Em 2017, a mídia ouviu uma história muito interessante sobre uma startup que robotiza vacas leiteiras em fazendas industriais de laticínios. A empresa se chama R-SEPT e, na época, recebeu 10 milhões de rublos de investimento. Mas um ano se passou e ainda não há notícias sobre o que aconteceu mais. Entramos em contato com Aleksey Khakhunov (AlexeiHahunov), o fundador da startup, e discutimos o desenvolvimento. Acontece que, durante todo o ano, sua equipe estava colocando o protótipo do robô em forma e, há apenas uma semana, eles realizaram seu primeiro teste de campo na fazenda.
Sob o corte, há uma história sobre um estudante de robótica que cresceu na fazenda de seus pais, transformou o diploma da Universidade em uma startup industrial, enquanto reunia os primeiros manipuladores com seus amigos e depois aumentava o nível de programas estatais para o robotização da agricultura. E o mais importante é como a mão de ferro do robô e a visão da máquina são melhores do que uma leiteira viva.
Alexei KhakhunovNesta semana, fornecemos o robô à fazenda e ordenhamos a primeira vaca. Tudo foi bem engraçado. Nossa família tem uma empresa de laticínios onde eu trabalhava. Está localizado no distrito de Sergiev Posad, a vila de Kuzmino. Temos mil e quinhentas vacas lá. Esta é uma grande empresa.
Eu me formei em robótica. Naturalmente, eu estava ansioso para usar meu conhecimento teórico em ação. Estudei a situação com robótica no campo da pecuária leiteira e cheguei a uma conclusão interessante. Todos os robôs existentes - e agora existem três principais fabricantes - foram criados na Europa, e os mercados da América ou da Rússia são muito diferentes. Na Europa, pequenas fazendas familiares de até 200 vacas são bastante difundidas. Na Rússia, China e América, as fazendas são muito grandes. Temos uma empresa onde existem cerca de 50 mil vacas. Ao mesmo tempo, na Europa, 40% das fazendas são robotizadas e, em outros mercados, a robotização não excede 1%. E o problema é que os robôs que foram feitos para pequenas fazendas não estão adaptados às realidades das grandes fazendas.
Na Europa, o próprio fazendeiro ordenha, alimenta o gado, ele faz tudo. A vaca deve ser ordenhada pela primeira vez às cinco ou seis da manhã. Este é um processo complicado - é realmente complicado. Para aliviar a dor do agricultor, eles criaram um robô que ajuda a lidar com isso, mas economicamente não oferece nenhum benefício. Ele apenas facilita a vida do agricultor. E as grandes empresas precisam delas para obter lucro. O custo do robô, o desempenho, a manutenção e outras coisas devem atender a um grande número de padrões industriais.
Quase todos os robôs existentes foram inventados pelos veterinários. Eles sabiam muito bem como trabalhar com uma vaca, mas muitos de seus projetos não eram perfeitos, eram redundantes e apresentavam muitas deficiências óbvias.
Decidimos criar um robô de design industrial, que custará menos do que os existentes, mas será a mais recente tecnologia no campo da robótica, e toda a experiência de trabalhar com vacas será levada em consideração. Portanto, resta um objetivo a ser implementado.
Robô para ordenha
De acordo com as práticas modernas nas fazendas, as vacas não têm um determinado local fixo: apenas cem ou duzentas vacas andam pelo quintal, elas podem ficar em qualquer barraca, comer a qualquer momento. O robô é colocado no mesmo ciclo e a vaca chega lá em si.
A dieta da vaca consiste em um número muito grande de componentes. Mas o alimento é o mais agradável para uma vaca. É como doçura para um homem. Para levar uma vaca a um robô, eles não a alimentam no horário habitual, é o que um robô faz, e a vaca vem lá para comer. Até começarmos a fazê-lo, eles não estavam motivados para vir para a ordenha. Eles estavam estressados com isso.
O robô é essencialmente uma única barraca fechada. Tem duas portas. Um abre quando a vaca sai, o outro deixa a próxima entrar e fecha.
Há um mito que as pessoas gostam de contar: supostamente, a vaca adora ser ordenhada por leiteiras. Ser acariciada, amada - e só assim dará muito leite. Na verdade, é besteira absoluta. A única coisa que uma vaca ama é a falta de estresse e a repetibilidade absoluta. Se a vaca for alimentada com a mesma ração todos os dias, ordenhada ao mesmo tempo, com a mesma quantidade de água e, de preferência, a mesma temperatura for mantida, e não houver barulho alto, a vaca fornecerá a quantidade máxima de leite, porque parece confortável. Assim que qualquer fator externo aparecer, ele dará menos leite. O truque dos robôs é que eles executem todas as operações da mesma maneira.
