Proxecto H2020 RoBUTCHER: unha plataforma de robótica cognitiva robusta, flexible e escalable
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2020 -2023
- Orzamento asignado 7.536.303,5 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- Páxina web do proxecto Proyecto RoBUTCHER
Descrición
O sector cárnico é un dos sectores agrícolas máis importantes da UE, formado por agricultores, cooperativas agrícolas e matadoiros. Un dos maiores retos é manter a calidade. Polo tanto, a automatización é clave para cumprir as recomendacións da UE sobre seguridade alimentaria. Non obstante, os sistemas de robótica e automatización avanzados son caros, inflexibles e carecen de escalabilidade e robustez, o que dificulta a súa adquisición e implementación a gran escala. Un novo concepto de automatización pioneiro desenvolvido por científicos de Noruega e Dinamarca, a Meat Factory Cell (MFC), non é autónoma. O proxecto RoBUTCHER, financiado pola UE, ten como obxectivo desenvolver un CFM cognitivo altamente autónomo utilizando tecnoloxías robóticas fundamentais baseadas na intelixencia artificial e na cognición. O proxecto dotará aos pequenos e medianos procesadores de carne das ferramentas que necesitan para superar as barreiras técnicas que dificultan a adopción de sistemas de automatización robótica.
Descrición das actividades
Valoráronse segundo o previsto os requisitos sociais, lexislativos e de boas prácticas da industria cárnica. Desde a perspectiva da robótica, a lexislación ou as normas vixentes non impiden a implantación de MFC nun entorno industrial. Dende a perspectiva da seguridade cárnica, o proxecto realizou un estudo exhaustivo dos textos lexislativos, cuxos resultados reflicten a necesidade das denominadas "esixencias funcionais" á hora de elaborar tales textos. É alentador que a OMS use agora unha terminoloxía coherente con estes principios. RoBUTCHER ten unha base sólida en necesidades industriais e mellores prácticas, e incluíu a usuarios finais de toda Europa como parte dun grupo de referencia. Isto asegurou a relevancia do traballo do proxecto e tamén garante unha importante contribución aos estudos que abordan os impactos sociais da automatización no procesado da carne. RoBUTCHER desenvolveu varios novos enfoques de IA baseados na visión: só 2D (localización da tráquea); datos combinados 2D e 3D (un método para cortar MFC así como para agarrar extremidades); 3D e CT (outro método máis personalizable para o corte MFC); 3D e raios X (para cortar). As solucións abarcan un amplo abano de escenarios, incluíndo o corte de carne quente e fría, así como as carcasas enteiras e medias, tendo en conta a variabilidade biolóxica que isto supón. As actividades posteriores ao proxecto xa demostran o esforzo do Consorcio para ampliar esta aprendizaxe a outras especies, como a carne de vacún e o pavo. A realidade virtual (RV) permitiu, por exemplo, a un carniceiro verificar e axustar remotamente os camiños de corte da IA nun ambiente 3D, antes da execución. Os xemelgos dixitais facilitaron a planificación e proba de sistemas fóra de liña; O Consorcio recoñece a necesidade de novas actividades de I+D, onde os materiais flexibles e variables estean mellor modelados nestes contornos. RoBUTCHER identificou unha deficiencia nas ferramentas robotizadas para traballar carne, o que provocou o desenvolvemento de novas pinzas intelixentes e ferramentas de corte, incluíndo o Smart Knife, pendente de patente. A I+D continuará despois do proxecto. Cabe destacar que os estudos demostran que os consumidores non distinguen entre carne cortada por robots e carne cortada por humanos; algúns incluso poden preferir o primeiro. RoBUTCHER conseguiu desenvolver dous prototipos industrialmente relevantes (é dicir, en TRL6), para o corte en quente e en frío. Ademais, o proxecto deu lugar a nada menos que 17 innovacións clave, que van desde TRL4 ata TRL9 ao final do proxecto. En canto á difusión, realizáronse 316 actividades entre obradoiros, demostracións, publicacións científicas, etc. 44 actuacións adicionais están previstas despois do proxecto.
