Вагенингенский университет (Нидерланды, WUR) изучает, как моделирование может ускорить и усовершенствовать разработку роботов для сбора урожая на тепличных предприятиях. Исследователи создают смоделированную тепличную среду, в которой роботы и томатные растения взаимодействуют реалистично.

На практике тестирование роботов в тепличных условиях представляет собой сложную задачу. Растения растут, условия меняются, и каждый урожай необратимо изменяет ситуацию. В результате повторить испытания в идентичных условиях сложно. Поэтому WUR разрабатывает среду моделирования, которая в цифровом виде воспроизводит эту динамическую обстановку, позволяя систематически и воспроизводимо тестировать конструкции роботов и системы управления.

«Моделирование роботов довольно распространено в контролируемых средах, таких как автозаводы, но в тепличной отрасли это действительно новшество, — говорит Арьян Вроегоп, исследователь из WUR и руководитель проекта. — Здесь вы имеете дело с живыми растениями и значительными природными вариациями. Это значительно усложняет моделирование».

В основе исследования лежит интеграция экспертных знаний со всего университета. В рамках проекта «Цифровой двойник» тесно сотрудничают специалисты в области робототехники, моделирования, физиологии растений и 3D-моделирования. Цель состоит не только в моделировании движений роботов, но и самого растения, включая его структуру, изменчивость и физические свойства.

«В предыдущих исследовательских проектах мы работали над моделированием урожая и имитацией роста, — объясняет Вроегоп. — Но реалистичное визуальное представление на том этапе не было обязательным. В этом проекте оно необходимо, поскольку робот должен уметь определять местоположение плодов и физически взаимодействовать с ними».

Модели растений разрабатываются исследователями в области физиологии сельскохозяйственных культур. За 3D-моделирование томатов отвечает исследователь из WUR Маартен ван дер Меер. «Мы измеряем реальные растения и виртуально реконструируем их, используя фиксированные протоколы измерений, — говорит он. —Допуская вариации в пределах измеренных параметров, таких как высота растения, ориентация листьев и положение плодов, мы можем создавать широкий спектр реалистичных моделей растений».

По словам Ван дер Меера, это разнообразие имеет решающее значение. «Робот также должен уметь справляться с неидеальными ситуациями, когда до плодов трудно дотянуться. Мы хотим иметь возможность тестировать эти сценарии непосредственно в рамках симуляции».

Данная модель используется в совместном проекте с технологической компанией Denso и ее дочерней компанией Certhon, которые разрабатывают робота для сбора томатов. В условиях имитируемой теплицы взаимодействие робота и томатного растения можно поэтапно тестировать в идентичных условиях. Это позволяет систематически сравнивать корректировки конструкции и обновления программного обеспечения.

В настоящей теплице это практически невозможно, поскольку растения продолжают расти, и каждый урожай навсегда меняет условия. Цифровое моделирование этих изменений позволяет быстрее завершать циклы разработки, чем при использовании исключительно физических испытаний.

Сотрудничество началось в мае 2024 года. С тех пор была создана функционирующая среда моделирования, в которой моделируются как робот, так и томатная культура. Эта среда также генерирует синтетические данные, такие как семантическая сегментация и сегментация экземпляров, которые используются для обучения моделей обнаружения.

На текущем этапе проекта основное внимание уделяется дальнейшей автоматизации тестирования роботов и совершенствованию взаимодействия робота с оборудованием. Это позволяет быстрее и эффективнее оценивать различные варианты развития проекта.