Uma vaca entra, então recebe comida. Um braço manipulador é colocado sob a vaca. Há uma xícara de chá. Primeiro, é limpo, depois as primeiras estrias são tratadas para que o processo hormonal de liberação do leite comece na vaca. Esses fluxos são analisados - se uma vaca tem alguma doença, se ela se sente bem. Em meio minuto, o processo de ordenha começa.
A mão pega as xícaras de tetina e as leva para as tetas do úbere. No interior, há um monitor de freqüência cardíaca, que com uma certa frequência liga e desliga a pressão negativa. E começa a sugar o leite.
Existe um sensor que verifica a ocupação. Quando o suprimento de leite cai, significa que a vaca subiu. A xícara de tetina é guardada e uma solução especial é aplicada ao úbere para "fechá-la". Após a ordenha, o canal do leite permanece aberto e a infecção não deve entrar nele. A solução de iodo preserva.
Ninguém controla o robô, ele vive sua própria vida. Ele sabe onde estão as xícaras, elas estão sempre no mesmo lugar. Então a visão computacional funciona. O robô possui uma câmera que recebe uma imagem tridimensional de alta frequência. O algorítmico está pesquisando na figura, onde estão as tetas.
Todas as imagens estão em escala de cinza - não há cores, apenas um espectro de preto para branco. A câmera filma o que está acontecendo cerca de 30 vezes por segundo com uma resolução bastante baixa - 420 a 340. No primeiro estágio, simplesmente fizemos as pessoas marcarem o local onde as tetas do úbere estão na imagem. Primeiro, eles segmentaram o local onde estava toda a teta, então - onde estavam localizados os pontos mais baixos.
Tivemos que coletar muitos dados - tiramos fotos de alguns milhares de vacas. No início, as redes convolucionais eram usadas para imagens "pesadas", mas é muito difícil aprender as convoluções com elas - você precisaria de uma enorme quantidade de dados. Portanto, eles foram transferidos para a detecção padrão em uma imagem plana e levaram o PyTorch como estrutura.
Histórico de desenvolvimento
Meus pais eram veterinários e, durante muito tempo, apenas trabalharam na fazenda coletiva. Primeiro, meu pai recebeu uma oferta para se tornar o vice-diretor da empresa e, em seguida, chefiar a empresa na vizinhança, para desenvolvê-la. Em nossa família, há uma piada de que o agricultor coletivo não é uma profissão, mas um estado de espírito. De março a outubro, o trabalho começa às cinco da manhã e não para até as nove da noite. É dificil Algo está acontecendo o tempo todo.
A agricultura é uma indústria ambígua, e para não dizer que é fortemente monetária. Não me vejo trabalhando na agricultura. Quando meu irmão e eu estávamos visitando diferentes empresas na Europa e analisando os robôs, sempre me surpreendi com a história deles sobre gerações. Foi especialmente engraçado quando eles disseram: "Eu administro essa empresa há 13 anos depois do meu pai. Estamos crescendo muito bem. Tínhamos 60 vacas, e então havia 70 delas. Progresso! " Quando meu pai conseguiu a empresa no ano de 2000, havia 100 vacas. Agora existem 1500 deles, e todos estão em dúvida, se é um crescimento suficiente.
Estudei em uma das melhores escolas de física da região de Moscou, no distrito de Sergiev-Posad, e eu definitivamente deveria ter me tornado um técnico. Eu realmente gostei de programação. Os principais idiomas da escola de física eram Pascal e Delphi, e eu conhecia um pouco de C ++. Agora não entendo como, mas conseguimos fazer muitas coisas interessantes com Pascal. Na nona série, a professora nos disse: “Proíbo que você jogue na sala de aula, a menos que você mesmo as escreva”. E escrevemos algumas em um ano. Primeiro nós criamos nosso próprio "Snake", depois "Panzers". Além disso, você pode jogar no modo multiplayer.
Antes de entrar na universidade, havia escrito várias olimpíadas: MIPT, BMSTU. Eu poderia estudar em qualquer lugar, só tinha que escolher. Abri as listas de todas as principais universidades, li-as e fiquei incrivelmente entediado. Não queria fazer nada fundamental, queria algo mais orientado para a prática. A escolha caiu gradualmente em Baumanka, em vez de MIPT ou MSU.
A robótica parecia uma combinação perfeita, quando você cria algo físico, mas pode escrever um código e ver como ele funciona no mundo real. Infelizmente, temos uma educação bastante fraca em robótica. Não funciona no nível do sistema. Quando eles fornecem uma lista de referências, nenhum livro remonta ao século 21, é muito desmotivador. Fomos ensinados a projetar, a executar tarefas de mecânica teórica e resistência de materiais. E tivemos que aprender a verdadeira robótica sozinhos.
