[Интервью] Руководитель подразделения Корейского института робототехнической конвергенции Чо Ён Джун: старт разработки робота полного цикла для яблок на случай «яблочной инфляции»

В выращивании яблок урожай года определяется тем, насколько хорошо проходит опыление весной, когда распускаются цветы. Опыление — дело медоносных пчёл. Однако из-за последствий изменения климата и других факторов ситуация каждый год меняется, в том числе случаются массовые гибели пчёл. Если в период цветения добавляются ещё и заморозки, завязываемость плодов ухудшается, цены на яблоки растут, и это перерастает в так называемую «яблочную инфляцию» (apple + inflation), подтягивающую общий уровень цен. И наоборот, в годы чрезмерно хорошего урожая цены падают, и фермерские хозяйства несут убытки.

Хозяйства, которые не могут полагаться только на пчёл, восполняют этот пробел искусственным опылением, вручную нанося пыльцу на цветы. Но большая часть этой пыльцы — импортная. По словам Чо Ён Джуна, руководителя Исследовательского подразделения сельского хозяйства и пищевой отрасли Корейского института робототехнической конвергенции (KIRO), 80–90% пыльцы, используемой отечественными плодовыми хозяйствами, поступает из Китая. Постоянно высказываются опасения, что вместе с импортной пыльцой могут попадать патогены, например возбудитель бактериального ожога плодовых культур. Однако на местах объясняют, что если полностью перекрыть импорт, работы по опылению немедленно остановятся, поэтому управление ведётся на уровне ограничения только регионов, где возникают вспышки.

Причина, по которой отечественная пыльца не увеличивает свою долю, кроется в производственных условиях. По словам руководителя Чо, в Чхонсонe провинции Кёнбук находится крупнейший в стране участок площадью 2 га, где выращивают только цветущие деревья ради получения пыльцы. Период, когда можно собирать цветы, длится всего около недели в год. Даже если за это время собрать всех пожилых жителей деревни и срывать цветы вручную, доля сбора остаётся на уровне около 30%, а остальное падает на землю и пропадает. Затраты на оплату труда за одну неделю достигают 60 млн вон, но годовой объём производства пыльцы составляет всего 5–10 кг. Поскольку отечественная пыльца в 4–5 раз дороже китайской, хозяйства её не покупают, а раз не покупают — производство не растёт: получается порочный круг. Именно это стало причиной, по которой KIRO приступил к разработке роботов для плодовых культур, охватывающих как опыление, так и производство пыльцы.

В интервью, данном 30 октября в Андонском центре апробации сельскохозяйственных роботов KIRO, руководитель Чо сказал: «Главная причина плохого урожая — это окружающая среда, а затем — пчёлы, ситуация с которыми меняется каждый год. Когда говорят, что опыление будет выполнять робот, можно ошибочно подумать, будто пчёлы больше не нужны, но лучше всего опыление всё же делают пчёлы. Однако поскольку пчёлы нестабильны, идея в том, чтобы робот подключался как вспомогательное средство и стабилизировал производство».
 

Интегрированный проект Управления развития сельских территорий и Минсельхоза…«нижняя часть» и интеграция — за KIRO

Этот проект является интегрированным сельскохозяйственным AX-проектом (AI Transformation, переход на искусственный интеллект), совместно продвигаемым Управлением развития сельских территорий и Министерством сельского, лесного хозяйства, животноводства и продовольствия. Он состоит из трёх подпроектов, а общее руководство осуществляет НИОКР-проект 1, курируемый Управлением развития сельских территорий, — MetaFarmers Co., Ltd. Если сравнить робота с человеческой фигурой, верхняя аппаратная часть, соответствующая рукам и туловищу, а также рабочий ИИ находятся в ведении MetaFarmers Co., Ltd., отвечающей за НИОКР-проект 1 «Разработка технологии управления на основе имитационного обучения поведенческим характеристикам сельскохозяйственных работ в плодоводстве и исследование стандартизации технологий сельскохозяйственных роботов». Зрительный интеллект — «глаза», распознающие сад и плоды, — разрабатывается в рамках направления «Разработка ключевых технологий визуальной интеллектуализации для анализа требуемой производительности сельхозработ с учётом среды плодового сада и принятия решений» группой промышленно-академического сотрудничества Чхуннамского национального университета (профессор Ли Дэ Хён). НИОКР-проект 3 KIRO, выбранный через Корейский институт планирования и оценки технологий в пищевой, сельскохозяйственной и лесной отраслях (IPET), — «Разработка роботизированной платформы для управления выращиванием и интеллектуальных технологий для стабилизации производства плодовых культур» — разрабатывает «нижнюю часть»: автономную платформу движения и ИИ для передвижения. Срок исследований — 4 года и 9 месяцев, с апреля 2026 года по декабрь 2030 года.

