Prosjektnummer
901816
Mekanisk interaksjonsverktøy for uttak av innmat fra torsk (GutOut)
Før årtusenskiffet var det kun mulig å hente ut intakte fraksjoner (som lever, rogn m.m.) fra innmat av torsk ved å gjennomføre manuell sløying. De maskinelle sløyemaskinene som eksisterte da kuttet eller malte opp innmaten til et samfengt restråstoff (jf rapporten “Utnyttelse av fryst lever fra havgående fiskeflåte. Forprosjekt” (RUBIN-rapport 418/70, 1998). I regi av stiftesen RUBIN og andre ble flere forskjellige maskinleverandører engasjert, og det ble satt i gang en serie med prosjekter for å utvikle bedre og mer skånsomme sløyemaskiner.
Etter en FHF-workshop i 2015 var hovedkonklusjonen at det fortsatt var behov hos industrien for å få utviklet ny og forbedret sløyeteknologi for hvitfisk (SINTEF-rapport A27439, 2016). Siden har flere av maskinleverandørene gjennomført prosjekter med særlig vekt på å forbedre eller nyutvikle sløyemaskiner som er mer skånsomme mot innmaten/restråstoffet (slik som Havfront, KM Fish Machinery m.fl.). Her kan det fortsatt gjøres mer på området, men det er likevel tid for å se på automatisering av neste ledd i prosessen hvor man ønsker en automatisk sortering av innmaten i enkelte fraksjoner; slik som lever, rogn, melke/isselje og magesekk m.m.
Næringen ser muligheter for økt verdiskaping rundt høyere utnyttelse av marint restråstoff. Det er et ønske å kunne levere fraksjonerte råstoff fra innmat (av eksempelvis torsk) med høy kvalitet – slik at den kan nyttes i konsumprodukter. Dette vil bidra til økt bærekraft gjennom redusert svinn, bedre arbeidsforhold og økt lønnsomhet.
Utvikling av ny teknologi for å kunne effektivt sortere slo er nødvending for å oppnå bedre utnyttelse av restråstoffet. I dag er dette i all hovedsak en manuell operasjon, selv om det finnes delautomatisert løsning for assistert uttak av lever. Markedsprosjekter innen utnyttelse av restråstoff påpeker at det finnes et stort potensiale. En forskningsrapport fra Møreforsking ” (Møreforsking, rapport nr. Å0802, 2008) fastslo at for flere i næringen har 1/3 av lønnsomheten kommet fra utsortert restråstoff. For å kunne levere jevnt i større volum på en effektiv og lønnsom måte, krever automatisert sortering.
Denne problemstillingen har blitt mer aktuell som følge av nyvinninger og stor utviklingshastighet innen bruk av maskinsyn og maskinlæring for å oppnå automatiske/robotiserte løsninger. Industrielt vil det nå være mulig å skille de ulike slofraksjonene ved bruk av maskinsyn mens de er samfengte. Nå er den største utfordringen å utvikle interaksjonsverktøy eller metoder som er i stand til å holde de enkelte fraksjonene intakte, og automatisere sorteringen for videre håndtering og bearbeiding.
Interaksjon med myke, skjøre, og glatte objekter er krevende, også for mennesker. Per i dag eksisterer det ingen ferdigutviklede løsninger for denne typen autonom skånsom sortering. For å løse utfordringen med helautomatisert sortering av innmat fra torsk eller fisk generelt er det nødvendig å utvikle en måte å ta ut innmat som skånsomt separerer de enkelte fraksjonene for videre automatisert håndtering og prosessering.
Rent mekanisk er det utfordrende å separere fraksjonene. Innmaten er en samfengt masse som delvis er forbundet med hinner mellom organene. Lever utnyttes hele året, og skånsom, automatisert uttak og sortering av lever vil kunne øke anvendelsesområde, kvalitet, inntjening og lønnsomhet. Rogn er ofte bedre betalt, men er en sesongvare. Hovedfokuset i prosjektet vil være å finne gode løsninger som muligjøre automatisert sortering av lever og rogn. Utviklingprosessen vil også kunne medføre at man ser kombinasjonsløsninger som muligjør bedre utnyttelse av melke og magesekk. I dag blir hvitfiskgonader og annet restråstoff i stor grad sendt til ensilasje, og i mindre grad sortert ut i enkeltfraksjoner. Det som blir sortert i enkeltfraksjoner gjøres gjennom manuelt arbeid. Automasjonsløsninger for sortering av slo er ikke kommet på plass grunnet mangel på løsninger for skånsom separering og håndtering. Eksempelvis er rogn utfordrende fordi rognposen lett sprekker.
