Norwescy naukowcy stworzyli maszynę, która radzi sobie z jednym z najtrudniejszych zadań w automatyzacji gastronomii.
Sashimi to tradycyjne japońskie danie składające się z cienko krojonych kawałków surowej ryby lub owoców morza, podawanych bez ryżu. W przeciwieństwie do sushi, gdzie ryba jest tylko jednym ze składników, w sashimi to właśnie jakość i precyzyjne przygotowanie surowego produktu odgrywają kluczową rolę.
To właśnie dlatego przygotowywanie sashimi stanowi wyjątkowo trudne zadanie dla robotów. Od lat świetnie radzą sobie one z powtarzalnymi czynnościami w fabrykach, ale obróbka delikatnych produktów spożywczych nadal pozostaje dużym wyzwaniem. Surowe mięso łososia łatwo się odkształca, przesuwa i zmienia kształt podczas krojenia.
Naukowcy z Norweskiego Uniwersytetu Nauki i Technologii (NTNU) postanowili zmierzyć się z tym problemem. Efektem ich prac jest Sashimi-Bot – robot wyposażony w trzy ramiona, który potrafi samodzielnie przygotowywać porcje sashimi z minimalnym udziałem człowieka.
Badanie opisujące system zostało opublikowane na łamach czasopisma naukowego npj Robotics.
Trzy ramiona do jednego zadania
Konstrukcja robota została podzielona na trzy wyspecjalizowane moduły. Każde z ramion odpowiada za inny etap procesu przygotowania ryby.
Pierwsze ramię stabilizuje i odpowiednio ustawia kawałek łososia przed rozpoczęciem krojenia. Drugie operuje nożem kucharskim, wykonując precyzyjne cięcia. Trzecie wykorzystuje pałeczki do przenoszenia gotowych kawałków na tackę.
Choć brzmi to stosunkowo prosto, w praktyce jest to wyjątkowo trudne zadanie. Surowy filet z łososia może przesuwać się nawet przy niewielkim nacisku, a każde odkształcenie wpływa na jakość i grubość uzyskiwanych plastrów.
Robot trenował tysiące razy w świecie wirtualnym
Kluczowym wyzwaniem było nauczenie maszyny właściwego pozycjonowania ryby przed cięciem.
Zamiast przeprowadzać kosztowne eksperymenty na rzeczywistych produktach spożywczych, badacze wykorzystali głębokie uczenie przez wzmacnianie (Deep Reinforcement Learning). W wirtualnym środowisku robot wykonywał niezliczone próby manipulowania łososiem, stopniowo ucząc się najbardziej efektywnych ruchów.
Co ciekawe, wiedza zdobyta podczas symulacji została następnie przeniesiona bezpośrednio do fizycznego robota. Nie było konieczności dodatkowego trenowania systemu na prawdziwych kawałkach ryby.
Sztuczny zmysł dotyku dla noża
Jeszcze większym problemem okazało się samo krojenie.
Robot musiał dokładnie wiedzieć, kiedy ostrze dotyka deski do krojenia. W przypadku człowieka jest to naturalne dzięki zmysłowi dotyku, jednak dla maszyny stanowi skomplikowane zadanie, zwłaszcza że nóż jest trzymany przez miękki chwytak robotyczny.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy wyposażyli system w czujnik dotykowy GelSight. Technologia wykorzystuje elastyczną powierzchnię żelową oraz kamerę znajdującą się wewnątrz urządzenia. Pozwala to wykrywać nawet niewielkie zmiany nacisku i kontaktu z otoczeniem.
W praktyce robot otrzymał coś, co można porównać do sztucznego zmysłu dotyku.
Ponad 12 tysięcy próbek treningowych
System rozpoznawania kontaktu noża z deską został wytrenowany na podstawie ponad 12 tysięcy próbek danych zebranych podczas 157 rzeczywistych ruchów tnących.
Rezultaty okazały się bardzo obiecujące. Opracowany model wykrywał moment kontaktu ostrza z deską z dokładnością wynoszącą 95 procent. Podczas testów osiągnięto także 99-procentową precyzję identyfikacji zdarzeń.
Dzięki temu robot może odpowiednio korygować ruch ostrza i unikać zbyt głębokiego wbijania noża w powierzchnię roboczą.
Jak poradził sobie z prawdziwym łososiem?
Najważniejszy test odbył się oczywiście z wykorzystaniem rzeczywistych filetów z łososia.
Podczas eksperymentów Sashimi-Bot przygotował 34 plastry o grubości od 6 do 16 milimetrów. W kilku przypadkach kawałki ryby przykleiły się do ostrza po zakończeniu cięcia – jest to problem dobrze znany nawet profesjonalnym kucharzom.
Robot poradził sobie jednak również z tym wyzwaniem. Wszystkie sześć przyklejonych kawałków zostało skutecznie odzyskanych bezpośrednio z noża.
System z powodzeniem przeniósł także 26 z 28 pozostałych kawałków na tackę. Jedynie dwa wyjątkowo cienkie plastry wyślizgnęły się z pałeczek podczas transportu.
Gastronomia to dopiero początek
Choć projekt skupia się na przygotowywaniu sashimi, jego znaczenie wykracza daleko poza branżę gastronomiczną.
Jednym z największych wyzwań współczesnej robotyki jest skuteczna manipulacja miękkimi, elastycznymi materiałami, które zachowują się w sposób trudny do przewidzenia. Technologie opracowane dla Sashimi-Bota mogą znaleźć zastosowanie m.in. w przemyśle spożywczym, przetwórstwie żywności, logistyce, a nawet medycynie i chirurgii robotycznej.
Jeśli robot potrafi precyzyjnie kroić delikatny kawałek surowego łososia, przyszłe systemy mogą równie sprawnie operować na wielu innych materiałach, z którymi dotychczas automatyzacja miała poważne problemy.
Foto: npj Robotics.