Хабрахабр

Как доить коров роботами и сделать на этом промышленный стартап. История разработки R-SEPT

Компания называется R-SEPT, и тогда она получила 10 миллионов рублей инвестиций. В 2017 году в СМИ звучала крайне интересная история про стартап, который роботизирует доение коров на промышленных молочных фермах. Мы связались с Алексеем Хахуновым (AlexeiHahunov), основателем стартапа и поговорили о разработке. Но год прошел, а новостей, что произошло дальше, все нет. Оказывается весь год его команда доводила прототип робота до ума, и как раз неделю назад провела первые полевые испытания на ферме.

Ну и самое главное — чем железная рука робота и машинное зрение лучше живой доярки.
Под катом — история, как студент-робототехник, выросший на родительской ферме, превратил университетский диплом в промышленный стартап, как собирал с друзьями первые манипуляторы, а потом выходил на уровень государственных программ по роботизации сельского хозяйства.


Алексей Хахунов

Все прошло достаточно весело. На этой неделе мы поставили робота на ферму и подоили им первую корову. Оно находится в Сергиево-Посадском районе, деревня Кузьмино. У нашей семьи есть молочное предприятие, на котором я до этого работал. Это крупное предприятие. У нас там полторы тысячи коров.

Естественно, чесались руки использовать теоретические знания в бою. Я получил образование в области робототехники. Все существующие роботы — а сейчас есть три основных производителя — создавались в Европе, а рынки Америки или Россий сильно отличаются от нее. Я посмотрел, как обстоят дела с роботизацией в сфере молочного хозяйства, и пришел к интересному выводу. В России, Китае и Америке — очень крупные. В Европе распространены маленькие семейные фермы, до 200 коров. При этом в Европе 40% ферм роботизированные, а на остальных рынках роботизация не превышает и одного процента. У нас есть предприятие, где коров около 50 тысяч. И проблема в том, что роботов, которых делали для маленьких ферм, никак не адаптировали под реалии больших.

Корову надо в первый раз доить в пять-шесть утра. В Европе фермер сам доит, кормит и делает вообще все. Чтобы снять боль фермера, ему придумали робота, который помогает с этим справляться, но экономически не дает никакой выгоды. Это сложный процесс — реально сложный. А крупные предприятия нужны, чтобы извлекать прибыль. Он нужен просто чтобы фермеру легче жилось. Стоимость робота, производительность, ремонтопригодность и прочие вещи должны отвечать большим количествам промышленных стандартов.

Они очень классно знали, как работать с коровой, но многие конструкции у них получались не совершенными, избыточными и имели много очевидных недостатков. Практически все существующие роботы придумали ветеринары.

Цель есть — осталось реализовать. Мы решили создать робота промышленного образца, который будет стоить дешевле, чем существующие, но в нем будут последние технологии из области робототехники и учтен весь опыт работы с коровой.

Робот для доения

В этот же цикл ставится робот, и корова приходит туда сама. По современным практикам на фермах у коров нет определенного закрепленного места — просто сто-двести коров гуляют по двору, могут лежать в любом стойле, есть в любое время.

Но самый приятный для нее — это комбикорм. Рацион коровы состоит из очень большого количества компонентов. Чтобы загнать корову в робот, ей не дают комбикорм в обычное время, а дают только в роботе, и она приходит туда полакомиться. Он все равно что сладость для человека. Они испытывали от этого стресс. Пока мы это не делали, нормальной мотивации приходить доиться у коров не было.

В нем есть две двери. Робот — это по сути одноместное закрытое стойло. Одна открывается, когда корова выходит, другая запускает следующую корову и закрывается.

Чтобы ее гладили, любили — и только тогда она будет давать много молока. Есть один миф, который люди любят рассказывать: якобы корова очень любит, чтобы ее доили доярки. Единственное, что любит корова — это отсутствие стресса и абсолютную повторяемость. На самом деле это абсолютная фигня. Как только появляется любой внешний фактор, молока будет меньше. Если корову каждый день кормят одинаковым рационом, одинаково доят одинаковое время, дают одинаковое количество воды и желательно поддерживают одинаковую температуру, и вокруг нет громких шумов — тогда корова будет давать максимальное количество молока, потому что ей комфортно. Фишка роботов в том, что они абсолютно идентично из раза в раз выполняют все операции.

