PopSci 问答：机器人掌握了鸡肉去骨的艺术

给鸡、鸭或其他鸟类去骨可能是一项艰巨而令人不快的任务——甚至连茱莉亚·查尔德都说，由于“害怕”，去骨可能会花费太长时间。然而，只要有耐心和合适的刀，任何人都可以做到。但机器人呢？

机器人也许能够协助手术，但从某种程度上来说，鸡屠宰更具挑战性，这也是佐治亚理工学院的工程师们希望解决的问题。

他们的新型智能切割和去骨系统使用 3-D 摄像机和力反馈算法来确定正确的切割方式。

家禽业是佐治亚州最大的产业之一。佐治亚理工学院研究所食品加工技术部门负责人加里·麦克默里表示，如果把这个桃子之州看作一个国家，它将成为世界第六大家禽生产国。因此，很多鸡都来自佐治亚州，佐治亚州的许多农场都可以从自动化中受益。

McMurray 和他的同事正在设计一款使用一对机械臂的自动鸡肉屠宰机器人。一只手臂可以以两个自由度移动，用于在平面上进行简单的切割。另一只手臂抓住鸡，可以以六个自由度移动，将鸡调整到相对于刀的任何理想位置。

控制这种放置的算法非常复杂，而开发这些算法的数学模型可以用于其他机器人切肉情况——无论是屠宰其他类型的牲畜，还是用于外科手术。PopSci 与 McMurray 谈论了制造机器人屠夫以及每秒剔除两只鸡骨的难度。
以下是我们谈话的编辑记录。

PopSci：为什么自动化去鸡骨的过程如此困难？

加里·麦克默里：在汽车行业、电子行业、食品行业，任何从事制造业的人都在追求“一批一批”，即生产的每一件产品都是独一无二的、定制化的。例如，福特公司希望能够建立一家工厂，这家工厂只接受订单。前一分钟他们可以生产探险者，下一分钟他们可以生产嘉年华——每辆车都是独一无二的，各不相同。这是一个非常困难的问题，但这正是我们试图用这个智能切割系统解决的问题。每只鸟都是独一无二的，不仅在解剖结构上，而且在锥体上的位置也各不相同。

你必须观察每只鸟，然后做出决定。你无法看到鸟的内部，无法了解它的解剖结构，所以你必须适应。这就是人类所做的——人类以一种令人难以置信的方式做到了这一点。

想想你在节日期间切火鸡的时候。你通常知道把刀放在哪里。有时你可能会用手去摸，但你把刀片放进去，然后开始切。你摸到脊骨，就能引导刀片。这在禽类屠宰场上真的很难，因为他们要同时做很多事情。但人类在这方面做得相当好。

PS：这台机器如何决定在哪里切割？

GM：我们有两个立体摄像机来识别外部点，还有一个 6 自由度力矩传感器，叶片就安装在该传感器上，因此我们可以感知叶片上的力。机器人会提供位置和速度反馈，告诉我们移动的速度。

我们利用鸟身上的三个外部点，能够预测内部结构，猜测一些关键骨头的位置。误差在正负 3 毫米左右，所以并不完美，但已经很不错了。我们使用图像处理来识别这些点，并创建每只鸟独有的刀片名义切割轨迹。肩关节的位置是我们试图切割的一大部位，误差可能在正负四分之一英寸之间。

我们拥有高速力控制算法，因此当你第一次接触骨头时，它可以引导刀片绕过骨头而不会切入骨头。我们希望能够检测出我们切的是肉、肌腱还是骨头。如果你切的是肉或肌腱，那很好。一旦你碰到骨头，那就糟了。你需要做出决定：我要拔出来，还是绕过骨头，还是做别的什么？你要确保不会产生骨碎片或骨屑。

PS：你们能否利用X射线来确定骨头的准确位置，就像新西兰Scott Technologies开发的自动化羊肉去骨室一样？

GM：他们（羊肉加工厂）有能力使用这些不同的传感模式，因为他们需要更长的时间来收集数据。有些羊肉加工厂可能每 30 秒处理一只羊羔或一只绵羊，有些则每分钟处理一只。在我们进行去骨任务的家禽加工厂，他们每两秒钟处理一只鸟。他们没有时间——鸟的速度太快了。

PS：这个问题最困难的部分是什么？

GM：这些都极具挑战性，因为这些都不存在。从某种意义上说，力控制是比较容易解决的问题之一，因为我们可以借鉴现有的文献，所以这很有帮助。但对于其他所有问题，我们并没有太多可以借鉴的东西。切割本身并不是一个很好理解的过程，尤其是在切割生物材料时。它们非常非线性，因此复杂性要大得多。所以我们必须花费大量精力进行建模。

PS：还有一种机器人可以切开肉体——达芬奇手术机器人。你们是否与他们合作开发了这些力控制算法？这项工作会对机器人手术产生影响吗？

GM：大多数机器人手术都是远程操作的，所以需要有人参与。他们并不真正关心如何自动检测这些东西。他们更关心如何过滤掉修剪器，提供正确的视觉图像，展示患者正在做什么。他们并不是想让手术自动化，但这项工作可能会真正影响到这一点。

我确实看到了将其扩展到外科手术的可能性，但人们还没有准备好迎接全自动机器人外科医生。我想谈谈第一步是什么。外科医生可能不想做某些简单的步骤。医生不会开刀，当然也不会合刀——这些工作由其他人完成。那么机器人能做哪些任务呢？或者反过来。如果你在做机器人手术，收集这些力反馈数据并能够向医生提供一些反馈，这会有所帮助吗？“嘿，你刚撞到骨头了”，或者“力正在增加，很危险”之类的场景。也许有某种方法可以增强或帮助医生。

PS：你最终想让这个系统实现什么功能呢？

总经理：

短期内，我希望能够简单地移除那些负责切割的工人，并安装这个系统。这将有助于工厂解决人体工程学问题，并帮助他们提高产量。从长远来看，我们有一个设计未来家禽工厂的计划。我们希望能够从根本上改变我们进行这一过程的方式。

现在我们明白了食品安全的重要性，并且希望尽量减少用水量等，那么我该如何以完全不同的方式完成这一过程呢？我们正在讨论很多想法。如果我有一个智能去骨系统，为什么我要去掉鸟的内脏，这会导致很多污染问题？也许我应该在去掉内脏之前先去掉鸟的骨头。这叫做热去骨，此时肉还是温热的。从食品安全影响来看，现在有了可以保证你不会切得太深而切断肠子的技术，也许这是一个可行的解决方案。

PS：自从开始这个项目以来，您对鸡肉失去了兴趣吗？

GM：当我接受这份工作时，我对此有点担心，因为我吃过很多家禽。但我了解到这个行业做得很好。这不是丑陋、恶心或可怕的过程。它做得很好，而且我确实有信心我得到的是安全的食物。所以我对此感到非常高兴。如果我必须放弃鸡肉，我会选择什么？