연간 수확량이 약 70억 달러에 달하는 미국의 주요 작물인 면화는 다양한 산업에서 중요한 역할을 한다. 의류부터 의료용품, 가정용품까지 면화는 어디에나 존재한다. 그러나 목화를 수동으로 수확하는 전통적인 방법은 마틴 루터 대학교 할레-비텐베르크(MLU)의 연구원들이 혁신적인 로봇 공학 및 자동화를 통해 해결하고 있는 과제를 제시한다.

농업 기계 분야에서 약 20년의 연구 경험을 가진 엔지니어가 이끄는 팀은 제품과 토양 모두에 대한 손상을 최소화하는 로봇 목화 수확기를 개발하는 데 중점을 두고 있다. 보다 효율적인 수확 옵션의 경제적, 환경적, 농업적 이점을 인식한 연구자들은 현재 사용 중인 크고 무거운 기계 수확기의 한계를 극복하는 것을 목표로 한다.

기존 수확기의 주요 문제로는 장기간의 섬유 노출, 토양 압축 및 높은 비용이 있다. 면화의 고르지 못한 성숙과 중장비가 토양 건강에 미치는 영향은 면화 농부들에게 어려움을 안겨준다. 로봇 공학은 이미 다른 작물을 수확하는 데 성공한 기술을 활용하여 잠재적인 솔루션으로 부상하고 있다.

MLU 연구팀은 도마뱀의 사냥 능력에서 영감을 받아 섬세하고 효율적인 목화 따기를 위해 설계된 세 손가락 로봇 엔드 이펙터를 연구하고 있다. 딥러닝 알고리즘과 스테레오 비전 카메라를 사용하여 로봇은 잘 익은 목화를 감지하고 3D 공간 좌표를 계산하며 목화를 정밀하게 선택한다. 엔드 이펙터의 설계는 효율성을 유지하면서 플랜트에 대한 손상을 최소화한다.

실험실과 면화 분야에서의 테스트는 유망한 결과를 보여주었다. 로봇은 잘 익은 목화솜의 78%를 성공적으로 감지하고, 그 중 70%에 대해 3D 좌표를 계산했으며, 감지된 목화솜의 83%를 수확했다. 현재 피킹 속도는 볼당 8.8초이지만 팀은 이 시간을 0.3초로 줄여 90%의 픽률을 달성하도록 시스템을 최적화할 계획이다.

이 기술의 잠재적인 영향은 선진국에서의 효율성 향상을 넘어 확장된다. 수동 수확이 널리 퍼져 있는 중국, 인도, 파키스탄, 우즈베키스탄과 같은 주요 면화 생산 국가에서 로봇 수확을 도입하면 노동 집약적인 과정에 참여하는 사람들의 삶이 크게 향상될 수 있다. 저소득 농민을 위해 맞춤 제작된 소형 반자율 로봇은 이 혁신적인 기술에 대한 접근을 더욱 민주화할 수 있다.

팀은 더 나은 인공 지능 알고리즘을 통합하고 시스템 카메라를 개선하여 로봇 수확기를 지속적으로 개선함에 따라 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 더 높은 가치의 면화를 생산하는 지속 가능한 솔루션을 만드는 것이 비전이다. 목화 수확에 로봇 공학을 통합하는 것은 기술적 도약을 의미할 뿐만 아니라 전 세계 수백만 명의 삶에 긍정적인 영향을 미칠 것이라는 약속을 담고 있다.

작성자: Impact Lab