En 2017, les médias ont entendu une histoire très intéressante à propos d'une startup qui robotise les vaches laitières dans les fermes laitières industrielles. L'entreprise s'appelle R-SEPT, et à l'époque elle a reçu 10 millions de roubles d'investissement. Mais un an s'est écoulé et il n'y a toujours pas de nouvelles sur ce qui s'est passé. Nous avons contacté Aleksey Khakhunov (AlexeiHahunov), le fondateur de la startup, et discuté du développement. Il s'avère que toute l'année, son équipe a mis en forme le prototype du robot, et il y a à peine une semaine, ils ont effectué leur premier essai sur le terrain à la ferme.
Sous la coupe, il y a une histoire sur un étudiant en robotique qui a grandi sur la ferme de ses parents, a transformé le diplôme universitaire en une start-up industrielle, alors qu'il rassemblait les premiers manipulateurs avec ses amis, puis a augmenté le niveau des programmes d'État pour le robotisation de l'agriculture. Et le plus important est de savoir comment la main de fer du robot et la vision industrielle sont meilleures qu'une laitière vivante.
Alexei KhakhunovCette semaine, nous avons fourni le robot à la ferme et traire la première vache. Tout est devenu assez drôle. Notre famille a une entreprise laitière où je travaillais. Il est situé dans le quartier Sergiev Posad, le village de Kuzmino. Nous avons là-bas quinze cents vaches. Il s'agit d'une grande entreprise.
J'ai obtenu un diplôme en robotique. Naturellement, j'avais hâte d'utiliser mes connaissances théoriques en action. J'ai étudié la situation de la robotique dans le domaine de l'élevage laitier et suis arrivé à une conclusion intéressante. Tous les robots existants - et il y a maintenant trois principaux fabricants - ont été créés en Europe, et les marchés d'Amérique ou de Russie sont très différents. En Europe, les petites exploitations familiales comptant jusqu'à 200 vaches sont assez répandues. En Russie, en Chine et en Amérique, les exploitations sont très grandes. Nous avons une entreprise où il y a environ 50 000 vaches. Dans le même temps, en Europe, 40% des exploitations sont robotisées et sur d'autres marchés, la robotisation ne dépasse pas 1%. Et le problème est que les robots conçus pour les petites exploitations ne sont pas du tout adaptés aux réalités des grandes exploitations.
En Europe, l'agriculteur lui-même traite, nourrit le bétail, il fait tout. La vache doit être traite pour la première fois à cinq ou six heures du matin. C'est un processus compliqué - c'est vraiment compliqué. Pour soulager la douleur de l'agriculteur, ils ont mis au point un robot qui aide à y faire face, mais économiquement ne donne aucun avantage. Il facilite simplement la vie du fermier. Et les grandes entreprises en ont besoin pour faire des bénéfices. Le coût du robot, les performances, la maintenabilité et d'autres choses doivent répondre à un grand nombre de normes industrielles.
Presque tous les robots existants ont été inventés par les vétérinaires. Ils savaient très bien comment travailler avec une vache, mais bon nombre de leurs conceptions n'étaient pas parfaites, elles se sont révélées redondantes et présentaient de nombreuses lacunes évidentes.
Nous avons décidé de créer un robot de design industriel, qui coûtera moins cher que les existants, mais ce sera la dernière technologie dans le domaine de la robotique, et toute l'expérience de travail avec les vaches serait prise en compte. Il reste donc un objectif à mettre en œuvre.
Robot de traite
Selon les pratiques modernes des fermes, les vaches n'ont pas de lieu fixe: c'est juste que cent ou deux cents vaches se promènent dans la cour, elles peuvent s'allonger dans n'importe quelle stalle, manger à tout moment. Le robot est mis dans le même cycle, et la vache y vient elle-même.
Le régime alimentaire de la vache se compose d'un très grand nombre de composants. Mais la nourriture est la plus agréable pour une vache. C'est comme la douceur d'un homme. Pour conduire une vache dans un robot, ils ne la nourrissent pas à l'heure habituelle, c'est ce que fait un robot, et la vache vient là pour manger. Jusqu'à ce que nous commencions à le faire, ils n'étaient pas motivés à venir pour la traite. Ils en étaient stressés.
