Denne artikkelen er produsert og finansiert av NMBU - Norges miljø- og biovitenskapelige universitet - les mer.

Slik kan roboten Thorvald lære seg å plukke jordbær

Plukkeroboten triller forsiktig mellom jordbærradene på jakt etter modne bær.

Han analyserer først jordbæret på avstand for å avgjøre om bæret er interessant å undersøke nærmere. Hvis det er det, så beveger han plukkearmen mot bæret, gjør så mer nærgående analyser på alle sider av bæret før beslutningen tas om bæret skal havne i bærkurven eller ikke.

Så triller han videre til neste bær.

Han gjør helt like vurderinger av hvert eneste bær, og han kjeder seg aldri på jobb. Han kan holde på i timevis, ja hele dagen og mer til, eller så lenge det er strøm på batteriet.

Men egentlig er det jo ikke Thorvald som vurderer hvilke bær han skal plukke, for han er jo ikke smart. Roboten bare gjør det han har fått beskjed om av programmet i styringssystemet han triller rundt med.

Planteforsker Siv Fagertun Remberg ved NMBU.
Planteforsker Siv Fagertun Remberg ved NMBU.

Framtidsscenarie

– Vel, teknologisk er vi er jo ikke helt der ennå, men dette er framtidsscenariet vi jobber mot og holder på med i innovasjonsprosjektet Sensorer for automatisk presisjonsplukking av jordbær, sier planteforsker Siv Fagertun Remberg ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU).

Thorvald plukker allerede bær, men har litt å gå på når det gjelder å forfine utvalgskriteriene og plukke de riktige bærene. Enn så lenge havner også noen umodne bær i kurven.

Derfor har forskere med interesse for detaljer smøget seg rundt stativene med jordbærene i tunnelen for å hanke inn informasjon og gjøre analyser.

Mange faktorer kan forstyrre det forskerne ønsker å registrere på jordbæret når det henger på planten. For eksempel lys. Etter at analysene er gjort i jordbærtunnelen, legger forskerne jordbærene i eggkartonger. Bærene blir med til laboratoriet for nye analyser.

Stemmer målingene fra jordbærtunnelen overens med de som er gjort på labben? Når forskerne får til det, er de et skritt nærmere målet om å få Thorvald til å velge kun de røde og søte jordbærene.

Jordbærene i eggkartongen skal også gjennom kjemiske analyser for å finne informasjon om strukturen i bæret og sammensetningen av kjemiske stoffer. Sukker og syre er noen av komponentene som analyseres.

Forskerne tester blant annet ut NIR-teknologi for å måle innholdsstoffer i bærene.
Forskerne tester blant annet ut NIR-teknologi for å måle innholdsstoffer i bærene.

Biologi og teknologi sammen

Firmaet Saga Robotics eier prosjektet og Thorvald, og det er også de som kan teknologi og robotikk. Men for å lykkes må Thorvald og jordbærplantene spille på lag.

– Vi på NMBU kan plantebiologi og planteproduksjon, og sammen med Saga Robotics bestemte vi oss for å undersøke hvordan vi kan videreutvikle jordbærplukkeren, sier Remberg.

Med på laget fikk de forskere fra matforskningsinstituttet Nofima, som bidrar med blant annet kjemiske analyser og smakspanel, og forskningsinstituttet Sintef, som er med på å utvikle sensorene som skal raffinere selve plukkeenheten på Thorvald.

– Vi er en kjempefin gruppe som jobber godt sammen, og dette er en god start for videre samarbeid på planter, kvalitet, produksjon og teknologi.

– Sorten Murano, som vi dyrker i tunnelen her, er en remonterende sort som blomstrer og bærer bær så lenge temperaturen er høy og dagene er lange, sier Remberg.
– Sorten Murano, som vi dyrker i tunnelen her, er en remonterende sort som blomstrer og bærer bær så lenge temperaturen er høy og dagene er lange, sier Remberg.

Nymodne jordbær hele sommeren

I jordbærtunnelen er det modne bær gjennom hele sommeren, fra mai til september. Vanligvis produseres jordbær med såkalte kortdagsplanter på friland i Norge. Plantene danner blomsterknopper om høsten som så blomstrer og produserer bær i cirka fire uker året etter.

