"El robot es una herramienta que ayudará al agricultor a realizar tareas que no son fáciles de automatizar"

Investigadores del Instituto de Robótica e Informática Industrial (IRI) y de la Unidad de Mecanización Agraria (UMA) de la UPC trabajan con otros centros de investigación y empresas europeas en el desarrollo de robots colaborativos. El proyecto europeo CANOPIES tiene el objetivo de explorar un nuevo paradigma de colaboración entre personas y robots en el contexto de la agricultura de precisión para cultivos permanentes, en concreto, en las operaciones de recolección y poda de viñedos de uva de mesa.

Desde principios del siglo 20, se han hecho numerosos avances en el incremento de la productividad del trabajo en la agricultura. Mientras que la mano de obra ha sido el elemento central en cualquier actividad agrícola, el enfoque actual es el desarrollo de soluciones tecnológicas eficientes basadas en robótica e inteligencia artificial para la sostenibilidad futura de la agricultura. El proyecto CANOPIES es un proyecto europeo del programa H2020 cuyos avances pueden verse en la web (https://www.project-canopies.eu/).

El proyecto explorará un nuevo paradigma de colaboración robot-humano trabajando al aire libre, y como caso de estudio se concentrará en operaciones de recolección y poda de uva de mesa. El proyecto demostrará como un equipo de robots de tipologías diferentes, algunos de ellos con brazos robóticos, otros con capacidades de transporte, operarán conjuntamente con los agricultores, abriendo nuevos enfoques en la gestión de los campos y de la cosecha.

Figura 1. Esquema del trabajo colaborativo robot–agricultor en el proyecto CANOPIES.

Al ser un proyecto de investigación, el objetivo principal es el diseño y desarrollo de nuevas técnicas y metodologías, en las que los robots puedan operar autónomamente y también en colaboración con los agricultores de forma que grupos de robots puedan realizar tareas complejas en las que robots y operarios trabajen conjuntamente de forma segura y eficiente. Ejemplos de estas tareas son recolección de uva, poda, recogida y transporte de la uva o fumigación selectiva.

En CANOPIES investigaremos en las tres primeras tareas. En cada una de ellas, el robot tiene que disponer de las habilidades adecuadas, por ejemplo, percibir el entorno para detectar donde esta el racimo de uva y las ramas, para de esta forma encontrar el pedúnculo que lo une al arbusto para poderlo agarrar y cortar a la vez sin dañar a los demás racimos. Esta tarea, que los agricultores realizan de forma habitual, es de gran complejidad, si se tiene en cuenta que los racimos o los pedúnculos, suelen estar parcialmente ocultos por las hojas u otros racimos o enredados con otras ramas. En este ejemplo, la colaboración entre el robot y el operario puede darse para resolver casos en los que el robot es incapaz de realizarlo de forma autónoma, por ejemplo, cuando los pedúnculos no puedan verse, o para facilitar las tareas de poda, en donde el robot no es capaz de discernir cuál es la localización de la zona de corte.

En el proyecto se están desarrollando dos tipos de robots. Un robot bi-manipulador semejante a un robot humanoide, es decir con dos brazos robóticos, montado en una plataforma de orugas, y una plataforma robótica para el transporte de las cajas de los racimos. El robot bi-manipulador es el que hará las operaciones de detección de la uva y del pedúnculo, y el corte y traslado del racimo a la caja. También hará la operación de detección de las ramas a podar y la poda. La plataforma robótica, realizará el traspase de las cajas entre robots y transportará las cajas al almacén. La Figura 2 muestra el robot bi-manipulador IVO, del IRI, semejante al que se esta diseñando para el CANOPIES, pero que en lugar de disponer de orugas tiene ruedas y que las garras son diferentes.

Figura 2. Robot bi-manipulador IVO en el laboratorio del IRI para el proyecto CANOPIES.

