Manipular con cuidado: un brazo robótico suave cosecha fruta madura sin causar magulladuras

Al evaluar el grado de madurez de una fruta, la vista y el olfato pueden proporcionar mucha información, pero uno de los mejores indicadores suele ser cómo se siente al tacto.

Investigadores de Cornell utilizaron sensores de fibra óptica estirables para desarrollar un brazo robótico suave capaz de predecir la madurez de las fresas mediante el tacto y, posteriormente, desprenderlas suavemente de su rama o planta mediante un movimiento de torsión, sin causarles daños.

La tecnología, desarrollada en el laboratorio de Rob Shepherd, profesor John F. Carr de Ingeniería Mecánica en la Facultad de Ingeniería Duffield de Cornell, podría contribuir a una producción de alimentos más resiliente y sostenible, además de aumentar la disponibilidad de especies frutales que actualmente son difíciles de cultivar. La investigación fue publicada el 23 de marzo en Nature Communications. El autor principal es Anand Mishra, quien anteriormente fue investigador posdoctoral.

El Organic Robotics Lab de Shepherd ya había demostrado el potencial de los sensores de fibra óptica estirables para proporcionar a los sistemas robóticos blandos la capacidad de percibir sensaciones táctiles dinámicas similares a las que permiten a los seres humanos interactuar con el mundo natural. En los últimos años, el equipo ha ampliado su trabajo hacia la agricultura, diseñando un dispositivo robótico suave capaz de inyectar sensores en hojas de plantas, los cuales ayudan al robot a detectar y comunicarse con su entorno.

“Lo mejor de Cornell es que somos una universidad con una gran fortaleza en agricultura, y gracias a ello se están abriendo muchas posibilidades. Esto nos permite combinar de una manera única nuestra experiencia en robótica con nuestra importancia en el ámbito agrícola”, señaló Shepherd.

Para desarrollar una tecnología capaz de evaluar y manipular frutas con cuidado, el equipo de Shepherd colaboró con Marvin Pritts, profesor de horticultura y desarrollo global en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de Cornell, especializado en el desarrollo de métodos de producción sostenible para cultivos de berries.

Para entrenar y probar el sistema robótico necesitaban una fruta modelo. Y para ello eligieron a la fresa.

“Puedes saber con bastante precisión cuándo una fresa está madura por su color. Así que pudimos entrenar nuestro modelo para determinar si estaba madura basándose en el tacto y después validar el modelo observando el color. Anand pudo estimar con precisión si era el momento adecuado para cosechar las fresas basándose en la firmeza que midió”, explicó Shepherd.

El brazo robótico suave también está diseñado para ejercer un contacto delicado. Cuenta con dos tipos diferentes de sensores de fibra óptica: uno mide la curvatura del dedo y el otro mide la presión en la punta. De esta manera, el robot puede estimar la forma del objeto y ajustar la fuerza de su agarre para sujetar la fruta madura sin magullarla.

“Los sensores de deformación de fibra óptica tienen las mismas propiedades mecánicas que los propios dedos del robot que los utilizan. Es como si fuera la propia ‘carne’ del robot la que sintiera la fruta, en lugar de tener sensores separados”, explicó Shepherd.

Los investigadores también incorporaron un mecanismo de engranajes planetarios que permite que, una vez que la fruta ha sido sujetada, la muñeca del robot gire y retuerza la fresa para desprenderla de la planta, en lugar de tirar de ella o arrancarla. Esto ayuda a reducir el estrés y los daños en la fruta.

En los casos en los que el tacto no es suficiente, los investigadores instalaron una cámara en la palma del dispositivo para localizar frutos que quedan ocultos detrás de hojas u otra vegetación.

Sin embargo, esta tecnología podría resultar especialmente útil cuando la madurez no puede determinarse visualmente, como ocurre con los aguacates, las piñas o —la fruta favorita de Shepherd— las pawpaws.

“El problema con las pawpaws es que no puedes saber visualmente cuándo están maduras y maduran tan rápido que, si no estás ahí en el momento adecuado, pierdes la oportunidad. Además, no puedes cosecharlas y enviarlas a largas distancias porque no soportan bien el transporte. Esa es una de las razones por las que no las encontramos en los supermercados. Pero esto podría ayudar a solucionar ese problema”, comentó.

La tecnología podría tener un impacto aún mayor en el desarrollo de prácticas agrícolas sostenibles.

“Los robots nos permitirán hacer cosas que actualmente no podemos hacer de manera económicamente viable. Tenemos cultivos en hileras porque esos cultivos se adaptan a nuestras máquinas. Pero si contamos con una mayor cantidad de robots pequeños, podemos tener cultivos mixtos de diferentes especies que se apoyen entre sí”, explicó Shepherd.

“En lugar de sembrar soya un año y maíz al siguiente, podríamos tener ambos al mismo tiempo. También podríamos intercalar especies resistentes a plagas que ayuden a bloquear las infestaciones y reducir la cantidad de pesticidas y fertilizantes. Incluso podríamos incorporar resistencia a la sequía mediante especies que proporcionen cobertura vegetal.”

“Gestionar un campo de esa manera es muy complicado”, añadió, “y los robots podrían permitirnos hacerlo.”

Entre los coautores se encuentran Pritts, Aravind Ramaswami ’25, Vikram Shree, Ph.D. ’22, el exinvestigador posdoctoral Mehmet Mert Ilman y el investigador posdoctoral Khoi Ly.