Conception et réalisation d'un robot désherbeur pour agriculture maraîchère

RÉSUMÉ

Dans le but d’éliminer l’usage de pesticides pour la culture de légumes racines, notre projet vise à concevoir un système robotisé utilisant des pinces et des pointes pour arracher les mauvaises herbes, détectées par reconnaissance visuelle à partir de réseaux de neurones à apprentissage profond. Le désherbage pour la récolte de légumes racines constitue une problématique complexe car les outils de sarclage mécanique ne peuvent passer trop près des légumes sans risquer les détruire ? il est donc question ici de développer un système robotique de désherbage de précision. À partir d’une preuve-de-concept en cours de finalisation et qui sera validée durant l’été 2021, nous comptons finaliser à l’automne un banc d’essais tiré par une personne et muni de trois outils robotisés (pince et pointe) en séquence pour le traitement d’une rangée, et réaliser un système à quinze outils robotisés remorqué par un tracteur pour le traitement en parallèle de trois rangées.

Les trois éléments distinctifs de notre approche sont 1) la réalisation d’un système robotisé pour le positionnement précis, l’action rapide et concurrente avec plusieurs outils sur une même rangée pour afin d’arracher les mauvaises herbes; 2) l’utilisation d’un réseau de neurone pour la localisation des plants et d’un réseau de neurones pour leur classification qui facilitera l’entraînement sur différents types de plants; 3) un banc d’essais facilitant l’acquisition et la catégorisation des images via une interface-utilisateur pour construire les données d’entraînement et de validation. La conception du système est complétée, et la méthodologie expérimentale proposée dans la présente demande implique des itérations précises avec augmentation incrémentale des fonctionnalités (via la preuve-de-concept, le banc d’essais et le prototype complet) ainsi que des tests et validations en champs à chaque étape, permettant de progresser de manière pragmatique pour l’obtention de résultats à court terme. Les mesures prises permettront de caractériser les performances du système afin d’en maximiser les capacités, que ça soit pour un système tiré par une personne ou par un tracteur.

L’usage d’un tel système pour le désherbage manuel vient répondre à un besoin criant pour les agriculteurs maraîchers biologiques, cette tâche étant fastidieuse et difficile à réaliser dans un contexte de pénurie/inaccessibilité (amplifiée par la pandémie de la Covid-19) de main d’œuvre. Cette tâche implique aussi des coûts importants et incidemment des pertes pouvant aller jusqu’à 25 % si elle est omise par manque de temps ou de ressources. De plus, la réduction de l’usage de pesticides est une grande préoccupation pour les risques qu’ils occasionnent pour la santé et l’environnement. Soutenu jusqu’à maintenant par une initiative de démarrage d’entreprise technologique, le projet implique quatre partenaires agriculteurs, huit étudiant.e.s au baccalauréat en génie, un étudiant à la maîtrise, deux professionnels de recherche et trois professeurs-chercheurs de l’Institut interdisciplinaire d’innovation technologique (3IT) de l’Université de Sherbrooke. Le présent projet permettra de positionner le savoir-faire québécois dans le marché en rapide croissance des systèmes robotiques agricoles à travers le monde.