Робот на солнечной энергии который уничтожает сорняки

Робот- пылесос iRobot Roomba , пожалуй, самый успешный робот из когда-либо созданных. Около 15 миллионов из них убирают полы по всей планете, и делают это надежно, доступно и достаточно автономно, чтобы люди продолжали покупать их, чего не удавалось воспроизвести ни одному другому потребительскому роботу.

Джо Джонс разработал видение для небольшой команды разработчиков Roomba. То, что начиналось как его личный побочный проект в Лаборатории искусственного интеллекта Массачусетского технологического института в 1988 году, стало коммерческим продуктом в iRobot в 2002 году, и хотя iRobot все еще делает все возможное, чтобы сделать Roomba лучше, чем когда-либо, Джонс ушел, чтобы основать свою собственную компанию по производству сельскохозяйственных роботов. Harvest Automation, 2006 год .

Теперь Джонс основал свою вторую компанию по производству робототехники, Franklin Robotics , которая финансирует свой последний проект через Kickstarter : Tertill — это полностью автономный и полностью автономный робот, работающий на солнечной энергии, который уничтожает сорняки и предназначен для вашего сада. Положите его туда, забудьте о нем (в основном), и он жестоко истребит любые сорняки, которые сможет найти, пока они короткие. 

Гениальность Tertill состоит в том, что он самодостаточен. У него одна кнопка, вы нажимаете эту кнопку, а затем забываете о роботе, пока он пропалывает ваш сад каждый день и навсегда. Вы можете поговорить с ним через Bluetooth и получать обновления, статистику и многое другое, но это необязательно. Благодаря водонепроницаемой конструкции и батареям, заряжаемым от солнца, вы действительно можете просто оставить робота в покое и быть уверенным, что в вашем саду не будет сорняков.

Хотя верно то, что метод Тертилла по прополке (обезглавливанию) не так эффективен для полного удаления сорняков, это не имеет никакого значения: это не так, как если бы вы прополкали прополку, а робот совершенно счастлив неэффективно пропалывать сорняки. снова и снова каждый день, пока не взорвется солнце.

Как и у всех роботов, у Tertill есть некоторые оговорки. Во-первых, вам понадобится какая-то граница вокруг вашего сада (не менее 5 сантиметров или около 2 дюймов над поверхностью земли), чтобы гарантировать, что робот не сбежит. В зависимости от вашего конкретного сада, это может быть более или менее неприятно, чем установка краевой проволоки. Tertill отличает сорняки от не-сорняков так же, как отличает сад от не-огорода: он не наезжает на что-либо высотой более 5 см, а вместо этого уходит.

В течение обычного дня (мы предполагаем, что в Бостоне) Тертилль будет усердно работать от 60 до 90 минут, а затем проведет остаток времени, загорая, чтобы подзарядить свои батареи, как и я. Если у вас есть сад необычного размера, вы можете заполнить его несколькими Tertills, которые будут согласовывать свои расписания (но не зону покрытия), чтобы они не работали одновременно. Это максимально увеличивает количество времени, в течение которого в вашем саду находится движущийся робот, который может помочь отпугнуть диких животных и привлечь прохожих.

Tertill находится на Kickstarter до 12 июля, и вы можете внести залог в размере 250 долларов США за проект, который должен быть доставлен в мае 2018 года. Мы обязаны напомнить вам, что это краудфандинговый проект, и вы поддерживаете идею, а не платите. для продукта, который уже существует. Однако Джонс и его коллеги имеют большой опыт создания доступных и надежных роботов, и мы с нетерпением ждем возможности увидеть, насколько хорошо Tertill работает на практике.

Чтобы узнать больше о Tertill, Roomba и о том, почему потребительская робототехника так сложна, мы поговорили с Джонсом по электронной почте.

Джо Джонс дальше. . .

1. Уроки первых дней работы Roomba
2. Робот от круглого к прямоугольному и снова к круглому
3. Личность робота? Нет. Стратегия навигации? Да.
4. Погоня за бурундуками и другие будущие функции
5. «Роботы обманчиво сложны»

1. Уроки первых дней работы Roomba

   IEEE Spectrum: Что вы узнали в процессе вывода Roomba на рынок и как это повлияло на ваш подход к Tertill?

