2017 hörten die Medien eine sehr interessante Geschichte über ein Startup, das Milchkühe auf industriellen Milchviehbetrieben robotisiert. Das Unternehmen heißt R-SEPT und erhielt damals 10 Millionen Rubel Investitionen. Aber ein Jahr ist vergangen und es gibt immer noch keine Neuigkeiten darüber, was weiter passiert ist. Wir haben Aleksey Khakhunov (AlexeiHahunov), den Gründer des Startups, kontaktiert und die Entwicklung besprochen. Es stellte sich heraus, dass sein Team das ganze Jahr über den Prototyp des Roboters in Form brachte und erst vor einer Woche ihren ersten Feldtest auf der Farm durchführte.
Unter dem Schnitt gibt es eine Geschichte über einen Robotikstudenten, der auf der Farm seiner Eltern aufgewachsen ist, das Universitätsdiplom in ein industrielles Startup verwandelt hat, als er mit seinen Freunden die ersten Manipulatoren sammelte und dann auf das Niveau staatlicher Programme für die USA aufstieg Robotisierung der Landwirtschaft. Und das Wichtigste ist, wie die eiserne Hand des Roboters und die Bildverarbeitung besser sind als eine lebende Milchmagd.
Alexei KhakhunovDiese Woche haben wir den Roboter an die Farm geliefert und die erste Kuh gemolken. Alles lief ziemlich lustig. Unsere Familie hat eine Molkerei, in der ich früher gearbeitet habe. Es befindet sich im Stadtteil Sergiev Posad, dem Dorf Kuzmino. Wir haben dort fünfzehnhundert Kühe. Dies ist ein großes Unternehmen.
Ich habe einen Abschluss in Robotik. Natürlich hatte ich Juckreiz, mein theoretisches Wissen in die Tat umzusetzen. Ich habe die Situation mit Robotik im Bereich der Milchviehhaltung untersucht 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 sind sehr unterschiedlich. In Europa sind kleine Familienbetriebe mit bis zu 200 Kühen weit verbreitet. In Russland, China und Amerika sind die Farmen sehr groß. Wir haben ein Unternehmen, in dem es ungefähr 50.000 Kühe gibt. Gleichzeitig werden in Europa 40% der landwirtschaftlichen Betriebe robotisiert, und in anderen Märkten beträgt die Robotisierung nicht mehr als 1%. Und das Problem ist, dass die Roboter, die für kleine Farmen hergestellt wurden, überhaupt nicht an die Realität der großen Farmen angepasst sind.
In Europa melkt der Bauer selbst, füttert das Vieh, er macht alles. Die Kuh muss zum ersten Mal um fünf oder sechs Uhr morgens gemolken werden. Dies ist ein komplizierter Prozess - es ist wirklich kompliziert. Um die Schmerzen des Landwirts zu lindern, haben sie einen Roboter entwickelt, der hilft, damit umzugehen, aber wirtschaftlich keinen Nutzen bringt. Er macht dem Bauern nur das Leben leichter. Und die großen Unternehmen brauchen sie, um Gewinn zu machen. Die Kosten des Roboters, die Leistung, die Wartbarkeit und andere Dinge müssen einer Vielzahl von Industriestandards entsprechen.
Fast alle vorhandenen Roboter wurden von den Tierärzten erfunden. Sie wussten sehr gut, wie man mit einer Kuh arbeitet, aber viele ihrer Entwürfe waren nicht perfekt, sie erwiesen sich als überflüssig und hatten viele offensichtliche Mängel.
Wir haben uns entschlossen, einen Roboter mit Industriedesign zu entwickeln, der weniger kostet als die vorhandenen, aber es wird die neueste Technologie auf dem Gebiet der Robotik sein, und alle Erfahrungen in der Arbeit mit Kühen würden berücksichtigt. Es bleibt also noch ein Ziel zu verwirklichen.
Roboter zum Melken
Nach den modernen Praktiken auf den Farmen haben Kühe keinen bestimmten festen Platz: Es ist nur so, dass hundert oder zweihundert Kühe auf dem Hof herumlaufen, sie können in jedem Stall liegen und jederzeit essen. Der Roboter wird in den gleichen Zyklus versetzt und die Kuh kommt selbst dorthin.
