自動化された農業機械には安全性を確保するための新しいアプローチが必要であると研究が発表

Sep 09, 2023

2023 年 5 月 15 日

この記事は、Science X の編集プロセスとポリシーに従ってレビューされています。 編集者は、コンテンツの信頼性を確保しながら、次の属性を強調しました。

事実確認済み

信頼できる情報源

校正する

マリアンヌ・スタイン著、イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校

自動運転トラクターから除草ロボット、AI を活用したデータ収集に至るまで、自動機械は農業生産に革命をもたらしています。 これらの技術の進歩により生産性は大幅に向上しますが、安全対策や規制に関して新たな疑問も生じます。 これらの問題に対処するために、イリノイ大学の最近の研究では、自動化農業機械の安全性に関する現在の学術文献をレビューしました。 研究者らは、60 を超える論文のレビューに基づいて、環境認識、リスク評価と緩和、人的要因と人間工学という 3 つの主要なトピックを特定しました。

「研究の大部分は、最初のカテゴリである環境認識に焦点を当てています。これらの研究は主に、機械が環境内の障害物をどのように感知し、それに反応するかを扱っています。リスク評価や人間工学に関する研究は限られています」とイリノイ州拡張専門家のサラ・イッサ氏は述べた。イッサ大学の農業消費者環境科学部およびグレンジャー工科大学の一部である農業生物工学部 (ABE) の助教授でもあります。イッサはこの論文の責任著者です。

自動機械は知覚センサーを通じて物体を検出し、機械学習アルゴリズムを通じて解釈して、機器に停止、減速、または方向変更を指示します。 機械が処理できなければならない障害物には、主に、ポジティブ、ネガティブ、移動の 3 つのタイプがあります。 ポジティブ障害物は、岩、木、建物など、地上に現れるオブジェクトです。 ネガティブな障害物とは、溝や穴など、地面よりも低い障害物です。 動く障害物または動的な障害物とは、人間、動物、その他の動く機械など、突然現れる障害物です。 これらの障害は、作物の種類、地域の特徴、気象条件によって大きく異なります。

Issa 氏と共著者で ABE の博士課程学生である Guy Roger Aby 氏は、研究論文が 3D レーザー スキャナー、超音波センサー、リモート センシング、ステレオ ビジョン、サーマル カメラ、高解像度カメラなど、さまざまな種類の受容体とセンサーを検討していることを発見しました。 、 もっと。 それぞれのタイプには利点と制限があり、最も効果的なアプローチには、さまざまな方法を組み合わせることが含まれます。

「文献のトレンドは、単一のセンサーではなく、複数のタイプのセンサーを利用する方向にあります。これは、ほとんどの企業が採用している方向でもあります。非常に動的な環境で動作する農業機械にとって、これは完全に理にかなっています。」とイッサ氏は述べています。了解しました。

「しかし、解決すべき問題はまだたくさんあります。たとえば、センサーは、人や他の物体が現れた場合にすぐに停止できる十分な感度を備えていなければなりません。しかし、機械が停止し、農民がいない場合、彼らは立ち去る必要があるでしょうか？」センサーを確認してマシンをリセットするために戻ってきますか? これは、通り過ぎるリスや鳥など、素早く移動する障害物に関しては特に困難です。」

自動農業用車両は、自動運転車と同じ課題のいくつかに直面していますが、顕著な違いもあります。 たとえば、農業では、道路が構造化され標識が付けられている都市部の運転よりも複雑な環境が存在します。 しかし、他のドライバーの異常な人間の行動は都市部の道路では懸念事項ですが、農業分野ではそれほど大きな要因ではないとイッサ氏は指摘します。

2 番目のトピックであるリスク評価の手法と戦略を扱った研究論文はわずか数件しかありませんでした。 イッサ氏は、エンジニアリングでリスク評価に使用されるシステムのほとんどは履歴データに依存しているため、これは驚くべきことではない、と述べています。 農業における自律システムにはそれがまだ存在していません。 それらがどのように機能するか、そして固有のリスクが何であるかについて、公開されているデータはほとんどありません。

同氏は、「既存の安全基準は自動運転システムにはあまり適していないと考えている。しかし、現在の基準を改訂するための多大な取り組みが進行中であるため、数年以内に新しい基準や改訂された基準が登場するだろう」と述べた。 負傷や死亡事故に対処する安全規制は連邦労働安全衛生局 (OSHA) の管轄下にありますが、カリフォルニア州やインディアナ州など一部の州でも独自の規制を設けています。

研究者らは、3 番目のテーマであるヒューマンファクターと人間工学に関する限られた数の論文を特定しました。

「これは農業において特に難しい問題です。ほとんどの製造業では、人間とロボットの相互作用を最小限に抑えることができます。しかし、収穫機やピッカーなどの一部の農業ロボットは、人間と同じ空間で作業するように設計されています。これに関するいくつかの論文は、このテーマでは人間とロボットの相互作用を人間工学の観点から探求し、安全性を確保するために機械の設計を改善する方法に焦点を当てました」とイッサ氏は述べました。

自律ロボットは新興技術ですが、一部の機械はすでに市販されています。 たとえば、ある会社は果樹園用の自動噴霧器を製造しており、自動運転トラクターがテストされ、一部の地域で導入されています。 自動化農業機械は間違いなく今後数十年で現代農業に不可欠な要素となり、その普及には堅牢な安全システムが不可欠であるとイッサ氏とアビー氏は結論づけた。

この研究は『Safety』誌に掲載されています。

詳しくは： Guy R. Aby et al、Safety of Automated Agriculture Machineries: A Systematic Literature Review、Safety (2023)。 DOI: 10.3390/safety9010013

イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校提供