Frische, tiefgefrorene und verarbeitete Beerenfrüchte bilden zusammen eine Milliardenindustrie in den Vereinigten Staaten. Speziell in Arkansas bringen frische Brombeeren jährlich 24,3 Millionen Dollar für die Wirtschaft des Bundesstaates ein. Diese empfindlichen Beeren, die oft in Clamshell-Verpackungen in Supermärkten verkauft werden, müssen jedoch von Hand geerntet werden. Forscher der University of Arkansas haben daher einen innovativen Robotergreifer entwickelt, um die Ernte von Brombeeren zu automatisieren.
Im April erteilte das US-Patent- und Markenamt ein Patent für die neue Technologie mit dem Namen "Soft Robotic Gripper for Berry Harvesting". Diese wurde von Anthony Gunderman, damals Doktorand und heute Assistenzprofessor am Fachbereich Maschinenbau, in Zusammenarbeit mit dem ehemaligen U of A-Professor Yue Chen (heute bei Georgia Tech tätig) und dem Studenten Jeremy Collins entwickelt. Das Patent wurde über Technology Ventures, einen Teil der Forschungs- und Innovationsabteilung der Universität, realisiert.
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Der Greifer verfügt über drei flexible, biegsame Finger, die die natürliche Bewegung des Öffnens und Schließens einer Tulpenblüte imitieren und von der Biomimikry inspiriert sind. Jeder "Finger" arbeitet mit einem sehnenartigen Mechanismus, der Gitarrensaiten verwendet, um die Früchte vorsichtig zu greifen und zu pflücken. Kraftsensoren in den Fingerspitzen sorgen dafür, dass die weichen Früchte ohne Quetschungen geerntet werden, wodurch Schäden an den Früchten vermieden werden – beides Faktoren, die die Attraktivität für Verbraucher mindern und zur Ablehnung durch die USDA führen.
Um den richtigen Pflückdruck zu ermitteln, arbeiteten die Ingenieure mit Adrea Myers, damals Doktorandin, und Renee Threlfall, Associate Professor für Lebensmittelwissenschaften an der Arkansas Agricultural Experiment Station, zusammen. Durch die Anbringung von Sensoren an erfahrenen Brombeerpflückern konnte der optimale Druck für eine beschädigungsfreie Ernte ermittelt werden.
Obwohl robuste Früchte wie Heidelbeeren und Birnen bereits maschinell geerntet und automatisierte Systeme für verarbeitete Brombeeren eingesetzt werden, sind Brombeeren für den Frischmarkt weiterhin auf manuelle Arbeit angewiesen. Für den Einsatz in Baumschulen muss der Robotergreifer noch mit Computer-Vision- und Positionierungssystemen integriert werden, um weiche Früchte an der Pflanze zu erkennen und zu erreichen.
Gunderman ist überzeugt, dass der Roboter letztlich die menschliche Hand bei dieser speziellen Aufgabe übertreffen kann. "Wenn man für eine bestimmte Aufgabe optimiert, kann man sicherlich ein Design entwickeln, das besser ist als die menschliche Hand", erklärte er. Darüber hinaus bietet der Greifer Konsistenz, die zwischen unerfahrenen und erfahrenen Erntehelfern stark variiert.
Neben Brombeeren könnte der Greifer auch für andere Beerenfrüchte wie Himbeeren angepasst werden. Tests mit dem Greifer wurden an verschiedenen Gegenständen durchgeführt, von harten Gegenständen wie einem Behälter mit Birnen und einer Dose Bohnen hin zu weichen Gegenständen wie einer Tüte Chips und einem T-Shirt. Gunderman merkt an, dass die Technologie auch für Menschen mit eingeschränkter Mobilität von Nutzen sein könnte, was auf Anwendungsmöglichkeiten außerhalb der Landwirtschaft und des Gartenbaus hindeutet.
Weitere Informationen:
Andy Albertson
University of Arkansas
Tel.: +1 479 575 6111
aalbert@uark.edu
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