💻 computer science

CLASP: A Cluster-Level Autonomous Selective Picking Robot with a Soft Rolling-Band Gripper for Fresh-Market Blueberry Harvesting

تقدم هذه الورقة البحثية CLASP، وهو روبوت ذاتي القيادة منخفض التكلفة يتميز بقابض ذي حزام دوار ناعم ونظام إدراك عالمي-محلي يتيح حصاداً فعالاً وانتقائياً للتوت الأزرق المخصص للسوق الطازجة على مستوى العنقود، وذلك عبر فصل الثمار الناضجة فقط بلطف مع الحفاظ على التوت غير الناضج.

المؤلفون الأصليون: Yixuan Xia, Yilin Cai, Natalia Belen Espinoza, Changying Li, Zilfina Rubio Ames, Xin Zhang, Yue Chen

نُشر 2026-09-17

📖 4 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة

CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: Yixuan Xia, Yilin Cai, Natalia Belen Espinoza, Changying Li, Zilfina Rubio Ames, Xin Zhang, Yue Chen

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

في الصفوف الهادئة لمزرعة التوت الأزرق، تتجلى مفارقة في كل صيف. فالثمار المخصصة للسوق الطازجة — تلك الحبات الممتلئة والخالية من العيوب والمعدة لرفوف محلات البقالة — يجب أن تُقطف يدوياً. توجد آلات يمكنها هز الشجيرات والتقاط الثمار المتساقطة، لكنها خشنة للغاية؛ فهي تسبب كدمات للجلد الرقيق وتنزع الثمار التي لم تنضج بعد، مما يترك مزيجاً طرياً يصلح لصنع المربى أو التصنيع فقط. تكمن المشكلة في أن التوت الأزرق لا ينضج دفعة واحدة. ففي عنقود صغير واحد، غالباً ما تجلس حبة زرقاء داكنة وجاهزة للأكل بجانب أخرى خضراء صلبة. ولجني الثمار الناضجة دون إتلاف البقية، يجب على القاطف أن يسحب الحبة الناضجة برفق من ساقه مع ترك الحبة غير الناضجة مكانها. وهذا يتطلب مستوى من اللمس والتقدير كان مستحيلاً حتى الآن أتمتته، مما أجبر المزارعين على الاعتماد على قوة عاملة متناقصة من العمال الموسميين.

قام فريق من الباحثين ببناء روبوت مصمم لحل هذه المعضلة تحديداً. أطلقوا على ابتكارهم اسم "CLASP"، وهو آلة لا تحاول التقاط كل حبة على حدة، بل تتعامل مع العنقود بأكمله كوحدة واحدة. "يد" الروبوت عبارة عن حزام ناعم ودوار مصنوع من السيليكون، مستوحى من الطريقة التي يستخدم بها القاطفون البشر إبهامهم لفرك الثمار مقابل الساق. عندما يجد الروبوت عنقوداً، فإنه يلف هذه الأشرطة الناعمة حول الثمار ويبدأ في تدويرها. ومع دوران الأشرطة، تولد احتكاكاً لطيفاً يسحب الثمار الناضجة من سيقانها واحدة تلو الأخرى، بينما تبقى الثمار غير الناضجة، التي لا تزال متصلة بقوة، في مكانها. لا يحتاج الروبوت إلى مستشعر قوة لمعرفة مدى قوة سحبه؛ بدلاً من ذلك، فإنه يستمع إلى التيار الكهربائي في محركاته. فعندما يعمل المحرك بجهد أكبر لأن ثمرة ما تقاوم، يعرف الروبوت أنه يطبق قوة، فيقوم بتعديل قبضته للبقاء ضمن نطاق آمن — قوي بما يكفي لفصل الثمرة الناضجة، وضعيف بما يكفي لترك الثمار الخضراء وشأنها.

يعتمد النظام على عملية رؤية مكونة من خطوتين للعثور على أهدافه. أولاً، تقوم كاميرا مثبتة على جسم الروبوت بمسح الحقل لرصد عناقيد الثمار من مسافة بعيدة. وبمجرد العثور على هدف محتمل، يحرك الروبوت ذراعه ليقترب أكثر، جالباً معه كاميرا ثانية محمولة باليد لتقترب من الثمرة وتلقي نظرة تفصيلية. تساعد هذه الرؤية القريبة الروبوت على فهم شكل العنقود واتجاهه، مما يسمح له بوضع أشرطته الناعمة بشكل صحيح. ثم ينفذ الروبوت تسلسلاً دقيقاً: يحرك ذراعه نحو العنقود، ويغلق الأشرطة، ويبدأ حركة التدوير. ويستمر في هذه العملية، متحققاً بشكل دوري مما إذا كانت هناك أي ثمار ناضجة متبقية، حتى يفرغ العنقود من الثمار الناضجة.

في الاختبارات الميدانية التي أجريت في عدة مزارع للتوت الأزرق، أظهر الروبوت أن هذا النهج فعال. فمن بين خمسة وعشرين عنقوداً عُرضت على النظام، تمكن الروبوت من الإمساك بالثمار وحصاد ثلاثة وعشرين منها بنجاح، محققاً نسبة نجاح بلغت اثنين وتسعين بالمائة. لم تكن حالات الفشل بسبب آلية القطف نفسها، بل لأن الروبوت لم يتمكن من الوصول مادياً إلى العنقود بسبب الأوراق والأغصان الكثيفة التي سدت طريقه. وعندما كان الروبوت يصل إلى الثمار، كان لطيفاً. كانت حبات التوت التي حصدها أطرى قلي بالزيادة قليلاً من تلك التي يقطفها البشر، وهو فرق يعزوه الباحثون جزئياً إلى التأخير الزمني بين القطف والقياس، وليس بسبب الضرر الناتج عن الروبوت. تبلغ تكلفة بناء وحدة من هذه الوحدات حوالي ثلاثة آلاف وثلاثمائة وستة وعشرين دولاراً، وهو سعر يشير إلى أن هذه التكنولوجيا يمكن توسيع نطاق استخدامها في الواقع.

كما قاس الباحثون القوة المطلوبة لسحب حبة من ساقها ووجدوا فرقاً واضحاً بين الثمار الناضجة وغير الناضجة. فقد انفصلت الثمار الناضجة بقوة أقل بكثير من الثمار الخضراء، مما خلق "نافذة" حيث يمكن للروبوت تطبيق ضغط كافٍ لحصاد الثمار الناضجة دون إزعاج البقية. ومن خلال التحكم الدقيق في تيار المحرك للبقاء ضمن هذه النافذة، أثبت الروبوت قدرته على الحصاد الانتقائي على مستوى العنقود، وهي مهمة فشلت فيها الآلات السابقة. ورغم أن الروبوت ليس سريعاً بعد مثل القاطف البشري، إلا أنه يتحرك بوتيرة واعدة بالنسبة لآلة، حيث يتعامل مع حوالي اثنين وثلاثين حبة في الدقيقة مقارنة بخمس وخمسين حبة للإنسان. وتشير الدراسة إلى أن العقبة لم تعد تكمن في القدرة على قطف الثمار بلطف، بل في سرعة حركة الروبوت وقدرته على التنقل عبر أوراق الشجر الكثيفة في المزرعة. ويمثل هذا العمل خطوة مهمة نحو أتمتة الجزء الأكثر استهلاكاً للعمالة في إنتاج التوت الأزرق المخصص للسوق الطازجة، مما يوفر وسيلة لجلب اللمسة الرقيقة ليد الإنسان إلى الآلة.

أبحاث مشابهة