Xác định nông sản cần lấy, phun thuốc trừ sâu, thu hoạch là những việc mà robot nông dân có thể thực hiện trên đồng ruộng trong tương lai, các nhà khoa học Israel khẳng định. Các robot hiện nay hầu như chưa thể xác định được những quả có thể thu hoạch trên cây. Ảnh: qwikstep.eu. Nông dân ở các nước ...
Xác định nông sản cần lấy, phun thuốc trừ sâu, thu hoạch là những việc mà robot nông dân có thể thực hiện trên đồng ruộng trong tương lai, các nhà khoa học Israel khẳng định.
Các robot hiện nay hầu như chưa thể xác định được những quả có thể thu hoạch trên cây. Ảnh: qwikstep.eu.
Nông dân ở các nước phát triển đã dùng máy máy kéo, máy gặt đập liên hợp, máy vắt sữa bò và nhiều loại thiết bị hiện đại khác. Nhưng hái quả và rau là việc mà hầu như chẳng máy móc nào làm được. Chẳng hạn, máy không thể xác định quả nho nào chín hay lá cải nào còn non. Mỗi trái cây, cành, lá, hoa đều có hình dạng, màu sắc, kích thước riêng biệt. Điều kiện ánh sáng khác nhau cũng khiến diện mạo của nông sản thay đổi. Robot có thể nhận ra quả màu vàng, đỏ, hay tím giữa đám lá xanh lục, song chúng sẽ "bất lực" nếu quả cũng có màu xanh lục như lá.
Vì những lý do trên, các kỹ sư lập trình không thể tạo ra những phần mềm giúp robot hay máy tính xác định những nông sản có thể thu hoạch.
“Công nghệ chế tạo robot phục vụ hoạt động nông nghiệp đã ra đời từ lâu, nhưng giờ đây chúng tôi mới bắt đầu xem xét việc chế tạo chúng để bán. Tôi nghĩ những robot như thế sẽ xuất hiện trên các cánh đồng trong 5 năm tới”, Yael Edan, một chuyên gia về cơ khí và robot của Đại học Negev tại Israel, phát biểu.
Discovery cho hay, để giúp máy tính nhận ra những cây, hoa, quả, củ hoặc lá có thể thu hoạch, Edan cùng các cộng sự tìm cách chế tạo những hệ thống cảm biến thông minh. Chẳng hạn, họ dùng các camera đa quang phổ để phân tích các bước sóng ánh sáng tới vật thể. Trong hình ảnh mà camera ghi được, vật thể hiện ra với một diện mạo duy nhất trong mọi điều kiện ánh sáng.
Cùng với các loại cảm biến khác và chương trình máy tính, nhóm nghiên cứu còn muốn tạo ra “bộ não” máy để giúp robot rút kinh nghiệm từ những sai lầm trong quá trình hoạt động để cải thiện chất lượng công việc.
“Chúng tôi sẽ tạo ra một thuật toán giúp robot coi mọi vật là những hình khối đơn giản. Khi nông phẩm bị che khuất một phần bởi lá, nó sẽ vẫn nhận ra”, Edan cho biết.
Thử nghiệm cho thấy robot mà nhóm Edan chế tạo có thể xác định được tình trạng (xanh, chín hay hỏng) của 80-85% số quả trên cây. Mục tiêu của họ là nâng con số đó lên 90%.
Sau khi robot xác định nông phẩm cần thu hoạch, nó sẽ lấy nông phẩm bằng một công cụ có khả năng nắm. Thách thức lớn nhất của việc chế tạo công cụ này là nó phải tới đúng vị trí nông phẩm và nắm với một lực vừa phải để nông sản không dập, nát, hoặc vỡ.
Trên những cánh đồng tương lai, robot có thể đảm nhận nhiều việc vốn đòi hỏi con người quan sát, phán đoán và thao tác rất khéo léo với từng cây trồng. Chúng được kỳ vọng xác định nông sản đã đủ độ thu hoạch, phun thuốc trừ sâu, hái quả, thu gom rau củ và thực hiện nhiều công việc khác. Các nhà khoa học Israel cho rằng “nông dân máy” có thể xuất hiện trên đồng ruộng trong khoảng năm năm tới, nếu những thử nghiệm hiện nay tiếp tục đạt kết quả.