   Джо Джонс: Я помню, как давно работал в задней комнате в iRobot, когда они располагались над Twin City Plaza в Сомервилле [за пределами Бостона]. Roomba нуждался в пылесосе с очень низким энергопотреблением, и я пытался разработать такой, который потреблял бы не более 3 Вт. Я построил испытательный механизм из картона и упаковочной ленты и использовал внутренности старого теплового пистолета в качестве источника вакуума. Я вдруг подумал: «Зачем мне iRobot? Я мог бы сделать все это дома, используя только свои собственные ресурсы ».

   Но я пришел к выводу, что вывод продукта на рынок — это нечто большее, чем просто этап изобретения. В зависимости от продукта изобретение может быть возможным при ограниченных средствах, но есть еще испытания, соответствие, инвентаризация, производство, распространение, обслуживание клиентов и ремонт. Все необходимые, но скучные вещи, которые меня не интересовали.

   Так что в основном мой взгляд на разработку продукта сформировался благодаря Roomba. Нам удалось провести раннюю разработку Tertill с довольно низкими затратами, но нам потребуется больше ресурсов для следующего этапа. Наша кампания на Kickstarter является частью этого.

   Spectrum: Почему вы решили, что сейчас самое подходящее время для внедрения робота-прополщика для потребителей?

   Джонс: Возможность. Приложение необходимо, и его можно выполнить с использованием существующих технологий. Если бы я подумал об этом и имел возможность поработать над этим, Тертиль был бы возможен на несколько лет раньше. 

2. Робот от круглого к прямоугольному и снова к круглому

   Спектр: Похоже, вы прошли через множество изменений дизайна, прежде чем остановились на колесах с экстремальным развалом. Можете ли вы рассказать о процессе, который вы прошли, прежде чем остановились на окончательном дизайне Tertill?

   Джонс: Первая автономная версия Tertill использовала привод на два колеса и была почти круглой. Но когда мы попробовали его в саду, у него были проблемы со склонами и колеями. Я провел несколько расчетов, которые продемонстрировали ограниченную способность любого двухколесного робота преодолевать склоны по сравнению с полноприводным роботом. Практически и теоретически было ясно, что привод на два колеса не будет достаточно универсальным, чтобы справиться с реалистичными садами. Поэтому пришлось перейти на полный привод.

   Роботы, у которых есть задача покрытия (например, роботы-пылесосы или роботы-прополки), должны соприкасаться со всеми препятствиями в своем рабочем пространстве. (Если вы не прикасаетесь к препятствиям, вы оставляете необработанное кольцо вокруг каждого из них.) Мы сделали Roomba круглым с двумя колесами по диаметру, потому что знали, что независимо от того, насколько сложна геометрия ближайших препятствий, робот всегда может вращаться. на месте, чтобы найти выход. Эта стратегия упрощает планирование движения (например, почти круглая форма поколения 1), но усложняет механику — в прямоугольного робота легче уместить компоненты. 

   

   Теперь, когда у нас появился 4WD, прямоугольная форма стала намного привлекательнее. Это привело нас ко второму поколению — далеко не круглому, но достаточно узкому, чтобы пробиваться между близко посаженными рядами. Наша надежда заключалась в том, что окружающая среда в саду была достаточно щадящей, чтобы мы могли обойтись без некруглого робота. 

   Сцепление было отличным, робот мог без проблем подниматься и спускаться по склонам, но общая маневренность была плохой. Пытаясь повернуть углы, Тертилль смел обширную территорию и иногда уходил боком в растения. Если бы у нас была полная информация о локальной среде, мы могли бы спланировать разумные пути, чтобы избежать таких проблем. К сожалению, для получения полной информации нужны навороченные датчики. Необычные датчики стоят реальных денег и приводят к появлению роботов, за которых клиенты не хотят платить. Если мы не могли позволить себе датчик, нам приходилось менять робота.

