Small Robot Company
Protolabs se lance dans la quatrième révolution agricole
Small Robot Company révolutionne l'agriculture. Les robots agricoles autonomes et de haute précision de l'entreprise sont la réponse du 21ème siècle à un problème du 21ème siècle : L'ONU dit que la planète doit produire 70 % de nourriture en plus d'ici à 2050, sans pour autant exploiter plus de terres ni détruire plus d'écosystèmes.
Les tracteurs et autres équipements similaires ne sont plus les meilleurs outils pour relever ce défi vital. La technologie de base qui pourrait produire plus de nourriture de manière plus économique, plus précise et avec moins de déchets existe déjà. Les robots agricoles autonomes font déjà partie du décor des fermes, qu'il s'agisse de cueilleuses de fruits ou d'épandeurs automatiques, mais les innovations de Small Robot Company sont uniques : elles sont le fruit d'une collaboration entre fermiers, professeurs, concepteurs de services et ingénieurs. Leur travail combine le dernier cri de la technologie robotique et de l'intelligence artificielle, créant un nouveau modèle d'agriculture régénérative et lucrative : l'agriculture par plante, sur laquelle le robot Tom V4 règne en maître.
Voici comment Protolabs, a aidé au développement et à la création d'un tel matériel révolutionnaire.
« La plateforme de devis de Protolabs est toujours très réactive, et en plus, elle nous fournit des conseils de fabrication. Le système décrit automatiquement tous les problèmes qu'il détecte, ce qui nous permet de les traiter avant d'envoyer quoi que ce soit en fabrication. C'est vraiment très pratique, et il n'y a rien de plus facile que de télécharger un fichier. »
Rhian Griffith, ingénieur mécanique chez Small Robot Company
Le produit
Tom V4 est un robot scanneur qui analyse les cultures à un niveau de détail qui permet d'identifier individuellement chaque plante, de réunir des données sur la répartition des plantes et des mauvaises herbes pour pouvoir optimiser le traitement. Cette information, qui suit une approche « par plant », est utilisée pour informer l'épandage de doses d'engrais variables, et pour appliquer les herbicides de manière localisée en contrôlant le débit de la buse et de la section du jet.
Small Robot Company possède actuellement cinq Tom V4 opérationnels qui offrent un service technologique aux fermiers, et servent de tremplin à des avancées ultérieures en agro-robotique.
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Produire par impression 3D deux pièces différentes pour le dernier robot agricole de Small Robot Company : un support de SSD (pour stockage de données) et un capot de vérin de direction (pour protéger le délicat mécanisme du vérin par dessous), le tout en un temps record.
Combiner l’efficacité de la plateforme de devis de Protolabs, le savoir-faire expert de son équipe d'ingénierie, et la rapidité de son service de fabrication additive.
Protolabs a contribué à améliorer la conception des pièces pour optimiser leur fonctionnement, en particulier le capot du vérin de direction, et fourni par ailleurs une solution pour le colorer, avant de les imprimer rapidement à l'aide de Multi Jet Fusion et de les expédier au client pour évaluation. |
Rhian Griffith, ingénieur mécanique chez Small Robot Company, les décrit ainsi : « Nous avons construit le premier Tom V4 à l'été 2021. C'était notre prototype alpha, une preuve de concept. Technologiquement très avancé, c'est une plateforme de conduite modulable qui peut servir de base à tous nos futurs robots. Les deux pièces fabriquées par Protolabs, le support de SSD et le couvercle de vérin de direction, sont des composants de cette plateforme, et continueront de servir le robot au cours de ses différentes itérations dans les années à venir. La plateforme de conduite de base demeurera, que le robot soit ou non développé au-delà des tâches l'analyse, telles que la plantation ou l'épandage d'herbicide. Cette flexibilité intrinsèque, qui s'applique aussi bien aux pièces individuelles telles que celles fabriquées par Protolabs qu'au robot dans son ensemble, est essentielle pour la réussite et l'endurance. »
Actuellement, le robot comprend une plateforme de conduite de base et un bras télescopique qui abrite un système de caméra pour scanner les cultures.