KIRO также отвечает за системную интеграцию, объединяющую верхнюю часть и зрительный интеллект, созданные в отдельных проектах, а также за полевые испытания. Руководитель Чо пояснил: «Общее руководство осуществляет Управление развития сельских территорий, но поскольку в проекте Минсельхоза необходимо думать о серийном производстве, было согласовано, что системную интеграцию выполняем мы». В этом проекте участвовало около 20 организаций на один проект (консорциум), а конкурс составил примерно 4 к 1. Чо сказал: «Можно считать, что в этот раз вошли все отечественные организации, компании и университеты, которые занимаются роботами».

В проекте KIRO к государственному финансированию были добавлены средства местных бюджетов провинции Кёнсан-Пукто и города Андон. Соотношение составляет примерно 6 к 4 между государственными и местными средствами. Это не было обязательным условием, но органы местного самоуправления основного региона выращивания яблок, увеличив свои инвестиции, попросили включить в задачи то, что особенно нужно на местах: сбор цветов и производство пыльцы. По словам руководителя Чо, отдел плодовых и цветочных культур Минсельхоза также проявляет большой интерес к обеспечению отечественной пыльцой.
 

Почему яблоки… фокус сузили до одной многоосевой плоской формы кроны

Целевой культурой стали яблоки, а точнее — многоосевая плоская форма кроны. Многоосевая плоская форма, при которой деревья выращивают плоскими, словно стену, облегчает проход техники, а если система дружелюбна к машинам, она дружелюбна и к роботам. Руководитель Чо рассказал, что на этапе планирования в интервью с фермерами слышал следующее: «Пожилые фермеры неохотно меняют систему, говоря: сколько ещё вырастишь, если выкорчевать все деревья и посадить заново, а вот хозяйства людей 40–50 лет всё меняют, потому что разница в урожайности и снижении трудозатрат велика». По словам Чо, многоосевая плоская форма наиболее широко внедрена в Кочхане провинции Кённам, а основные районы производства — Андон и Чхонсон — также быстро переходят на неё с прежней стройной веретеновидной формы.

Решение зафиксировать одну форму кроны стало уроком прошлых неудач. Чтобы победить в конкурсных проектах, приходилось предлагать решения, которые якобы справляются и с веретеновидной, и с плоской, и с прямолинейной формой, но после получения заказа это часто становилось бременем и не давало результатов. Руководитель Чо сказал: «Утверждать, что робот может всё при любых условиях, — это разговоры в облаках. Правильно менять способ выращивания так, чтобы он был дружественным к роботам, и повышать эффективность с помощью робота, подходящего под эту систему. В этот раз форма кроны чётко определена, поэтому лично у меня большие ожидания».

Тем не менее плодовый сад — непростая площадка. В открытом грунте из-за прямых солнечных лучей изображение с камеры может «выгорать» до белого, и робот перестаёт что-либо видеть. Значительная часть существующих садов находится на холмистой местности с уклоном 5–10 градусов, а если робот повредит дерево, которое после посадки выращивают 10–15 лет, убыток не ограничится урожаем одного года. Трудность поиска хозяйств для испытаний также является препятствием. Чо сказал: «Даже если платить аренду, это должно соответствовать экономике производства яблок, поэтому не так много хозяйств идут навстречу».
 