Le robot est essentiellement une seule stalle fermée. Il a deux portes. L'un s'ouvre lorsque la vache sort, l'autre laisse entrer la vache suivante et se ferme.
Il y a un mythe que les gens aiment raconter: prétendument, la vache aime être traire par les laitières. Pour être caressé, aimé - et seulement de cette façon, cela donnera beaucoup de lait. En fait, c'est des conneries absolues. La seule chose qu'une vache aime, c'est le manque de stress et la répétabilité absolue. Si la vache est nourrie tous les jours avec la même ration, traite à la même heure, avec la même quantité d'eau et de préférence la même température est maintenue, et qu'il n'y a pas de bruit fort, alors la vache donnera la quantité maximale de lait, car c'est confortable. Dès qu'un facteur externe apparaît, il donnera moins de lait. L'astuce des robots est qu'ils effectuent toutes les opérations de la même manière.
Une vache entre, puis on lui donne de la nourriture. Un bras manipulateur est placé sous la vache. Il y a un gobelet trayeur. Tout d'abord, il est nettoyé, puis les premières stries sont traitées de sorte que le processus hormonal de libération du lait commence chez la vache. Ces flux sont analysés - si une vache a une maladie, si elle se sent bien. En une demi-minute, le processus de traite commence.
La main prend les gobelets trayeurs, les amène aux trayons du pis. À l'intérieur, il y a un moniteur de fréquence cardiaque qui, avec une certaine fréquence, active et désactive la pression négative. Et ça commence à sucer le lait.
Il y a un capteur qui vérifie l'occupation. Lorsque l'approvisionnement en lait diminue, cela signifie que la vache a augmenté. Le gobelet trayeur est rangé et une solution spéciale est appliquée sur le pis pour le «fermer». Après la traite, le canal du lait reste ouvert et l'infection ne doit pas y pénétrer. La solution d'iode la conserve.
Personne ne contrôle le robot, il vit sa propre vie. Il sait où sont les tasses, elles sont toujours au même endroit. Ensuite, la vision par ordinateur fonctionne. Le robot possède une caméra qui reçoit une image tridimensionnelle d'une haute fréquence. L'algorithmique cherche dans l'image, où se trouvent les trayons.
Toutes les images sont en niveaux de gris - il n'y a pas de couleurs, juste un spectre allant du noir au blanc. La caméra filme ce qui se passe environ 30 fois par seconde avec une résolution assez basse - 420 à 340. Lors de la première étape, nous avons simplement fait que les gens marquent l'endroit où les mamelles sont sur la photo. D'abord, ils ont segmenté l'endroit où était la tétine entière, puis - où se trouvaient les points les plus bas.
Nous avons dû collecter beaucoup de données - nous avons pris des photos de quelques milliers de vaches. Au début, les réseaux convolutionnels étaient utilisés pour les images "lourdes", mais il est très difficile pour les convolutions d'en tirer des leçons - vous auriez besoin d'une énorme quantité de données. Par conséquent, ils ont été transférés à la détection standard sur une image plate, ils ont pris PyTorch comme cadre.
Historique du développement
Mes parents étaient vétérinaires et pendant longtemps ils ont juste travaillé à la ferme collective. Tout d'abord, mon père a reçu une offre pour devenir directeur adjoint de l'entreprise, puis pour diriger l'entreprise dans le quartier, pour la développer. Dans notre famille, il y a une blague selon laquelle l'agriculteur collectif n'est pas une profession, mais un état d'esprit. De mars à octobre, les travaux commencent à cinq heures du matin et ne s'arrêtent qu'à neuf heures du soir. C'est dur. Quelque chose se passe 24 heures sur 24.
L'agriculture est une industrie ambiguë, pour ne pas dire qu'elle est fortement monétaire. Je ne me vois pas travailler dans l'agriculture. Lorsque mon frère et moi avons visité différentes entreprises en Europe et analysé les robots, j'ai toujours été surpris par leur histoire sur les générations. C'était particulièrement drôle quand ils ont dit: "Je dirige cette entreprise depuis 13 ans après mon père. Nous grandissons très bien. Nous avions 60 vaches, puis il y en avait 70. Progrès! " Lorsque mon père a commencé l'entreprise en 2000, il y avait 100 vaches. Maintenant, il y en a 1500, et tout le monde doute, que ce soit une croissance suffisante.
