鶏、アヒル、その他の鳥の骨を抜くのは、骨が折れるだけでなく、不快な作業です。ジュリア・チャイルドでさえ、「恐怖のせいで」あまりにも時間がかかることがあると語っています。しかし、忍耐力と適切なナイフがあれば、人間なら誰でもできます。でも、ロボットならどうでしょう？
ロボットは手術を補助できるかもしれないが、鶏の屠殺は、ある意味、より困難な課題であり、ジョージア工科大学のエンジニアたちはその解決を望んでいる。
同社の新しいインテリジェント切断および骨抜きシステムは、3D カメラとフォースフィードバック アルゴリズムを使用して適切なカットを決定します。
ジョージア州では、養鶏は最大の産業の一つです。ジョージア工科大学研究所食品加工技術部門長のゲイリー・マクマリー氏によると、もしこの桃の州が一つの国だとしたら、世界第6位の養鶏生産量を誇ることになるそうです。つまり、多くの鶏がジョージア州産であり、ジョージア州の多くの農場が自動化の恩恵を受ける可能性があるということです。
マクマリー氏と彼の同僚は、一対のロボットアームを用いた自律型鶏肉解体ロボットを設計している。片方のアームは2自由度で動き、平面に沿って単純な切り込みを入れる。もう片方のアームは鶏肉を掴み、6自由度で動き、ナイフに対して鶏肉を任意の位置に配置することができる。
この配置を制御するアルゴリズムは非常に複雑で、その開発に使用された数学モデルは、他の種類の家畜の解体や外科手術など、ロボットによる肉切りにも応用できる可能性があります。PopSciはマクマリー氏に、ロボット肉切り機の開発と、1秒間に2羽の鶏を骨抜きする難しさについて話を聞きました。
以下は私たちの会話の編集された記録です。
PopSci: 鶏の骨を抜く工程を自動化するのはなぜそんなに難しいのでしょうか?
ゲイリー・マクマリー：自動車産業、エレクトロニクス産業、食品産業など、製造業に携わる誰もが「ロットサイズ・オブ・ワン」の実現を目指してきました。つまり、製造するすべてのものがユニークでカスタマイズされた製品であるということです。例えばフォードは、一つの工場を建設し、そこで注文を受ける体制を整えたいと考えています。ある瞬間にはエクスプローラーを製造し、次の瞬間にはフィエスタを製造できるのです。すべての車がユニークで異なるのです。これは非常に難しい課題ですが、まさにこのインテリジェント・カッティング・システムで実現しようとしているのです。すべての鳥はユニークで異なっています。解剖学的構造だけでなく、コーンへの配置方法も異なるのです。
全ての鳥を捕まえて観察し、判断を下さなければなりません。鳥の体内を見て解剖学的構造を知ることはできないので、適応しなければなりません。人間はまさにそれをやります。人間は信じられないほどの方法でそれをやります。
休日に七面鳥を切り分ける時のことを考えてみてください。ナイフをどこに差し込めばいいのか、だいたい分かっています。手で触って確かめることもあるでしょうが、刃を差し込んで切り始めます。背骨の感触を掴めば、刃をうまく誘導できます。養鶏場では、たくさんの作業をこなそうとするので、これは本当に難しい作業です。でも、人間ならかなり上手にできるんです。
PS: この機械はどこで切るかをどのように決めるのでしょうか?
GM:外部ポイントを識別するためのステレオカメラ2台と、ブレードが取り付けられている6自由度のフォーストルクセルを搭載しており、ブレードにかかる力を感知しています。ロボットは、移動速度に関する位置と速度のフィードバックを提供します。
鳥の外側にある3つのポイントを使って内部構造を予測し、主要な骨の位置を推測します。誤差はプラスマイナス3mm程度なので完璧ではありませんが、かなり精度は高いです。画像処理を用いてこれらのポイントを識別し、個々の鳥に固有の刃の切断軌跡を作成します。私たちが切断しようとしている大きな部位の一つである肩関節の位置は、プラスマイナス0.25cm程度変動することがあります。
高速な力制御アルゴリズムを採用しているため、骨に最初に接触した瞬間から、刃を骨の周りに沿って誘導し、骨を切ってしまうことがありません。肉、腱、それとも骨を切っているのかを検知できるようにしたいと考えています。肉や腱を切っているのであれば問題ありませんが、骨に当たってしまったら危険です。骨を引き抜くのか、骨の周りを回るのか、それとも他の方法を取るのか、判断する必要があります。骨片や骨の欠片を作らないように注意する必要があります。
追伸：ニュージーランドのスコット・テクノロジーズ社が開発した自動羊骨抜き室のように、X 線を使用して骨の正確な位置を特定できますか？
GM：ラム肉加工業者は、データ収集に時間がかかるため、こうした様々なセンサーを活用できる余裕があります。ラム肉加工施設の中には、30秒ごとにラムや羊を1頭、あるいは1分ごとに1頭処理しているところもあります。私たちが骨抜き作業を行っている鶏肉加工施設では、2秒ごとに1羽を処理しています。時間がないのです。鳥があまりにも速く通り過ぎていくからです。
PS: この問題の最も難しい部分は何ですか?