   В третьем поколении мы пытались найти компромисс, сохранив 4WD, но сделав робота немного ближе к круглому. Лучше, но без сигары. Робот все еще мог зависнуть в углу, что не дало бы Roomba ни малейшей проблемы. В конце концов, Тертилль обычно мог выбраться из таких пространств, но многие попытки, необходимые для окончательного успеха, были проблематичными. Каждое неудачное движение может привести к тому, что колеса закопаются дальше, изменив поверхность сада и затрудняя побег. 

   

   Значит, робот должен был быть круглым. Это привело нас к четвертому поколению. Уложить четыре колеса в круглого робота сложно. Колеса должны быть как можно больше, чтобы преодолевать камни и ямы, и вам нужна как можно большая колесная база в обоих измерениях, чтобы минимизировать вероятность опрокидывания робота. Четвертое поколение работало лучше, чем все предыдущие роботы, но колесная база была узкой, и мы начали беспокоиться о высокой центровке.

   Когда что-то, по которому робот переехал (например, камень, ком грязи), касается нижней части робота, этот объект поддерживает часть веса робота. При этом колеса теряют сцепление, и робот может застрять. Размышляя об этом и о проблеме с колесной базой, мы пришли к экстремальному развалу колес. Эта новая конфигурация перемещает точку контакта колес к краю корпуса и означает, что большая часть нижней части робота является подвижной. То есть меньше территорий, которые могут участвовать в соревновании с высоким центрированием. И мы получаем дополнительный бонус в том, что у нас больше места для разбойника — мы можем резать более широкую полосу.

   Мы думаем, что идея высокого развала достаточно интересна, поэтому мы сделали ее частью нашего патента (ожидающего рассмотрения).

3. Личность робота? Нет. Стратегия навигации? Да.

   Спектр:  Есть ли у Тертилла личность? Считаете ли вы, что у пользователей развиваются эмоциональные связи с Tertill, как это обычно бывает с Roombas?

   Джонс: На  мой взгляд, личность робота — в глазах смотрящего. Личность не является частью спецификаций Тертилла. И те из нас, кто знает это лучше всего (все твердолобые технологи), не имеют эмоциональных связей. Но маленький робот очень интересный. Вероятно, самый распространенный ответ при первом знакомстве с Тертиллом: «Это восхитительно!» Поэтому я ожидаю, что многие Тертиллы будут названы и станут членами семьи.

   Спектр: iRobot всегда говорил нам, что Roombas принимает осторожные, основанные на данных и сенсорных решениях решения о том, куда идти, а не просто беспорядочно прыгает по комнате (как это иногда кажется). Какую стратегию навигации использует Tertill?

   Джонс: Я согласен с тем, что на высоком уровне кажется, что и Roomba, и Tertill просто хаотично подпрыгивают. Но оба содержат некоторую скрытую тонкость, которая имеет огромное значение для производительности. Эффекты связаны с укрытием и избеганием опасностей. 

   Роботу, который ничего не делает, кроме случайных отскоков, трудно полностью покрыть загроможденное пространство. Хитрость заключается в том, что некоторую часть времени, а не отскок, робот должен следовать за препятствием, стеной, рядом или посевами. Это позволяет ему выходить из тесных пространств и полностью покрывать загроможденное место. (Если вам действительно интересно, этот метод описан в моей книге « Программирование роботов: практическое руководство по робототехнике, основанной на поведении ».)

   Второй вопрос более сложный; он возникает каждый раз, когда робот должен отреагировать на вторую опасность, продолжая бороться с первой — скажем, натолкнуться на стену, избегая обрыва, или отвернуться от растения и одновременно натолкнуться на колею. У самой ранней версии Roomba (которая не устраняла одновременные опасности) было около полдюжины вариантов поведения. Но к тому времени, когда мы исправили ошибки во всех особых случаях, Roomba имел более 50 различных вариантов поведения. Мы в команде Roomba раньше чувствовали себя довольно самодовольно, когда сталкивались с подделкой робота, разработчики которого явно прекратили работу после написания только первых шести вариантов поведения. Такие роботы часто застревали, и им было трудно убежать даже от самых безобидных опасностей.

4. Погоня за бурундуками и другие будущие функции

   Спектр: Есть ли функции или возможности, которые вы изначально хотели, чтобы Tertill имел, но которые пришлось сократить из-за стоимости, надежности или практичности?

   Джонс: Да, мы надеялись включить в первую итерацию преднамеренное отпугивание вредителей и тщательный мониторинг местной окружающей среды. К сожалению, наши первоначальные подходы к этим функциям оказались слишком сложными, слишком дорогостоящими и потребовали слишком много времени на разработку. Однако мы нашли способы с меньшим воздействием для достижения части наших целей. Хотя робот не обнаруживает присутствие вредителей (например, кроликов и бурундуков), мы можем запланировать, чтобы Тертилль внезапно двигался через случайные промежутки времени. Когда это произойдет, скорее всего, будут отпугнуты ближайшие вредители. Более поздние модели могут включать датчики движения, позволяющие Тертиллу преследовать его.

   Мы хотели бы установить в саду фиксированные датчики для контроля таких параметров, как влажность почвы, проводимость и т. Д. Будущий робот будет собирать данные с этих датчиков и составлять отчет, предупреждающий садовода о любых возникающих проблемах, которые могут повлиять на здоровье растений или урожай. Первоначальная версия робота будет собирать некоторую информацию, которую мы хотели бы предоставить. Сюда входит инсоляция, местная температура, частота поиска сорняков для измельчения.

   Спектр: мой Roomba работает лучше всего, когда я стараюсь, чтобы на полу не было беспорядка и электрических шнуров. Есть ли способ оптимизировать сад для Тертилла?

   Джонс: Склоны с уклоном выше 40 процентов, большие камни, большие выбоины или ямы и устойчивые лужи — все это затрудняет работу Tertill. Садоводы сделают Тертилль более эффективным, если сведут к минимуму или исключат эти особенности. 

   Диаметр Тертилла мы выбираем после изучения сорт растений, которые чаще всего выращивают в приусадебных участках. Мои исследования показывают, что большинство рядов растений должны располагаться на расстоянии более 8 дюймов друг от друга, а в пределах ряда растения лучше всего растут, если расстояние между ними составляет не менее 8 дюймов. Соблюдение рекомендованного минимального расстояния между растениями (или даже предоставление им немного дополнительного места) хорошо как для Tertill, так и для ваших растений.

5. «Роботы обманчиво сложны»

   Спектр: Почему так сложно создавать надежных и доступных по цене потребительских роботов?

   Джонс: Роботы обманчиво сложны. Мой соучредитель в Harvest, Клара Ву, любит говорить: «У приложения-робота, которое, по мнению аспиранта-технолога, он может легко сделать за пару недель, есть шанс на практике. Ничего сложнее невозможно ».

   Я думаю, что проблема, которая вводит разработчиков в заблуждение, заключается в том, что у роботов разные сильные и слабые стороны по сравнению с людьми. Это означает, что любое приложение, которое вы хотите роботизировать, необходимо заново представить с нуля. В случае с Tertill мы не просто взяли базу радиоуправляемого автомобиля, пристегнули к нему приспособление для удаления сорняков и закончили. Это было бы нормально, если бы вы или я были за штурвалом. Мы редко въезжали на машину в какой-либо мусор или местность, из которой она не могла сбежать. Но у робота нет наших сенсорных и когнитивных преимуществ, он просто въезжает в любую колею или массу листвы и осознает проблему только тогда, когда перестает двигаться. Таким образом, мы потратили год на проектирование и перепроектирование шасси и системы мобильности, чтобы робот мог попасть в трудную ситуацию и при этом уйти.

   Spectrum: Что вас больше всего волнует в робототехнике сейчас?

   Джонс: Меня всегда интересовали недорогие роботы. Роботы, которые может себе позволить каждый, обладают огромным потенциалом для создания новых отраслей и изменения мира. В настоящее время я думаю, что камеры, подключенные к сетям глубокого обучения, являются наиболее перспективной технологией для создания новой волны недорогих роботизированных приложений. Возможно, я так думаю только потому, что еще мало знаю о глубоком обучении и блаженно игнорирую его недостатки. Но я пытаюсь узнать больше.