SINTEF Ocean har tidligere gjennomført flere prosjekter som er av relevans for satsningen mot bedre nyttegjørelse av restråstoff fra torsk. I prosjektet “Teknologi for fraksjonert uttak og sortering av restråstoff fra sild” (Fossum, et al. 2012) ble det jobbet med teknologi for automatisk separasjon, identifisering og manipulering av utvalgte restråstoffraksjoner fra NVG (norsk vårgytende) sild. Gjennom dette prosjektet ble det skissert og testet flere mulige konsepter for separasjon og manipulering. Det ble gjennomført et videreførings-prosjekt (“Fraksjonert uttak og sortering av restråstoff fra NVG-sild” 2012–2017) der det ble utviklet et maskinsyn-system for sortering av fraksjoner fra restråstoff av sild (Guttormsen, et al. 2016). Systemet benyttet NIR-laser-scattering for å skille rogn fra melke og øvrige fraksjoner. Resultatet viste at KI (kunstig intelligens) sammen med maskinsyn kunne skille 100 % mellom rogn, melke og buklist på sild. I prosjektet ble det testet et konsept som baserte seg på at fraksjonene ble avbildet i fritt fall og deretter separert mekanisk i flere omganger på transportbånd. Her ble det testet ut tre forskjellige mekanismer som vakuumsug, utbørsting og glipper mellom bånd.
Gjennom prosjekter som “Innovativ og fleksibel teknologi for norsk matvareproduksjon” (iProcess) (Norges forskningsråds prosjektnr. 255596), GentleMAN – Skånsom og avansert robotisert manipulasjon av 3D-føyelige objekter (Norges forskningsråds prosjektnr. 299757) og BIFROST – Et Visuell-Taktil persepsjons- og styringsrammeverk for avansert manipulasjon av føyelige objekter (Norges forskningsråds prosjektnr. 313870) har SINTEF Ocean bygd opp stor kompetanse på utvikling av verktøy for skånsom interaksjon med skjøre objekter. Eksempelvis jobbes det med utviklingen av helt ny menneskeliknende griper, og helt ny type sensorikk som kan kjenne og forstår kontakten den har med objektene (Lillienskiold 2021).
SINTEF Ocean har også gjennomført flere andre prosjekter med relevant teknologiutvikling. I en serie av prosjekter ble det blant annet jobbet med maskinsynssystem med 2D- og 3D-avbildning, samt laser, for individbasert sortering av sild og makrell (form, farge, overflate (sår/skader) med mer). En prototype i industriell skala ble bygget av MMC Tendos. Fullversjon ble beregnet til å kunne håndtere 50 tonn sild per time og sortere i inntil 7 klasser.
I 2007 ble det gjennomført et forprosjekt for automatisk utsortering av torskemager fra øvrig slo (Østvik og Njaa 2007). Konklusjonen i dette prosjektet var at maskinell løsning for sortering/rensing av mager fra øvrig slo kan løses ved hjelp av manuell opphenging og innmating av råstoffet.
Tidligere forskning fra 2009 på deteksjon av ulike fraksjoner fra restråstoff fra torsk, viser at det er vanskelig å skille disse fra hverandre kun med fargebilder og statistiske metoder (Mathiassen 2009). Resultater publisert i en artikkel fra 2015 (Lukasz, et al. 2015) viser at med riktig utvalg av synlige og nærinfrarøde spektralbånd er det mulig å detektere fraksjonene fra hverandre med stor nøyaktighet. Ut fra tidligere arbeider synes det som om at en kombinasjon av tilpassede maskinsynteknikker vil kunne detektere og klassifisere fraksjonene. En forutsetning for et helautomatisert sorteringssystem for innmat fra torsk er et mekanisk system som kan samhandle med maskinsyn og eventuelt robotiserte løsninger.