Nông nghiệp tại các nước phát triển đã sử dụng máy kéo, máy gặt đập liên hợp, máy vắt sữa bò cùng nhiều thiết bị hiện đại khác từ lâu. Tuy nhiên, hái rau và trái cây vẫn là nhiệm vụ đặc biệt khó, vì máy móc chưa thể đánh giá chính xác từng sản phẩm trên cây. Một robot cần biết quả nho nào đã chín, lá cải nào còn non, hoặc nông sản nào đã hỏng trước khi quyết định hành động.
Khó khăn nằm ở chỗ mỗi quả, cành, lá và hoa có hình dạng, màu sắc, kích thước khác nhau, thậm chí thay đổi theo từng thời điểm. Điều kiện ánh sáng cũng làm diện mạo nông sản biến đổi, khiến một vật thể có thể trông khác nhau khi được quan sát ở những thời điểm khác nhau. Robot dễ nhận ra quả màu vàng, đỏ hoặc tím giữa các tán lá xanh, nhưng gần như bất lực khi quả cũng mang màu xanh giống hệt lá.
Vì những biến đổi đó, các kỹ sư lập trình chưa thể xây dựng phần mềm đủ tin cậy để máy tính nhận diện nông sản sẵn sàng thu hoạch. Yael Edan, chuyên gia cơ khí và robot tại Đại học Negev ở Israel, cho biết công nghệ robot nông nghiệp đã tồn tại từ lâu nhưng việc chế tạo để bán mới bắt đầu được xem xét. Theo bà, những robot chuyên dụng như vậy có thể xuất hiện trên các cánh đồng trong vòng năm năm tới.
Để giúp máy nhìn thấy cây, hoa, quả, củ hoặc lá cần thu hoạch, Edan cùng các cộng sự đang phát triển những hệ thống cảm biến thông minh hơn. Nhóm nghiên cứu sử dụng camera đa quang phổ, thiết bị có khả năng phân tích các bước sóng ánh sáng phản xạ từ vật thể. Nhờ dữ liệu này, nông sản trong hình ảnh có thể hiện ra với diện mạo ổn định hơn, bất kể điều kiện ánh sáng bên ngoài thay đổi ra sao.
Camera chỉ là một phần trong hệ thống mà nhóm Edan hướng tới, bởi robot còn cần cảm biến khác và chương trình máy tính để hiểu khung cảnh xung quanh. Các nhà nghiên cứu muốn tạo ra “bộ não” giúp máy ghi nhận sai lầm trong lúc làm việc, sau đó rút kinh nghiệm và cải thiện chất lượng thao tác. Cách tiếp cận này mở ra khả năng robot ngày càng tự chủ hơn, thay vì chỉ lặp lại cứng nhắc những mệnh lệnh lập trình sẵn.
Một thuật toán được nhóm nghiên cứu phát triển sẽ hướng dẫn robot xem các vật thể như những hình khối đơn giản, từ đó nhận diện chúng ngay cả khi bị lá che khuất một phần. Ý tưởng này đặc biệt quan trọng trên đồng ruộng, nơi quả thường nằm sau tán lá, chen giữa cành cây hoặc bị nhiều vật thể khác che lấp. Robot thử nghiệm hiện xác định được tình trạng xanh, chín hoặc hỏng của khoảng 80 đến 85% số quả trên cây.
Mục tiêu tiếp theo của nhóm là nâng độ chính xác lên 90%, trước khi robot có thể đảm nhận công việc thu hoạch trong điều kiện thực tế rộng lớn hơn. Sau khi nhận diện đúng nông sản, máy sẽ dùng một công cụ có khả năng nắm để lấy sản phẩm khỏi cây mà không làm tổn thương chúng. Thách thức lớn nhất nằm ở việc đưa công cụ đến đúng vị trí rồi tác động lực vừa đủ, tránh làm nông sản bị dập, nát hoặc vỡ trong quá trình thu hái.