– Sorten Murano, som vi dyrker i tunnelen her, er en remonterende sort som blomstrer og bærer bær så lenge temperaturen er høy og dagene er lange. Plantetypen kalles langdagsplante og ble opprinnelig laget for å bli bruk i ampler, sånne som henger på terrassen til folk, sier Remberg.

Det betyr at det til enhver tid er bær på i alle modningsstadier på planten, fra blomster til modne bær. I tillegg til den utfordringen, har Thorvald også krav til hvordan planten skal være, og han liker ikke klaser av bær. Men Muranoplanten har lange blomsterstilker som henger ut fra planten og som er egnet for Thorvalds plukkearm.

Thorvald analyserer først jordbæret på avstand for å avgjøre om bæret er interessant å undersøke nærmere.
Thorvald analyserer først jordbæret på avstand for å avgjøre om bæret er interessant å undersøke nærmere.

Ny interesse for jordbærplanten

Som plantevitere er det forskerne og teknikerne ved NMBU sin oppgave blant annet å produsere bærene. I forbindelse med Thorvalds inntog i jordbærproduksjonen og forskningsprosjektet har dessuten jordbærplantens fysiologi, hvordan planten fungerer, fått økt interesse.

– En av stipendiatene mine gjør grunnleggende arbeid på å undersøke hvordan nettopp denne plantetypen reagerer på kort dag, lang dag og forskjellige temperaturer under vekst og utvikling, og vi ser at det ikke alltid er helt A4, sier Remberg.

Inntrykket har vært at denne plantetypen kan produsere bær jevnt hele tiden, men den har avlingstopper underveis i sesongen. Plantene har trolig behov for å restituere seg og bruke energi på å danne blant annet blomsterknopper.

Forskerne bak prosjektet.
Forskerne bak prosjektet.

Tipp topp forhold for Thorvald

Thorvald må ha gode arbeidsforhold, både når det gjelder tilgang på bærene og at de er av god kvalitet.

– Så vi holder plantene i god hevd og sørger for pollinering, gjødsling og vanning.

En tunnelproduksjon er en helt annen produksjon enn å dyrke på friland og krever for eksempel produksjon som er tilpasset vanning, gjødsling og plantevern. Siden planten har blomster, kart og modne bær samtidig, er planteverntiltak mer utfordrende enn ved produksjon av kortdagsplanter av jordbær på friland.

Denne dyrkingen har også sine fordeler, for når plantene dyrkes i et stativ og ikke i bakken, blir de ikke utsatt for jordboende sykdommer. Forskerne kan motarbeide skadedyr ved å sette inn nyttedyr, som rovmidd mot spinnmidd.

Soppsykdommen gråskimmel spres lett i jordbær ved høyere luftfuktighet. Plantene må renses. Deler av planten som får gråskimmel, må plukkes bort for å minske smittepresset i tunnelen.

– Det er om å gjøre at ikke det blir for tett i plantebestanden, og vi sørger for at det tørker opp innimellom plantene. Og så må Thorvald være på hugget og plukke modne bær, så de ikke råtner, sier Remberg.

Gråskimmelsoppen kan spre seg raskt i feltet om en ikke fjerner overmodne bær som er svake for smitte. Det er viktig med god plantekultur for å unngå at soppsykdommen etablerer seg i jordbærfeltet.

I tillegg til å dyrke frem bær av ypperste kvalitet som en tjeneste til Thorvald, registrerer plantemiljøet ved NMBU også avlingsmengde, bærfasthet og kvalitetsanalyser.

– Det er stor interesse for å bli mer kjent med denne plantetypen av jordbær i en slik produksjon, sier Remberg.

Kunden vil ha røde og søte bær

Det å treffe presist med slikt som gjødselmengde og vanning har stor betydning for hvordan bærene smaker. Smak og farge er viktig for kunden.

