Skip to main content

Projecte H2020 RoBUTCHER: Una plataforma de robòtica cognitiva robusta, flexible i escalable

  • Tipus Projecte
  • Estat Completat
  • Execució 2020 -2023
  • Pressupost assignat 7.536.303,5 €
  • Àmbit Europeo
  • Font principal de finançament H2020
  • Web del projecte Proyecto RoBUTCHER
Descripció
El sector carni és un dels més importants de l'agricultura de la UE, compost per agricultors, cooperatives agrícoles i escorxadors. Un dels reptes més grans és mantenir la qualitat. Per tant, l'automatització és clau per complir les recomanacions de seguretat alimentària de la UE. No obstant això, els sistemes avançats de robòtica i automatització són cars, poc flexibles i no tenen escalabilitat ni robustesa, cosa que en dificulta l'adquisició i l'aplicació a gran escala. Un nou concepte pioner d'automatització desenvolupat per científics de Noruega i Dinamarca, la Cèl·lula de Fàbrica de Carn (CFM), no és autònom. El projecte RoBUTCHER, finançat amb fons europeus, pretén desenvolupar una CFM cognitiva amb alta autonomia utilitzant tecnologies robòtiques centrals basades en IA i cognició. El projecte proporcionarà als petits i mitjans processadors de carn les eines necessàries per superar els obstacles tècnics que impedeixen l'adopció de sistemes d'automatització robòtica.
Descripció de les activitats
Els requisits socials, legislatius i de bones pràctiques de la indústria càrnia es van avaluar segons allò previst. Des d'una perspectiva robòtica, la legislació o normes vigents no impedeixen la implementació de MFC en un entorn industrial. Des de la perspectiva de la seguretat de la carn, el projecte ha realitzat un estudi exhaustiu de textos legislatius, les troballes dels quals reflecteixen la necessitat de les denominades "demandes funcionals" en desenvolupar aquests textos. És encoratjador que l'OMS utilitzi ara una terminologia d'acord amb aquests principis. RoBUTCHER compta amb una base sòlida pel que fa a les necessitats industrials i les millors pràctiques, i va incloure usuaris finals de tot Europa com a part d'un grup de referència. Això ha garantit la pertinència del treball del projecte, a més de garantir una bona contribució als estudis que aborden els impactes socials de lautomatització en el processament de la carn. RoBUTCHER ha desenvolupat diversos enfocaments nous d'IA basats en visió: només 2D (ubicació de la tràquea); dades 2D i 3D combinades (un mètode per al tall de MFC, així com l'adherència de les extremitats); 3D i tomografia computaritzada (un altre mètode, més personalitzable, per al tall de MFC); 3D i raigs X (per al tall). Les solucions abasten una àmplia gamma d'escenaris, incloent el tall de carn calenta i freda, així com de canals senceres i mitjanes, tot tenint en compte la variabilitat biològica que això comporta. Les activitats posteriors al projecte ja mostren accions del Consorci per ampliar aquest aprenentatge a altres espècies, com la carn de cap i de gall dindi. La realitat virtual (RV) ha permès, per exemple, que un carnisser verifiqui i ajusti remotament les trajectòries de tall de la IA en un entorn 3D abans de l'execució. Els bessons digitals han facilitat la planificació i les proves de sistemes sense connexió; el Consorci reconeix la necessitat de noves activitats de R+D, on els materials flexibles i variables es modelin millor en aquests entorns. RoBUTCHER va identificar una deficiència en les eines per a robots que treballen amb carn, i el resultat ha estat el desenvolupament de noves pinces i instruments de tall intel·ligents, incloent el ganivet intel·ligent, la patent del qual està en tràmit. Es continuarà amb la R+D després del projecte. cal destacar que els estudis realitzats indiquen que els consumidors no distingeixen entre la carn tallada per robots i per humans; alguns fins i tot podrien preferir la primera. RoBUTCHER va aconseguir desenvolupar dos prototips de rellevància industrial (és a dir, a TRL6), per a tall en calent i en fred. A més, el projecte ha donat com a resultat ni més ni menys que 17 innovacions clau, amb un rang de TRL4 a TRL9 al final del projecte. Pel que fa a la difusió, es van dur a terme 316 activitats, incloent-hi tallers, demostracions, publicacions científiques i més. Es planegen 44 accions addicionals després del projecte.
