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機(jī)器人
機(jī)器人耕作
- 摘要：“農(nóng)業(yè)很容易受到氣候變化的影響，因此天氣也是破壞農(nóng)業(yè)發(fā)展的因素之一。所以可持續(xù)發(fā)展很重要。”這些特性要求農(nóng)民通過可持續(xù)的方式，種植出更多高質(zhì)量的農(nóng)作物。投入機(jī)器人農(nóng)作——在提高生產(chǎn)量的同時，也減少了資源消耗，這將會令農(nóng)業(yè)勞動成為一個令人興奮的高科技職業(yè)。
隨著人口的不斷增長，農(nóng)民們因此承受著養(yǎng)活更多人的壓力。據(jù)聯(lián)合國預(yù)測：到2050年，世界人口將從現(xiàn)在的73億上漲到97億。但人口增長，人類對他們的食物的要求也不斷提高了。2014年，僅在歐盟，有機(jī)食品市場占有率增長了7.4%，銷售額達(dá)240億歐元。除了有機(jī)食品外，農(nóng)民還通過減少水和殺蟲劑的使用量，整體推動綠色農(nóng)業(yè)進(jìn)程。
德國創(chuàng)新公司DeepfieldRobotics的比吉特?舒爾茨(BirgitSchulz)表示：“農(nóng)業(yè)很容易受到氣候變化的影響，因此天氣也是破壞農(nóng)業(yè)發(fā)展的因素之一。所以可持續(xù)發(fā)展很重要。”
這些特性要求農(nóng)民通過可持續(xù)的方式，種植出更多高質(zhì)量的農(nóng)作物。然而，隨著大量青年放棄了這一職業(yè)，實(shí)現(xiàn)這一愿景的可用勞動力也越來越少。投入機(jī)器人農(nóng)作——在提高生產(chǎn)量的同時，也減少了資源消耗，這將會令農(nóng)業(yè)勞動成為一個令人興奮的高科技職業(yè)。
瓦特寧根大學(xué)農(nóng)業(yè)科技小組負(fù)責(zé)人阿爾伯特?范?維恩(EldertvanHenten)曾談到：“幾乎沒有人愿意每天早上五點(diǎn)就起床，農(nóng)作是一件又累又臟的活!但未來農(nóng)業(yè)的高科技性質(zhì)會吸引大量的人加入這一行業(yè)，其中也包括曾放棄農(nóng)業(yè)的人。”
機(jī)器人只是統(tǒng)籌推進(jìn)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的一部分。但鑒于這一可能，歐洲已經(jīng)資助了至少六個機(jī)器耕作項(xiàng)目。
然而，在一個成熟的自動化農(nóng)場上，我們需要做的事情還很多。
如種植農(nóng)作物，機(jī)器人需要自主操控環(huán)境和在固定位置執(zhí)行操作，如：采摘果實(shí)，噴灑農(nóng)藥，播撒種子，觀察植物和數(shù)據(jù)測量。溫室內(nèi)的移動通常很簡單，因?yàn)榄h(huán)境大多都是精心設(shè)計(jì)的，而且符合機(jī)器人移動到預(yù)測位置的軌跡。但在戶外作業(yè)時，機(jī)器人需要預(yù)先接受一組計(jì)劃，掌握其在農(nóng)田中的工作位置。
當(dāng)了解了自己的運(yùn)行軌跡后，機(jī)器人便通過GPS定位系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)確定自己的操作路徑。當(dāng)任務(wù)是遵循一個未知的軌跡，如作物行時，視覺導(dǎo)航系統(tǒng)可以幫助機(jī)器人找到正確的路線。機(jī)器人通過無線連接一個中心操控器，不斷接受新的任務(wù)指令并報(bào)告狀態(tài)和數(shù)據(jù)。當(dāng)然，想要這兩項(xiàng)同時進(jìn)行的話，自動化農(nóng)田機(jī)器人還需要更聰明的控制器，本地化設(shè)置和通訊系統(tǒng)。
從某種程度來說，這項(xiàng)科技就類似于應(yīng)用于農(nóng)業(yè)上的無人駕駛汽車。不同之處在于：農(nóng)田機(jī)器人需要經(jīng)常操控自身環(huán)境，采摘蔬果，以本地化的方式噴灑殺蟲劑以及播種。但這些任務(wù)都需要傳感系統(tǒng)、操控系統(tǒng)以及自動運(yùn)行。
