Роботизированное опыление

Опыление — редкий случай в полевой робототехнике, где биологический аналог не просто дёшев, а дёшев на несколько порядков. Из этого следует и постановка задачи, и её реальный рынок.

Что именно делает насекомое

Для многих культур перенос пыльцы — не главная трудность. Томат, баклажан, черника, клюква и родственные им виды имеют поровые пыльники: пыльца заперта внутри трубки и выходит только через апикальную пору. Освободить её можно единственным способом — вибрацией. Шмель обхватывает пыльник и сокращает грудные летательные мышцы, не двигая крыльями, порождая звуковой импульс с основной частотой порядка нескольких сотен герц; пыльца выбрасывается через пору как порошок из встряхиваемой солонки. Медоносная пчела этого делать не умеет — отсюда полная зависимость тепличного томата от шмелиных семей и историческая практика ручных вибраторов до их появления.

Отсюда первый инженерный вывод: механический аналог обязан воспроизвести не касание, а частотно-амплитудный режим. Слишком слабое воздействие не открывает пыльник, слишком сильное повреждает цветок или сбивает завязь. Существующие подходы делятся на прямую вибрацию (контакт с кистью или шпалерой), направленный воздушный импульс и точное нанесение заранее собранной пыльцы — последнее применяется в садовых культурах, где перекрёстное опыление между сортами обязательно и где сбор пыльцы можно вести отдельной операцией.

Обнаружение и усилие

Вторая трудность — зрение. Цветок мал, часто затенён листом, находится в движении от собственного веса и от вентиляции, и его нужно не просто найти, а классифицировать по фазе: воздействие на нераскрывшийся бутон бесполезно, на отцветший — вредно. Рецептивное окно рыльца измеряется днями, поэтому машина обязана возвращаться к одному и тому же ряду многократно и помнить, что она уже обработала. Требования к точности позиционирования при этом сантиметровые, а к усилию — сотые доли ньютона: манипулятор работает на границе, где обычная промышленная жёсткая кинематика неприменима.

Сравнение считается на цветок

Честная метрика — стоимость успешного опыления одного цветка. Шмелиная семья в теплице стоит десятки евро, живёт несколько недель и обслуживает тысячи квадратных метров; каждая фуражирующая особь посещает сотни цветков за вылет, работает без электричества, сама находит цветки и сама распределяется по площади. Робот должен подойти к каждому цветку индивидуально. Поэтому машины не побеждают шмеля в открытом сравнении и не пытаются: они выигрывают там, где насекомое недоступно или запрещено.

Таких ниш три, и они реальны. Закрытые теплицы в странах, ограничивающих ввоз шмелей по биобезопасности. Культуры, где нужна селекционно заданная комбинация родителей и случайный перенос неприемлем. И садовые культуры с коротким и погодозависимым окном цветения, когда холодный или дождливый период гасит лёт насекомых именно в те дни, когда рыльце восприимчиво, — здесь машина конкурирует не с пчелой, а с отсутствием урожая.