Descripció contextual
El sector carni és un dels més importants de la UE. L'automatització és clau per assolir la seguretat i la sobirania alimentària a Europa. Els sistemes tradicionals de robòtica i automatització són massa cars, poc flexibles i no tenen escalabilitat ni robustesa. Un nou concepte pioner d'automatització desenvolupat pels científics del projecte RoBUTCHER, la Cèl·lula de Fàbrica de Carn (CFM), ha demostrat una manera d'abordar aquests problemes. Aquest projecte ha desenvolupat i provat amb èxit un prototip de CFM dʻalta autonomia utilitzant tecnologies robòtiques centrals basades en Intel·ligència Artificial (IA) i robòtica cognitiva. RoBUTCHER és un enfocament innovador que ofereix una alternativa a la producció en línia convencional a escorxadors mitjançant la producció paral·lela a CFM autònomes. Això és especialment rellevant per als productors petits i mitjans, ja que ofereix la possibilitat d'augmentar o reduir la productivitat segons la demanda. Aquesta tecnologia té un potencial disruptiu i el projecte ha desenvolupat, produït i provat aquesta innovació. Els resultats de RoBUTCHER són importants per a la societat, ja que permetran que robots amb més grau de competència entrin en l'àmbit de la fabricació. El desenvolupament global ha augmentat latenció a la flexibilitat en el processament de la carn. A mesura que el mercat de la carn s'internacionalitza cada cop més, les carteres de productes augmenten per satisfer la demanda de nous consumidors. Això suposa un repte per a les solucions convencionals i emfatitza la necessitat de RoBUTCHER. La incapacitat d'accedir a la robòtica i l'automatització dels petits i mitjans productors també exacerba una altra bomba de temps a Europa, és a dir, la disponibilitat de mà d'obra. A més de les consideracions econòmiques, es requeriran robots per superar l'escassetat de mà d'obra, així com per contribuir a fer que el processament d'aliments sigui més segur, net i sostenible. La pandèmia recent i els esdeveniments geopolítics que van afectar el moviment de treballadors i la cadena de subministrament d'aliments han accelerat encara més l'acceptació i preparat el sector per al desplegament de la nova tecnologia RoBUTCHER. Els resultats també poden, amb el temps, tenir un impacte en altres sectors (per exemple, altres espècies com ara la carn de boví, altres productes alimentaris o materials completament diferents) on el maneig de materials amb alta variació i flexibilitat és important. Els objectius generals de RoBUTCHER van ser els següents: 1. Avaluació dels requisits socials, legislatius i de millors pràctiques de la indústria càrnia. de subjecció per agafar i manipular músculs, ossos i òrgans interns 4. Implementació i demostració de RoBUTCHER MFC en un entorn a escala pilot en el nivell de preparació tecnològica 6 (prototipus industrial). RoBUTCHER va complir els objectius plantejats. En conclusió, els resultats de RoBUTCHER encara són més importants per a la societat que quan va començar l'acció. En concret, esdeveniments mundials com la pandèmia de COVID-19 i la guerra a Ucraïna van demostrar que la seguretat alimentària és una preocupació primordial per a la societat.
Objectius
L'adopció de la robòtica avançada i l'automatització al sector agroalimentari, específicament en el processament de carn, s'ha vist sufocada a causa de l'alt cost percebut, així com de la manca de flexibilitat, robustesa i escalabilitat per adaptar-se a diferents volums, en particular els més petits. Això entra en conflicte amb les recomanacions que els governs de tot Europa haurien de fomentar una major eficiència i seguretat del sistema alimentari. Els pioners a Noruega (NMBU/Animalia) i Dinamarca (DTI) han treballat per abordar aquest problema i han creat un nou concepte d'automatització per al sector carni: Meat Factory Cell (MFC). El MFC actual és simple i depèn de la intel·ligència d'experts humans per completar tasques complexes. Tot i això, les plantes processadores de carn es troben entre els entorns de treball de pitjor qualitat d'Europa, cosa que fa que l'autonomia sigui imprescindible. RoBUTCHER té com a objectiu desenvolupar un MFC cognitiu capaç d'autonomia. Per aconseguir això, RoBUTCHER té els objectius fonamentals següents: (1) Avaluació dels requisits socials, legislatius i de millors pràctiques de la indústria càrnia; (2) Desenvolupament de mòduls tecnològics nous per a la planificació autònoma de trajectòries de tall i la integració amb interfícies cooperatives entre humans i robots; (3) Creació d'eines intel·ligents que permetin avaluar el sistema, principalment per a tall i manipulació; i (4) pilot a escala industrial de l'MFC cognitiu. Les tecnologies robòtiques centrals són part integral de RoBUTCHER, on l'èmfasi principal és la IA i la cognició, però hi ha una superposició natural per incloure interfícies cooperatives humà-robot i mecatrònica cognitiva. Avui dia no hi ha solucions disponibles i adequades. L'ambició de RoBUTCHER és desenvolupar un sistema per a TRL6, utilitzant la infraestructura MFC existent dins del Consorci com a catalitzador per a la investigació i la innovació. L'execució reeixida del projecte proporcionarà la solidesa, flexibilitat i escalabilitat que els petits i mitjans processadors de carn necessiten per reduir les barreres tècniques que enfronten en adoptar l'automatització robòtica, cosa que milloraria la qualitat de l'ocupació i la seguretat alimentària a Europa.
