“地域の宝”をAI画像分析や収穫ロボットで存続させる ~山形大学・片平光彦教授(前編)

地域課題の解決にスマート農業を応用する動きが全国で広がっている。山形県鶴岡市に拠点を置く山形大学農学部は、そんな研究機関の一つ。ドローンロボットによる生育診断や可変施肥、AIを使った枝豆の選別やニワトリの個体管理など、多彩な研究がなされている。

そのなかで、今回は食料生命環境学科の片平光彦教授に、地域密着型の研究についてうかがった。

片平光彦(かたひら みつひこ)
山形大学 農学部 食料生命環境学科 教授


枝豆10kgに8時間かかる選別を、画像処理とAIで自動化

――まず、片平教授が農業ICT、農業IoTを研究するようになったきっかけは何でしょう。

私はもともと秋田県農業試験場で研究員をしていたのですが、そこで枝豆の選別に手間がかかることを知りました。

枝豆の栽培は播種(はしゅ)から収穫まですべて機械化されていますが、収穫後の着色や割れ、奇形、身の入りが悪いといったさやを取り除く作業は人がしています。10kgの枝豆を選別するのに8時間かかるんです。

そこで、画像処理を使って機械で選別できないかと、2004~2007年に農水省の予算をいただいて、メーカーと一緒に画像処理の技術を使って選別する選別機の開発をしました。傷の緑色と黒色を分離して、それぞれの色の割合で傷物かどうかを判断し、さやのわきから光を当てて影の量を測り、厚みと粒の入っている数をカウントしました。

ただ、2007年の時点では能率と精度に課題があり、商品化には至りませんでした。豆をきれいに整列して流さなければならず、かつ良品と不良品の判断の精度が人に比べてずいぶん劣っていたんです。

その後、2009年に山形大学に移り、鶴岡市で高性能な枝豆の選別機を作っている株式会社ガオチャオエンジニアリングと連携し、開発を進めています。画像処理に加え、AIを使えば反応が良くなるのではないかと考えています。選別率は、80%程度に引き上げる見込みです。

10年前はまだ人がいたので、人力で選別できたんですね。でも10年経って選別してくれる人がいなくなったから、選別機が売れるようになったのだと感じます。庄内地方の特産であるだだちゃ豆は、香りも味もいい。ずっと地元で作られてきたそういう食材がなくなることは避けたいと思っています。

焼畑農法で作る温海カブを、収穫ロボットで省力化

――地方にいるからこそ見えるニーズや、感じることがあるのですね。

“地域の宝”をなくしたくない。そういう問題意識で研究しているものに、枝豆の選別機のほかに、鶴岡市の温海(あつみ)地域の「温海かぶ」があります。

山形県と秋田県の一部に、日本では珍しい焼き畑が残っているんです。温海かぶは、木を伐採した後の山で焼き畑をして育てる赤カブです。この農法は、環境の循環を50年サイクルで考えているんです。植樹して、伐採して、焼き払って、カブを植える。そうして、また木を植える。

ただ、農家の平均年齢は70歳を超えています。山を焼いて畑にするので、体力的に負担が大きい。でも農家の方は続けていきたいと考えている。焼き畑で傾斜地ですから、どうしてもカブの生育にはムラが出てしまう。そこで、データをセンシングして生育ムラの要因をつかめないか、ロボットを使って収穫の省力化ができないかと考えています。

災害救助用のロボットを開発したいメーカーと連携します。このメーカーは、まずは傾斜地で作業する技術を高めたいと考えているからです。どこにどのくらいのカブがあるか、探査できるロボットを作る予定です。

あまり高額なものは作りたくないので、シンプルで汎用性が高く、生産者が自分たちでもプログラムを組んでカスタマイズできるようなものにしたいですね。農家の中には若い方もいますし、こういう開発をすることで、興味を持ってくれる若い方が出てきてくれればと思います。

ニーズがあるのに供給できない紅花の収穫をロボットで

――ほかにも、地域ならではの開発や研究があれば教えてください。

紅花の摘み取りができるロボットを開発しています。最上川地域で生産されている「最上紅花」を世界農業遺産に、という話が3年前にあったんです。実際、2019年に日本農業遺産に登録されました。