La UPC colabora en este proyecto con dos centros de investigación: el IRI-UPC: Institut de Robòtica i Informàtica Industrial (CSIC, UPC) y la UMA-UPC: Unitat de Mecanització Agrària (UPC). El IRI-UPC está desarrollando el sistema de detección de los racimos de las uvas, la detección del pedúnculo y de las ramas para la poda. Además, desarrolla el sistema de guía por sistemas de percepción para el corte del pedúnculo y de las ramas. El IRI-UPC también desarrolla la predicción del movimiento de las extremidades del operario, para que el robot pueda colaborar con él de forma segura y anticipándose a sus maniobras para ayudarlo en las diversas tareas. La UMA-UPC está trabajando en todos los aspectos relacionados con la agricultura, definiendo los procedimientos, ayudando al diseño de los componentes robóticos y monitorizando la experimentación en el campo.

Un robot colaborativo es aquel que puede trabajar con las personas para hacer una tarea conjuntamente. La colaboración puede hacerse a distancia, muy cerca o hasta entrar en contacto físico el robot y el humano. La colaboración a distancia puede ser por ejemplo, que el operario le indique al robot por donde debe cortar una rama en la poda cuando las ramas están entrelazadas, o donde hay que colocar la caja una vez se ha hecho la recolecta. Una colaboración de proximidad, puede ser que el robot aparte las ramas para que el operario pueda cortar un racimo cuyo pedúnculo este entrelazado con otras ramas. Una tarea de contacto puede ser la que el humano lleve físicamente al robot hasta un lugar en donde su sistema de percepción no sea capaz de detectar el punto de agarre. En la Figura 3 puede verse una simulación de las tareas de colaboración robot-humano.

La robótica tendrá un impacto muy importante en agricultura. Ejemplos de ello son siembra, recolección, fumigación, poda, monitorización, desbroce, transporte, etc. Muchas de estas tareas ya se pueden automatizar y se están desarrollando robots que las están realizando de forma autónoma (por ejemplo, tractores autónomos). Ahora bien, hay otras tareas en donde la automatización no es tan sencilla ni directa de aplicar, por ejemplo porque el campo está en una pendiente o los frutos están entrelazados y son difíciles de cortar. En estas circunstancias, el agricultor dispone del conocimiento y las herramientas para superar los imprevistos. El robot será una nueva herramienta mucho más sofisticada que dispone de capacidades de movilidad, manipulación, percepción, planificación y ejecución y que ayudará al agricultor a realizar tareas que hasta ahora no son fáciles de automatizar. Un ejemplo es la recolección de uva de mesa.

Este tipo de cultivo se realiza de forma manual y no es fácil de automatizar, y además presenta una elevada complejidad. Los racimos de uva de mesa deben ser recolectados sin apenas tocarlos, es decir, se deben cortar y recogerlos sin dañar el fruto. Además, los racimos suelen estar entrelazados y parcialmente ocultos por las hojas. Por otro lado, estas operaciones son intensivas en mano de obra.

La incorporación de un robot bi-manipulador permitirá analizar con qué habilidades debemos dotar al robot para que sea capaz de realizar las operaciones que hace un agricultor, y además que lo pueda ayudar en aquellas situaciones en las que el robot no puede hacerlas de forma autónoma, pero puede facilitar la operación al agricultor. Además, permitirá estudiar el paradigma de colaboración robot-humano en un entorno no controlado y al aire libre, que será de suma importancia para otras tareas en el futuro.

Al ser un proyecto de investigación, la finalidad no es la automatización de estas tareas, sino cómo se debe diseñar un robot para que pueda realizarlas y además sea seguro cuando trabaje en un entorno con agricultores.

Ya que el objetivo del proyecto es el diseño y desarrollo del paradigma de colaboración robot-humano y su prueba en un caso de uso en agricultura, no es posible en este momento predecir cuándo se podrá desarrollar la tecnología a un precio que el mercado pueda adquirirla.