado e primeiro autor do artigo que será apresentado na conferência RoboSoft 2022, de 4 a 8 de abril de 2022, Edimburgo. Crédito: Anne-Muriel Brouet/EPFL

As framboesas são a fruta definitiva do verão. Famosos por sua cor escarlate atraente e estrutura distinta, eles consistem em dezenas de drupeletas carnudas com uma polpa doce, mas levemente ácida. Mas essa estrutura delicada também é sua principal fraqueza, pois os deixa vulneráveis ​​até mesmo ao menor arranhão ou contusão. Os agricultores sabem muito bem que as framboesas são uma fruta difícil de colher – e isso se reflete em seu preço. Mas e se robôs, equipados com atuadores e sensores avançados, pudessem ajudar? Engenheiros do laboratório de Design e Fabricação de Robôs Computacionais (CREATE) da EPFL decidiram enfrentar esse desafio.

Os custos trabalhistas altíssimos e a escassez de trabalhadores fazem com que os agricultores percam milhões de dólares em produtos a cada ano – e o problema é ainda mais grave quando se trata de culturas delicadas, como framboesas . Mas, por enquanto, não há alternativa viável para colher a fruta manualmente. "É um dilema emocionante para nós, engenheiros de robótica", diz Josie Hughes, professora da CREATE. "A temporada de colheita da framboesa é tão curta e os frutos são tão valiosos que desperdiçá-los simplesmente não é uma opção. Além disso, o custo e os desafios logísticos de testar diferentes opções no campo são proibitivos. Por isso decidimos execute nossos testes no laboratório e desenvolva uma réplica de framboesa para treinar robôs de colheita."

Uma ferramenta de treinamento para robôs

Para os não iniciados, escolher uma framboesa não é tarefa fácil. Você tem que segurar a baga por baixo, agarrá-la suavemente entre o polegar e o dedo indicador , depois puxá-la com cuidado até que ela se solte do receptáculo – a parte da fruta que permanece presa à planta – e caia na palma da sua mão. Para ajudar os robôs de colheita a se acostumarem com essa tarefa, os engenheiros da CREATE projetaram e construíram uma framboesa de silicone que pode "dizer" ao robô quanta pressão está sendo aplicada, tanto enquanto a fruta ainda está presa ao receptáculo quanto depois de ser liberada. As propriedades da framboesa de silicone podem ser ajustadas para simular a resistência da fruta e exigir que o robô exerça a força de colheita necessária. Graças a esse feedback, os robôs podem ser treinados para colher a fruta sem danificá-la. "Nossa framboesa sensorizada, juntamente com um programa de aprendizado de máquina, pode ensinar um robô a aplicar a quantidade certa de força", explica Ph.D. estudante Kai Junge. "A parte mais difícil é treinar o robô para afrouxar o aperto quando a framboesa se soltar do receptáculo para que a fruta não seja esmagada. Isso é difícil de conseguir com robôs convencionais."

Por baixo de sua forma anormalmente uniforme e superfície rosa levemente translúcida, a réplica de framboesa da CREATE é uma impressionante façanha de engenharia. Sua carne é feita de silicone e seu receptáculo de plástico impresso em 3D; também contém um sensor fluídico composto por um tubo de silicone macio para medir a força de compressão aplicada pelo robô. A força de tração que mantém a fruta e o receptáculo juntos é gerada por dois ímãs.

Por enquanto, o robô de colheita do laboratório é pouco mais do que uma garra com dois dedos impressos em 3D cobertos com uma fina camada de silicone e presos a um braço robótico. Mesmo assim, os engenheiros tiveram que sacrificar mais de uma dúzia de framboesas para calibrar sua pinça no laboratório. Eles então realizaram uma série de testes, primeiro colhendo a réplica de framboesa à mão e depois usando o sistema robótico.

Embora a equipe CREATE tenha demonstrado a prova de conceito de seu design, a tecnologia em si está longe de estar madura. "É incrivelmente desafiador", diz Hughes. "Até agora temos usado um sistema de feedback muito simples em nosso robô. O próximo passo será projetar e construir controladores mais complexos para que os robôs possam colher framboesas em uma escala maior sem esmagá-las." Os engenheiros estão atualmente desenvolvendo um sistema de câmera que permitirá aos robôs não apenas “sentir” as framboesas, mas também “ver” onde estão localizadas e se estão prontas para serem colhidas. Eles planejam testar seu robô de colheita no campo neste verão, no auge da temporada local de framboesas.

"Esse tipo de sistema também pode ser usado para colher outras frutas, por exemplo", diz Hughes. "Também gostaríamos de desenvolver tecnologia para outras frutas macias e aplicar esse conceito de gêmeos físicos a tarefas mais complicadas, como outras frutas vermelhas, tomates, damascos ou uvas".

 

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