GM:どれも非常に困難でした。なぜなら、これらの課題はどれも実際には存在していなかったからです。力の制御は、ある意味では比較的容易な問題の一つでした。既存の文献があり、それを参考にすることができたからです。しかし、他の課題に関しては、それほど多くのものはありませんでした。切断そのものは、特に生体材料を切断する場合は、十分に理解されているプロセスではありません。生体材料は非常に非線形であり、はるかに複雑な要素を含んでいます。そのため、そのモデリングには多大な労力を費やさなければなりませんでした。
追伸：肉を切ることができるロボットは他にもあります。ダ・ヴィンチ手術ロボットです。力制御アルゴリズムの開発において、ダ・ヴィンチと共同研究されたことはありますか？この研究はロボット手術に何らかの影響を与えるでしょうか？
GM：ロボット手術のほとんどは遠隔操作なので、人間が介入する必要があります。ロボット手術では、こうした異常を自動検出することにそれほど重点を置いていません。むしろ、トリマーを除外し、人が行っている手術の正確な視覚画像を提供することに重点を置いています。手術の自動化を目指しているわけではありませんが、この研究は手術の自動化に大きな影響を与える可能性があります。
これを外科手術に拡張する可能性はありますが、完全に自動化されたロボット外科医の登場はまだ待たれています。そこで、最初のステップについてお話ししたいと思います。外科医がやりたくない簡単な手順があるかもしれません。医師は手術を自分では行いませんし、ましてや手術を自分で閉じることもありません。それは他の人が行うものです。では、ロボットにできるような作業はあるのでしょうか？あるいはその逆も考えられます。ロボット手術で力覚フィードバックデータを収集し、医師にフィードバックを提供できれば役立つでしょうか？「骨にぶつかりましたよ」とか「力が強くなっています、危険です」といった状況です。医師の作業を補助したり、支援したりする方法があるかもしれません。
PS: 最終的にこのシステムで何を実現したいですか?
GM:
短期的には、これらのカット作業を行う作業員をなくし、このシステムを導入できるようにしたいと考えています。これにより、養鶏場の人間工学的な問題が改善され、歩留まりの向上にもつながります。長期的には、未来の養鶏場を設計するプログラムを進めています。プロセスのやり方を根本的に変えることができればと考えています。
食品安全の重要性を理解し、水の使用量などを最小限に抑えたいと考えている今、このプロセスを全く異なる方法で行うにはどうすれば良いでしょうか？様々なアイデアを検討しています。優れた骨抜きシステムがあるのに、なぜ鳥の内臓を取り除く必要があるのでしょうか？内臓を取り除くと、多くの汚染問題につながる可能性があります。もしかしたら、骨を取り除いた後に内臓を取り除く方がよいかもしれません。これは「ホットデボニング」と呼ばれ、肉がまだ温かい状態で行います。食品安全への影響を考えると、切り込みすぎて腸まで切ってしまうのを防ぐ技術が今あるという事実は、現実的な解決策になるかもしれません。
追伸：このプロジェクトに着手してから、鶏肉に対する食欲はなくなりましたか？
GM：この仕事に就いた時は、鶏肉をよく食べていたため、少し心配でした。でも、この業界は本当に良い仕事をしているのだと知りました。鶏肉は、あんなに醜くて、気持ち悪くて、ひどい加工工程ではありません。とても丁寧に作られていて、実際に安全な食品だと確信しています。だから、本当に嬉しかったんです。もし鶏肉を食べられなくなったら、何を食べればいいんだろう？
