2017 wurde in den Medien eine sehr interessante Geschichte über ein Startup gehört, das Roboter melkt, die Kühe auf industriellen Milchviehbetrieben melken. Das Unternehmen heißt R-SEPT und erhielt 10 Millionen Rubel Investitionen. Aber ein Jahr ist vergangen und es gibt keine Neuigkeiten darüber, was als nächstes geschah. Wir haben Alexei Hahunov, den Gründer des Startups, kontaktiert und über die Entwicklung gesprochen. Es stellt sich heraus, dass sein Team das ganze Jahr über an den Prototyp des Roboters dachte und erst vor einer Woche die ersten Feldversuche auf der Farm durchführte.
Unter dem Schnitt ist die Geschichte zu sehen, wie ein Roboterstudent, der auf einer Elternfarm aufgewachsen ist, ein Universitätsdiplom in ein industrielles Startup verwandelte, seine ersten Manipulatoren mit Freunden sammelte und dann auf die Ebene staatlicher Programme für landwirtschaftliche Robotik ging. Gut und vor allem - als der eiserne Arm eines Roboters und Bildverarbeitung ist besser als eine lebende Milchmagd.
Alexey HakhunovDiese Woche haben wir den Roboter auf die Farm gebracht und die erste Kuh für sie gemolken. Alles lief sehr lustig. Unsere Familie hat eine Molkerei, in der ich vorher gearbeitet habe. Es befindet sich im Stadtteil Sergiev Posad, dem Dorf Kuzmino. Wir haben dort fünfzehnhundert Kühe. Dies ist ein großes Unternehmen.
Ich wurde in Robotik ausgebildet. Natürlich juckende Hände, um theoretisches Wissen im Kampf einzusetzen. Ich habe mir die Situation mit der Robotik im Bereich der Milchviehhaltung angesehen und bin zu einem interessanten Ergebnis gekommen. Alle vorhandenen Roboter - und jetzt gibt es drei Haupthersteller - wurden in Europa hergestellt, und die Märkte in Amerika oder Russland unterscheiden sich stark davon. Kleine Familienbetriebe mit bis zu 200 Kühen sind in Europa üblich. In Russland, China und Amerika sind sie sehr groß. Wir haben ein Unternehmen, in dem es ungefähr 50.000 Kühe gibt. Gleichzeitig sind in Europa 40% der landwirtschaftlichen Betriebe Roboter, und in anderen Märkten beträgt die Robotisierung nicht mehr als ein Prozent. Und das Problem ist, dass die Roboter, die für kleine Farmen hergestellt wurden, nicht an die Realität großer Farmen angepasst wurden.
In Europa melkt sich der Bauer selbst, füttert und macht alles. Die Kuh sollte zum ersten Mal um fünf oder sechs Uhr morgens gemolken werden. Dies ist ein komplexer Prozess - wirklich komplex. Um die Schmerzen des Landwirts zu lindern, haben sie einen Roboter entwickelt, der dabei hilft, aber keine wirtschaftlichen Vorteile bietet. Es wird nur benötigt, um es dem Landwirt leichter zu machen. Und große Unternehmen sind erforderlich, um Gewinne zu erzielen. Die Kosten des Roboters, die Produktivität, die Wartbarkeit und andere Dinge müssen einer Vielzahl von Industriestandards entsprechen.
Fast alle vorhandenen Roboter hatten Tierärzte. Sie wussten sehr gut, wie man mit einer Kuh arbeitet, aber viele ihrer Entwürfe waren nicht perfekt, überflüssig und hatten viele offensichtliche Mängel.
Wir haben uns entschlossen, einen Roboter mit Industriedesign zu entwickeln, der weniger kostet als die vorhandenen, aber über die neueste Technologie aus dem Bereich der Robotik verfügt und alle Erfahrungen mit einer Kuh berücksichtigt. Es gibt ein Ziel - es bleibt zu verwirklichen.
