À manipuler avec précaution : la pince souple du robot cueille les fruits mûrs sans les abîmer.
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Pour évaluer la maturité des fruits, la vue et l'odorat sont de précieux indices, mais le toucher reste souvent le meilleur indicateur. Des chercheurs de l'université Cornell ont utilisé des capteurs à fibres optiques extensibles pour créer une pince robotisée souple capable de déterminer la maturité des fraises par simple contact, puis de les détacher délicatement de leur branche ou de leur tige sans les abîmer.
Cette technologie, mise au point dans le laboratoire de Rob Shepherd, professeur de génie mécanique titulaire de la chaire John F. Carr au Cornell Duffield College of Engineering, pourrait permettre une production alimentaire plus résiliente et écologique et accroître la disponibilité d'espèces fruitières difficiles à cultiver.
Ces travaux de recherche sont publiés dans Nature Communications . Le premier auteur est Anand Mishra, ancien chercheur postdoctoral.
Le laboratoire de robotique organique de Shepherd a déjà démontré le potentiel des capteurs à fibres optiques extensibles pour doter les systèmes robotiques souples de sensations tactiles et dynamiques similaires à celles qui permettent aux humains de se déplacer dans le monde naturel. Ces dernières années, l'équipe a étendu ses recherches à l'agriculture, en concevant une pince robotique souple qui intègre des capteurs dans les feuilles vivantes des plantes. Ces capteurs lui permettent de détecter son environnement et de communiquer avec lui.
Crédit : Université Cornell
Pour mettre au point une méthode d'évaluation et de manipulation des fruits avec soin, l'équipe de Shepherd s'est associée à Marvin Pritts, professeur d'horticulture et de développement mondial au sein du Collège d'agriculture et des sciences de la vie, spécialisé dans le développement de méthodes de production durables pour les cultures de baies.
Pour entraîner et tester leur pince, ils avaient besoin d'un fruit modèle. Et pour cela, ils se sont tournés vers la fraise.
« On peut déterminer avec précision la maturité des fraises grâce à leur couleur », a déclaré Shepherd. « Nous avons donc pu entraîner notre modèle à reconnaître la maturité au toucher, puis le valider en observant la couleur. Anand a ainsi pu estimer avec précision le moment optimal pour la cueillette des fraises en fonction de leur fermeté mesurée. »
La pince souple du robot offre un toucher tout aussi doux. Elle est équipée de deux capteurs à fibre optique : l’un mesure la courbure du doigt, l’autre la pression exercée à son extrémité. Ainsi, le robot peut estimer la forme d’un objet et adapter sa prise en conséquence pour saisir un fruit mûr sans l’abîmer.
Des chercheurs de Cornell ont utilisé des capteurs à fibres optiques extensibles pour créer une pince robotique souple capable de prédire la maturité des fraises par simple toucher. Crédit : Fournie par Anand Mishra
« Les jauges de contrainte à fibre optique ont les mêmes propriétés mécaniques que les pinces qui les utilisent. C'est un peu comme si la chair ressentait le fruit, plutôt que d'avoir des capteurs séparés », a expliqué Shepherd.
Les chercheurs ont également inclus un mécanisme d'engrenage planétaire afin que, une fois le fruit saisi, le poignet du robot puisse pivoter et détacher la fraise de sa tige en la tordant, au lieu de la tirer ou de la cueillir, ce qui pourrait abîmer le fruit.
Pour les cas où le toucher ne suffit pas, les chercheurs ont installé une caméra dans la paume de la pince afin de repérer les fruits cachés par des feuilles ou d'autres végétaux. Toutefois, le dispositif sera particulièrement pratique lorsque la maturité ne peut être déterminée visuellement, comme pour les avocats, les ananas ou – le fruit préféré de Shepherd – les papayes.
« Le problème avec les asiminiers, c'est qu'on ne peut pas voir quand ils sont mûrs, et ils mûrissent tellement vite que si on n'est pas là au bon moment, on les rate », a-t-il expliqué. « De plus, on ne peut pas les récolter et les expédier, car ils ne supportent pas bien le transport. C'est une des raisons pour lesquelles on n'en trouve pas dans les supermarchés. Mais cela pourrait changer la donne. »
Cette technologie pourrait avoir un impact encore plus important sur les pratiques agricoles durables.
« Les robots nous permettront de faire des choses actuellement impossibles à réaliser économiquement. Nous pratiquons les cultures en rangs car elles sont adaptées à nos machines. Mais avec un plus grand nombre de petits robots, nous pourrons pratiquer la culture mixte d'espèces différentes qui se soutiennent mutuellement », a déclaré Shepherd. « Au lieu de cultiver du soja une année et du maïs l'année suivante, on pourra cultiver les deux. On pourra aussi intercaler des espèces résistantes aux ravageurs, qui contribueront à limiter les infestations et à réduire l'utilisation de pesticides et d'engrais. On pourra également bénéficier d'une meilleure résistance à la sécheresse grâce aux espèces formant la canopée. »
« Il est très compliqué de gérer une ferme de cette façon », a-t-il déclaré, « et les robots pourraient nous permettre de le faire. »