Le vérin de direction
Pour schématiser, le vérin de direction est un mécanisme qui fournit au robot un moyen simple d'orientation en le dirigeant vers sa cible.
Quelle que soit la tâche pour laquelle Tom V4 sera adapté à l'avenir, au fur et à mesure de l'évolution des nouvelles générations de robots, la forme actuelle du vérin de direction conçue par Small Robot Company restera un élément clé son fonctionnement. Rhian poursuit : « Le vérin de direction est un sous-ensemble de la plateforme de conduite de base. Il est composé d'un moteur interne, d'un système de train épicycloïdal, de quelques roulements et d'un boîtier en aluminium qui le recouvre en grande partie. Un couvercle imprimé en 3D par Protolabs vient se fixer par dessus et scelle hermétiquement l'unité. Le couvercle empêche l'eau et la poussière de pénétrer à l'intérieur. L'ensemble est très sensible et si quelque chose pénétrait à l'intérieur, cela pourrait potentiellement entraîner des problèmes tels que des pièces endommagées, des blocages ou une surchauffe. »
Le couvercle sert de protection extérieure, mais il permet également de sécuriser les câbles qui courent le long de la commande du moteur grâce à sa conception qui comprend un canal guide-câble. Ces fonctions multiples imposent une forme relativement complexe pour laquelle l'impression 3D était la solution idéale de fabrication.
« Le robot précédent n'utilisait pas le même vérin de direction. Pour Tom V3, nous avions choisi un vérin d'un fournisseur tiers, mais il était lourd et nous a causé plusieurs problèmes. Lors de la conception de Tom V4, nous avons donc décidé d'internaliser le vérin de direction et de le concevoir entièrement nous-mêmes, y compris le couvercle, ce qui s'est traduit par une réduction du coût des matières, une amélioration de la conception et un robot allégé. »
Protolabs rejoint l'aventure
L'équipe de Small Robot Company a décidé très tôt qu'elle devrait utiliser l'impression 3D pour le couvercle, car elle avait des limitations de poids très strictes pour le robot, pour deux raisons : D'une part, il fallait minimiser le poids total de l'ensemble pour réduire la pression au sol et provoquer moins de dégâts aux cultures et de compactage de la couche arable lors de la circulation du robot dans les champs. D'autre part, la plateforme de conduite de base étant conçue pour supporter une grande variété de charges, son poids devait être le plus léger possible pour garder un maximum d'options et autoriser des charges plus lourdes.
Rhian explique : « Il y a deux ans, nous étions à la phase alpha de conception de notre système et nous construisions notre premier prototype de plateforme de conduite. Nous savions que Protolabs propose des services d'impression 3D, mais nous ne les avions pas vraiment sélectionné comme fournisseur de prototype. Nous les envisagions plutôt comme fournisseur de production, du fait du nombre relativement faible de pièces requises et aussi du fait que les technologies additives de Protolabs peuvent produire des pièces finales.
« Nous avions utilisé leur plateforme de devis auparavant, et cela nous avait aidé dans notre procédure de développement. Nous apprécions beaucoup cette fonctionnalité. La plateforme de devis de Protolabs est toujours très réactive, et en plus, elle nous fournit des conseils de fabrication. Le système décrit automatiquement tous les problèmes qu'il détecte, ce qui nous permet de les traiter avant d'envoyer quoi que ce soit en fabrication. C'est vraiment très pratique, et il n'y a rien de plus facile que de télécharger un fichier. De plus, le service d'impression 3D de Protolabs propose généralement des délais d'exécution très courts, et cela peut s'avérer vital en cas d'urgence. Un partenariat avec Protolabs s'imposait donc comme une évidence. »
Après avoir téléchargé une itération initiale de leur couvercle, l'équipe de Small Robot Company a rencontré des difficultés à empêcher la matière de fabrication d'envahir le canal guide-câble. De plus, en essayant d'assembler les composants du vérin de direction et d'insérer les fils dans le guide-câble, cela a provoqué des problèmes d'assemblage qu'il fallait absolument résoudre. Mais grâce aux informations et aux conseils de conception de Protolabs, le modèle a subi des modifications qui ont rendu le processus d'assemblage bien plus simple.