Hovedmål
Å identifisere og teste konsepter for mekanisk utskilling av fraksjonene i innmat fra torsk.
Delmål
A. Å gjennomføre en kunnskapsstatus på området.
B. Å identifisere eksisterende løsninger for utsortering av fraksjoner i innmat.
C. Å teste de eksisterende løsninger for skånsom utsortering av lever og rogn.
D. Å spesifisere alternative konseptuelle løsninger som grunnlag for å utvikle kommersielle metoder for automatisk sortering av restråstoff.
Av tilgjengelig restråstoff fra sjømatsektoren i Norge utgjør andelen som er uutnyttet 17 %. Av det uutnyttede volumet står lakseblod for ca. 18 % (35 000 tonn), skalldyr for ca. 5 % (9 000 t) og hvitfisk samlet ca. 77 % (140 000 t). For hvitfisk var utnyttelsesgraden 56 % i 2021, og av disse 140 000 tonnene har hoder og slo til sammen stått for omtrent 25 % av volumet de siste årene (Myhre, et al. 2022). I 2019 ble det fanget 330 000 tonn torsk i Norge. Etter Fiskeridirektoratets omregningsfaktorer utgjør torskeslo 15 % av rundvekt, i 2019-tall tilsvarer det 49 500 tonn. Dersom 1/3 av torskesloet kan utnyttes er det 16 500 tonn restråstoff som kan videreforedles. Ved en økt inntjening på 3 kr/kg vil det gi en direkte merverdi på 49,5 millioner kr. I tillegg kommer ringvirkninger og miljøhensyn/bedre utnyttelse av ressurser.
En effektiv og mer automatisert sortering av slo fra torsk vil øke mulighetene for bedre utnyttelse av fisken, både til mat og som fôringredienser. Dette vil øke inntjeningen, forbedre arbeidsmiljø og gi økt miljømessig bærekraft. Det er også internasjonalt økt fokus på bedre utnyttelse av ressurser.
I tett samhandling med utstyrleverandører vil løsninger som utvikles i prosjektet føres videre av norske utstyrleverandører og styrke deres posisjon både nasjonalt og internasjonalt i samhandling med næringen og FoU. Dette prosjektet vil legge premissene for videre utvikling av automatisert uttak av restråstoffraksjoner. Teknologi for å identifisere og klassifisere fraksjonene av innmat med maskinsyn er løsbart, men mangel på gode løsninger for å gjøre den fysiske sorteringen mangler. En god løsning for fysisk sortering i kombinasjon med maskinsyn og robotiserte løsninger er derfor av stor interesse i næringen.
Sluttrapporten og dokumentasjonen av arbeidet er ment for utstyrsleverandører, prosesseringsanlegg og videre FoU-arbeid. De enkelte aktørene kan ta med seg resultatene som et grunnlag for videre utvikling.
Arbeidet er delt opp i tre faglige arbeidspakker:
AP1: Kunnskapsstatus og arbeidsseminar
AP2: Konsepter for separering
AP3: Interaksjons- og separasjonsforsøk
Arbeidet i AP2 og AP3 henger tett sammen, og gjennomføres iterativt. Arbeidet med å utvikle og bygge konsepter ligger i AP2, mens testing av disse ute på anlegg ligger i AP3.
AP1: Kunnskapsstatus og arbeidsseminar
Mål
Forankre utviklingen av konsepter i næringen, og lytte til erfaringer hos både utstyrsleverandører og prosesseringsanlegge. (I henhold til delmål A og B).
Eksisterende løsninger for mekanisk utsortering av fraksjoner i innmat identifiseres. Det utarbeides et dokument som beskriver eksisterende teknologi for utsortering av restråstoff. Både utstyr som gjelder villfisk, oppdrettsfisk og tilsvarende utstyr for bruk i andre anvendelser, f.eks. kylling, gris eller storfe er aktuelle for vurdering. Det gjøres en kort vurdering på anvendbarhet/mulighet for overføring av teknologiene til bruk på restråstoff av hvitfisk.