Die Ernährung der Kuh besteht aus einer sehr großen Anzahl von Bestandteilen. Aber das Futter ist für eine Kuh am angenehmsten. Es ist wie Süße für einen Mann. Um eine Kuh in einen Roboter zu treiben, füttern sie ihn nicht zur üblichen Zeit, das ist, was ein Roboter tut, und die Kuh kommt dorthin, um zu essen. Bis wir damit anfingen, waren sie nicht motiviert, zum Melken zu kommen. Sie waren darüber gestresst.
Der Roboter ist im Wesentlichen ein einzelner geschlossener Stall. Es hat zwei Türen. Einer öffnet sich, wenn die Kuh herauskommt, der andere lässt die nächste Kuh herein und schließt sich.
Es gibt einen Mythos, den die Leute gerne erzählen: Angeblich liebt es die Kuh, von Milchmädchen gemolken zu werden. Gestreichelt, geliebt zu werden - und nur so gibt es viel Milch. In der Tat ist es absoluter Schwachsinn. Das einzige, was eine Kuh liebt, ist ein Mangel an Stress und absolute Wiederholbarkeit. Wenn die Kuh jeden Tag die gleiche Ration füttert, zur gleichen Zeit gemolken wird, bei gleicher Wassermenge und vorzugsweise bei gleicher Temperatur und ohne lautes Geräusch, dann gibt die Kuh die maximale Milchmenge, weil es fühlt sich angenehm an. Sobald ein externer Faktor auftritt, wird weniger Milch abgegeben. Der Trick von Robotern besteht darin, dass sie alle Operationen absolut gleich ausführen.
Eine Kuh kommt herein, dann bekommt sie Futter. Ein Manipulatorarm wird unter die Kuh gelegt. Es gibt eine Zitzenschale. Zuerst wird es gereinigt, dann werden die ersten Streifen so behandelt, dass der hormonelle Prozess der Milchfreisetzung bei der Kuh beginnt. Diese Ströme werden analysiert - ob eine Kuh eine Krankheit hat, ob sie sich in Ordnung fühlt. In einer halben Minute beginnt der Melkvorgang.
Die Hand nimmt die Zitzenbecher und bringt sie zu den Zitzen des Euters. Im Inneren befindet sich ein Herzfrequenzmesser, der mit einer bestimmten Frequenz den Unterdruck ein- und ausschaltet. Und es beginnt die Milch zu saugen.
Es gibt einen Sensor, der die Belegung überprüft. Wenn der Milchvorrat sinkt, bedeutet dies, dass die Kuh gestiegen ist. Der Zitzenbecher wird weggelegt und eine spezielle Lösung auf das Euter aufgetragen, um es zu „schließen“. Nach dem Melken bleibt der Milchkanal offen und es darf keine Infektion eindringen. Die Jodlösung konserviert es.
Niemand kontrolliert den Roboter, er lebt sein eigenes Leben. Es weiß, wo die Tassen sind, sie sind immer am selben Ort. Dann funktioniert die Computer Vision. Der Roboter verfügt über eine Kamera, die ein dreidimensionales Bild mit hoher Frequenz empfängt. Der Algorithmus sucht im Bild, wo sich die Zitzen befinden.
Alle Bilder sind in Graustufen - es gibt keine Farben, nur ein Spektrum von Schwarz bis Weiß. Die Kamera nimmt ungefähr 30 Mal pro Sekunde mit einer relativ niedrigen Auflösung auf - 420 bis 340 -. In der ersten Phase haben wir einfach die Leute dazu gebracht, die Stelle zu markieren, an der sich die Eutersauger auf dem Bild befinden. Zuerst segmentierten sie die Stelle, an der sich die ganze Zitze befand, dann - wo sich die niedrigsten Punkte befanden.
Wir mussten viele Daten sammeln - wir machten Fotos von einigen tausend Kühen. Anfangs wurden Faltungsnetzwerke für "schwere" Bilder verwendet, aber für Faltungen ist es sehr schwierig, daraus zu lernen - Sie würden eine große Datenmenge benötigen. Daher wurden sie auf einem flachen Bild auf die Standarderkennung übertragen, sie nahmen PyTorch als Framework.
Entwicklungsgeschichte
Meine Eltern waren Tierärzte und arbeiteten lange Zeit nur auf der Kollektivfarm. Zuerst bekam mein Vater ein Angebot, stellvertretender Direktor des Unternehmens zu werden und dann das Unternehmen in der Nachbarschaft zu leiten, um es weiterzuentwickeln. In unserer Familie gibt es einen Witz, dass der Kollektivbauer kein Beruf ist, sondern ein Geisteszustand. Von März bis Oktober beginnt die Arbeit um fünf Uhr morgens und endet erst um neun Uhr abends. Es ist schwer. Rund um die Uhr passiert etwas.
