Les étudiants du MIT et les chercheurs du MIT Sea Grant travaillent avec les ostréiculteurs locaux pour faire progresser l’industrie de l’aquaculture en cherchant des solutions à certains de ses plus grands défis. Actuellement, les poches à huîtres doivent être retournées manuellement toutes les une à deux semaines pour réduire l’encrassement biologique. Crédit : John Freidah, MIT MechE
Travaillant directement avec les ostréiculteurs, AVEC les étudiants développent un robot qui peut retourner de lourds sacs d’huîtres flottants, aidant ainsi les coquillages à grandir et à rester en bonne santé.
Lorsque Michelle Kornberg était sur le point d’obtenir son diplôme du MIT, elle voulait utiliser ses connaissances en génie mécanique et océanique pour rendre le monde meilleur. Heureusement, elle a trouvé le projet de classe de synthèse parfait pour les seniors : soutenir les produits de la mer durables en aidant les aquaculteurs à cultiver des huîtres.
« Il est de notre responsabilité d’utiliser nos compétences et nos opportunités pour travailler sur des problèmes qui comptent vraiment », déclare Kornberg, qui travaille maintenant pour une entreprise aquacole appelée Innovasea. « La durabilité alimentaire est extrêmement importante d’un point de vue environnemental, bien sûr, mais elle compte également au niveau social. Les plus vulnérables seront les plus touchés par la crise climatique, et je pense que la durabilité et la disponibilité alimentaires sont vraiment importantes sur ce front. »
Le projet entrepris par la classe de synthèse de Kornberg, 2.017 (Design of Electromechanical Robotic Systems), est né de conversations entre Michael Triantafyllou, qui est Henry L. et Grace Doherty professeur au MIT en sciences et ingénierie océaniques et directeur du MIT Sea Grant, et Dan Ward . Ward, ostréiculteur chevronné et biologiste marin, possède Ward Aquafarms à Cape Cod et a beaucoup travaillé pour faire progresser l’industrie de l’aquaculture en cherchant des solutions à certains de ses plus grands défis.
S’adressant à Triantafyllou au MIT Sea Grant – qui fait partie d’un réseau de programmes universitaires mis en place par le gouvernement fédéral pour protéger l’environnement et l’économie côtiers – Ward avait expliqué que chacun de ses milliers de sacs à huîtres en filet flottant doit être retourné environ 11 fois par an. Le retournement permet aux algues, aux balanes et à d’autres organismes « d’encrassement biologique » qui se développent sur la partie du sac sous la surface de l’eau d’être exposés à l’air et à la lumière, afin qu’ils puissent sécher et s’écailler. Si cette tâche n’est pas effectuée, le flux d’eau vers les huîtres, nécessaire à leur croissance, est bloqué.
Une combinaison d’étudiants en génie mécanique, en génie océanique, en génie électrique et en informatique travaillent ensemble pour concevoir un robot pour aider à retourner les sacs d’huîtres à Ward Aquafarm à Cape Cod. Le robot « Oystamaran » utilise un système de vision pour positionner et retourner les sacs. Crédit : Lauren Futami, MIT MechE
Les sacs sont retournés par un ouvrier agricole dans un kayak, et la tâche est monotone, souvent effectuée dans des eaux agitées et par mauvais temps, et nuisible à l’ergonomie. « C’est un peu horrible, de manière générale », dit Ward, ajoutant qu’il paie environ 3 500 $ par an pour faire retourner les sacs sur chacun de ses deux sites agricoles – et a du mal à trouver des travailleurs qui veulent faire le travail de retournement des sacs qui peut atteindre un poids de 60 ou 70 livres juste avant la récolte des huîtres.
Présenté avec ce problème, la classe de synthèse Kornberg était – composée de six étudiants en génie mécanique, génie océanique, génie électrique et informatique – a réfléchi à des solutions. La plupart des solutions, dit Kornberg, impliquaient un robot autonome qui prendrait en charge le retournement des sacs. C’est au cours de cette classe qu’est née la version originale de l’« Oystamaran », un catamaran doté d’un mécanisme de retournement entre ses deux coques.
