Onderzoekers van Cornell University hebben een zachte robotgrijper ontwikkeld die met behulp van rekbare glasvezelsensoren kan inschatten of een aardbei rijp is. De grijper voelt de vrucht, bepaalt aan de hand van de gemeten stevigheid of deze klaar is om geplukt te worden, en draait de aardbei vervolgens voorzichtig van de plant zonder haar te beschadigen.
De technologie is ontwikkeld in het lab van Rob Shepherd, hoogleraar werktuigbouwkunde aan Cornell University. Zijn team werkte samen met Marvin Pritts, hoogleraar tuinbouw en mondiale ontwikkeling, die onderzoek doet naar duurzame productiemethoden voor bessengewassen. De resultaten zijn gepubliceerd in Nature Communications. De hoofdauteur van de studie is voormalig postdoctoraal onderzoeker Anand Mishra.
Voor het trainen en testen van de robot kozen de onderzoekers voor aardbeien. Die zijn geschikt als modelvrucht omdat hun rijpheid goed visueel te controleren is aan de hand van kleur. Daardoor konden de onderzoekers de metingen van de robot vergelijken met een duidelijke externe maatstaf. Volgens Shepherd kon het team op basis van de gemeten stevigheid nauwkeurig bepalen of een aardbei op het juiste moment kon worden geplukt.
De grijper gebruikt twee verschillende glasvezelsensoren. De ene meet de kromming van de robotvinger, de andere registreert de druk op de vingertop. Zo kan het systeem de vorm van een object inschatten en de grip daarop aanpassen. Het doel is om rijp fruit stevig genoeg vast te houden om het te kunnen plukken, maar zacht genoeg om kneuzingen te voorkomen.
Een belangrijk verschil met hardere grijpers is dat de sensoren dezelfde mechanische eigenschappen hebben als het zachte materiaal van de robotvingers. Daardoor functioneren ze volgens Shepherd meer als een tastzin in het materiaal zelf, in plaats van als losse meetcomponenten die op de grijper zijn aangebracht.
Ook de plukbeweging is aangepast aan de kwetsbaarheid van de vrucht. De onderzoekers voegden een planetair tandwielmechanisme toe waarmee de robotpols kan draaien. Nadat de aardbei is vastgepakt, wordt de vrucht van de plant getwist in plaats van getrokken. Dat moet voorkomen dat de vrucht of de plant onnodig wordt belast.
In de palm van de grijper is daarnaast een camera geplaatst. Die kan helpen om vruchten te vinden die deels achter bladeren of andere vegetatie verscholen zitten. Toch ligt de toegevoegde waarde van het systeem vooral bij situaties waarin rijpheid niet eenvoudig met het oog te bepalen is. De onderzoekers noemen onder meer avocado’s, ananassen en pawpaws als voorbeelden van vruchten waarbij tastinformatie belangrijk kan zijn.
Volgens Cornell kan de technologie op termijn bijdragen aan een meer veerkrachtige en duurzamere voedselproductie. Kleine, zachte robots zouden bijvoorbeeld kunnen worden ingezet in teeltsystemen die minder zijn ingericht op grote machines en monoculturen. Shepherd wijst erop dat landbouw nu vaak wordt georganiseerd rond gewassen die passen bij bestaande machines. Met grotere aantallen kleinere robots zouden gemengde teeltsystemen beter mogelijk kunnen worden, waarbij verschillende gewassen elkaar ondersteunen.
Dat kan volgens de onderzoekers voordelen bieden voor plaagbestrijding, droogteresistentie en het verminderen van het gebruik van pesticiden en kunstmest. De robotgrijper is daarmee niet alleen een toepassing voor het zorgvuldig plukken van kwetsbaar fruit, maar ook een bouwsteen voor een bredere verschuiving naar robotica die beter past bij gevarieerdere en duurzamere landbouwsystemen.
Foto: Rebecca Bowyer