Descrición contextual
O sector cárnico é un dos máis importantes da UE. A automatización é clave para acadar a seguridade e a soberanía alimentaria en Europa. Os sistemas tradicionais de robótica e automatización son demasiado caros, inflexibles e carecen de escalabilidade e robustez. Un novo concepto de automatización pioneiro desenvolvido polos científicos do proxecto RoBUTCHER, a Meat Factory Cell (MFC), demostrou unha forma de abordar estes problemas. Este proxecto desenvolveu e probou con éxito un prototipo de CFM altamente autónomo utilizando tecnoloxías robóticas fundamentais baseadas en Intelixencia Artificial (IA) e robótica cognitiva. RoBUTCHER é un enfoque innovador que ofrece unha alternativa á produción en liña convencional en matadoiros a través da produción paralela en CFM autónomos. Isto é especialmente relevante para os pequenos e medianos produtores, xa que ofrece a posibilidade de aumentar ou diminuír a produtividade en función da demanda. Esta tecnoloxía ten un potencial disruptivo e o proxecto desenvolveu, produciu e probou esta innovación. Os resultados de RoBUTCHER son importantes para a sociedade, xa que permitirán que robots cun maior grao de competencia entren no sector da manufactura. O desenvolvemento global aumentou a atención á flexibilidade no procesamento da carne. A medida que o mercado da carne se fai cada vez máis internacional, as carteiras de produtos están a ampliarse para satisfacer a nova demanda dos consumidores. Isto supón un desafío para as solucións convencionais e fai fincapé na necesidade de RoBUTCHER. A incapacidade dos pequenos e medianos produtores para acceder á robótica e á automatización tamén agrava outra bomba de reloxería en Europa: a dispoñibilidade de man de obra. Ademais das consideracións económicas, necesitaranse robots para superar a escaseza de man de obra e para axudar a que o procesamento de alimentos sexa máis seguro, limpo e sostible. As recentes pandemias e eventos xeopolíticos que afectan o movemento dos traballadores e a cadea de subministración de alimentos aceleraron aínda máis a aceptación e prepararon a industria para o despregamento da nova tecnoloxía RoBUTCHER. Os resultados tamén poden, co paso do tempo, ter un impacto noutros sectores (por exemplo, outras especies como a carne de vacún, outros produtos alimenticios ou materiais completamente diferentes) nos que é importante manipular materiais con gran variación e flexibilidade. Os obxectivos xerais de RoBUTCHER foron: 1. Avaliación dos requisitos sociais, lexislativos e de boas prácticas da industria cárnica 2. Desenvolvemento de novos módulos tecnolóxicos para a planificación autónoma da traxectoria de corte e a integración con interfaces humano-robot que proporcionan intervención remota e oportunidades de adestramento 3. Adaptación de ferramentas de corte para incorporar a detección cognitiva e o desenvolvemento de ferramentas de agarre e manipulación de órganos internos, agarre e manipulación dos músculos, ósos e ósos. demostración de RoBUTCHER MFC nun entorno a escala piloto no nivel de preparación tecnolóxica 6 (prototipo industrial). RoBUTCHER cumpriu os obxectivos marcados. En conclusión, os resultados de RoBUTCHER son aínda máis importantes para a sociedade que cando comezou a acción. En particular, eventos globais como a pandemia de COVID-19 e a guerra de Ucraína demostraron que a seguridade alimentaria é unha preocupación primordial para a sociedade.
Obxectivos
A adopción da robótica e da automatización avanzada no sector agroalimentario, en concreto no procesado de carne, viuse sufocada polo alto custo percibido, así como pola falta de flexibilidade, robustez e escalabilidade para acomodar diferentes volumes, especialmente os máis pequenos. Isto entra en conflito coas recomendacións de que os gobernos de toda Europa deberían promover unha maior eficiencia e seguridade no sistema alimentario. Os pioneiros de Noruega (NMBU/Animalia) e Dinamarca (DTI) estiveron traballando para resolver este problema e crearon un novo concepto de automatización para o sector cárnico: a Meat Factory Cell (MFC). O MFC actual é sinxelo e depende da intelixencia de expertos humanos para completar tarefas complexas. Non obstante, as plantas de procesamento de carne están entre as contornas de traballo máis pobres de Europa, o que fai imprescindible a autonomía. RoBUTCHER pretende desenvolver un MFC cognitivo, capaz de autonomía. Para conseguilo, RoBUTCHER ten os seguintes obxectivos fundamentais: (1) Avaliación dos requisitos sociais, lexislativos e de boas prácticas da industria cárnica; (2) Desenvolvemento de novos módulos tecnolóxicos para a planificación autónoma de camiños de corte e integración con interfaces cooperativas humano-robot; (3) Creación de ferramentas intelixentes que permitan avaliar o sistema, principalmente para o corte e a manipulación; e (4) piloto a escala industrial de MFC cognitivo. As tecnoloxías básicas de robótica son integrantes de RoBUTCHER, onde o énfase principal está na IA e na cognición, pero hai unha superposición natural para incluír interfaces cooperativas humano-robot e mecatrónica cognitiva. Non hai solucións axeitadas e dispoñibles hoxe. A ambición de RoBUTCHER é desenvolver un sistema para TRL6, utilizando a infraestrutura MFC existente dentro do Consorcio como catalizador para a investigación e a innovación. A implantación exitosa do proxecto proporcionará a robustez, flexibilidade e escalabilidade que necesitan os pequenos e medianos procesadores de carne para reducir as barreiras técnicas ás que se enfrontan á hora de adoptar a automatización robótica, o que melloraría a calidade do traballo e a seguridade alimentaria en Europa.