Одна платформа со сменными рабочими органами… цветы будут «выбивать и всасывать»

Годовой цикл выращивания яблок в целом делится на 9 операций — от зимней обрезки до сбора урожая. Из них государственный проект охватывает 4 операции: обрезку, опыление, прореживание цветов и сбор урожая, а за счёт местного финансирования добавлены сбор цветов и производство пыльцы. Верхняя платформа используется как общая, а конечные ручные инструменты и вспомогательные устройства меняются в зависимости от операции. Для обрезки устанавливаются две руки с гриппером, захватывающим ветви, и резаком; для опыления — наконечник, точно распыляющий пыльцу вблизи цветка. При прореживании цветов устанавливается бак с препаратом для прореживания, а при сборе урожая — конвейер, подающий ящики. Обрезанные ветви сразу измельчаются передней дробилкой и разбрасываются по саду. Чо отметил: «Если оставить срезанные ветки, их придётся снова собирать, а если измельчить, они ещё и становятся питательным материалом, поэтому многие реагировали положительно».

При сборе урожая ключевым является темп работы. Требуемая производительность, указанная в запросе предложений (RFP), составляет 1000㎡ в час (около 300 пхён), но при способе, когда яблоко срывают, разворачиваются назад и кладут в ящик, достичь такой скорости было невозможно. Поэтому выбрали конструкцию, при которой плод сразу после срыва падает по гофрированному шлангу и отправляется в ящик. Оставшаяся задача — предотвратить повреждение плодов в процессе спуска.

Машина для сбора цветов, разрабатываемая за счёт местных средств, не срывает цветы по одному, как человек. Вращающийся ударный узел встряхивает цветущее дерево, корпус задерживает падающие цветы, а устройство всасывания отрицательным давлением втягивает их и собирает в бак. Цель — собрать 70% за один проход. Соответствующий патент уже получен. Потери из-за разлетающихся цветов остаются, но руководитель Чо сказал: «Даже если собрать только 70%, это намного лучше, чем ручной сбор. Даже если оборудование стоит десятки миллионов вон, для площадок по производству пыльцы оно станет прорывом, если успешно отработает хотя бы один год». По его словам, фермеры на местах, увидев демонстрационную концепцию, также сочли её перспективной. По мере роста объёма сбора цветов планируется создать демонстрационную модель с увеличенной мощностью оборудования для производства пыльцы и передать её в основные регионы производства.
 

Маршрут по одному спутниковому снимку… тысячи машин обучаются в симуляции

Технологическое отличие, на котором делает акцент KIRO, заключается в движении. По словам руководителя Чо, существующая автономная сельхозтехника требует, чтобы человек один раз лично проехал по участку и создал карту. На крупной ферме даже эта работа сама по себе становится задачей. KIRO с помощью ИИ извлекает ряды деревьев из спутникового изображения и, учитывая характеристики робота, автоматически строит общий маршрут движения (global path). На месте робот с помощью лидара, камер и GPS реагирует только на препятствия и детальный маршрут (local path). Чо объяснил: «Если сравнивать с навигацией, то каким шоссе ехать — это решается по одному спутниковому снимку, а на месте остаётся реагировать только на переулки и пешеходные переходы».

Для технологии удержания верхней части в горизонтальном положении на неровном открытом грунте применяется ИИ «sim-to-real». Метод заключается в том, что в виртуальной среде создаются миллионы пхён неструктурированного рельефа, запускаются тысячи роботов, и система самостоятельно обучается условиям управления, при которых сохраняется положение, не происходит проскальзывания и расходуется минимум энергии. Четыре колеса каждое выполняют роль подвески, поглощая неровности грунта, а верхняя часть остаётся стабильной. Руководитель Чо сказал: «Раньше алгоритм строили в духе: если угол поворота такой-то, угловая скорость должна быть такой-то, но достаточно одного камня — и условия нарушались. Способность ИИ самостоятельно адаптироваться к среде — преимущество физического ИИ, и именно поэтому мы хотим работать не с одной операцией, а со всем циклом».
 