Под корову помещается рука-манипулятор. Корова заходит, ей выдается корм. Сначала он очищается, потом проводится сдойка первых струек, чтобы у коровы запустился гормональный процесс отдачи молока. Там стоит доильный стакан. Через полминуты начинается сам процесс доения. Эти струйки анализируются — нет ли у коровы никаких заболеваний, все ли с ней в порядке.

Внутри стоит пульсометр, который с определенной частотой включает и выключает отрицательное давление. Рука берет доильные стаканы, подводит их к соскам вымени. И молоко начинает засасывать.

Когда подача молока падает, значит корова выдоилась. Есть датчик, который проверяет заполняемость. После доения у коров открыт молочный канал, и нельзя чтобы туда попала инфекция. Доильный стакан отключается, и на вымя наносится специальный раствор, который «закрывает» вымя. Раствор с йодом его как бы консервирует.

Он знает, где находятся стаканы — те всегда в одном месте. Роботом никто не управляет, он живет своей жизнью. У робота стоит камера, которая получает трехмерную картинку с высокой частотой. Дальше работает компьютерное зрение. Алгоритмика ищет на картинке, где находятся соски.

Камера 30 раз в секунду снимает происходящее вокруг себя с достаточно низким разрешением — 420 на 340. Все картинки в градации серого — без цветов, просто спектр от черного до белого. Сначала сегментировали, где находится весь сосок, затем где находится самые крайние нижние точки. На первом этапе мы просто сажали людей, которые размечали, где на картинке находятся соски вымени.

Сначала применяли сверточные сети на объемные картинки, но сверткам очень тяжело на них учиться — нужен колоссальный объем данных. Пришлось собирать очень много данных — мы сняли несколько тысяч коров. Поэтому перевели в стандартную детекцию на плоском изображении, в качестве фреймворка взяли PyTorch.

История разработки

Мои родители были ветврачами, и долгое время просто работали в колхозе. Сначала моему отцу предложили стать замдиректора предприятия, а потом возглавить предприятие по соседству, развивать его. У нас в семье есть шутка, что колхозник — это не профессия, а состояние души. С марта по октябрь работа начинается в пять утра и не заканчивается до девяти вечера. Это очень тяжело. Круглые сутки что-то происходит.

Я вообще не видел себя сельхозником. Сельское хозяйство — неоднозначная отрасль, и не сказать, что сильно денежная. Особенно смешно, когда они говорили: «Я 13 лет после своего отца управляю этим предприятием. Когда мы с братом ездили по разным предприятиям в Европе и анализировали роботов, меня удивляла их история про поколения. У нас было 60 коров — а стало 70. Мы отлично растем. Сейчас их полторы тысячи, и все сомневаются — достаточный ли это рост. Развиваемся!» Когда мой отец брал предприятие в двухтысячных, там было коров сто.

Мне сильно нравилось программирование. Я учился в одном из топовых физматов в московской области, в Сергиево-Посадском районе, и точно должен был стать технарем. Сейчас не понимаю как, но мы много всего интересного умудрились сделать на «Паскале». Основные языки в физмате были Pascal и Delphi, и я знал немного C++. И мы написали несколько за год. В девятом классе препод нам сказал: «Я запрещаю вам играть в игры на уроках, только если вы сами их не напишете». Сначала сделали свою змейку, потом танчики, причем в них можно было играть по сетке.

Я мог поступать куда угодно, оставалось только выбрать. К поступлению в университет у меня были написаны несколько олимпиад: МФТИ, Бауманка. Не хотелось заниматься какими-то фундаментальными вещами, хотелось что-то более ориентированное на практику. Открывал списки всех специальностей, которые есть в университетах, читал, и мне становилось невероятно скучно. Выбор постепенно пал на Бауманку, вместо МФТИ или МГУ.

К сожалению у нас достаточно слабое образование по робототехнике. Робототехника казалась идеальным сочетанием — ты создаешь что-то физическое, но при этом можешь написать код, и увидеть, как он существует в реальном мире. Когда тебе дают список литературы, ни одна книжка не датируется 21 веком, это сильно демотивирует. Оно не работает на уровне системы. А реальную робототехнику приходилось учить самим. Нас учили конструировать, решать задачи по термеху и сопромату.