Resultados
Os investigadores están axudando á industria cárnica a superar os obstáculos para a adopción de sistemas de automatización robóticos. A UE é o cuarto produtor de carne de vacún, tenreira e polo, e o segundo produtor mundial de carne de porco, o que reforza a importancia da industria cárnica na UE. Non obstante, o sector enfróntase a diversos retos, como manter a calidade ao tempo que se garante unha subministración consistente de alimentos. A automatización pode contribuír a este obxectivo, ademais de axudar a acadar os obxectivos da UE de aumentar a eficiencia e a seguridade no sistema alimentario. "A automatización é esencial para a sustentabilidade da produción de carne, onde a gran dependencia do traballo humano supón un desafío crecente. Sen automatización, o sector podería loitar para satisfacer as crecentes demandas de eficiencia, produtividade e responsabilidade ambiental necesarias para seguir sendo competitivos no futuro", di Alex Mason, coordinador do proxecto RoBUTCHER. Non obstante, para moitos profesionais do sector, os sistemas avanzados de robótica e automatización son inaccesibles porque son caros e carecen de flexibilidade, escalabilidade e robustez. Un concepto de automatización desenvolvido por científicos de Noruega e Dinamarca, o Meat Factory Cell (MFC), ten como obxectivo abordar estes problemas. Neste contexto, o proxecto RoBUTCHER, financiado pola UE, traballou no desenvolvemento dunha nova plataforma MFC, que ofrece unha oportunidade para unha automatización non convencional no procesado de carne de porco, especialmente nos matadoiros. "En lugar dos enfoques da liña de produción que son a opción principal hoxe en día, usa robótica e intelixencia artificial (IA) para realizar operacións complexas de corte e manipulación de carcasas de porco enteiras non refrixeradas, tendo en conta a variación biolóxica e a deformación", confirma Mason. Interrupción do sector cárnico Un dos principais resultados do proxecto foi a demostración exitosa de dous prototipos de células robóticas para cortar carne quente e fría. Un consistía nun prototipo para a desmontaxe completa de carcasas enteiras de porco non refrixerados, mentres que o outro implementaba un enfoque máis convencional baseado na chamada resección da media canal refrixerada. "Tamén estamos a desenvolver novas ferramentas de software, incluíndo sistemas de intelixencia artificial para cortar carne, enfoques interactivos de realidade virtual para carnicería robótica a gran escala e solucións para a integración de sistemas intelixentes", informa Mason. Ademais de novas ferramentas para facilitar a interacción cos produtos cárnicos e sistemas robóticos, incluíndo coitelos e ferramentas de agarre. O traballo do proxecto tamén proporcionou unha mellor comprensión dos marcos lexislativos e do impacto social asociado con solucións robóticas innovadoras para entornos de fabricación industrial altamente manuais. "En total, o Consorcio RoBUTCHER identificou 17 innovacións fundamentais, incluíndo os dous prototipos de sistemas de corte demostrados, resultantes do proxecto. Ademais, o consorcio foi moi activo na publicación dos seus resultados, con preto de 30 traballos científicos publicados ata a data e moitos máis en varias fases de elaboración", destaca Mason. Moving Forward: Novos desenvolvementos para a industria da carne O consorcio identificou novas iniciativas para continuar co traballo de RoBUTCHER e planea desenvolver novas ideas de I+D no marco de Horizon Europe durante os próximos 12 meses. «A nivel nacional xa están traballando en proxectos varios socios. Están utilizando os resultados de RoBUTCHER para sentar as bases de novos desenvolvementos en ferramentas intelixentes, robótica colaborativa e intelixencia artificial", conclúe Mason. O concepto de "célula" espertou o interese das partes interesadas en todo o mundo, tal e como se destacou no recente Congreso Internacional de Automatización da Carne en España, onde se presentaron os resultados de RoBUTCHER. Podes atopar máis información sobre o progreso e os resultados dos proxectos na súa páxina web.
Información adicional
Novas metodoloxías de IA para o corte de carne, capaces de recoñecer e adaptarse á variabilidade biolóxica. Prototipos de sistemas automáticos de corte de carne, aplicando novas metodoloxías robóticas. As novas ferramentas de agarre e corte, incluídas as habilitadas para sensores, proporcionan feedback robótico. Nova implementación de integración en plataformas de software, incluíndo Node-Red e Ocellus. Introdución de conceptos de robótica colaborativa para o corte de carne. Teleoperación de robots industriais mediante VR. RoBUTCHER ten investigacións avanzadas en tecnoloxías fundamentais, como a cognición e as interfaces humano-robot, e produciu un impacto económico con polo menos dúas innovacións clave que xa chegaron ao mercado. En xeral, o nivel de innovación no sector agroalimentario aumentou, especialmente para os transformadores de carne. Os principais procesadores e provedores de carne coñecen o novo enfoque de RoBUTCHER. Un obxectivo posterior ao proxecto do Consorcio é ampliar a aplicabilidade dos resultados de RoBUTCHER a sectores con demandas funcionais similares. A longo prazo, RoBUTCHER senta as bases para unha automatización máis escalable (tanto física como económicamente), robusta e flexible que a actualmente dispoñible. Segundo os usuarios finais, a implantación dos resultados do proxecto reduciría ou eliminaría o risco de lesións dos traballadores das fábricas de carne tradicionais, ademais de mellorar as condicións laborais. Ademais, é probable que ofreza melloras na igualdade de xénero e na diversificación da forza de traballo, ademais de facer que o emprego no sector sexa máis atractivo para os mozos.
Coordinadores
- NORGES MILJO-OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERSITET (NMBU)
Proxectos relacionados