Melkroboter
Nach den modernen Praktiken auf Farmen haben Kühe keinen festen Platz - nur einhundert oder zweihundert Kühe laufen um den Hof herum, können in jedem Stall liegen und jederzeit fressen. Ein Roboter befindet sich im selben Zyklus, und die Kuh kommt selbst dorthin.
Die Ernährung einer Kuh besteht aus einer sehr großen Anzahl von Bestandteilen. Aber das Schönste für sie ist Mischfutter. Es ist wie eine Süße für eine Person. Um eine Kuh in einen Roboter zu treiben, geben sie ihr nicht zu normalen Zeiten Futter, sondern nur in einem Roboter, und sie kommt dorthin, um sich zu ernähren. Bis wir dies taten, gab es keine normale Motivation, Kühe zu melken. Sie erlebten Stress daraus.
Ein Roboter ist im Wesentlichen ein einzelner geschlossener Stall. Es hat zwei Türen. Eine öffnet sich, wenn die Kuh austritt, die andere startet die nächste Kuh und schließt sich.
Es gibt einen Mythos, den die Leute gerne erzählen: Angeblich liebt es eine Kuh, von Milchmädchen gemolken zu werden. Gestreichelt, geliebt zu werden und nur dann wird sie viel Milch geben. In der Tat ist das absoluter Schwachsinn. Das einzige, was eine Kuh liebt, ist Stressmangel und absolute Wiederholbarkeit. Wenn eine Kuh jeden Tag die gleiche Nahrung erhält, zur gleichen Zeit gleich gemolken wird, die gleiche Menge Wasser gegeben und vorzugsweise auf der gleichen Temperatur gehalten wird und kein lautes Geräusch zu hören ist, gibt die Kuh die maximale Menge Milch, weil sie bequem ist. Sobald ein externer Faktor auftritt, ist weniger Milch vorhanden. Der Trick von Robotern besteht darin, dass sie von Zeit zu Zeit alle Operationen ausführen, die absolut identisch sind.
Die Kuh kommt herein, sie bekommt Futter. Ein Manipulatorarm wird unter die Kuh gelegt. Es gibt ein Melkglas. Zuerst wird es gereinigt, dann werden die ersten Rinnsale gemolken, damit die Kuh den hormonellen Prozess der Milchabgabe startet. Diese Rinnsale werden analysiert - ob die Kuh irgendwelche Krankheiten hat, ob alles in Ordnung ist. Nach einer halben Minute beginnt der Melkvorgang.
Die Hand nimmt die Zitzenbecher und bringt sie zu den Brustwarzen des Euters. Im Inneren befindet sich ein Herzfrequenzmesser, der mit einer bestimmten Frequenz den Unterdruck ein- und ausschaltet. Und die Milch beginnt zu saugen.
Es gibt einen Sensor, der die Belegung überprüft. Wenn der Milchvorrat sinkt, wird die Kuh gemolken. Der Melkbecher wird ausgeschaltet und eine spezielle Lösung auf das Euter aufgetragen, die das Euter „schließt“. Nach dem Melken haben die Kühe einen offenen Milchkanal und es ist unmöglich, dass die Infektion dorthin gelangt. Die Lösung mit Jod bewahrt es sozusagen.
Niemand kontrolliert den Roboter, er lebt sein Leben. Er weiß, wo die Brille ist - sie ist immer an einem Ort. Als nächstes kommt Computer Vision. Der Roboter verfügt über eine Kamera, die ein dreidimensionales Bild mit hoher Frequenz empfängt. Der Algorithmus schaut in das Bild, wo sich die Brustwarzen befinden.
Alle Bilder in Graustufen sind farblos, nur ein Spektrum von Schwarz bis Weiß. Die Kamera nimmt 30 Mal pro Sekunde das, was um sich herum passiert, mit einer relativ niedrigen Auflösung auf - 420 bis 340. In der ersten Phase haben wir nur Leute gepflanzt, die markiert haben, wo sich die Brustwarzen des Euters im Bild befinden. Zuerst segmentierten sie dort, wo sich der gesamte Nippel befindet, dann dort, wo sich die extremsten unteren Punkte befinden.