В этот момент на последнем курсе, мы и начали наш проект. Когда мы делали дипломы, я решил, что писать обычный — скучно, и надо выбрать что-нибудь, что потом можно будет использовать. Кто-то занимался схемотехникой, кто-то программированием. После защиты даже собрали небольшую команду из друзей. Мы собрались в кучку по специальностям и начали делать первую версию.

Это была ужасная идея! Воодушевленные идеями из книжек решили, что нужно обязательно снять дом где-нибудь за пределами Москвы и там все лето жить и работать. Шесть парней, которые живут в одном месте, не очень хорошо следят за происходящим вокруг, но реально много работают.

Помню веселый момент, когда набирал популярность вейп. Это был рассадник… всего подряд. Заходишь и думаешь, а здесь вообще есть люди? Ты открываешь комнату, где сидят двое разработчиков, а там ничего не видно, просто ничего!

Произвели какие-то первые детали — мы просто собирали чертежи и заказывали их на производстве. За это лето мы сделали самые-самые первые наброски манипулятора. Сейчас нашли классного специалиста по робототехнике, и стали переходить от гаражной инициативной группы в компанию, продукт которой соответствует промышленным стандартам и современным требованиям робототехники. Конечно, допустили миллион ошибок — раньше у нас были очень неопытные конструктора.

Для того, чтобы доить корову, мы не можем использовать существующие стандартные промышленные 6-степенные манипуляторы. Внутри проекта даже очень низкоуровневые вещи мы делаем самостоятельно, потому что все имеет свою специфику и существующие продукты нам не подходят. У нас сейчас четыре степени свободы. Они избыточны для нашей конструкции и очень дорогие. И это в десятки раз дешевле любого промышленного манипулятора.

Сами не производим разве что сенсоры, двигатели и другие подобные вещи. Всю схемотехнику с низкоуровневым программированием, все микропроцессоры, всю конструкторскую и программную часть пишем самостоятельно.

Роботы для кормления, карусели и рационы на машинном обучении

Когда мы начали погружаться сильнее, то поняли, что одним роботом для доения нельзя закрыть все нужды фермы. Поэтому добавили еще два продукта.

Фидпушер

Но они по своей физиологии его постоянно отодвигают и перестают доставать, потому что хэдхолдер ограничивает их перемещения. Когда коровам раскладывают корм на ферме, они едят через хэдхолдер — просовывают голову вперед — туда, где у них рассыпан корм. Получается у них метр корма — они 30-40 см съедают, а еще 60 вне лежит зоны досягаемости.

Но человек имеет свойство забывать, лениться, плохо делать. Обычно ходит человек со снегоуборочной лопатой и двигает все им назад. Для этого и придумали этот тип робота. Корова в этот момент начинает меньше есть — это плохо.

Там они предназначены для работы всего в одном дворе или в одном помещении. Но опять же, большинство создавалось в Европе. Фидпушер как пылесос проезжает по своей траектории и возвращается на станцию зарядки. В крупных предприятиях дворов много, обычно это три-пять стоящих рядом больших ферм, по-разному объединенных.

Придумывать и внедрять особые кормушки тоже дорого и сложно. Чтобы это было экономически выгодно, один робот должен обслуживать несколько дворов. Во-вторых, во дворах требуется много свободного места — как минимум, чтобы проехал трактор. Во-первых переоборудовать фермы стоит дорого, так как придется делать капитальный ремонт. Поэтому робот — это простое и бесшовное решение.

Роботизация каруселей

Это огромный ротер, где стоят двадцать-сорок коров. Существуют специальные доильные залы, обычно их называют карусели. Сначала они очищают вымя, надевают и снимают аппараты. Он медленно вращается, и там по кругу стоят операторы. Но они делают это достаточно медленно, и карусель зачастую простаивает.

Мы делаем манипуляторы, которые можно будет установить на любой тип карусели, и это очень сильно ее ускорит — процентов на тридцать. Полностью заменять эти карусели на роботизированные сейчас невозможно — это очень дорого стоит. Уже с таким ускорением можно сильно увеличить поголовье скота и количество коров на ферме.

Исследование рациона

Каждый корове на литр молока нужно определенное количество питательных элементов, килоджоулей энергии, белка, жиров. Сейчас коров пытаются кормить по теории балансировки. Это все равно что кормить каждого человека, как мужчину средних лет ростом метр восемьдесят, как будто у всех одинаковый метаболизм. Но абсолютно не учитываются особенности каждой коровы.

