과학자들이 아칸소에서 블랙베리를 따는 로봇 손을 개발한 방법

10개의 팔이 있고 각 팔에 세 개의 손가락이 달린 실리콘 그리퍼가 달린 자동 양발 로봇이 블랙베리 줄을 헤쳐나가고 있다고 상상해 보십시오. 노동력 부족에 직면한 블랙베리 농장의 미래가 어떻게 될 것인지에 대한 아이디어를 얻을 수 있습니다.

아칸소와 조지아의 연구자들은 일반적으로 품질을 유지하기 위해 인간의 손으로 수확하는 섬세한 신선 시장 블랙베리를 이제 로봇도 수확할 수 있음을 보여주었습니다.

"블랙베리 농장을 걷는 로봇을 상상해 보십시오. 로봇에는 팔이 10개 있습니다."라고 University of A System Division of Agriculture의 연구 부문인 Arkansas Agricultural Experiment Station의 식품 과학 연구 과학자인 Renee Threlfall은 말했습니다.

Threlfall과 다른 세 명의 저자는 로봇 수확을 연구해 왔으며 최근 그들의 연구로 미국 원예 과학 협회로부터 뛰어난 과일 출판상을 받았습니다. 이 상은 자율 블랙베리 수확 로봇을 개발하기 위해 부드러운 로봇 손을 개발하기 위한 토대를 마련한 연구에 대한 기사를 인정한 것입니다.

블랙베리를 수확하기 위한 힘 매개변수를 설정하는 연구는 이전에 앨버타 대학교 기계 공학과 조교수였던 Yue Chen과 함께 앨버타 대학교 교육감의 혁신 및 협력 기금 보조금을 통해 부분적으로 자금을 지원 받았습니다. Chen은 현재 Georgia Institute of Technology와 Emory University의 의생명공학과 조교수입니다. 아칸소 농무부의 특수 작물 블록 보조금도 초기 연구를 지원했습니다.

Andrea L. Myers는 U of A의 식품 과학 대학원생으로서 이 출판물의 주요 저자였습니다. 그녀는 Chen 및 Georgia Tech의 로봇 공학 및 지능형 기계 연구소의 로봇 공학 박사 과정 학생인 Anthony Gunderman과 함께 Threlfall과 협력했습니다. Gunderman은 이전에 U of A에서 기계 공학 박사 과정을 밟았습니다.

2022년 논문 "로봇 수확을 위한 소프트 로봇 그리퍼를 개발하기 위한 신선 시장 블랙베리의 손 수확 매개 변수 및 수확 후 시장성에 미치는 영향 결정"이 HortScience 저널에 게재되었습니다.

Myers는 이 프로젝트 과정의 첫 번째 단계는 과일 손상을 최소화하면서 손으로 블랙베리를 따는 데 필요한 힘의 양을 확립하는 것이라고 말했습니다. 블랙베리를 수확하는 데는 힘의 단위인 1뉴턴의 절반 정도가 소요되는 것으로 나타났습니다. 간단히 말해서 1뉴턴은 사과나 캔디 바와 같은 작은 물체를 들어 올리는 데 필요한 노력으로 생각할 수 있다고 마이어스는 말했습니다.

블랙베리를 따는 데 필요한 힘의 양을 파악하고 베리에 손상을 최소화하기 위해 프로젝트 팀은 인간의 손이 블랙베리를 잡고 수확하는 데 사용하는 힘을 측정하는 생체 인식 센서가 장착된 실리콘 손가락 슬리브를 고안했습니다.

Myers는 인간이 착용하는 힘 감지 장치를 사용하여 2020년 아칸소의 상업용 재배자인 Sta-N-Step Farm과 Neal Family Farm에서 2,000개 이상의 블랙베리를 수확했습니다. 데이터에 따르면 엄지손가락이 가장 큰 힘을 가했고 그 다음이 중간, 검지와 약지. 아칸소에서 개발된 네 가지 신선 시장 품종이 선택되었습니다: Natchez, Osage 및 상표 등록된 Prime-Ark Traveler 및 Sweet-Ark Caddo. 블랙베리는 화씨 35도에서 21일간 냉장 보관한 후 평가되었습니다.

연구원들은 힘 감지 장치가 있는 경우와 없는 경우의 블랙베리 품질을 비교한 결과 손가락 슬리브가 베리 품질에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 또한 연구에 따르면 블랙베리를 수확하려면 부속물이 4개가 아닌 3개만 필요하다는 사실도 밝혀졌습니다.

연구의 두 번째 단계는 2021년에 공동 작업자인 Chen 및 Gunderman과 함께 U of A에 있는 동안 수행되었습니다. 그곳에서는 두꺼운 기타 줄을 힘줄로 사용하여 세 갈래의 힘줄 구동 소프트 로봇 그리퍼가 개발되었습니다. 그리퍼로 블랙베리를 잡고 안정화하고 수확하는 데 가해진 힘은 21일 동안 냉장 보관한 후에도 과도한 손상을 일으키지 않았습니다.