Proyecto H2020 RoBUTCHER: Una plataforma de robótica cognitiva robusta, flexible y escalable
- Tipo Proyecto
- Estado Completado
- Ejecución 2020 -2023
- Presupuesto asignado 7.536.303,5 €
- Alcance Europeo
- Principal fuente de financiación Horizonte 2020
- Sitio web del proyecto Proyecto RoBUTCHER
El sector cárnico es uno de los más importantes de la agricultura de la UE, compuesto por agricultores, cooperativas agrícolas y mataderos. Uno de los mayores desafíos es mantener la calidad. Por lo tanto, la automatización es clave para cumplir con las recomendaciones de seguridad alimentaria de la UE. Sin embargo, los sistemas avanzados de robótica y automatización son caros, poco flexibles y carecen de escalabilidad y robustez, lo que dificulta su adquisición y aplicación a gran escala. Un nuevo concepto pionero de automatización desarrollado por científicos de Noruega y Dinamarca, la Célula de Fábrica de Carne (CFM), no es autónoma. El proyecto RoBUTCHER, financiado con fondos europeos, pretende desarrollar una CFM cognitiva con alta autonomía utilizando tecnologías robóticas centrales basadas en IA y cognición. El proyecto proporcionará a los pequeños y medianos procesadores de carne las herramientas necesarias para superar los obstáculos técnicos que impiden la adopción de sistemas de automatización robótica.
Los requisitos sociales, legislativos y de buenas prácticas de la industria cárnica se evaluaron según lo previsto. Desde una perspectiva robótica, la legislación o las normas vigentes no impiden la implementación de MFC en un entorno industrial. Desde la perspectiva de la seguridad de la carne, el proyecto ha realizado un estudio exhaustivo de textos legislativos, cuyos hallazgos reflejan la necesidad de las denominadas "demandas funcionales" al desarrollar dichos textos. Es alentador que la OMS utilice ahora una terminología acorde con estos principios. RoBUTCHER cuenta con una sólida base en cuanto a las necesidades industriales y las mejores prácticas, e incluyó a usuarios finales de toda Europa como parte de un grupo de referencia. Esto ha garantizado la pertinencia del trabajo del proyecto, además de garantizar una buena contribución a los estudios que abordan los impactos sociales de la automatización en el procesamiento de la carne. RoBUTCHER ha desarrollado varios enfoques nuevos de IA basados ??en visión: solo 2D (ubicación de la tráquea); datos 2D y 3D combinados (un método para el corte de MFC, así como el agarre de las extremidades); 3D y tomografía computarizada (otro método, más personalizable, para el corte de MFC); 3D y rayos X (para el corte). Las soluciones abarcan una amplia gama de escenarios, incluyendo el corte de carne caliente y fría, así como de canales enteras y medias, todo ello teniendo en cuenta la variabilidad biológica que esto conlleva. Las actividades posteriores al proyecto ya muestran acciones del Consorcio para ampliar este aprendizaje a otras especies, como la carne de res y el pavo. La realidad virtual (RV) ha permitido, por ejemplo, que un carnicero verifique y ajuste remotamente las trayectorias de corte de la IA en un entorno 3D, antes de la ejecución. Los gemelos digitales han facilitado la planificación y las pruebas de sistemas sin conexión; el Consorcio reconoce la necesidad de nuevas actividades de I+D, donde los materiales flexibles y variables se modelen mejor en esos entornos. RoBUTCHER identificó una deficiencia en las herramientas para robots que trabajan con carne, y el resultado ha sido el desarrollo de nuevas pinzas e instrumentos de corte inteligentes, incluyendo el cuchillo inteligente, cuya patente está en trámite. Se continuará con la I+D tras el proyecto. Cabe destacar que los estudios realizados indican que los consumidores no distinguen entre la carne cortada por robots y por humanos; algunos incluso podrían preferir la primera. RoBUTCHER logró desarrollar dos prototipos de relevancia industrial (es decir, en TRL6), para corte en caliente y en frío. Además, el proyecto ha dado como resultado nada menos que 17 innovaciones clave, con un rango de TRL4 a TRL9 al final del proyecto. En cuanto a la difusión, se llevaron a cabo 316 actividades, incluyendo talleres, demostraciones, publicaciones científicas y más. Se planean 44 acciones adicionales después del proyecto.
