Konsorcjum w składzie:

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie
prof. dr hab. inż. Ryszard Tadeusiewicz – kierownik, dr inż. Mirosław Jabłoński,
dr inż. Zbigniew Mikrut, dr inż. Jaromir Przybyło, dr hab. inż. Adam Piłat, prof. dr hab. inż. Andrzej Turnau, mgr inż. Jakub Klocek,

Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
prof. dr hab. inż. Józef Walczyk – kierownik projektu, dr hab. inż. Paweł Tylek, prof. dr hab. inż. Tadeusz Juliszewski, dr hab. inż. Paweł Kiełbasa

Przemysłowy Instytut Maszyn Rolniczych w Poznaniu
prof. dr hab. inż. Jan Szczepaniak – kierownik, dr hab. inż. Florian Adamczyk, mgr inż. Paweł Frąckowiak, dr inż. Grzegorz Wąchalski

Istota wynalazku:

Opracowany wynalazek przeznaczony jest do automatycznej oceny przydatności do siewu znacznej ilości żołędzi w krótkim czasie. Umożliwia powtarzalną segregację nasion na zdrowe i zepsute co jest konieczne do wyhodowania dobrej jakości sadzonek bez marnowania wysiłku na próby kiełkowania zepsutych nasion. Wynalazek znacznie przyspiesza segregację, co jest to szczególnie istotne, ponieważ okres przechowywania żołędzi jest ograniczony zaś obfite zbiory występują co kilka lat. W odróżnieniu do mechanicznych metod separacji, zastosowane w wynalazku segregacji opierają się na analizie zmian patologicznych widocznych w wewnątrz nasiona. Zmiany te są wykrywane automatycznie dzięki zastosowaniu metody komputerowej analizy obrazów i uczenia maszynowego. Dzięki temu, lepiej oddają stan żywotności nasion niż inne ich właściwości takie jak gęstość, masa, czy sprężystość. Dzięki wynalazkowi można uzyskać w krótkim czasie większą liczbę sadzonek lepszej jakości przy zmniejszonych stratach wynikających z błędnej oceny nasion.

Uzasadnienie potrzeby wynalazku:
Obfity urodzaj żołędzi przypada w Polsce zazwyczaj co 5 – 7 lat. Obfity wtedy zbiór nasion, ich przechowywanie, a następnie przygotowywanie do wysiewu może się przyczyniać do rozwoju bakterii i grzybów, które to powodują uszkodzenie liścieni i/lub zarodka. Zachodzące w trakcie tych procesów zmiany powodują, iż osłabiane są (lub zanikają zupełnie) funkcje dotyczące żywotności nasion. Z powodu szybkiej utraty żywotności przez żołędzie, ich przechowywanie jest ograniczone do 2 – 3 lat. Dlatego tak ważnym zagadnieniem jest segregacja na nasion na zdrowe i zepsute. Znane są sposoby mechanicznej segregacji żołędzi z wykorzystaniem własności takich jak gęstość, parametry aerodynamiczne, wielkość i kształt, własności tarciowe oraz sprężystość. Jednak segregacja prowadzona w oparciu o te cechy nie daje w pełni pożądanych efektów, bo odrzucane są często dobrze rokujące żołędzie lub kwalifikowane pozytywnie są niezdolne do kiełkowania.
Segregacja dokonywana za pomocą urządzenia będącego przedmiotem wynalazku jest pewniejsza, a ponadto zapewnia ona wyrównanie wschodów. Aktualnie ten sam efekt umożliwia żmudna ręczna skaryfikacja mechaniczna nasion, wykonywana, zwykle przy pomocy sekatora, po czym następuje wzrokowa ocena żywotności nasion przez pracownika. Ergonomiczna uciążliwość tej pracy polega na powtarzanym kilkanaście tysięcy razy dziennie ruchu rąk i dłoni w cyklu: pobranie nasiona (lub kilku nasion) do dłoni ze zbiornika, odcięcie fragmentu nasiona sekatorem, wzrokowa ocena przydatności nasiona do kiełkowania na podstawie barwy liścieni i stopnia wypełnienia nimi okrywy nasiennej, przeniesienie nasiona do zasobnika do siewu lub jego odrzucenie.

Opracowany automat składa się z szeregu elementów wykonawczych, realizujących poszczególne czynności podobnie, jak w przypadku manualnej skaryfikacji, ale całkowicie automatycznie i bardzo szybko. Wykonywane czynności to kolejno: podawanie nasion, ocena ich rozmiarów, odpowiednie zorientowanie nasienia (żeby obciąć je z dobrej strony), pochwycenie, obcięcie (skaryfikacja), wizyjne rozpoznanie faktu występowania lub braku zmian patologicznych w przekroju, sortowanie nasion na zdrowe i zepsute. Istotnym elementem automatu jest system widzenia maszynowego, wyposażony w kamery cyfrowe oraz algorytmy analizy i rozpoznawania obrazów. Ich celem, w pierwszym etapie, jest określenie długości oraz orientacji żołędzia. Jeśli orientacja nasiona jest nieprawidłowa, specjalny mechanizm obraca je tak aby zostało ono złapane przez chwytak w odpowiednim miejscu. Za ustalenie miejsca obcięcia odpowiada układ pozycjonujący, sterowany bezpośrednio sygnałem długości żołędzia. Następnie specjalne ostrza obcinają zbyteczną część nasiona i rejestrowany jest obraz przekroju przy pomocy kamery cyfrowej. Komputerowe algorytmy rozpoznawania obrazów oraz metody uczenia maszynowego identyfikują ewentualne zmienione chorobowo obszary tkanki nasiona i pozwalają ocenić jego zdolność do wzrostu. Na tej podstawie nasiona po skaryfikacji kierowane są do odpowiednich zasobników nasion zdrowych przeznaczonych do siewu lub nasion zepsutych. Istnieje również możliwość wydzielenia pośredniej frakcji nasion zaklasyfikowanych jako nadpsute. Charakteryzują się one mniejszą zdolnością do wzrostu, ale w razie potrzeby mogą być też użyte.

Potencjał komercjalizacyjny wynalazku:

Przechowywanie żołędzi przez kilka lat wiąże się nieuchronnie z występowaniem infekcji oraz tzw. zmian mumifikacyjnych w ich wnętrzu. Wpływają one jednoznacznie negatywnie na zdolność nasion do kiełkowania a przez to na wzrost sadzonek. Manualne metody skaryfikacji żołędzi oraz oceny nasion wymagają zaangażowania do żmudnej pracy znacznej liczby osób w krótkim czasie, aby osiągnąć określoną wydajność szkółki. Nie sprzyja to poprawnemu sortowaniu nasion, co powoduje występowanie braków.
Gospodarstwa szkółkarskie zainteresowane przygotowaniem do siewu znacznych ilości nasion (ok. 3mln w czasie ok 1-go miesiąca) są więc potencjalnymi odbiorcami docelowymi opracowanego automatu. W gronie konsorcjantów realizujących projekt znajduje się również przedsiębiorca posiadający doświadczenie we wdrażaniu rozwiązań w obszarze automatyzacji.