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Projet H2020 RoBUTCHER : une plateforme de robotique cognitive robuste, flexible et évolutive

  • Taper Projet
  • État Rempli
  • Exécution 2020 -2023
  • Budget alloué 7.536.303,5 €
  • Portée Europeo
  • Principale source de financement H2020
  • Site Web du projet Proyecto RoBUTCHER
Description
Le secteur de la viande est l’un des secteurs agricoles les plus importants de l’UE, comprenant des agriculteurs, des coopératives agricoles et des abattoirs. L’un des plus grands défis est de maintenir la qualité. L’automatisation est donc essentielle pour répondre aux recommandations de l’UE en matière de sécurité alimentaire. Cependant, les systèmes avancés de robotique et d’automatisation sont coûteux, peu flexibles et manquent d’évolutivité et de robustesse, ce qui les rend difficiles à acquérir et à mettre en œuvre à grande échelle. Un nouveau concept d'automatisation pionnier développé par des scientifiques en Norvège et au Danemark, la Meat Factory Cell (MFC), n'est pas autonome. Le projet RoBUTCHER, financé par l'UE, vise à développer un CFM cognitif hautement autonome utilisant des technologies robotiques de base basées sur l'IA et la cognition. Le projet fournira aux transformateurs de viande de petite et moyenne taille les outils dont ils ont besoin pour surmonter les obstacles techniques qui entravent l’adoption de systèmes d’automatisation robotisés.
Description des activités
Les exigences sociales, législatives et de bonnes pratiques de l’industrie de la viande ont été évaluées comme prévu. D'un point de vue robotique, la législation ou les normes actuelles n'empêchent pas la mise en œuvre des MFC dans un environnement industriel. Dans une perspective de sécurité des viandes, le projet a mené une étude exhaustive des textes législatifs, dont les conclusions reflètent la nécessité de ce que l'on appelle des « exigences fonctionnelles » lors de l'élaboration de ces textes. Il est encourageant de constater que l’OMS utilise désormais une terminologie conforme à ces principes. RoBUTCHER dispose d'une base solide en matière de besoins industriels et de meilleures pratiques, et a inclus des utilisateurs finaux de toute l'Europe dans le cadre d'un groupe de référence. Cela a assuré la pertinence des travaux du projet et assure également une contribution significative aux études portant sur les impacts sociaux de l’automatisation dans la transformation de la viande. RoBUTCHER a développé plusieurs nouvelles approches d'IA basées sur la vision : 2D uniquement (localisation de la trachée) ; données combinées 2D et 3D (une méthode de découpage MFC ainsi que de préhension des membres) ; 3D et CT (une autre méthode, plus personnalisable, pour le découpage MFC) ; 3D et rayons X (pour la découpe). Les solutions couvrent un large éventail de scénarios, y compris la découpe de viande chaude et froide, ainsi que de carcasses entières et demi-carcasses, tout en tenant compte de la variabilité biologique que cela implique. Les activités post-projet démontrent déjà les efforts du Consortium pour étendre cet apprentissage à d’autres espèces, comme le bœuf et la dinde. La réalité virtuelle (RV) a permis, par exemple, à un boucher de vérifier et d’ajuster à distance les trajectoires de découpe de l’IA dans un environnement 3D, avant exécution. Les jumeaux numériques ont facilité la planification et le test des systèmes hors ligne ; Le Consortium reconnaît la nécessité de nouvelles activités de R&D, où les matériaux flexibles et variables sont mieux modélisés dans ces environnements. RoBUTCHER a identifié une lacune dans les outils robotisés de travail de la viande, ce qui a conduit au développement de nouvelles pinces et outils de coupe intelligents, notamment le Smart Knife en instance de brevet. La R&D se poursuivra après le projet. Il convient de noter que des études montrent que les consommateurs ne font pas de distinction entre la viande coupée par des robots et la viande coupée par des humains ; certains pourraient même préférer la première. RoBUTCHER a réussi à développer deux prototypes industriellement pertinents (c'est-à-dire en TRL6), pour la découpe à chaud et à froid. De plus, le projet a donné lieu à pas moins de 17 innovations clés, allant du TRL4 au TRL9 à la fin du projet. En termes de diffusion, 316 activités ont été réalisées, dont des ateliers, des démonstrations, des publications scientifiques, etc. 44 actions supplémentaires sont prévues après le projet.
