El futuro de la agricultura a gran escala pasa por su progresiva digitalización y automatización. Gracias a avances tecnológicos como el invento español que ahorra el 50% del agua y el uso de fertilizantes o los robots que plantan más de 6.000 semillas en sólo tres segundos, los agricultores pueden aumentar su producción y reducir sus gastos. Y eso es algo que debería repercutir tarde o temprano en los precios de los alimentos en España, que ahora mismo están disparados por culpa de la inflación.

La mayoría de robots agrícolas se utilizan para monitorizar las condiciones de los cultivos o para realizar tareas como la fumigación pero, debido a la escasez en la mano de obra, también existen máquinas autónomas capaces de recolectar frutos como manzanas, uvas e incluso fresas. Sin embargo, en comparación con los humanos su velocidad es baja, el coste de cada dispositivo es elevado y las tecnologías necesarias aún no están del todo maduras. ¿Y qué pasa con piezas tan delicadas y difíciles de recoger como las frambuesas, cuya compleja recolección influye en su alto precio?

Tres expertos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, han diseñado y entrenado a un robot capaz de recoger esta frágil fruta sin necesidad de hacerlo en una plantación real. Para ello, han creado un gemelo físico de la frambuesa en el laboratorio. Es un primer paso para mejorar las interacciones táctiles delicadas de los robots, que se saldó con un 80% de éxito en la recolección real sin ninguna modificación en el robot entrenado en laboratorio.

Frambuesas artificiales 

En el estudio, publicado en la revista Communications Engineering, los investigadores detallan todo el proceso de diseño y experimentación para desarrollar tanto el robot recolector como los gemelos artificiales de las frambuesas, ya que de momento no hay alternativa viable a la recolección manual de la fruta. "Es un dilema apasionante para nosotros como ingenieros en robótica", asegura Josie Hughes, profesora del laboratorio Computational Robot Design & Fabrication (CREATE) de la EPFL.

"La temporada de recolección de la frambuesa es tan corta y la fruta tan valiosa que desperdiciarla no es una opción", indica Hughes en una publicación de la propia universidad. "Además, el coste y los problemas logísticos de probar distintas opciones sobre el terreno son prohibitivos. Por eso decidimos hacer nuestras pruebas en el laboratorio y desarrollar una réplica de frambuesa para entrenar a robots recolectores".

Esta fruta veraniega es particularmente difícil de incluir en un proceso automatizado de recolección debido a su peculiar estructura, poblada de drupas carnosas que la hacen vulnerable frente a acciones como una presión excesiva. Para cosecharla, los recolectores humanos deben sostener la baya desde abajo, agarrarla suavemente y tirar con cuidado hasta desprenderla del receptáculo, como se conoce a la parte verde que permanece unida a la planta. 

Para simular ese mismo movimiento y ayudar al robot recolector a entrenar sin dañar el preciado fruto, los ingenieros suizos diseñaron y construyeron una frambuesa de silicona con sensores capaces de indicar al robot cuánta presión está aplicando y dónde están los límites. Y era importante hacerlo en dos tiempos, tanto cuando la fruta está todavía unida al receptáculo, como después, momento en el que las 'manos' del robot tendían a convertirla en un rosado puré.

El estudiante de doctorado Kai Junge con el brazo robótico y la frambuesa artificial Anne-Muriel Brouet / EPFL Omicrono

Para diseñar el gemelo artificial de la frambuesa, Hughes y su equipo utilizaron un receptáculo de plástico impreso en 3D, una pulpa hecha de silicona y un sensor de fluidos en forma de tubo de silicona blanda. Este dispositivo es el encargado de medir la fuerza de compresión aplicada por el robot y de avisar cuando se sobrepasan los márgenes. Por último, dos imanes son los que utilizan fuerza de tracción para simular el agarre que mantiene unidos el fruto y el receptáculo.

"Nuestra frambuesa sensorizada, combinada con un programa de aprendizaje automático, puede enseñar a un robot a aplicar la fuerza justa", explica Kai Junge, estudiante de doctorado y participante en los experimentos. "Lo más difícil es enseñar al robot a aflojar el agarre una vez que la frambuesa se separa del receptáculo para que la fruta no se aplaste", algo casi imposible de conseguir con robots convencionales. Así, gracias a esta retroalimentación, los recolectores robóticos pueden entrenarse en laboratorio para recoger la fruta sin dañarla.

Robot recolector

Además del diseño y la fabricación de la frambuesa artificial, los investigadores desarrollaron una máquina relativamente sencilla para el laboratorio y un robot algo más complejo para su uso sobre el terreno. Si la primera se trata básicamente de una pinza con dos dedos impresos en 3D cubiertos con una fina capa de silicona y unidos a un brazo robótico, el segundo debería poder moverse libremente, identificar las frambuesas lo suficientemente maduras y ser capaz de recogerlas sin estropearlas.

Estas tareas implican múltiples habilidades, como ser capaz de determinar qué fruta está madura, encarar el centro de cada fruto individual y recogerlo sin causarle daños. Por eso, el robot combina una base móvil de cuatro ruedas y un brazo robótico de 6 grados de libertad.

De momento no se ha logrado la automatización completa, por lo que se incluye un ordenador en la parte trasera de la base móvil para poder controlar el robot y comprobar que todo el hardware está funcionando correctamente. Entre los dedos de la pinza y su zona superior, los ingenieros instalaron una cámara Raspberry Pi y una cámara de visión estereoscópica para detectar el grado de madurez de cada fruto y alinear la frambuesa.

Aunque el equipo ha demostrado la prueba de concepto de su diseño con un resultado prometedor, a la tecnología le queda todavía un gran recorrido por delante. "Es un reto increíble", sostiene Hughes. "Hasta ahora hemos utilizado un sistema de retroalimentación muy sencillo en nuestro robot. El siguiente paso será diseñar y construir controladores más complejos para que los robots puedan recoger frambuesas a mayor escala sin aplastarlas".

El robot recogiendo frambuesas en un invernadero EPFL Omicrono

Los responsables de esta investigación no quieren limitarse a las frambuesas y se muestran convencidos de que, a largo plazo, sus experimentos también pueden servir para automatizar las complejas tareas de recolección de otros cultivos, como los hongos o las verduras de hoja.

Y es que, a pesar de más de 30 años de investigación en la materia, los robots recolectores han mostrado una mejora bastante limitada de su rendimiento. Por eso es fundamental seguir dando pasos como los del grupo de investigación de CREATE, que conducen a una mayor precisión y eficacia de este tipo de máquinas diseñadas para automatizar procesos como la recolección de fruta y verdura. 

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