Quando estávamos fazendo nossas teses de pós-graduação, decidi que escrever uma redação regular é chata e tive que escolher algo que pudesse usar mais tarde. Neste ponto do nosso último ano, começamos o nosso projeto. Depois que a defesa chegou a reunir uma pequena equipe de amigos. Alguém estava envolvido no projeto de circuitos, alguém na programação. Formamos uma equipe de acordo com nossos principais cursos e começamos a fazer a primeira versão.
Inspirados pelas idéias dos livros, decidimos que deveríamos alugar uma casa definitivamente em algum lugar fora de Moscou e morar e trabalhar lá o verão inteiro. Essa foi uma péssima ideia! Seis caras que moram no mesmo lugar, não são muito bons em assistir ao que está acontecendo, mas trabalham muito.
Era um viveiro ... de tudo de uma vez. Lembro-me de um momento engraçado em que o vape estava ganhando popularidade. Você abre a sala, onde dois desenvolvedores estão sentados, e você não pode ver nada, apenas nada! Você entra e pensa: "Tem alguém aqui?"
Naquele verão, fizemos os primeiros esboços do manipulador. Fizemos alguns primeiros detalhes - apenas coletamos os desenhos e os ordenamos na produção. É claro que cometemos um milhão de erros - costumávamos ter designers muito inexperientes. Agora, encontramos um grande especialista em robótica e passamos de um grupo de iniciativa de garagem para uma empresa cujo produto atende aos padrões industriais e aos requisitos modernos de robótica.
Dentro do projeto, fazemos coisas de nível muito muito baixo por conta própria, porque tudo tem suas próprias especificidades e os produtos existentes não são adequados para nós. Para ordenhar a vaca, não podemos usar os manipuladores industriais de 6 graus padrão existentes. Eles são redundantes para o nosso design e muito caros. Agora temos quatro graus de liberdade. E é dez vezes mais barato que qualquer manipulador industrial.
Escrevemos todos os circuitos com uma programação de baixo nível, todos os microprocessadores, todas as partes de construção e software. Não produzimos sensores, motores e coisas assim.
Robôs para alimentação, carrosséis e rações estão em aprendizado de máquina
Quando começamos a mergulhar mais fundo, percebemos que um robô para ordenha não pode cobrir todas as necessidades da fazenda. Portanto, adicionamos mais dois produtos.
Empurrador
Quando eles dão ração para as vacas na fazenda, as vacas comem através do proprietário - elas enfiam a cabeça para onde a ração está espalhada. Mas, devido à sua fisiologia, eles constantemente o afastam e não conseguem alcançá-lo eventualmente, porque o responsável limita seus movimentos. Acontece que eles têm um metro de comida. Eles comem 30-40 cm, e outros 60 cm estão fora de alcance.
Geralmente, há uma pessoa andando com uma pá de neve e movendo tudo para trás. Mas uma pessoa tende a esquecer, ser preguiçosa, fazer mal. Uma vaca neste momento começa a comer menos, o que é ruim. É por isso que eles criaram esse tipo de robô.
Mas, novamente, a maioria deles foi criada na Europa. Lá, eles são projetados para funcionar tudo em um quintal ou em uma sala. Nas grandes empresas, existem muitos pátios, geralmente de três a cinco grandes fazendas, um ao lado do outro, unidos de maneiras diferentes. O empurrador de alimentação, como um aspirador de pó, segue sua trajetória e volta para a estação de carregamento.
Para que isso seja rentável, um robô deve atender a vários metros. Também é caro e difícil inventar e introduzir alimentadores especiais. Primeiro de tudo, é caro reequipar a fazenda, porque você teria que fazer grandes reparos. Em segundo lugar, os pátios precisam de muito espaço livre, pelo menos para um trator dirigir. Portanto, um robô é uma solução simples e perfeita.
Robotização de carrosséis
Existem salas de ordenha especiais, geralmente são chamadas de carrosséis. Este é um grande rotor com vinte a quarenta vacas. Ele gira lentamente e há operadores em um círculo. Primeiro, eles limpam o úbere, colocam e removem os dispositivos. Mas eles fazem isso bem devagar e o carrossel geralmente fica ocioso.
É impossível substituir completamente esses carrosséis pelos robóticos agora - é muito caro. Fabricamos manipuladores que podem ser instalados em qualquer tipo de carrossel, e isso o acelerará muito, aproximadamente em trinta por cento. Já com essa aceleração, você pode aumentar bastante o gado e o número de vacas na fazenda.
O estudo da dieta
Atualmente, eles estão tentando alimentar as vacas de acordo com a teoria do equilíbrio. Toda vaca precisa de uma certa quantidade de nutrientes, quilojoules de energia, proteína e gordura por litro de leite. Mas as características de cada vaca não são absolutamente levadas em consideração. É como alimentar todo homem, como um homem de meia idade, um metro e oitenta de altura, como se todo mundo tivesse o mesmo metabolismo.