Description contextuelle
Le secteur de la viande est l’un des plus importants de l’UE. L’automatisation est essentielle pour parvenir à la sécurité et à la souveraineté alimentaires en Europe. Les systèmes de robotique et d’automatisation traditionnels sont trop coûteux, peu flexibles et manquent d’évolutivité et de robustesse. Un nouveau concept d’automatisation pionnier développé par les scientifiques du projet RoBUTCHER, la Meat Factory Cell (MFC), a démontré un moyen de résoudre ces problèmes. Ce projet a développé et testé avec succès un prototype CFM hautement autonome utilisant des technologies robotiques de base basées sur l'intelligence artificielle (IA) et la robotique cognitive. RoBUTCHER est une approche innovante qui offre une alternative à la production conventionnelle en ligne dans les abattoirs grâce à une production parallèle dans des CFM autonomes. Cela est particulièrement pertinent pour les petits et moyens producteurs, car cela offre la possibilité d’augmenter ou de diminuer la productivité en fonction de la demande. Cette technologie a un potentiel disruptif, et le projet a développé, produit et testé cette innovation. Les résultats de RoBUTCHER sont importants pour la société, car ils permettront aux robots dotés d’un degré de compétence plus élevé d’entrer dans le secteur manufacturier. Le développement mondial a accru l’attention portée à la flexibilité dans la transformation de la viande. Alors que le marché de la viande devient de plus en plus international, les portefeuilles de produits s’élargissent pour répondre à la nouvelle demande des consommateurs. Cela pose un défi aux solutions conventionnelles et souligne la nécessité de RoBUTCHER. L’incapacité des petits et moyens producteurs à accéder à la robotique et à l’automatisation exacerbe également une autre bombe à retardement en Europe : la disponibilité de la main-d’œuvre. Outre les considérations économiques, les robots seront nécessaires pour surmonter les pénuries de main-d’œuvre et pour contribuer à rendre la transformation des aliments plus sûre, plus propre et plus durable. La récente pandémie et les événements géopolitiques ayant un impact sur la circulation des travailleurs et la chaîne d’approvisionnement alimentaire ont encore accéléré l’acceptation et préparé l’industrie au déploiement de la nouvelle technologie RoBUTCHER. Les résultats peuvent également, au fil du temps, avoir un impact sur d’autres secteurs (par exemple, d’autres espèces comme le bœuf, d’autres produits alimentaires ou des matériaux complètement différents) où la manipulation de matériaux présentant une grande variation et une grande flexibilité est importante. Les objectifs généraux de RoBUTCHER étaient : 1. Évaluation des exigences sociétales, législatives et des meilleures pratiques de l'industrie de la viande 2. Développement de nouveaux modules technologiques pour la planification autonome des trajectoires de coupe et l'intégration avec les interfaces homme-robot offrant des possibilités d'intervention et de formation à distance 3. Adaptation des outils de coupe pour intégrer la détection cognitive et le développement d'outils de préhension pour saisir et manipuler les muscles, les os et les organes internes 4. Déploiement et démonstration de RoBUTCHER MFC dans un environnement pilote au niveau de maturité technologique 6 (prototype industriel). RoBUTCHER a atteint les objectifs fixés. En conclusion, les résultats de RoBUTCHER sont encore plus importants pour la société qu’au début de l’action. En particulier, les événements mondiaux tels que la pandémie de COVID-19 et la guerre en Ukraine ont démontré que la sécurité alimentaire est une préoccupation majeure pour la société.