Die Landwirtschaft ist eine zweideutige Branche und nicht zu sagen, dass sie stark monetär ist. Ich sehe mich nicht in der Landwirtschaft arbeiten. Wenn mein Bruder und ich verschiedene Unternehmen in Europa besuchten und die Roboter analysierten, war ich immer überrascht von ihrer Geschichte über Generationen. Es war besonders lustig, als sie sagten: "Ich leite dieses Unternehmen seit 13 Jahren nach meinem Vater. Wir wachsen sehr gut. Wir hatten 60 Kühe und dann waren es 70. Fortschritt! " Als mein Vater das Unternehmen im Jahr 2000 bekam, gab es 100 Kühe. Jetzt gibt es 1500 von ihnen, und jeder ist im Zweifel, ob es ein ausreichendes Wachstum ist.
Ich habe an einer der besten Sportschulen in der Region Moskau im Bezirk Sergiev-Posad studiert und hätte definitiv ein Technikfreak werden sollen. Ich habe sehr gerne programmiert. Die Hauptsprachen in der Sportschule waren Pascal und Delphi, und ich kannte ein bisschen C ++. Jetzt verstehe ich nicht wie, aber wir haben es geschafft, viele interessante Dinge mit Pascal zu machen. In der neunten Klasse sagte uns der Lehrer: „Ich verbiete dir, Spiele im Unterricht zu spielen, es sei denn, du schreibst sie selbst.“ Und wir haben einige in einem Jahr geschrieben. Zuerst haben wir unsere eigene "Schlange" gemacht, dann "Panzer". Außerdem können Sie im Mehrspielermodus spielen.
Bevor ich an die Universität kam, hatte ich mehrere Olympiaden geschrieben: MIPT, BMSTU. Ich konnte überall lernen, ich musste mich nur entscheiden. Ich öffnete die Listen aller Hauptfächer der Universitäten, las sie und langweilte mich unglaublich. Ich wollte keine grundlegenden Dinge tun, ich wollte etwas praxisorientierteres. Die Wahl fiel nach und nach auf Baumanka anstelle von MIPT oder MSU.
Robotik schien eine perfekte Kombination zu sein, wenn Sie etwas Physisches erstellen, aber Sie können einen Code schreiben und sehen, wie er in der realen Welt funktioniert. Leider haben wir eine eher schwache Ausbildung in Robotik. Es funktioniert nicht auf Systemebene. Wenn sie Ihnen eine Referenzliste geben, stammt kein Buch aus dem 21. Jahrhundert, es ist sehr demotivierend. Wir haben gelernt zu entwerfen, die Aufgaben der theoretischen Mechanik und der Beständigkeit von Materialien zu erledigen. Und wir mussten die echte Robotik selbst lernen.
Als wir unsere Abschlussarbeiten machten, entschied ich, dass es langweilig ist, eine reguläre zu schreiben, und ich musste etwas auswählen, das ich später verwenden konnte. Zu diesem Zeitpunkt in unserem letzten Jahr haben wir unser Projekt gestartet. Nachdem die Verteidigung sogar ein kleines Team von Freunden versammelt hatte. Jemand beschäftigte sich mit Schaltungsdesign, jemand mit Programmierung. Wir haben ein Team nach unseren Majors zusammengestellt und mit der Erstellung der ersten Version begonnen.
Inspiriert von den Ideen aus den Büchern, beschlossen wir, auf jeden Fall ein Haus außerhalb von Moskau zu mieten und dort den ganzen Sommer über zu leben und zu arbeiten. Das war eine schreckliche Idee! Sechs Leute, die am selben Ort leben, nicht sehr gut darin sind zu beobachten, was um sie herum passiert, aber wirklich viel arbeiten.
Es war eine Brutstätte ... von allem auf einmal. Ich erinnere mich an einen lustigen Moment, als der Vape immer beliebter wurde. Sie öffnen den Raum, in dem zwei Entwickler sitzen, und Sie können nichts sehen, nur nichts! Sie kommen herein und denken: "Gibt es hier Leute?"
In diesem Sommer haben wir die ersten Skizzen des Manipulators angefertigt. Wir haben einige erste Details gemacht - wir haben nur die Zeichnungen gesammelt und sie bei der Produktion bestellt. Natürlich haben wir eine Million Fehler gemacht - früher hatten wir sehr unerfahrene Designer. Jetzt haben wir einen großartigen Spezialisten für Robotik gefunden und sind von einer Werkstattinitiativengruppe zu einem Unternehmen übergegangen, dessen Produkt den Industriestandards und den modernen Anforderungen der Robotik entspricht.