Arbeidspakken består også av en dagssamling arrangert i regi av SINTEF. Målet er å samle både aktører fra prosesseringsbransjen og teknologileverandører til en gjennomgang av utfordringene. Det vil bli kjørt en kreativ idédugnad med søkelys på konsepter og metoder for fysisk interaksjon for separering av fragmentene. Dersom noen av aktørene som deltar er kjent med eksisterende teknologi vil denne diskuteres på dagssamlingen. Arbeidsseminaret planlegges gjennomført ved et anlegg i produksjon, slik at det er mulig å observere hvordan råstoffet fremtrer og behandles.
AP2: Konsepter for separering
Mål
Finne, utvikle og teste konsepter for skånsom separasjon av innmatsfraksjoner, tester utføres i laboratoriemiljø hos SINTEF Ocean. (I henhold til delmål D).
Konseptuelle interaksjonsmetoder for separasjon av innvollene til torsk utforskes. Det vil være metoder som tilhører TRL1, TRL2 og opp mot TRL3 (TRL=technology readyness level). Konseptene vil bli diskutert i en sluttrapport, hvor interaksjonen beskrives. Videre arbeid med konseptene vil bero på innspill fra AP1. Ideer som kommer fram i AP1 vil bli vurdert opp mot hva som vil være praktisk løsbart og funksjonelt. De tre mest lovende konseptene vil bli tatt videre i undersøkelsen av hvilke system som kan videreføres til industriell bruk. Det skal gjennomføres flere eksperimenter på anlegg, hvor de utvalgte konseptene kan testes, utbedres, og testes på nytt. Om man ser tidlig i utviklingen at et konsept ikke fungerer eller ikke er levedyktig kan dette byttes ut til fordel for andre konsepter med potensiale. Utstyr utviklet for interaksjonen retter seg især mot håndtering av torskelever, men metoder som egner seg for rogn og øvrige fraksjoner vil også vurderes underveis. Lever er særlig interessant som fokus siden det er mulig med et helårlig produksjonsuttak.
AP3: Interaksjons- og separasjonsforsøk
Mål
Teste konsepter fra AP2 for interaksjon med ferskt råstoff på anlegg. (I henhold til hovedmål og delmål C og D)
Dersom det gjennom arbeidet i AP1 oppdages eksisterende løsninger for mekanisk utsortering av fraksjoner i innmat, vil disse om mulig testes ut på et anlegg. Dersom det ikke er mulig å slippe til for å fysisk teste løsningene vil funksjon undersøkes gjennom intervju med brukere av utstyret.
For å kunne konkludere rundt videreføring av valg av muliggjørende teknologi vil det være nødvending å utføre mer inngående, fysiske interaksjons- og separeringsforsøk. En enkel rigg konseptualisert og bygget gjennom AP1 og AP2 testes ut. Hensikten med rigg vil da være å få et bedre inntrykk av om prinsippene kan fungere for å automatisk separere fraksjoner av restråstoffet.
Lever fra villfanget torsk og lever fra oppdrettstorsk kan være vesentlig forskjellig fra hverandre. Særlig med tanke på størrelse, konsistens, farge eller forekomst av grønnlever/misfarging. Noen av disse forskjellene kan ha innvirkning på hvordan leveren må håndteres. Derfor er det ønskelig å teste både på villfisk og oppdrettsfisk.
Det er gjort en vurdering av ønskelige prosesseringsmaskiner som skiller ut restråstoff. Kvaliteten er variabel, og det er viktig å ta høyde for at anleggene har en variasjon i utstyr. Råstoffet som skal gå til fraksjonering bør reflekterer den faktiske situasjonen. Basert på denne vurderingen ønsker man å sammenlikne det nyeste og mest avanserte (“state-of-the-art”) innen maskinsløying med manuell sløying. Det er da muligheter for testing i eksempelvis Myre, Båtsfjord og/eller på Dønna. Tilgangen på anlegg er viktig å avklare så tidlig som mulig etter prosjektets oppstart.
Formidling av temaet, prosjektet og resultater er svært viktig for å sikre at ny kunnskap kommer næringen til nytte og tas i bruk. Dette vil man gjøre gjennom faktaark, deltakelse på LofotFishing, video-dokumentasjon og nettsider. Både utstyrsleverandører og brukerbedrifter vil også knyttes nært opp til prosjektet gjennom deltakelse i arbeidsseminar og i referansegruppen. Direktekontakt med næringen vil her være vel så viktig som annen formidling.