En ce qui concerne l'esthétique, Protolabs s'est également efforcé de fournir un résultat satisfaisant à Small Robot Company.
« Notre expérience avec Protolabs s'est avérée très positive lorsque nous avons reçu des couvercles qui n'étaient pas d'un noir aussi soutenu que nous l'espérions. Nous avions choisi le PA12 comme matière de fabrication, et Protolabs nous avait indiqué qu'elle avait une apparence gris foncé. Nous pensions que ce n'était pas la couleur appropriée pour la pièce mais nous voulions voir le résultat pour décider de la suite. Lorsque nous avons reçu les premières pièces, les pronostics de couleur de Protolabs se sont révélés exacts, mais ils n'ont fait aucune difficulté pour reprendre les pièces en post-traitement et leur ajouter une couche de peinture noire. Finalement, nous avons reçu les pièces en retour peu de temps après, et nous avons donc eu les pièces telles que nous les voulions, tant d'un point de vue fonctionnel qu'esthétique. »
« C'est pourquoi nous apprécions tellement Protolabs. Pas besoin de passer des heures avec eux à analyser la conception en détail. Ils vous fournissent simplement l'information dont vous avez besoin via la plateforme, ou en personne, ce qui vous permet de rectifier la conception selon vos besoins et de commander les pièces. C'est très simple. »
Le Multi Jet Fusion : un processus d'impression 3D pour le prototypage rapide et les pièces finales
Protolabs a utilisé le processus de Multi Jet Fusion (MJF) pour produire le couvercle du vérin de direction. MJF applique sélectivement des agents de fusion et de finition sur un lit de poudre de nylon. Ceux-ci sont fusionnés en milliers de couches par des éléments chauffants pour créer un composant solide fonctionnel. Les pièces finales présentent une finition de surface de qualité, une résolution de géométrie précise et des propriétés mécaniques plus homogènes que celles traitées par d'autres processus tels que le frittage laser sélectif.
Le MJF est couramment utilisé pour produire des pièces requérant des propriétés mécaniques isotropes homogènes, des prototypes fonctionnels et des pièces finales comportant des géométries complexes ou organiques.
La quatrième révolution agricole
La quatrième révolution agricole se caractérise par les changements que vont apporter l'intelligence artificielle et les robots autonomes. L'information principale que les fermiers transmettent est que l'agriculture est en panne : les récoltes stagnent, le coût de l'équipement augmente, et les bénéfices en souffrent. Le monde est également confronté à une crise environnementale dans laquelle les équipements lourds et les produits chimiques jouent un rôle important. Small Robot Company revisite l'agriculture pour rendre la production alimentaire écoresponsable. Grâce aux robots et à l'intelligence artificielle, ils ont créé un modèle entièrement nouveau d'agriculture lucrative, efficace et respectueuse de l'environnement. Ils appellent cela la culture par plante et elle est représentative de la révolution que traverse l'agriculture.
L'avenir de Tom V4
Rhian conclut : « Nous sommes actuellement principalement focalisés sur l'ingénierie et la réduction des coûts. Nous espérons pouvoir affiner la conception de manière à faire profiter nos clients de ces améliorations. Mais que ce soit pour perfectionner des robots existants ou développer de futures générations, nous serons ravis de travailler avec Protolabs et de profiter de leur soutien dans la phase de développement de produit ainsi que dans celle de production. »