Исходя из этого собираем текущий правильный рацион по всем компонентам. Мы делаем систему, которая анализирует, как корова реагировала на разные компоненты, сколько давала молока и какого оно было качества.

Мы стараемся построить рацион не для максимального надоя молока, а для максимальной доходности предприятия. Мы просто берем максимальное количество входных данных о том, как коровы кормились до этого, какие энергетические ценности были у каждого из компонентов. У каждого компонента есть своя себестоимость, плюс мы знаем, сколько стоит литр, и хотим найти баланс, когда корова дает достаточно много молока, но его стоимость достаточно низкая.

Но при таком надое литр стоит, например, 25 рублей. Корова дает в год до 13 тысяч литров. Модель нужна, чтобы найти баланс. Если ты составляешь рацион на восемь с половиной тысяч литров, то себестоимость может быть около 12 рублей, и маржинальность при этом значительно выше чем, в варианте с максимизацией надоя.

Коровам нельзя убирать и добавлять компоненты быстро, потому что у них в желудке вырабатываются ферменты, отвечающие за разложение, например, пшеницы. Но в тестировании есть ограничения, которые легко не учесть. У человека, кстати, точно так же работает. И новые компоненты сначала не будут перевариваться, если вводить их резко. Когда мы едим одну и ту же пищу, то очень хорошо ее перевариваем.

Инвестиции и отношение государства

На тот момент у меня были свои средства. Мы сначала жили на них. Это были очень темные времена. Иногда не получалось платить вообще никакие зарплаты. У одного парня был кредит на машину, и я ему в начале месяца скидывал 12 тысяч на карту, чтобы он заплатил банку. Потом уже получилось привлечь деньги, мы стали финалистами Statrtup Village в Сколково, становилось легче.

Сколково выдавало налоговые преференции для этого, плюс мы надеялись получить гранты. В тот же момент мы стали резидентами в Сколково, потому что я старался платить белую зарплату. Чтобы в Сколково получить грант на первый продукт, у продукта уже должны быть деньги. Но там есть своеобразный разрыв. Как это преодолеть, когда нет денег и есть желание делать — непонятно.

Срок завязан на специфике работы с железом. Сейчас, я думаю, нам еще минимум полгода до момента, когда мы начнем продавать роботов и это все превратится в работающий бизнес. Но сейчас мы хорошо знаем все крупнейшие агрохолдинги, всех глав этих агрохолдингов, со всеми поддерживаем общение. У него долгий цикл производства, тестирование, сертификация. Надеюсь, серьезных проблем больше не возникнет.

Но тут надо не рассказывать, а показывать. Конечно у всех есть консерватизм. Поэтому мы делаем первый двор у себя, чтобы можно было взять за руку и показать — вот робот, вот так он доит, вот его экономика.

Первое — это государственная поддержка. Мы считаем есть много предпосылок, чтобы заниматься нашим проектом. Государство поддерживает переход на роботизацию сельского хозяйства. Роботы субсидируются, на них есть лизинги, куча налоговых преференций. Есть программы, по которым государство делает практически все, чтобы ты мог купить поставить себе роботов.

Деревня несовершенна как место жизни, там невозможно построить нормальную инфраструктуру. Проблема в том, что люди не хотят жить в деревне. Роботизация — это выход.

Роботизация не убирает рабочие места, она увеличивает эффективность предприятия. Конечно, когда на предприятии стоит 20 роботов, там нужны и специалисты, которые будут их обслуживать. Мы выбрали несколько хороших аграрных колледжей, в которых хотим открыть кафедры, где будут учить людей обращаться с роботами. Обычно на месте сотрудников, которые занимались доением, появляются другие — те, кто взаимодействует с роботами. То есть, вместе с продажей роботов, мы будем давать и работу людям.

Раньше, что ни спрашивали, чем я занят, все встречи да встречи — работа в бизнесе странная, она реально состоит из одних встреч. Мои родители — это самые большие скептики из всех и самая большая поддержка одновременно. Но уровень серьезности встреч все рос, люди, с которыми мы встречались, были все круче и серьезнее. Сначала над этим шутили. Осталась только уверенность, что все получится. И постепенно скепсис пропал.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть