熟したイチゴを摘み取れるロボットの実現は困難

2022年2月16日午前7時

これはマシンビジョンとロボット工学を組み合わせた、難しく繊細な作業です。進歩は遅いものの、起業家や農家は投資を続けています。

10年前、 Agrobotという会社がカリフォルニア州デイビスの畑でイチゴ収穫ロボットの実演を行いました。現在、Agrobotのイチゴ収穫機はまだプロトタイプの段階です。

この長い待ち時間は、ベリー摘みロボットにとっての難しさを如実に物語っている。摘み取るのに十分熟したベリーを識別し、果実を傷つけずにしっかりと掴み、植物を傷つけずにベリーを株から引き剥がすのに十分な力で引っ張るのだ。アグロボットのCEO、フアン・ブラボー氏は、同社のロボットは、手で果実を摘み取り、クラムシェルに詰める人間には太刀打ちできないと述べた。

それでも、生産者たちは、一日中畑でかがんで作業してくれる人を見つけることが難しくなり、その賃金も高くなる日が来ることを覚悟しています。そのため、生産者、技術者、研究者たちは、その仕事をこなせる機械の開発を続けています。最近行われた約50件のロボット収穫プロジェクトに関する調査では、過去20年間でイチゴ収穫プロジェクトは他のどの果物よりも多くの関心を集めていることが分かりました。

こうした関心の最新の兆候として、屋内農業企業Boweryは最近、2016年に設立されたシリコンバレーのスタートアップ企業Trapticを買収しました。同社は昨年、イチゴの大規模栽培業者であるNaturipeとBlazer Wilkinsonとの商業展開を開始しました。Boweryは、競合他社のシステムと同様に、主にカリフォルニア州やフロリダ州の屋外で稼働しているTrapticを屋内垂直農業に適応させる予定です。

カリフォルニアの畑で作業中のTraptic社のロボット収穫機。

Trapticの開発者によると、1日に10万個のイチゴを収穫できるという。今後はBoweryの屋内農場でのみ稼働する予定で、SafewayやWalmartなどの顧客向けにレタスを栽培するためにコンピュータービジョン、センサー、そしてテクノロジーを駆使している同社にとって、ロボットアームの導入はこれが初めてとなる。Boweryは、畑と同様に、自動運転車両を用いて屋内のイチゴ畑でもロボットアームを移動させる計画だ。収穫に加えて、Boweryはイチゴの花粉授粉や、間引き、剪定といったメンテナンス作業にもロボットアームを活用することを検討している。

Boweryは2015年に設立され、ニューヨークやフィラデルフィアなどの都市近郊で事業を展開しています。出資者には、GV（旧Google Ventures）、Uber CEOのダラ・コスロシャヒ氏、Amazonコンシューマー部門の元CEOジェフ・ウィルケ氏といった個人投資家が含まれています。2021年5月、Boweryは23億ドルの評価額で3億ドルを調達し、来年初めにアトランタとダラス・フォートワース地域への事業拡大計画を発表しました。

昨年、バワリーはニュージャージー州に研究施設「ファームX」を開設しました。そこで同社は、キュウリ、イチゴ、トマトの垂直農法を研究しました。ファームXは、バワリーがGoogleで機械学習プロジェクトに携わっていたインジョン・リー氏を最高技術責任者（CTO）に迎えた直後に開設されました。リー氏は、バワリーはトラプティック社の技術を用いて今春からイチゴの販売を開始する予定であり、この技術は「目標達成に十分な成熟度を備えている」と付け加えました。バワリーは、トラプティック社をバワリーの果樹・ブドウ栽培事業の中核に据えることを目指しています。

リー氏によると、トラプティック社が同業他社と比べて際立っているのは、同社のロボットがイチゴに触れないことだという。イチゴの茎を掴み、果実を剥がすのに十分な力で引っ張りつつ、植物の残りの部分を傷つけない程度の軽さで引っ張るのだ。

このような作業は依然として課題となっています。最近の研究では、2000年から2020年にかけて行われた約50件の収穫ロボットプロジェクトを調査し、収穫ロボットがまだ広く普及していないことが明らかになりました。その主な理由は、ほとんどのロボットが依然として人間よりも優れた仕事をこなせないためです。

ヒュー・ゾウ氏は、果物収穫ロボットにおけるAIの進歩とその商業的実現可能性に関する分析論文の筆頭著者です。この研究は、オーストラリアのモナシュ大学でリンゴ収穫ロボットを開発している研究者によって実施されました。ゾウ氏は、現在の可能性を踏まえると、ロボットが分類しやすいイチゴの70%を収穫し、残りの収穫物を人間が収穫するというシナリオを思い描くことができると述べています。ハーベストクルー・ロボティクスをはじめとする数社の企業がシステムを進化させ、イチゴ収穫速度が人間と競合できるレベルに達したのは、ここ数年のことです。

周氏によると、果物収穫ロボットのメーカーはデモ動画は豊富だが、データは少ないという。大半のメーカーは、イチゴの損傷率や、房から摘み取ったり、葉に隠れたイチゴを摘み取ったりする際のビジョンシステムの性能について公表していない。これら2つは、コンピュータービジョンシステムが果物を摘み損ねる主な原因だ。イチゴを潰したり傷つけたりする問題は依然として多く、別のイチゴを摘もうとして誤って別のイチゴを傷つけてしまうという問題は見落とされがちで、ほとんど言及されていない。