Ich musste viele Daten sammeln - wir haben mehrere tausend Kühe geschossen. Anfangs wurden Faltungsnetzwerke für volumetrische Bilder verwendet, aber für Faltungen ist es sehr schwierig, daraus zu lernen - es wird eine große Datenmenge benötigt. Daher wurden sie auf ein flaches Bild zur Standarderkennung übertragen, PyTorch wurde als Framework verwendet.
Entwicklungsgeschichte
Meine Eltern waren Tierärzte und arbeiteten lange Zeit nur auf einer Kollektivfarm. Zuerst wurde meinem Vater angeboten, stellvertretender Direktor des Unternehmens zu werden und dann das Unternehmen in der Nachbarschaft zu leiten und es weiterzuentwickeln. Wir haben einen Witz in unserer Familie, dass der Kollektivbauer kein Beruf, sondern ein Geisteszustand ist. Von März bis Oktober beginnt die Arbeit um fünf Uhr morgens und endet erst um neun Uhr abends. Es ist sehr schwer. Etwas passiert rund um die Uhr.
Die Landwirtschaft ist eine zweideutige Branche, und das heißt nicht, dass sie stark monetär ist. Ich habe mich überhaupt nicht als Bauer gesehen. Als mein Bruder und ich zu verschiedenen Unternehmen in Europa gingen und Roboter analysierten, war ich überrascht über ihre Geschichte über Generationen. Es war besonders lustig, als sie sagten: „Ich leite dieses Unternehmen seit 13 Jahren nach meinem Vater. Wir wachsen gut. Wir hatten 60 Kühe - und es wurden 70. Wir entwickeln uns! “ Als mein Vater das Unternehmen im zweitausendsten übernahm, gab es hundert Kühe. Jetzt sind es tausendeinhalb, und jeder bezweifelt, dass dies ein ausreichendes Wachstum ist.
Ich habe bei einem der besten Sportstudenten in der Region Moskau im Bezirk Sergiev Posad studiert und musste definitiv ein Technikfreak werden. Ich habe sehr gerne programmiert. Die Hauptsprachen in Physik und Mathematik waren Pascal und Delphi, und ich kannte ein bisschen C ++. Jetzt verstehe ich nicht wie, aber wir haben es geschafft, viele interessante Dinge bei Pascal zu tun. In der neunten Klasse sagte uns der Lehrer: "Ich verbiete dir, Spiele im Klassenzimmer nur zu spielen, wenn du sie selbst nicht schreibst." Und wir haben ein paar in einem Jahr geschrieben. Zuerst machten sie ihre Schlange, dann die Panzer, und sie konnten im Netz gespielt werden.
Um an die Universität zu kommen, schrieb ich mehrere Olympiaden: MIPT, Baumanka. Ich konnte überall tun, ich konnte nur wählen. Ich öffnete die Listen aller Fachgebiete der Universitäten, las und langweilte mich unglaublich. Ich wollte einige grundlegende Dinge nicht tun, ich wollte etwas, das sich mehr auf das Üben konzentriert. Die Wahl fiel nach und nach auf Baumanka anstelle von MIPT oder der Moskauer Staatsuniversität.
Robotik schien die perfekte Kombination zu sein - Sie erstellen etwas Physisches, aber Sie können Code schreiben und sehen, wie er in der realen Welt existiert. Leider haben wir eine ziemlich schwache Robotikausbildung. Es funktioniert nicht auf Systemebene. Wenn Sie eine Referenzliste erhalten, die nicht aus dem 21. Jahrhundert stammt, ist sie stark demotivierend. Wir haben gelernt, Probleme in Bezug auf Wärme und Kompromisse zu entwerfen, zu lösen. Und echte Robotik musste von uns selbst gelehrt werden.