Objectifs
L’adoption de la robotique et de l’automatisation avancées dans le secteur agroalimentaire, en particulier dans la transformation de la viande, a été freinée par le coût perçu comme élevé, ainsi que par le manque de flexibilité, de robustesse et d’évolutivité pour s’adapter à différents volumes, en particulier les plus petits. Cela est en contradiction avec les recommandations selon lesquelles les gouvernements européens devraient promouvoir une plus grande efficacité et une plus grande sécurité dans le système alimentaire. Des pionniers en Norvège (NMBU/Animalia) et au Danemark (DTI) ont travaillé pour résoudre ce problème et ont créé un nouveau concept d'automatisation pour le secteur de la viande : la Meat Factory Cell (MFC). Le MFC actuel est simple et s’appuie sur l’intelligence d’experts humains pour réaliser des tâches complexes. Cependant, les usines de transformation de la viande comptent parmi les environnements de travail les plus pauvres d’Europe, ce qui rend l’autonomie essentielle. RoBUTCHER vise à développer un MFC cognitif, capable d'autonomie. Pour y parvenir, RoBUTCHER a les objectifs fondamentaux suivants : (1) Évaluation des exigences sociales, législatives et des meilleures pratiques de l'industrie de la viande ; (2) Développement de nouveaux modules technologiques pour la planification autonome des trajectoires de coupe et l’intégration avec des interfaces coopératives homme-robot ; (3) Création d’outils intelligents permettant d’évaluer le système, principalement pour la découpe et la manipulation ; et (4) un projet pilote à l’échelle industrielle de MFC cognitif. Les technologies robotiques de base font partie intégrante de RoBUTCHER, où l'accent est mis principalement sur l'IA et la cognition, mais il existe un chevauchement naturel pour inclure les interfaces coopératives homme-robot et la mécatronique cognitive. Il n’existe pas aujourd’hui de solutions adaptées et disponibles. L'ambition de RoBUTCHER est de développer un système pour TRL6, en utilisant l'infrastructure MFC existante au sein du Consortium comme catalyseur de recherche et d'innovation. La mise en œuvre réussie du projet fournira la robustesse, la flexibilité et l’évolutivité dont les petites et moyennes entreprises de transformation de viande ont besoin pour réduire les obstacles techniques auxquels elles sont confrontées lors de l’adoption de l’automatisation robotique, ce qui améliorerait la qualité des emplois et la sécurité alimentaire en Europe.
Résultats
Les chercheurs aident l’industrie de la viande à surmonter les obstacles à l’adoption de systèmes d’automatisation robotisés. L’UE est le quatrième producteur mondial de bœuf, de veau et de poulet, et le deuxième producteur mondial de porc, ce qui renforce l’importance de l’industrie de la viande dans l’UE. Cependant, le secteur est confronté à divers défis, notamment celui de maintenir la qualité tout en garantissant un approvisionnement alimentaire constant. L’automatisation peut contribuer à cet objectif, en plus de contribuer à atteindre les objectifs de l’UE en matière d’efficacité et de sécurité accrues du système alimentaire. « L'automatisation est essentielle à la durabilité de la production de viande, où la forte dépendance à la main-d'œuvre humaine représente un défi croissant. Sans automatisation, le secteur pourrait avoir du mal à répondre aux exigences croissantes d'efficacité, de productivité et de responsabilité environnementale nécessaires pour rester compétitif à l'avenir », déclare Alex Mason, coordinateur du projet RoBUTCHER. Cependant, pour de nombreux professionnels de l’industrie, les systèmes de robotique et d’automatisation avancés sont inaccessibles car ils sont coûteux et manquent de flexibilité, d’évolutivité et de robustesse. Un concept d’automatisation développé par des scientifiques norvégiens et danois, la Meat Factory Cell (MFC), vise à résoudre ces problèmes. Dans ce contexte, le projet RoBUTCHER, financé par l'UE, a travaillé sur le développement d'une nouvelle plateforme MFC, qui offre une opportunité d'automatisation non conventionnelle dans la transformation du porc, en particulier dans les abattoirs. « Plutôt que les approches de chaîne de production qui constituent la principale option aujourd'hui, il utilise la robotique et l'intelligence artificielle (IA) pour effectuer des opérations complexes de découpe et de