ロボットを使って果物を収穫している企業によると、多くのロボットがまだ試作段階から脱していないのには理由があり、現在稼働している機械はほんの一握りだという。

2021年4月、米国最大の温室を運営するAppHarvestは、マサチューセッツ州サマービルに拠点を置くRoot.aiを買収しました。同社のVirgoマシンは、小型の3本指ロボットグリッパーでグレープトマトを収穫します。この技術は現在、4本指と8本指のグリッパーを用いてイチゴやキュウリの収穫にも活用されています。買収の一環として、Root.aiのCEOであるジョシュ・レッシング氏がAppHarvestのCTOに就任しました。

レッシング氏によると、買収以来、ピッキング率は倍増しているという。同社は現在、2023年にVirgoのハードウェアを完成させるにあたり、ロボットのコスト削減に注力しているという。

現在、Virgoはほとんどの人よりも健康な果物を上手に摘み取っていますが、広く普及させるには、熟度を検知し、果物へのダメージを軽減する能力を向上させる必要があります。ソフトロボティクスの元研究ディレクターであるレッシング氏は、ダメージ率の低減は、ソフトグリッパーや受動的なロボット制御の活用拡大に繋がると指摘しています。

農業用コンピュータービジョンシステムの支持者は、世界人口が100億人に増える中、果物が熟す時期を予測できれば、売上の向上、廃棄物の削減、収穫量の増加につながると主張している。

ロボットは高価な特産果物の栽培と販売にも貢献しています。自動視覚システムと連携して動作するロボットは、24時間体制で作物を監視し、熟した赤いイチゴを収穫するのに最適な時期を予測します。スタートアップ企業のOishiiは、日本アルプスで一般的に栽培されている甘い「おまかせイチゴ」の栽培プロセスを再現することを目指し、昨年秋に垂直農法事業のために5000万ドルを調達しました。11個入りの箱は50ドルで販売されています。

アドバンスドファームは、中央カリフォルニアにあるブレイザー・ウィルキンソンのイチゴ農園で10台のロボット収穫機を稼働させています。各機は1時間あたり約45キロのイチゴを収穫できます。イチゴ2列の上に設置された収穫機の上部と側面には防水シートが掛けられています。防水シートは光を遮断し、カメラとコンピュータービジョンシステムによる果物の分類とロボットアームの制御を支援します。光はコンピュータービジョンシステムに影響を与えるため、収穫機は主に夜間に稼働しています。

熟したイチゴが見つかるたびに、中央に吸盤が付いたシリコン製のロボットハンドが動き出し、イチゴを掴み、3本の指で茎から引き離して箱に詰めます。アドバンストファームは、現在の収穫システムの設計を決定するまでに、約50種類のバージョンを設計しました。

アドバンスト・ファームの共同創業者カイル・コブ氏は、同社のロボットは「ほぼ目標達成」しているものの、人間のイチゴ収穫者よりはまだ高価だと述べている。「これはほぼ解決済みの問題の一つですが、ロボット収穫に伴うあらゆる問題と同様に、最後の数パーセントをどう構築するかは難しいでしょう」と彼は言う。

ブレイザー・ウィルキンソンのジョン・ウィルキンソン氏は、数年前から労働力不足を背景にロボット工学に興味を持つようになったと語る。ロボット技術はまだ研究開発段階だが、最終的には不可欠なものになると考えている。

ヒラリー・トーマス氏は、農業コングロマリットであるナチュリップ社の研究・技術ディレクターです。ナチュリップ社が2016年にロボット収穫の実稼働試験を開始して以来、イチゴ収穫ロボットの開発に取り組む企業は、イチゴの損傷率を大幅に削減することに成功しているとトーマス氏は言います。ナチュリップ社は、トラプティック社やハーベスト・クルー・ロボティクス社などのロボット企業と提携しており、各社は現在、自社の品質基準を満たす市場価値のある果物を確実に収穫できるようになっているとトーマス氏は言います。

これらの機械のコストや生産量といった要素が、ロボットが農場労働者に取って代わるかどうかの鍵となるだろう。しかしトーマス氏は、ロボットがイチゴの収穫における課題を克服できることにもはや疑問の余地はないと述べた。カリフォルニアのイチゴ畑でロボットが農家に導入されるかどうかは、イチゴを消費者に届ける1ポンド当たりのコストにかかっている。

トーマス氏は、ロボットが夜間に収穫し、人が日中に梱包するという、人間と機械の連携シナリオを思い描いていると述べています。カリフォルニアのブドウ畑では、すでにBurroロボットとブドウ収穫機が連携して稼働しています。また、除草、剪定、花の受粉、カビや白カビから果物を守るための紫外線照射など、農場における他の専用作業にもロボットが導入されつつあります。

オーストラリア人の研究者である周氏は、現状の欠点にもかかわらず、機械は進化していると述べています。最近の進歩は、「ソフトロボティクスとディープラーニングアルゴリズムを組み合わせることで、果物収穫という課題の最後の一歩を踏み出す解決策となる可能性を示唆している」と述べています。

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