Als wir unsere Diplome gemacht haben, habe ich entschieden, dass es langweilig ist, normal zu schreiben, und ich muss etwas auswählen, das später verwendet werden kann. Zu diesem Zeitpunkt im letzten Jahr haben wir unser Projekt gestartet. Nach der Verteidigung versammelten sie sogar ein kleines Team von Freunden. Jemand war mit Schaltkreisen beschäftigt, jemand programmierte. Wir sammelten eine Reihe von Spezialitäten und begannen mit der Herstellung der ersten Version.
Inspiriert von den Ideen aus den Büchern, beschlossen sie, irgendwo außerhalb von Moskau ein Haus zu mieten und den ganzen Sommer dort zu leben und zu arbeiten. Es war eine schreckliche Idee! Sechs Leute, die an einem Ort leben, verfolgen nicht wirklich, was um sie herum passiert, sondern arbeiten wirklich hart.
Es war eine Brutstätte ... alles in einer Reihe. Ich erinnere mich an einen lustigen Moment, als Vape immer beliebter wurde. Sie öffnen einen Raum, in dem zwei Entwickler sitzen und dort nichts sichtbar ist, nur nichts! Kommen Sie herein und denken Sie nach, aber gibt es hier Leute?
Diesen Sommer haben wir die allerersten Skizzen des Manipulators angefertigt. Einige erste Details wurden produziert - wir haben gerade die Zeichnungen gesammelt und am Produktionsstandort bestellt. Natürlich haben wir eine Million Fehler gemacht - bevor wir sehr unerfahrene Designer hatten. Jetzt fanden sie einen erstklassigen Spezialisten für Robotik und wechselten von einer Werkstattinitiativengruppe zu einem Unternehmen, dessen Produkt den Industriestandards und den modernen Anforderungen der Robotik entspricht.
Innerhalb des Projekts machen wir sogar sehr niedrige Dinge selbst, weil alles seine eigenen Besonderheiten hat und vorhandene Produkte nicht zu uns passen. Um eine Kuh zu melken, können wir die vorhandenen standardmäßigen industriellen 6-Grad-Manipulatoren nicht verwenden. Sie sind für unser Design überflüssig und sehr teuer. Wir haben jetzt vier Freiheitsgrade. Und es ist zehnmal billiger als jeder industrielle Manipulator.
Wir schreiben alle Schaltungen mit Low-Level-Programmierung, alle Mikroprozessoren, alle Design- und Softwareteile selbst. Wir selbst produzieren nur mit Sensoren, Motoren und ähnlichen Dingen.
Fütterungsroboter, Karussells und Rationen für maschinelles Lernen
Als wir anfingen, härter zu tauchen, stellten wir fest, dass man mit einem einzigen Melkroboter nicht alle Bedürfnisse der Farm erfüllen kann. Daher wurden zwei weitere Produkte hinzugefügt.
Feedpusher
Wenn die Kühe auf dem Hof ausgelegt sind, fressen sie durch den Kopfhalter - sie strecken den Kopf nach vorne - dorthin, wo sie das Futter haben. Aber in ihrer Physiologie schieben sie es ständig zurück und hören auf, es zu bekommen, weil der Kopfhalter ihre Bewegung einschränkt. Es stellt sich heraus, dass sie einen Meter Futter haben - sie essen 30-40 cm und weitere 60 außerhalb der Reichweite.
Normalerweise geht eine Person mit einer Schneeschaufel und bewegt alles rückwärts. Aber eine Person hat die Fähigkeit zu vergessen, faul zu sein, schlecht zu tun. Die Kuh beginnt in diesem Moment weniger zu essen - das ist schlecht. Dafür haben sie sich diesen Robotertyp ausgedacht.
Andererseits wurden die meisten in Europa geschaffen. Dort sind sie so konzipiert, dass sie nur in einem Hof oder im selben Raum arbeiten. In großen Unternehmen gibt es viele Höfe, normalerweise drei bis fünf große Farmen in der Nähe, die auf unterschiedliche Weise kombiniert werden. Der Zufuhrschieber bewegt sich wie ein Staubsauger auf seinem Weg und kehrt zur Ladestation zurück.