manipulation sur des carcasses de porc entières et non réfrigérées, en tenant compte des variations biologiques et des déformations », confirme Mason. Perturber le secteur de la viande L’un des principaux résultats du projet a été la démonstration réussie de deux prototypes de cellules robotisées pour la découpe de viande chaude et froide. L'un consistait en un prototype pour le démontage complet de carcasses entières de porc non réfrigérées, tandis que l'autre mettait en œuvre une approche plus conventionnelle basée sur la résection de la demi-carcasse réfrigérée. « Nous développons également de nouveaux outils logiciels, notamment des systèmes d'IA pour la découpe de viande, des approches de réalité virtuelle interactive pour la découpe robotisée à grande échelle et des solutions pour l'intégration de systèmes intelligents », rapporte Mason. Cela s’ajoute aux nouveaux outils destinés à faciliter l’interaction avec les produits carnés et les systèmes robotisés, notamment les couteaux et les outils de préhension. Les travaux du projet ont également permis de mieux comprendre les cadres législatifs et l’impact social associés aux solutions robotiques innovantes pour les environnements de fabrication industrielle hautement manuels. « Au total, le consortium RoBUTCHER a identifié 17 innovations clés, dont les deux prototypes de systèmes de découpe démontrés, issus du projet. De plus, le consortium a publié activement ses résultats, avec une trentaine d'articles scientifiques publiés à ce jour et de nombreux autres à divers stades de préparation », souligne Mason. Aller de l'avant : Nouveaux développements pour l'industrie de la viande Le consortium a identifié de nouvelles initiatives pour poursuivre le travail de RoBUTCHER et prévoit de développer de nouvelles idées de R&D dans le cadre d'Horizon Europe au cours des 12 prochains mois. « Au niveau national, plusieurs partenaires travaillent déjà sur des projets. « Ils utilisent les résultats de RoBUTCHER pour poser les bases de nouveaux développements dans les domaines des outils intelligents, de la robotique collaborative et de l'IA », conclut Mason. Le concept de « cellule » a suscité l'intérêt des acteurs du monde entier, comme l'a souligné le récent Congrès international sur l'automatisation de la viande en Espagne, où les résultats de RoBUTCHER ont été présentés. Vous trouverez plus d'informations sur l'avancement et les résultats des projets sur leur site web.
Informations Complémentaires
Nouvelles méthodologies d’IA pour la découpe de viande, capables de reconnaître et de s’adapter à la variabilité biologique. Prototypes de systèmes automatiques de découpe de viande, appliquant de nouvelles méthodologies robotiques. De nouveaux outils de préhension et de coupe, y compris ceux dotés de capteurs, fournissent un retour d'information robotique. Nouvelle implémentation de l'intégration sur les plates-formes logicielles, notamment Node-Red et Ocellus. Introduction de concepts de robotique collaborative pour la découpe de viande. Téléopération de robots industriels via la VR. RoBUTCHER a fait progresser la recherche dans les technologies de base, telles que la cognition et les interfaces homme-robot, et a produit un impact économique avec au moins deux innovations clés atteignant déjà le marché. Dans l’ensemble, le niveau d’innovation dans le secteur agroalimentaire a augmenté, en particulier chez les transformateurs de viande. Les principaux transformateurs et fournisseurs de viande sont conscients de l’approche novatrice de RoBUTCHER. L’un des objectifs post-projet du Consortium est d’étendre l’applicabilité des résultats de RoBUTCHER à des secteurs ayant des exigences fonctionnelles similaires. À long terme, RoBUTCHER pose les bases d’une automatisation plus évolutive (tant physiquement qu’économiquement), plus robuste et plus flexible que ce qui est actuellement disponible. Selon les utilisateurs finaux, la mise en œuvre des résultats du projet réduirait ou éliminerait le risque de blessure pour les travailleurs des usines de viande traditionnelles, en plus d'améliorer les conditions de travail. En outre, il est probable que cela améliore l’égalité des sexes et la diversification de la main-d’œuvre, tout en rendant l’emploi dans le secteur plus attrayant pour les jeunes.
Coordonnateurs
  • NORGES MILJO-OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERSITET (NMBU)