Innerhalb des Projekts machen wir selbst sehr, sehr niedrige Dinge selbst, weil alles seine eigenen Besonderheiten hat und die vorhandenen Produkte nicht für uns geeignet sind. Um die Kuh zu melken, können wir die vorhandenen industriellen Standard-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 einer einfachen Programmierung, alle Mikroprozessoren, alle Konstruktions- und Softwareteile. Wir produzieren keine Sensoren, Motoren und ähnliches.
Roboter für Fütterung, Karussells und Rationen lernen maschinell
Als wir anfingen, tiefer zu tauchen, stellten wir fest, dass ein Roboter zum Melken nicht alle Anforderungen der Farm erfüllen kann. Deshalb haben wir zwei weitere Produkte hinzugefügt.
Feedpusher
Wenn sie den Kühen auf dem Hof Futter geben, fressen die Kühe durch den Kopfhalter - sie stecken ihre Köpfe dort hinein, wo ihr Futter verstreut ist. Aber aufgrund ihrer Physiologie schieben sie es ständig weg und können es schließlich nicht erreichen, weil der Kopfhalter ihre Bewegungen einschränkt. Es stellt sich heraus, dass sie einen Meter Essen haben. Sie essen 30-40 cm und weitere 60 cm sind unerreichbar.
Normalerweise läuft eine Person mit einer Schneeschaufel und bewegt alles rückwärts. Aber eine Person neigt dazu zu vergessen, faul zu sein, schlecht zu tun. Eine Kuh beginnt zu diesem Zeitpunkt weniger zu fressen, was schlecht ist. Deshalb haben sie sich diesen Robotertyp ausgedacht.
Aber auch hier wurden die meisten von ihnen in Europa geschaffen. Dort sind sie so konzipiert, dass sie alle in einem Hof oder in einem Raum arbeiten. In großen Unternehmen gibt es viele Innenhöfe, in der Regel drei bis fünf große Bauernhöfe, die auf unterschiedliche Weise miteinander verbunden sind. Der Feedpusher folgt wie ein Staubsauger seiner Flugbahn und kehrt zur Ladestation zurück.
Damit dies kostengünstig ist, muss ein Roboter mehrere Meter bedienen. Es ist auch teuer und schwierig, spezielle Feeder zu erfinden und einzuführen. Erstens ist es teuer, die Farm neu auszurüsten, da Sie größere Reparaturen durchführen müssten. Zweitens benötigen die Innenhöfe viel Freiraum, zumindest damit ein Traktor fahren kann. Daher ist ein Roboter eine einfache und nahtlose Lösung.
Robotisierung von Karussells
Es gibt spezielle Melkhallen, die normalerweise als Karussells bezeichnet werden. Dies ist ein riesiger Roter mit zwanzig bis vierzig Kühen. Es dreht sich langsam und es gibt Operatoren in einem Kreis. Zuerst reinigen sie das Euter, setzen die Geräte auf und entfernen sie. Aber sie machen es ziemlich langsam und das Karussell ist oft untätig.
Es ist jetzt unmöglich, diese Karussells vollständig durch die Roboterkarusselle zu ersetzen - es ist sehr teuer. Wir stellen Manipulatoren her, die auf jedem Karusselltyp installiert werden können, und dies wird es sehr beschleunigen, ungefähr um dreißig Prozent. Bereits mit dieser Beschleunigung können Sie das Vieh und die Anzahl der Kühe auf dem Hof erheblich erhöhen.
Die Diätstudie
Heutzutage versuchen sie, die Kühe nach der Theorie des Ausgleichs zu füttern. Jede Kuh benötigt eine bestimmte Menge an Nährstoffen, Kilojoule Energie, Eiweiß und Fett pro Liter Milch. Die Eigenschaften jeder Kuh werden jedoch absolut nicht berücksichtigt. Es ist, als würde man jeden Mann füttern, wie einen Mann mittleren Alters, sechs Fuß groß, als ob jeder den gleichen Stoffwechsel hat.
Wir machen ein System, das analysiert, wie die Kuh auf verschiedene Komponenten reagierte, wie viel Milch sie gab und wie die Qualität war. Basierend darauf wählen wir für alle Komponenten die aktuell richtige Ernährung aus.