El sector cárnico es uno de los más importantes de la UE. La automatización es clave para lograr la seguridad y la soberanía alimentaria en Europa. Los sistemas tradicionales de robótica y automatización son demasiado caros, poco flexibles y carecen de escalabilidad y robustez. Un nuevo concepto pionero de automatización desarrollado por los científicos del proyecto RoBUTCHER, la Célula de Fábrica de Carne (CFM), ha demostrado una manera de abordar estos problemas. Este proyecto ha desarrollado y probado con éxito un prototipo de CFM de alta autonomía utilizando tecnologías robóticas centrales basadas en Inteligencia Artificial (IA) y robótica cognitiva. RoBUTCHER es un enfoque innovador que ofrece una alternativa a la producción en línea convencional en mataderos mediante la producción paralela en CFM autónomas. Esto es especialmente relevante para los pequeños y medianos productores, ya que ofrece la posibilidad de aumentar o reducir la productividad según la demanda. Esta tecnología tiene un potencial disruptivo, y el proyecto ha desarrollado, producido y probado esta innovación. Los resultados de RoBUTCHER son importantes para la sociedad, ya que permitirán que robots con un mayor grado de competencia entren en el ámbito de la fabricación. El desarrollo global ha aumentado la atención a la flexibilidad en el procesamiento de la carne. A medida que el mercado de la carne se internacionaliza cada vez más, las carteras de productos aumentan para satisfacer la demanda de nuevos consumidores. Esto supone un reto para las soluciones convencionales y enfatiza la necesidad de RoBUTCHER. La incapacidad de acceder a la robótica y la automatización por parte de los pequeños y medianos productores también exacerba otra bomba de tiempo en Europa, es decir, la disponibilidad de mano de obra. Además de las consideraciones económicas, se requerirán robots para superar la escasez de mano de obra, así como para contribuir a que el procesamiento de alimentos sea más seguro, limpio y sostenible. La reciente pandemia y los acontecimientos geopolíticos que afectaron al movimiento de trabajadores y a la cadena de suministro de alimentos han acelerado aún más la aceptación y preparado al sector para el despliegue de la novedosa tecnología RoBUTCHER. Los resultados también pueden, con el tiempo, tener un impacto en otros sectores (por ejemplo, otras especies como la carne de vacuno, otros productos alimenticios o materiales completamente diferentes) donde el manejo de materiales con alta variación y flexibilidad es importante. Los objetivos generales de RoBUTCHER fueron los siguientes: 1. Evaluación de los requisitos sociales, legislativos y de mejores prácticas de la industria cárnica 2. Desarrollo de nuevos módulos tecnológicos para la planificación autónoma de la trayectoria de corte e integración con interfaces humano-robot que brindan oportunidades de intervención y capacitación remotas 3. Adaptación de herramientas de corte para incorporar detección cognitiva y desarrollo de herramientas de agarre para agarrar y manipular músculos, huesos y órganos internos 4. Implementación y demostración de RoBUTCHER MFC en un entorno a escala piloto en el nivel de preparación tecnológica 6 (prototipo industrial). RoBUTCHER cumplió los objetivos planteados. En conclusión, los resultados de RoBUTCHER son aún más importantes para la sociedad que cuando comenzó la acción. En concreto, acontecimientos mundiales como la pandemia de COVID-19 y la guerra en Ucrania demostraron que la seguridad alimentaria es una preocupación primordial para la sociedad.