<参考>
歴史と伝統がつなぐ山形の『最上紅花』~日本で唯一、世界でも稀有な紅花生産・染色用加工システム~ 日本農業遺産認定(平成31年2月15日)

当時、山形県から生産量を増やしたいという話がありました。ただ、花を摘み取る収穫作業が花を包む総苞(そうほう)に鋭いとげがあって痛いうえに、7〜8月の炎天下に作業するため負担が大きい。それを解決する技術がないかと相談を受けました。

ちょうどそのころ、山形大学工学部の先生が紅花に生活習慣病に効く成分が含まれているのを見つけ、効果の証明のため臨床試験をしたいという話になりました。そのためにはある程度の量の花弁がほしい。

ところが、紅花は山形県内で10ヘクタール栽培されているかどうかで、臨床に回せるだけの量がなかったのです。そこで、大学からも何とかしてほしいという話が上がりました。

紅花の収穫ロボット(提供:片平教授)

そこで、紅花の栽培と、収穫用ロボットの開発を始めることになりました。花を認識するAIを使ったプログラムはできていて、運用するめどは立ちました。2017年からは佐賀大学との共同研究で、摘み取り用のアームを作っていて、鶴岡工業高等専門学校に花を摘み取る部分を作ってもらっています。それぞれで開発を進め、組み合わせることで、開発をスピーディーにしています。

現状のロボットの形は、高さが150cmほど、重さが70~80kg。カメラを搭載し、3本のアームを組み合わせた「パラレルリンク」という構造です。ホイールの中にモーターが格納されている中国製のインホイールモーターを使っています。モーターが余計なスペースを取らないためです。また、このロボットに似たタイプで、稲の探査ロボットも開発しています。


国立大学法人 山形大学

【コラム】スマート農業研究第一人者に聞く「スマート農業最前線」
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WRITER LIST

  1. 堀口泰子
    栄養士、食アスリートシニアインストラクター、健康・食育シニアマスター。フィットネスクラブ専属栄養士を経て独立。アスリートの食事指導や栄養サポートの他、離乳食から介護予防まで食を通じて様々な食育活動を行う。料理家としても活動し、レシピ提案、商品開発も担う。食事は楽しく、気負わず継続できる食生活を伝えることを信条とする。スポーツの現場ではジュニアの育成、競技に向き合うための心と体の成長に注力している。HP:https://eiyoushiyakko.jimdofree.com/
  2. 大槻万須美
    管理栄養士・フードスタイリスト。楽しく食べて健康に。食の大切さを伝えるため、料理教室、バレエダンサーやアスリートのパーソナル栄養サポート、レシピ・コラムの提供など幅広く活動。子どもの頃の毎年の米作り経験から、身近な食体験の重要性についても実感し、おとなと子どもの食育サポートにも力を注いでいる。
  3. 田牧一郎
    たまきいちろう。68歳。日本で15年間コメ作りに従事した後、アメリカに移り、精米事業、自分の名前をブランド化したコメを世界に販売。事業売却後、アメリカのコメ農家となる。同時に、種子会社・精米会社・流通業者に、生産・精米技術コンサルティングとして関わり、企業などの依頼で世界12カ国の良質米生産可能産地を訪問調査。現在は、「田牧ファームスジャパン」を設立し、直接播種やIoTを用いた稲作の実践や研究・開発を行っている。
  4. 田中克樹
    たなかかつき。32年間の農業出版社勤務を経て、2020年末、故郷の八ヶ岳南麓に帰郷。仲間と共に農業・福祉系NPOを立ち上げ、遊休農地・耕作放棄地を再生し、心身の癒しや健康づくりにつながる有機無農薬の体験型農園づくりに取り組む。NPOでは田んぼ除草にホバークラフトを活用したスマート技術を開発中。農と風土(フード)を愛する人たち向けのブックカフェ・居酒屋を開くのが夢。
  5. 山田正美
    大阪工業大学大学院修了。福井県職員として、農業試験場研究員、専門技術員、農業技術経営課長、農林水産部技幹を経て退職。現在、日本生産者GAP協会常務理事、日本農業サポート研究所主席コンサルタント。
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