J'ai étudié dans l'une des meilleures écoles de physique de la région de Moscou, dans le quartier de Sergiev-Posad, et j'aurais certainement dû devenir un technicien. J'ai vraiment aimé la programmation. Les principaux langages de l'école physique étaient Pascal et Delphi, et je connaissais un peu le C ++. Maintenant, je ne comprends pas comment, mais nous avons réussi à faire beaucoup de choses intéressantes avec Pascal. En neuvième année, le professeur nous a dit: «Je vous interdis de jouer à des jeux en classe à moins que vous ne les écriviez vous-même.» Et nous en avons écrit quelques-uns en un an. Nous avons d'abord fait notre propre "Snake", puis "Panzers". De plus, vous pouvez jouer en mode multijoueur.
Avant d'entrer à l'université, j'avais écrit plusieurs olympiades: MIPT, BMSTU. Je pouvais étudier n'importe où, je n'avais qu'à choisir. J'ai ouvert les listes de toutes les majors des universités, les ai lues et je me suis énormément ennuyé. Je ne voulais pas faire de choses fondamentales, je voulais quelque chose de plus orienté vers la pratique. Le choix s'est progressivement porté sur Baumanka, au lieu du MIPT ou du MSU.
La robotique semblait être une combinaison parfaite lorsque vous créez quelque chose de physique, mais vous pouvez écrire un code et voir comment cela fonctionne dans le monde réel. Malheureusement, nous avons une formation plutôt faible en robotique. Cela ne fonctionne pas au niveau du système. Quand ils vous donnent une liste de références, aucun livre ne remonte au 21ème siècle, c'est très démotivant. On nous a appris à concevoir, à faire les tâches de mécanique théorique et de résistance des matériaux. Et nous avons dû apprendre la vraie robotique par nous-mêmes.
Lorsque nous faisions nos thèses de doctorat, j'ai décidé que rédiger une thèse ordinaire était ennuyeux et j'ai dû choisir quelque chose que je pourrais utiliser plus tard. À ce stade de notre dernière année, nous avons commencé notre projet. Après que la défense ait même réuni une petite équipe d'amis. Quelqu'un était engagé dans la conception de circuits, quelqu'un dans la programmation. Nous avons fait une équipe selon nos majors et commencé à faire la première version.
Inspirés par les idées des livres, nous avons décidé que nous devrions définitivement louer une maison quelque part en dehors de Moscou et y vivre et travailler tout l'été. C'était une terrible idée! Six gars qui vivent au même endroit, pas très bons pour regarder ce qui se passe autour, mais qui travaillent vraiment beaucoup.
C'était un foyer ... de tout à la fois. Je me souviens d'un moment amusant où la vape gagnait en popularité. Vous ouvrez la pièce, où deux développeurs sont assis, et vous ne pouvez rien voir, rien du tout! Vous entrez et pensez "Y a-t-il des gens ici?"
Cet été-là, nous avons réalisé les tout premiers croquis du manipulateur. Nous avons fait quelques premiers détails - nous avons juste rassemblé les dessins et les avons commandés en production. Bien sûr, nous avons fait un million d'erreurs - nous avions des designers très inexpérimentés. Nous avons maintenant trouvé un grand spécialiste de la robotique et avons commencé à passer d'un groupe d'initiative de garage à une entreprise dont le produit répond aux normes industrielles et aux exigences modernes de la robotique.
Au sein du projet, nous faisons même des choses très très bas par nous-mêmes, car tout a ses spécificités, et les produits existants ne nous conviennent pas. Pour traire la vache, nous ne pouvons pas utiliser les manipulateurs industriels standard à 6 degrés existants. Ils sont redondants pour notre conception et très coûteux. Nous avons maintenant quatre degrés de liberté. Et c'est dix fois moins cher que n'importe quel manipulateur industriel.