La adopción de la robótica avanzada y la automatización en el sector agroalimentario, específicamente en el procesamiento de carne, se ha visto sofocada debido al alto costo percibido, así como a la falta de flexibilidad, robustez y escalabilidad para adaptarse a diferentes volúmenes, en particular los más pequeños. Esto entra en conflicto con las recomendaciones de que los gobiernos de toda Europa deberían fomentar una mayor eficiencia y seguridad del sistema alimentario. Los pioneros en Noruega (NMBU/Animalia) y Dinamarca (DTI) han estado trabajando para abordar este problema y han creado un nuevo concepto de automatización para el sector cárnico: Meat Factory Cell (MFC). El MFC actual es simple y depende de la inteligencia de expertos humanos para completar tareas complejas. Sin embargo, las plantas procesadoras de carne se encuentran entre los entornos de trabajo de peor calidad de Europa, lo que hace que la autonomía sea imprescindible. RoBUTCHER tiene como objetivo desarrollar un MFC cognitivo, capaz de autonomía. Para lograr esto, RoBUTCHER tiene los siguientes objetivos fundamentales: (1) Evaluación de los requisitos sociales, legislativos y de mejores prácticas de la industria cárnica; (2) Desarrollo de módulos tecnológicos novedosos para la planificación autónoma de trayectorias de corte y la integración con interfaces cooperativas entre humanos y robots; (3) Creación de herramientas inteligentes que permitan evaluar el sistema, principalmente para corte y manipulación; y (4) piloto a escala industrial del MFC cognitivo. Las tecnologías robóticas centrales son parte integral de RoBUTCHER, donde el énfasis principal es la IA y la cognición, pero existe una superposición natural para incluir interfaces cooperativas humano-robot y mecatrónica cognitiva. Hoy en día no existen soluciones disponibles y adecuadas. La ambición de RoBUTCHER es desarrollar un sistema para TRL6, utilizando la infraestructura MFC existente dentro del Consorcio como catalizador para la investigación y la innovación. La ejecución exitosa del proyecto proporcionará la solidez, flexibilidad y escalabilidad que los pequeños y medianos procesadores de carne necesitan para reducir las barreras técnicas que enfrentan al adoptar la automatización robótica, lo que mejoraría la calidad del empleo y la seguridad alimentaria en Europa.
Los investigadores están ayudando a la industria cárnica a superar los obstáculos que impiden la adopción de sistemas de automatización robótica. La UE es el cuarto mayor productor de carne de vacuno, ternera y pollo, y el segundo mayor productor de carne de cerdo del mundo, lo que refuerza la importancia de la industria cárnica en la UE. Sin embargo, el sector se enfrenta a diversos retos, como mantener la calidad y, al mismo tiempo, asegurar un suministro constante de alimentos. La automatización puede contribuir a este objetivo, además de contribuir a alcanzar los objetivos de la UE de una mayor eficiencia y seguridad del sistema alimentario. «La automatización es fundamental para la sostenibilidad de la producción de carne, donde la gran dependencia de la mano de obra humana supone un reto creciente. Sin la automatización, el sector podría tener dificultades para satisfacer las crecientes demandas de eficiencia, productividad y responsabilidad ambiental necesarias para seguir siendo competitivo en el futuro», señala Alex Mason, coordinador del proyecto RoBUTCHER. Sin embargo, para muchos profesionales del sector, la robótica avanzada y los sistemas de automatización son inaccesibles, ya que son caros, carecen de flexibilidad, escalabilidad y robustez. Un concepto de automatización desarrollado por científicos de Noruega y Dinamarca, la Célula de Fábrica de Carne (CFM), pretende abordar estos problemas. En este contexto, el proyecto RoBUTCHER , financiado con fondos europeos , trabajó en el desarrollo de una novedosa plataforma MFC, que ofrece una oportunidad para la automatización no convencional en el procesamiento de carne de cerdo, especialmente en mataderos. «En lugar de seguir enfoques basados ??en líneas de producción, que son la principal opción hoy en día, utiliza robótica e inteligencia artificial (IA) para realizar complejas operaciones de corte y