Damit dies kostengünstig ist, muss ein Roboter mehrere Meter bedienen. Spezielle Feeder auszudenken und einzuführen ist ebenfalls teuer und schwierig. Erstens ist der Umbau von landwirtschaftlichen Betrieben teuer, da größere Reparaturen erforderlich sind. Zweitens wird in den Werften viel freier Platz benötigt - zumindest, damit der Traktor vorbeifahren kann. Daher ist ein Roboter eine einfache und nahtlose Lösung.
Karussellrobotisierung
Es gibt spezielle Melkstände, die normalerweise als Karussells bezeichnet werden. Dies ist ein riesiger Roter, in dem zwanzig bis vierzig Kühe stehen. Es dreht sich langsam und es gibt Operatoren in einem Kreis. Zuerst reinigen sie das Euter, setzen den Apparat auf und entfernen ihn. Aber sie machen es ziemlich langsam und das Karussell ist oft untätig.
Es ist jetzt unmöglich, diese Karussells vollständig durch Roboterkarusselle zu ersetzen - es ist sehr teuer. Wir stellen Manipulatoren her, die auf jedem Karusselltyp installiert werden können, und dies wird es erheblich beschleunigen - um 30 Prozent. Bereits mit einer solchen Beschleunigung können die Anzahl der Tiere und die Anzahl der Kühe auf dem Hof erheblich erhöht werden.
Diätstudie
Jetzt versuchen sie, die Kühe nach der Theorie des Ausgleichs zu füttern. Jede Kuh pro Liter Milch benötigt eine bestimmte Menge an Nährstoffen, Kilojoule Energie, Eiweiß und Fetten. Aber absolut nicht berücksichtigt die Eigenschaften jeder Kuh. Es ist dasselbe, als würde man jeden Menschen als achtzig Meter großen Mann mittleren Alters füttern, als ob jeder den gleichen Stoffwechsel hätte.
Wir erstellen ein System, das analysiert, wie die Kuh auf verschiedene Komponenten reagierte, wie viel Milch gegeben wurde und welche Qualität sie hatte. Auf dieser Grundlage erfassen wir die aktuell richtige Ernährung für alle Komponenten.
Wir nehmen einfach die maximale Menge an Input darüber, wie die Kühe zuvor gefüttert wurden, welche Energiewerte jede Komponente hatte. Wir versuchen, eine Diät zu entwickeln, die nicht auf maximale Milchleistung, sondern auf maximale Rentabilität des Unternehmens abzielt. Jede Komponente hat ihre eigenen Kosten, und wir wissen, wie viel ein Liter kostet, und wir möchten ein Gleichgewicht finden, wenn eine Kuh viel Milch gibt, aber die Kosten sind recht niedrig.
Eine Kuh gibt bis zu 13.000 Liter pro Jahr. Aber mit solcher Milch kostet ein Liter zum Beispiel 25 Rubel. Wenn Sie eine Ration von achteinhalbtausend Litern zusammenstellen, kann der Selbstkostenpreis etwa 12 Rubel betragen, und die Marge ist erheblich höher als in der Version mit Maximierung der Milchleistung. Ein Modell wird benötigt, um ein Gleichgewicht zu finden.
Es gibt jedoch Einschränkungen beim Testen, die leicht zu ignorieren sind. Kühe können nicht entfernt und Komponenten schnell hinzugefügt werden, da sie im Magen Enzyme produzieren, die für den Abbau von beispielsweise Weizen verantwortlich sind. Und neue Komponenten werden zunächst nicht verdaut, wenn Sie sie abrupt einführen. Beim Menschen funktioniert es übrigens genauso. Wenn wir das gleiche Essen essen, verdauen wir es sehr gut.