Fazemos um sistema que analisa como a vaca reagiu a diferentes componentes, quanto leite deu e qual foi a qualidade. Com base nisso, selecionamos a dieta correta atual para todos os componentes.
Tomamos apenas a quantidade máxima de dados de entrada sobre como as vacas foram alimentadas antes, quais valores de energia cada um dos componentes tinha. Tentamos construir uma dieta não para o máximo rendimento de leite, mas para a máxima rentabilidade da empresa. Cada componente tem seu próprio custo, além de sabermos quanto custa um litro e queremos encontrar um equilíbrio quando uma vaca der muito leite, mas seu custo é bastante baixo.
Uma vaca dá até 13 mil litros de leite por ano. Mas, com essa produção de leite, um litro custaria, por exemplo, 25 rublos. Se você faz uma dieta de oito mil e quinhentos litros, o custo pode ser de cerca de 12 rublos, e a marginalidade é muito maior do que na versão com a maximização da produção de leite. É necessário um modelo para encontrar o equilíbrio.
Mas existem limitações nos testes que são fáceis de ignorar. Os componentes não podem ser removidos ou adicionados rapidamente às vacas, porque produzem enzimas no estômago responsáveis pela decomposição do trigo, por exemplo. E os novos componentes não serão digeridos primeiro se você os apresentar de maneira precisa. A propósito, funciona da mesma maneira para uma pessoa. Quando comemos a mesma comida, a digerimos muito bem.
Investimentos e a atitude do estado
Naquela época, eu tinha meu próprio dinheiro. Primeiro nós vivemos nisso. Foram tempos muito sombrios. Às vezes era impossível pagar salários. Um cara tinha um empréstimo de carro e eu lhe dei 12 mil no início de cada mês, para que ele pagasse o banco. Então conseguimos atrair dinheiro, nos tornamos os finalistas da vila Statrtup em Skolkovo, ficou mais fácil.
Ao mesmo tempo, nos tornamos residentes em Skolkovo, porque tentei pagar um salário branco. Skolkovo deu preferências fiscais para isso, e esperávamos obter doações. Mas há um tipo de lacuna. Para obter uma concessão para o primeiro produto em Skolkovo, o produto já deve ter dinheiro. Como superá-lo quando você não tem dinheiro, apenas um desejo de criar - não está claro.
Agora, acho que temos pelo menos mais seis meses até começarmos a vender robôs e tudo se transformar em um negócio em funcionamento. O termo está ligado às especificidades do trabalho com ferro. Tem um longo ciclo de produção, testes, certificação. Agora, porém, conhecemos todas as principais explorações agrícolas, todos os chefes dessas explorações agrícolas e mantemos contato com todas elas. Espero que não haja problemas sérios.
Claro que todo mundo é um pouco conservador. Mas, neste caso, é melhor você mostrar em vez de contar. Portanto, estamos fazendo o primeiro pátio em nosso lugar, para que possamos pegar alguém com a mão e mostrar tudo - este é um robô, é assim que ordenha, é sua economia.
Acreditamos que existem muitos pré-requisitos para participar do nosso projeto. O primeiro é o apoio do governo. Os robôs são subsidiados, têm arrendamentos, há várias preferências fiscais. O governo apóia a transição para a agricultura robótica. Existem programas para os quais o estado faz quase tudo, para que você possa comprar robôs.
O problema é que as pessoas não querem morar nas aldeias. A vila não é um lugar perfeito para se viver, é impossível construir uma infraestrutura normal lá. A robótica é a saída.
Obviamente, quando existem 20 robôs na empresa, os especialistas são necessários para a manutenção. A robotização não remove trabalhos, aumenta a eficiência da empresa. Geralmente, em vez dos funcionários envolvidos na ordenha, há quem interaja com os robôs. Escolhemos várias boas faculdades agrícolas, onde queremos abrir departamentos, eles ensinarão as pessoas a lidar com robôs. Isso significa que venderemos os robôs e criaremos empregos para as pessoas ao mesmo tempo.
Meus pais são os maiores céticos de todos e o maior apoio ao mesmo tempo. Antes, sempre que me perguntavam o que eu estava fazendo, eram todas as reuniões e mais reuniões - trabalhar nos negócios é estranho, na verdade consiste apenas em reuniões. No começo, eles estavam tirando sarro disso. Mas as reuniões estavam ficando cada vez mais sérias. As pessoas que conhecemos estavam ficando mais legais e mais sérias. E gradualmente o ceticismo se foi. Havia apenas confiança de que tudo sairia bem.