manipulación en canales de cerdo enteras sin refrigerar, teniendo en cuenta la variación biológica y la deformación», confirma Mason. Trastocando el sector cárnico Uno de los resultados clave del proyecto fue la exitosa demostración de dos prototipos de células robóticas para el corte de carne fría y caliente. Uno consistía en un prototipo para el desmontaje completo de canales de cerdo enteras sin refrigerar, mientras que el otro implementaba un enfoque más convencional basado en el denominado trisección de la media canal refrigerada. "También desarrollamos nuevas herramientas de software, incluyendo sistemas de IA para el corte de carne, enfoques interactivos de realidad virtual para el despiece con robots de gran tamaño y soluciones para la integración de sistemas inteligentes", informa Mason. Esto se suma a nuevas herramientas para facilitar la interacción con productos cárnicos y sistemas robóticos, incluyendo cuchillos y herramientas de agarre. El trabajo del proyecto también ha permitido una mejor comprensión de los marcos legislativos y el impacto social asociado a las soluciones robóticas innovadoras para entornos de fabricación industrial altamente manuales. "En total, el Consorcio RoBUTCHER identificó 17 innovaciones clave , incluyendo los dos prototipos de sistemas de corte demostrados, resultantes del proyecto. Además, el consorcio ha estado muy activo en la publicación de los resultados, con alrededor de 30 artículos científicos publicados hasta la fecha y muchos más en diversas etapas de preparación", destaca Mason. Avanzando: nuevos desarrollos para la industria cárnica El consorcio ha identificado nuevas iniciativas para continuar el trabajo de RoBUTCHER y prevé desarrollar nuevas ideas de I+D en el marco de Horizonte Europa durante los próximos 12 meses. «A nivel nacional, varios socios ya están trabajando en proyectos. Utilizan los resultados de RoBUTCHER para sentar las bases de nuevos desarrollos en herramientas inteligentes, robótica colaborativa e IA», concluye Mason. El concepto de «célula» ha despertado el interés de las partes interesadas a nivel mundial, como se destacó en el reciente «Congreso Internacional de Automatización de la Carne», celebrado en España, donde se presentaron los resultados de RoBUTCHER. Puede encontrar más información sobre el progreso y los resultados de los proyectos en su sitio web.
Nuevas metodologías de IA para el corte de carne, capaces de reconocer y adaptarse a la variabilidad biológica. Prototipos de sistemas automáticos para el corte de carne, aplicando nuevas metodologías robóticas. Nuevas herramientas de agarre y corte, incluyendo la habilitación de sensores, para proporcionar retroalimentación robótica. Nueva implementación de la integración a través de plataformas de software, incluyendo Node-Red y Ocellus. Introducción de conceptos de robótica colaborativa para el corte de carne. Teleoperación de robots industriales a través de VR. RoBUTCHER ha avanzado en la investigación en tecnologías centrales, tales como la cognición y las interfaces humano-robot, y ha producido un impacto económico con al menos dos innovaciones clave que ya llegan al mercado. En general, el nivel de innovación en el sector agroalimentario ha aumentado, particularmente para los procesadores de carne. Los principales procesadores y proveedores de carne son conscientes del novedoso enfoque de RoBUTCHER. Un objetivo del Consorcio, posterior al proyecto, es ampliar la aplicabilidad de los resultados de RoBUTCHER a sectores con demandas funcionales similares. A largo plazo, RoBUTCHER sienta las bases para una automatización más escalable (tanto física como económicamente), robusta y flexible que la disponible actualmente. Según los usuarios finales, la implementación de los resultados del proyecto reduciría o eliminaría el riesgo de lesiones a las que están expuestos los trabajadores en las fábricas de carne tradicionales, además de mejorar las condiciones laborales. Además, es probable que ofrezca mejoras en la igualdad de género y la diversificación laboral, además de hacer que el empleo en el sector sea más atractivo para los jóvenes.
- NORGES MILJO-OG BIOVITENSKAPLIGE UNIVERSITET (NMBU)
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