Investitionen und Regierungshaltung
Zu dieser Zeit hatte ich mein eigenes Geld. Wir haben zuerst von ihnen gelebt. Es waren sehr dunkle Zeiten. Manchmal war es unmöglich, überhaupt Gehälter zu zahlen. Ein Mann hatte einen Kredit für ein Auto, und Anfang des Monats warf ich ihm 12 Tausend auf eine Karte, damit er die Bank bezahlen konnte. Dann stellte sich heraus, dass es Geld anzog, wir wurden Finalisten des Statrtup Village in Skolkovo, es wurde einfacher.
Gleichzeitig wurden wir Einwohner in Skolkovo, weil ich versuchte, ein weißes Gehalt zu zahlen. Skolkovo gab hierfür Steuerpräferenzen an, und wir hofften, Zuschüsse zu erhalten. Aber es gibt eine Art Lücke. Um einen Zuschuss für das erste Produkt in Skolkovo zu erhalten, muss das Produkt bereits über Geld verfügen. Es ist unverständlich, wie man dies überwindet, wenn es kein Geld gibt und der Wunsch besteht, dies zu tun.
Jetzt, denke ich, haben wir noch mindestens sechs Monate Zeit, um Roboter zu verkaufen, und dies alles wird zu einem funktionierenden Geschäft. Der Begriff ist an die Besonderheiten der Arbeit mit Eisen gebunden. Es hat einen langen Produktionszyklus, Prüfung, Zertifizierung. Aber jetzt sind wir uns der größten landwirtschaftlichen Betriebe, aller Leiter dieser landwirtschaftlichen Betriebe, bewusst und stehen mit allen in Kontakt. Ich hoffe, dass keine ernsthaften Probleme mehr auftreten.
Natürlich hat jeder Konservatismus. Aber hier muss man nicht erzählen, sondern zeigen. Deshalb machen wir den ersten Hof bei uns, damit Sie bei der Hand nehmen und zeigen können, dass dies ein Roboter ist, so melkt er, das ist seine Wirtschaftlichkeit.
Wir glauben, dass es viele Voraussetzungen gibt, um mit unserem Projekt fertig zu werden. Das erste ist die Unterstützung der Regierung. Roboter werden subventioniert, sie haben Leasingverträge, eine Reihe von Steuerpräferenzen. Der Staat unterstützt den Übergang zur Agrarrobotik. Es gibt Programme, unter denen der Staat fast alles tut, damit Sie Roboter für sich selbst kaufen und installieren können.
Das Problem ist, dass die Menschen nicht in einem Dorf leben wollen. Das Dorf ist nicht perfekt als Lebensraum, es ist unmöglich, dort eine normale Infrastruktur aufzubauen. Robotisierung ist der Ausweg.
Wenn das Unternehmen über 20 Roboter verfügt, gibt es natürlich auch Spezialisten, die diese warten. Die Robotisierung reinigt keine Arbeitsplätze, sondern erhöht die Effizienz des Unternehmens. In der Regel treten anstelle von Mitarbeitern, die mit dem Melken beschäftigt waren, andere auf - diejenigen, die mit Robotern interagieren. Wir haben mehrere gute landwirtschaftliche Hochschulen ausgewählt, in denen wir Abteilungen eröffnen möchten, in denen sie den Menschen den Umgang mit Robotern beibringen. Das heißt, zusammen mit dem Verkauf von Robotern werden wir den Menschen Arbeit geben.
Meine Eltern sind die größten Skeptiker von allen und gleichzeitig die größte Unterstützung.
Früher, egal was sie mich fragten, was ich tat, alle Besprechungen und Besprechungen - die Arbeit in der Wirtschaft ist seltsam, sie besteht wirklich nur aus Besprechungen. Zuerst scherzten sie darüber. Aber der Ernst der Treffen nahm zu, die Leute, die wir trafen, waren cooler und ernster. Und allmählich verschwand die Skepsis. Es bestand nur das Vertrauen, dass alles klappen würde.