Роботизированное опыление в закрытых вертикальных фермах способно существенно снизить трудоемкость и повысить эффективность выращивания сельскохозяйственных культур в городских условиях. В отличие от традиционных полей, такие фермы обеспечивают круглогодичное производство, экономят воду и землю, не требуют пестицидов и сокращают выбросы CO2 от транспортировки, однако лишены естественных опылителей, что вынуждает людей выполнять эту работу вручную.
Для решения этой задачи группа исследователей из Технологического института Джорджии разработала прототип робота, способного эффективно опылять растения с обоеполыми цветами, где пыльцу нужно переносить внутри одного цветка. Ранее фермеры в помещениях часто использовали кисточки или электрические зубные щетки, имитируя работу пчел.
Ведущий инженер-исследователь Ай-Пин Ху, много лет изучающий методы опыления в закрытых помещениях, отметил, что ключевой задачей было обучение робота точно определять положение каждого цветка — его ориентацию, форму и симметрию. «Крайне важно знать, в каком направлении повернуты цветы. К цветку нужно подходить спереди, потому что именно там находятся все биологические структуры. Зная положение цветка, вы поймете, где находится стебель. Наше устройство захватывает стебель и встряхивает его, чтобы удалить пыльцу. У каждого цветка своя поза, и нужно знать, какая именно, с точностью до 10 градусов», — сказал Ху.
Магистрант по робототехнике Харш Мурики применил компьютерное зрение, прикрепив камеру к роботу FarmBot (используемому для полива и распыления пестицидов, но не для опыления), чтобы сделать десятки снимков клубничных кустов с разных ракурсов. «Мы восстанавливаем изображения цветка в 3D-модель и используем метод, который преобразует 3D-модель в несколько 2D-изображений с информацией о глубине. Это позволяет нам отправлять их детекторам объектов», — пояснил он, используя систему YOLO (You Only Look Once) для классификации.
Студент факультета компьютерной инженерии Вед Сенгупта усовершенствовал алгоритмы преобразования 3D-изображений в 2D, что стало важнейшей частью процесса. «Существует большой разрыв между обработкой 3D и 2D изображений. В интернете не так много данных по обнаружению 3D-объектов, но зато их огромное количество по 2D. Нам удалось получить отличные результаты из преобразованных изображений, и я думаю, что любая технологическая отрасль может этим воспользоваться», — сказал Сенгупта.
Статья о работе, написанная Сенгуптой, Мурики и Ху, была принята к публикации на Международной конференции по робототехнике и автоматизации (ICRA 2025) в Атланте. В настоящее время робот-прототип не только опыляет, но и анализирует каждый цветок, оценивая качество опыления и шансы на размножение. «У него есть дополнительная возможность микроскопического исследования, — сказал Ху. — Это первое известное нам устройство, которое предоставляет визуальную обратную связь о том, насколько хорошо был опылен цветок».