Nous écrivons tous les circuits avec une programmation de bas niveau, tous les microprocesseurs, toute la construction et la partie logicielle. Nous ne produisons pas de capteurs, de moteurs et ce genre de choses.
Les robots pour l'alimentation, les carrousels et les rations sont sur l'apprentissage automatique
Lorsque nous avons commencé à plonger plus profondément, nous avons réalisé qu'un robot pour la traite ne pouvait pas répondre à tous les besoins de la ferme. Par conséquent, nous avons ajouté deux autres produits.
Feedpusher
Lorsqu'elles donnent à manger aux vaches de la ferme, les vaches mangent par le biais du détenteur de tête - elles mettent la tête à l'endroit où leur nourriture est dispersée. Mais en raison de leur physiologie, ils le repoussent constamment et ne peuvent pas l'atteindre finalement, car le porteur limite leurs mouvements. Il s'avère qu'ils ont un mètre de nourriture. Ils mangent de 30 à 40 cm et 60 cm de plus sont hors de portée.
Habituellement, il y a une personne qui marche avec une pelle à neige et qui fait tout reculer. Mais une personne a tendance à oublier, à être paresseuse, à mal faire. À ce stade, une vache commence à manger moins, ce qui est mauvais. C'est pourquoi ils ont proposé ce type de robot.
Mais encore une fois, la plupart d'entre eux ont été créés en Europe. Là, ils sont conçus pour fonctionner tous dans une seule cour ou dans une seule pièce. Dans les grandes entreprises, il existe de nombreuses cours, généralement trois à cinq grandes exploitations agricoles côte à côte, unies de différentes manières. Le poussoir d'alimentation, comme un aspirateur, suit sa trajectoire et retourne à la station de charge.
Pour que cela soit rentable, un robot doit desservir plusieurs mètres. Il est également coûteux et difficile à inventer et à introduire des mangeoires spéciales. Tout d'abord, il est coûteux de rééquiper la ferme, car il faudrait faire des réparations majeures. Deuxièmement, les cours ont besoin de beaucoup d'espace libre, au moins pour un tracteur. Par conséquent, un robot est une solution simple et transparente.
Robotisation de carrousels
Il existe des salles de traite spéciales, généralement appelées carrousels. Il s'agit d'un énorme roter avec vingt à quarante vaches. Il tourne lentement et il y a des opérateurs dans un cercle. Tout d'abord, ils nettoient le pis, mettent et retirent les appareils. Mais ils le font assez lentement et le carrousel est souvent inactif.
Il est impossible de remplacer complètement ces carrousels par des robots maintenant - c'est très cher. Nous fabriquons des manipulateurs qui peuvent être installés sur tout type de carrousel, et cela accélérera beaucoup, environ 30%. Déjà avec cette accélération, vous pouvez augmenter considérablement le cheptel et le nombre de vaches à la ferme.
L'étude de l'alimentation
De nos jours, ils essaient de nourrir les vaches selon la théorie de l'équilibrage. Chaque vache a besoin d'une certaine quantité de nutriments, de kilojoules d'énergie, de protéines et de matières grasses par litre de lait. Mais les caractéristiques de chaque vache ne sont absolument pas prises en compte. C'est comme nourrir chaque homme, comme un homme d'âge moyen, six pieds de haut, comme tout le monde a le même métabolisme.
Nous fabriquons un système qui analyse la réaction de la vache aux différents composants, la quantité de lait qu'elle a donnée et sa qualité. Sur cette base, nous sélectionnons le régime alimentaire correct pour tous les composants.
Nous prenons simplement la quantité maximale de données d'entrée sur la façon dont les vaches étaient nourries auparavant, sur les valeurs énergétiques de chacun des composants. Nous essayons de construire un régime non pas pour le rendement laitier maximum, mais pour la rentabilité maximale de l'entreprise. Chaque composant a son propre coût, plus nous savons combien coûte un litre, et nous voulons trouver un équilibre quand une vache donne beaucoup de lait, mais son coût est assez faible.