Wir nehmen nur die maximale Menge an Eingabedaten darüber, wie die Kühe zuvor gefüttert wurden und welche Energiewerte die einzelnen Komponenten hatten. Wir versuchen, eine Diät nicht für die maximale Milchleistung, sondern für die maximale Rentabilität des Unternehmens zu entwickeln. 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 Milch pro Jahr. Bei einer solchen Milchleistung würde ein Liter beispielsweise 25 Rubel kosten. Wenn Sie eine Diät für achteinhalbtausend Liter machen, können die Kosten etwa 12 Rubel betragen, und die Marginalität ist viel höher als in der Version mit der Maximierung der Milchleistung. Ein Modell wird benötigt, um das Gleichgewicht zu finden.
Es gibt jedoch Einschränkungen beim Testen, die leicht zu ignorieren sind. Die Bestandteile können für die Kühe nicht schnell entfernt oder hinzugefügt werden, da sie im Magen Enzyme produzieren, die beispielsweise für die Zersetzung von Weizen verantwortlich sind. Und die neuen Komponenten werden nicht zuerst verdaut, wenn Sie sie scharf einführen. Übrigens funktioniert es für eine Person genauso. Wenn wir das gleiche Essen essen, verdauen wir es sehr gut.
Investitionen und die Haltung des Staates
Zu dieser Zeit hatte ich mein eigenes Geld. Zuerst haben wir davon gelebt. Es waren sehr dunkle Zeiten. Manchmal war es unmöglich, überhaupt Gehälter zu zahlen. Ein Mann hatte einen Autokredit, und ich gab ihm zu Beginn eines jeden Monats 12 Tausend, damit er die Bank bezahlen konnte. Dann haben wir es geschafft, Geld anzuziehen, wir wurden die Finalisten von 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 Geld haben. Wie man es überwindet, wenn man kein Geld hat, nur den Wunsch zu schaffen - es ist nicht klar.
Ich denke, wir haben noch mindestens sechs Monate Zeit, bis wir anfangen, Roboter zu verkaufen, und 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 kennen wir alle wichtigen landwirtschaftlichen Betriebe, alle Leiter dieser landwirtschaftlichen Betriebe, und wir bleiben mit allen in Kontakt. Ich hoffe, es wird keine ernsthaften Probleme geben.
Natürlich ist jeder ein bisschen konservativ. Aber in diesem Fall sollten Sie lieber zeigen als erzählen. Deshalb machen wir den ersten Hof an unserer Stelle, damit wir jemanden bei der Hand nehmen und alles zeigen können - das ist ein Roboter, so melkt er, das ist seine Wirtschaft.
Wir glauben, dass es viele Voraussetzungen gibt, um an unserem Projekt teilzunehmen. Das erste ist die staatliche Unterstützung. Roboter werden subventioniert, sie haben Leasingverträge, es gibt eine Reihe von Steuerpräferenzen. Die Regierung unterstützt den Übergang zur Roboterlandwirtschaft. Es gibt Programme, für die der Staat fast alles tut, damit man Roboter kaufen kann.
Das Problem ist, dass die Menschen nicht in den Dörfern leben wollen. Das Dorf ist kein perfekter Ort zum Leben, es ist unmöglich, dort eine normale Infrastruktur aufzubauen. Robotik ist der Ausweg.
Wenn es 20 Roboter im Unternehmen gibt, werden natürlich die Spezialisten für die Wartung benötigt. Durch die Robotisierung werden keine Jobs entfernt, sondern die Effizienz des Unternehmens erhöht. Normalerweise gibt es anstelle der Mitarbeiter, die mit dem Melken beschäftigt waren, diejenigen, die mit Robotern interagieren. Wir haben mehrere gute landwirtschaftliche Hochschulen ausgewählt, an denen wir Abteilungen eröffnen wollen, die den Menschen den Umgang mit Robotern beibringen. Das bedeutet, dass wir die Roboter verkaufen und gleichzeitig Arbeitsplätze für Menschen schaffen.
Meine Eltern sind die größten Skeptiker von allen und gleichzeitig die größte Unterstützung. Früher, wenn sie mich fragten, was ich mache, waren es alle Besprechungen und noch mehr Besprechungen - im Geschäft zu arbeiten ist seltsam, es besteht wirklich nur aus Besprechungen. Zuerst machten sie sich darüber lustig. Aber die Treffen wurden immer ernster. Die Leute, die wir getroffen haben, wurden cooler und ernster. Und allmählich ist die Skepsis verschwunden. Es bestand nur das Vertrauen, dass alles gut werden würde.