– Vi har diskutert hva som er de beste parameterne å jobbe med i dette prosjektet, altså hvilke egenskaper i bærene er de viktigste å fortelle Thorvald når han skal høste. Vi har landet på at farge er den viktigste først og fremst, men selvfølgelig er den indre kvaliteten som søthet og fasthet også viktige egenskaper, sier Remberg.

Og det er her forskerne ved Nofima og Sintef kommer inn. For hvis det skal være mulig å programmere for modningsgrad, sukkerinnhold og andre parametere i styreenheten på Thorvald, så ligger det mange målinger bak for å kalibrere for den kvaliteten som plukkearmen skal plukke etter.

Fargen kan måles utenpå bæret. Derfor jobber forskerne ved Sintef med å lage sensorer som klarer å skille forskjellige fargenyanser. Men før sensorene lages, må det gjøres mange kjemiske målinger, hvor bæret blir delt opp, som så må sammenlignes med målinger som ikke ødelegger bæret.

NIR spektroskopi på jakt etter sukker

NIR-målinger, eller nær infrarøde målinger, kan måle slikt som protein, vann, fett og karbohydrater i et næringsmiddel uten å ødelegge det, altså uten å ta en bit av jordbæret for å sjekke. Forskerne tester blant annet ut NIR-teknologi for å måle innholdsstoffer i bærene.

– Det er resultater her som er lovende, sier Remberg.

Etter at bæret er NIR-målt der det henger, så plukkes det før ferden går i eggkartongene til Nofima for mer inngående analyser. Spørsmål som skal besvares, er om det er mulig å NIR-måle innholdsstoffer noen millimeter inn i bæret og hvor på bæret det er best å måle akkurat disse egenskapene.

Smakspanel med trente ganer

På Nofima finnes det også et trenet smakspanel. Deres oppgave er å smake på jordbærene og vurdere slikt som søthet, syrlighet, grønnhet og fasthet.

– Det trente panelet og resultatene de kommer frem til, er veldig verdifullt i prosjektet for forbrukerpreferanser i jordbærkurven er fremtredende hos nordmenn. Dessuten sees resultatene opp mot andre analysemetoder vi bruker i prosjektet, sier Remberg.

Mer presis enn en jordbærplukker

De som sitter på kne i åkeren mye av sommeren og plukker jordbær, har lært hvilke bær de skal plukke.

Selv om de plukker mest mulig like bær, så blir det en individuell vurdering av hvert bær, for de bruker jo ikke tid på å sammenligne det bæret de plukker for eksempel mot et fargekart. Plukkeren har en preferanse, men over tid kan den variere.

Dessuten har to forskjellige plukkere forskjellig tolkning av hva et modent bær er, selv om utgangpunktet og opplæringen er den samme.

Thorvald derimot, han vil plukke perfekt hele tiden han.

Bæret skal ikke berøres før det skal plukkes

– Vi jobber med å raffinere plukkearmen nå og jobber for at den skal undersøke alle sidene av bæret, sier Remberg.

Det er viktig at plukkearmen ikke kommer borti bæret hvis det ikke er for å plukke det, for da kan det bli skadet.

Hvor langt unna bæret plukkearmen må være og hvilken teknologi som passer best til å bedømme bæret, er noe av det som undersøkes i prosjektet.

Tidligjordbær i tunnelen

Det er om å gjøre å komme seg på markedet med jordbærene så tidlig som mulig. Her er tunnelproduksjon er en god løsning.

Tunnelen er trukket med plast som ligger på hele året, og er utformet slik at vann og snø sklir av den. Nå står tunnelen ute på et jorde på NMBU, men den kan egentlig stå hvor som helst, for eksempel på asfalt.

– Siden plantene står i stativ, er det egentlig mulig å dyrke hvor som helst og i nesten hva som helst, så lenge det er et kontrollert vannings- og gjødslingssystem som gir vann og næring til plantene. Nesten som intravenøs, sier Remberg.

Referanse:

Lars Grimstad og Pål Johan From: Thorvald II - a Modular and Re-configurable Agricultural Robot. ScienceDirect IFAC-PapersOnLine, 2017. Doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.1005

Powered by Labrador CMS