Les élèves pilotent le robot « Oystamaran » à distance depuis le bateau. Crédit : John Freidah, MIT MechE
L’implication de Ward dans le projet a été importante pour son évolution. Il dit avoir examiné de nombreux projets dans le cadre de son travail au sein de comités consultatifs qui proposent de nouvelles technologies pour l’aquaculture. Souvent, ils ne correspondent pas aux défis réels auxquels l’industrie est confrontée.
« C’était toujours ‘J’ai déjà ce véhicule télécommandé ; Cela vous serait-il utile, en tant qu’ostréiculteur, si j’utilisais une sorte de capteur ? » Dit Ward. « Ils essaient d’intégrer la robotique dans l’aquaculture sans aucune collaboration avec l’industrie, ce qui conduit à un produit robotique qui ne résout aucun des problèmes que nous rencontrons à la ferme. Avoir l’opportunité de travailler avec le MIT Sea Grant pour vraiment repartir de zéro a été passionnant. Leur approche a été : « Quel est le problème et quelle est la meilleure façon de le résoudre ? » Nous avons un réel besoin de robotique en aquaculture, mais vous devez vous y prendre du point de vue du client d’abord, pas de la technologie d’abord. »
Triantafyllou dit que bien que la tâche effectuée par le robot soit similaire au travail effectué par des robots dans d’autres industries, la « difficulté particulière » rencontrée par les étudiants lors de la conception de l’Oystamaran était son environnement de travail.
“Vous avez un engin flottant, qui doit être automoteur, et qui doit trouver ces objets dans un environnement qui n’est pas soigné”, explique Triantafyllou. « C’est une combinaison de vision et de navigation dans un environnement qui change, avec les courants, le vent et les vagues. Très vite, cela devient une tâche compliquée.
Kornberg, qui avait construit le mécanisme de retournement central d’origine et la structure de base du navire en tant que membre du personnel du MIT Sea Grant après avoir obtenu son diplôme en mai 2020, a travaillé comme instructeur de laboratoire pour la prochaine classe de synthèse liée au projet au printemps 2021. Andrew Bennett, administrateur de l’éducation au MIT Sea Grant, a co-enseigné ce cours, dans lequel les étudiants ont conçu une version 2.0 d’Oystamaran, qui a été testée à Ward Aquafarms et a réussi à retourner plusieurs rangées de sacs tout en étant contrôlé à distance. Les prochaines étapes consisteront à rendre le navire plus autonome, afin qu’il puisse être lancé, naviguer de manière autonome vers les poches à huîtres, les retourner et retourner au point de lancement. Un troisième cours de synthèse lié au projet aura lieu ce printemps.
Bennett dit qu’un résultat de projet idéal serait : « Nous avons prouvé le concept, et maintenant quelqu’un dans l’industrie dit : « Vous savez, il y a de l’argent à faire avec les huîtres. Je pense que je vais prendre le relais. Et puis nous le leur remettons.
Pendant ce temps, il dit qu’un défi inattendu s’est posé pour faire passer l’Oystamaran entre des rangées de sacs à huîtres bien emballées au centre d’un réseau.
« Comment un robot se déplace-t-il entre les choses sans détruire quelque chose ? Il doit bouger d’une manière ou d’une autre, ce qui est un problème de contrôle fascinant », dit Bennett, ajoutant que le problème est pour lui une source d’excitation plutôt que de frustration. « J’aime les nouveaux défis et j’aime vraiment quand je trouve un problème auquel personne ne s’attendait. Ce sont les amusants.
Triantafyllou qualifie l’Oystamaran de « première pour l’industrie », expliquant que le projet a démontré que les robots peuvent effectuer des tâches extrêmement utiles dans l’océan et serviront de modèle pour les futures innovations en aquaculture.
« Juste en montrant le chemin, il s’agit peut-être du premier d’un certain nombre de robots », dit-il. « Cela attirera des talents vers l’agriculture océanique, ce qui est un grand défi, et aussi un avantage pour la société d’avoir un moyen fiable de produire de la nourriture à partir de l’océan. »