Resultats
Els investigadors ajuden la indústria càrnia a superar els obstacles que impedeixen l'adopció de sistemes d'automatització robòtica. La UE és el quart major productor de carn de boví, vedella i pollastre, i el segon major productor de carn de porc del món, cosa que reforça la importància de la indústria càrnia a la UE. Tot i això, el sector s'enfronta a diversos reptes, com mantenir la qualitat i, alhora, assegurar un subministrament constant d'aliments. L'automatització pot contribuir a aquest objectiu, a més de contribuir a assolir els objectius de la UE de més eficiència i seguretat del sistema alimentari. L'automatització és fonamental per a la sostenibilitat de la producció de carn, on la gran dependència de la mà d'obra humana suposa un repte creixent. Sense l'automatització, el sector podria tenir dificultats per satisfer les demandes creixents d'eficiència, productivitat i responsabilitat ambiental necessàries per continuar sent competitiu en el futur», assenyala Alex Mason, coordinador del projecte RoBUTCHER. Tot i això, per a molts professionals del sector, la robòtica avançada i els sistemes d'automatització són inaccessibles, ja que són cars, manquen de flexibilitat, escalabilitat i robustesa. Un concepte d'automatització desenvolupat per científics de Noruega i Dinamarca, la Cèl·lula de Fàbrica de Carn (CFM), pretén abordar aquests problemes. En aquest context, el projecte RoBUTCHER, finançat amb fons europeus, va treballar en el desenvolupament d'una nova plataforma MFC, que ofereix una oportunitat per a l'automatització no convencional en el processament de carn de porc, especialment en escorxadors. «En lloc de seguir enfocaments basats en línies de producció, que són la principal opció avui dia, utilitza robòtica i intel·ligència artificial (IA) per realitzar complexes operacions de tall i manipulació en canals de porc senceres sense refrigerar, tenint en compte la variació biològica i la deformació», confirma Mason. Trastocant el sector carni Un dels resultats clau del projecte va ser l'exitosa demostració de dos prototips de cèl·lules robòtiques per al tall de carn freda i calenta. Un consistia en un prototip per al desmuntatge complet de canals de porc senceres sense refrigerar, mentre que l'altre implementava un enfocament més convencional basat en l'anomenada trisecció de la mitjana canal refrigerada. "També desenvolupem noves eines de programari, incloent sistemes d'IA per al tall de carn, enfocaments interactius de realitat virtual per a l'especejament amb robots de grans dimensions i solucions per a la integració de sistemes intel·ligents", informa Mason. Això se suma a noves eines per facilitar la interacció amb productes carnis i sistemes robòtics, incloent ganivets i eines de subjecció. El treball del projecte també ha permès una millor comprensió dels marcs legislatius i limpacte social associat a les solucions robòtiques innovadores per a entorns de fabricació industrial altament manuals. "En total, el Consorci RoBUTCHER va identificar 17 innovacions clau, incloent-hi els dos prototips de sistemes de tall demostrats, resultants del projecte. A més, el consorci ha estat molt actiu en la publicació dels resultats, amb al voltant de 30 articles científics publicats fins ara i molts més en diverses etapes de preparació", destaca Mason. Avançant: nous desenvolupaments per a la indústria càrnia El consorci ha identificat noves iniciatives per continuar el treball de RoBUTCHER i preveu desenvolupar noves idees de R+D en el marc d'Horizonte Europa durant els propers 12 mesos. «A nivell nacional, diversos socis ja estan treballant en projectes. Utilitzen els resultats de RoBUTCHER per establir les bases de nous desenvolupaments en eines intel·ligents, robòtica col·laborativa i IA», conclou Mason. El concepte de cèl·lula ha despertat l'interès de les parts interessades a nivell mundial, com es va destacar al recent Congrés Internacional d'Automatització de la Carn, celebrat a Espanya, on es van presentar els resultats de RoBUTCHER. Podeu trobar més informació sobre el progrés i els resultats dels projectes al vostre lloc web.
Informació addicional
Noves metodologies de IA per al tall de carn, capaces de reconèixer i adaptar-se a la variabilitat biològica. Prototips de sistemes automàtics per al tall de carn, aplicant noves metodologies robòtiques. Noves eines de subjecció i tall, incloent-hi l'habilitació de sensors, per proporcionar retroalimentació robòtica. Nova implementació de la integració a través de plataformes de programari, incloent Node-Red i Ocellus. Introducció de conceptes de robòtica col·laborativa per al tall de carn. Teleoperació de robots industrials a través de VR. RoBUTCHER ha avançat en la investigació en tecnologies centrals, com ara la cognició i les interfícies humà-robot, i ha produït un impacte econòmic amb almenys dues innovacions clau que ja arriben al mercat. En general, el nivell d'innovació al sector agroalimentari ha augmentat, particularment per als processadors de carn. Els principals processadors i proveïdors de carn són conscients del nou enfocament de RoBUTCHER. Un objectiu del Consorci, posterior al projecte, és ampliar l‟aplicabilitat dels resultats de RoBUTCHER a sectors amb demandes funcionals similars. A llarg termini, RoBUTCHER estableix les bases per a una automatització més escalable (tant físicament com econòmicament), robusta i flexible que la disponible actualment. Segons els usuaris finals, la implementació dels resultats del projecte reduiria o eliminaria el risc de lesions a què estan exposats els treballadors a les fàbriques de carn tradicionals, a més de millorar les condicions laborals. A més, és probable que ofereixi millores en la igualtat de gènere i la diversificació laboral, a més de fer que l'ocupació al sector sigui més atractiva per als joves.
Coordinadors
  • NORGES MILJO-OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERSITET (NMBU)