Продавать не робота, а «работу»… примерно за половину стоимости ручного труда

Модель коммерциализации имеет два направления. Центральная идея — робот как услуга (RaaS). Когда фермерское хозяйство бронирует работу через мобильный телефон, инженер сервисной компании привозит роботов, одновременно выпускает несколько машин на выполнение работ, а затем снова забирает их. Планируется, что стоимость будет на уровне 50% от существующих затрат на рабочую силу и будет различаться в зависимости от вида работ, площади, уклона и расположения. Сверхкрупным фермам или организациям, у которых есть собственные инженеры, готовые изделия будут продаваться под ключ. Цена продажи установлена исходя из срока окупаемости 2,5 года — около 80 млн вон и не выше 100 млн вон. По текущим обсуждениям, сервисом займётся MetaFarmers из проекта A, а продажами — Daedong, однако конкретные роли будут снова согласованы на этапе коммерциализации.

Руководитель Чо сказал: «Даже если привезти робота фермеру, фермер не сможет им пользоваться. У сельхозтехники есть дилеры, поэтому обеспечивается послепродажное обслуживание, а у роботов такой инфраструктуры пока нет. Поэтому мы решили эту задачу через структуру, при которой фермер отдаёт выращивание на аутсорсинг и платит за услугу». Выбор робота полного цикла объясняется той же причиной. Он подчеркнул: «Кто купит за десятки миллионов вон оборудование, которое при одной только уборке используется неделю в году, а при одном только опылении — три дня? Нужно объединить все операции, чтобы робот использовался круглый год».

Вывод на площадку предполагает групповую работу как минимум трёх машин. Для трёх роботов целевой показатель по обрезке и уборке составляет 1000㎡ в час (около 300 пхён), а для операций опыления и прореживания цветов, которые выполняются распылением при движении, — в несколько раз больше. В консорциуме участвуют Daedong и Daedong Robotics (совместное предприятие Daedong Mobility и KIRO), и рассматривается также связка, при которой после передачи ящиков с урожаем конвейером транспортный робот Daedong принимает и перевозит их. Dexweaver, имеющая опыт диспетчерского управления промышленными роботами-уборщиками, отвечает за централизованное управление множеством роботов и сервисную систему, а Корейский институт строительной техники — за вспомогательные системы, такие как дробилки и конвейеры, требующие высокой нагрузки и большого крутящего момента. Национальный университет Сунчхона занимается исследованиями управления и безопасности, чтобы доработать роботов, которые легко выходят из строя в открытом грунте, с точки зрения сельхозтехники, а Фонд Корейского института будущего сельского хозяйства в Андоне отвечает за создание испытательных площадок.
 

Первый выход машины для сбора цветов — весной 2028 года… цель — повторное опыление при заморозках

График таков: во второй половине 2027 года представить первичную платформу движения, в 2028 году объединить её с верхней частью и провести испытания сбора урожая, опыления и сбора цветов, а затем последовательно испытать обрезку и прореживание цветов. Последние два года отведены на апробацию и улучшения. Цель по машине для сбора цветов — создать прототип после середины 2027 года и впервые вывести его на площадку весной 2028 года, когда распустятся цветы. Испытания пройдут в Андоне. Существующий сад со стройной веретеновидной формой рядом с центром испытаний KIRO зимой 2026 года переоборудуют в многоосевую плоскую форму, создав собственный испытательный участок; вместе с ним будут использовать арендованные у фермеров поля, общественные участки под управлением Корейского института будущего сельского хозяйства и специализированную роботизированную испытательную площадку, где посадят даже цветущие деревья. Участок Корейского института будущего сельского хозяйства ранее был оснащён датчиками и 3D-моделированием в рамках проекта Минсельхоза по smart farming в открытом грунте.

То, на что рассчитывает руководитель Чо, выходит за рамки сокращения трудозатрат: это уменьшение колебаний урожая. Если весной происходят заморозки, фактически единственная мера реагирования — ещё раз опылить оставшиеся цветы, но сейчас для этого нужно касаться каждого цветка кисточкой, и за такую работу трудно даже взяться. Некоторые хозяйства распыляют пыльцу скоростным опрыскивателем (SS-машиной), но, по словам руководителя Чо, результаты исследований показали, что эффекта от этого нет.

Руководитель Чо сказал: «Если наступят заморозки, можно своевременно ввести робота-опылителя и ещё раз опылить выжившие цветы, тем самым сократив ущерб. Если появится рабочая машина, которую можно задействовать в любой момент, мы сможем намного ближе подойти к конечной цели — стабилизации производства плодовых культур».