Une vache donne jusqu'à 13 mille litres de lait par an. Mais à un tel rendement laitier, un litre coûterait, par exemple, 25 roubles. Si vous faites un régime pour huit mille et demi de litres, le coût peut être d'environ 12 roubles et la marginalité est beaucoup plus élevée que dans la version avec maximisation du rendement laitier. Un modèle est nécessaire pour trouver l'équilibre.
Mais il y a des limitations dans les tests qui sont faciles à ignorer. Les composants ne peuvent pas être retirés ou ajoutés rapidement pour les vaches, car ils produisent des enzymes dans l'estomac qui sont responsables de la décomposition du blé, par exemple. Et les nouveaux composants ne seront pas digérés en premier si vous les introduisez brusquement. Soit dit en passant, cela fonctionne de la même manière pour une personne. Lorsque nous mangeons la même nourriture, nous la digérons très bien.
Investissements et attitude de l'État
A cette époque, j'avais mon propre argent. Nous avons d'abord vécu dessus. C'était une période très sombre. Parfois, il était impossible de payer le moindre salaire. Un type avait un prêt auto et je lui en ai donné 12 000 au début de chaque mois, afin qu'il puisse payer la banque. Ensuite, nous avons réussi à attirer de l'argent, nous sommes devenus les finalistes du village de Statrtup à Skolkovo, c'est devenu plus facile.
En même temps, nous sommes devenus résidents à Skolkovo, parce que j'ai essayé de payer un salaire blanc. Skolkovo a accordé des préférences fiscales pour cela, et nous espérions obtenir des subventions. Mais il y a une sorte d'écart. Pour obtenir une subvention pour le premier produit à Skolkovo, le produit doit déjà avoir de l'argent. Comment le surmonter quand vous n'avez pas d'argent, seulement un désir de créer - ce n'est pas clair.
Maintenant, je pense que nous avons encore au moins six mois avant de commencer à vendre des robots et tout cela se transforme en une entreprise qui fonctionne. Le terme est lié aux spécificités du travail avec le fer. Il a un long cycle de production, des tests, une certification. Mais maintenant, nous connaissons toutes les grandes exploitations agricoles, tous les chefs de ces exploitations agricoles, et nous restons en contact avec toutes. J'espère qu'il n'y aura pas de problèmes sérieux.
Bien sûr, tout le monde est un peu conservateur. Mais dans ce cas, vous feriez mieux de montrer au lieu de dire. Par conséquent, nous faisons la première cour à notre place, afin que nous puissions prendre quelqu'un par la main et tout montrer - c'est un robot, c'est comme ça qu'il traite, c'est son économie.
Nous pensons qu'il existe de nombreuses conditions préalables pour rejoindre notre projet. Le premier est le soutien du gouvernement. Les robots sont subventionnés, ils ont des baux, il y a un tas de préférences fiscales. Le gouvernement soutient la transition vers l'agriculture robotique. Il existe des programmes pour lesquels l'État fait presque tout pour que vous puissiez acheter des robots.
Le problème est que les gens ne veulent pas vivre dans les villages. Le village n'est pas un endroit parfait pour vivre, il est impossible d'y construire une infrastructure normale. La robotique est la sortie.
Bien sûr, lorsqu'il y a 20 robots dans l'entreprise, les spécialistes sont nécessaires pour la maintenance. La robotisation ne supprime pas les emplois, elle augmente l'efficacité de l'entreprise. Habituellement, au lieu des employés qui s'occupaient de la traite, il y a ceux qui interagissent avec les robots. Nous avons choisi plusieurs bons collèges agricoles, où nous voulons ouvrir des départements, ils apprendront aux gens à manipuler des robots. Cela signifie que nous allons vendre les robots et créer des emplois pour les gens en même temps.
Mes parents sont les plus grands sceptiques de tous et le plus grand soutien en même temps. Avant, chaque fois qu'ils me demandaient ce que je faisais, c'était toutes les réunions et plus de réunions - travailler en entreprise est étrange, il ne s'agit vraiment que de réunions. Au début, ils s'en moquaient. Mais les réunions devenaient de plus en plus sérieuses. Les gens que nous avons rencontrés devenaient plus cool et plus sérieux. Et progressivement, le scepticisme a disparu. Il n'y avait qu'une confiance que tout se passerait bien.