最近結(jié)束的一個項(xiàng)目RHEA研發(fā)出一系列帶有傳感器的拖拉機(jī)和空中機(jī)器人，它們可以區(qū)分出雜草和農(nóng)作物，并將除草劑噴灑在需要的位置。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人巴勃羅?岡薩雷斯?德?桑托斯(PabloGonzalezdeSantos)解釋了哪些技術(shù)是現(xiàn)在可行的：
“自動化機(jī)器人已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)化活動中。諸如耕種、收獲等常規(guī)任務(wù)，都可以使用自動化機(jī)器人，它擁有汽車提供的準(zhǔn)確度(當(dāng)使用GNSS技術(shù)時誤差為±2厘米)。執(zhí)行其他任務(wù)使用視覺導(dǎo)航系統(tǒng)追蹤軌跡時，精確度可達(dá)±7厘米。”
當(dāng)涉及到使用機(jī)器人和智能工具時，未來將會是一派光明。“自動化拖拉機(jī)配備著除草劑噴霧，無人機(jī)配備著雜草監(jiān)測系統(tǒng)，二者相互配合，可以節(jié)省75%的除草劑。而搭配車載化雜草監(jiān)測系統(tǒng)的自動化拖拉機(jī)可以清除田野里90%的雜草。博世企業(yè)啟動的DeepfieldRobotics也做可持續(xù)耕作技術(shù)的研發(fā)。比吉特?舒爾茨談到：“我們的產(chǎn)品主攻傳感器網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器人。”
他們的機(jī)器人操控并檢測種植物，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給農(nóng)民，以幫助他們優(yōu)化育種。如果裝備上“雜草穿孔機(jī)”，機(jī)器人可以直接將雜草堆到地上。DeepfieldRobotics還提供智能傳感器，可以在田野中定位。他們已經(jīng)在農(nóng)場上部署了網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測蘆筍的生長土壤環(huán)境。
(圖為DeepfieldRobotics)
然而還有很多挑戰(zhàn)在等待著我們。巴勃羅?岡薩雷斯?德?桑托斯說到：“我們要求現(xiàn)有技術(shù)能識別各類水果，并分析他們在惡劣的條件的成熟程度(變化的光照條件,存在灰塵、極端溫度、風(fēng)力變化),以及檢測雜草。
我們也需要增強(qiáng)機(jī)器人的定位準(zhǔn)度，來幫助農(nóng)藥應(yīng)用程序優(yōu)化和校準(zhǔn)操作精確度。盡管工業(yè)機(jī)器人在工廠中展示了自己良好的準(zhǔn)確度和速度，但由于目標(biāo)對象太過柔軟纖細(xì)，目標(biāo)環(huán)境障礙重重，它們在農(nóng)業(yè)的應(yīng)用受到了很大的限制。
想像一下，要從眾多植物中找到一個甜椒，這或許比從裝配線抓住一顆螺絲釘更難吧!事實(shí)證明，甜椒的采摘也是歐盟繼Crops方案后，展望2020計(jì)劃中Sweeper方案里的項(xiàng)目之一。
阿爾伯特?范?維恩說：“除了視覺導(dǎo)航系統(tǒng)，觸覺傳感器也有助于在農(nóng)忙時采摘甜椒。農(nóng)民肯定要用到觸感。”
(圖為Sweeperproject)
然而，企業(yè)想要進(jìn)入這一農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人缺乏明確的監(jiān)管卻仍是一個令人頭疼的問題。
巴勃羅?岡薩雷斯?德?桑托斯談到：“安全是個重大的問題——機(jī)器人必須檢測周圍情況，并在撞擊等其他意外發(fā)生時，采取相應(yīng)的行動保護(hù)人類、動物以及自己。目前還沒有明確誰該為自動化機(jī)器人造成的傷害負(fù)責(zé)。無人機(jī)的立法也受到限制，即使是為了研究也需要特別授權(quán)。”
比吉特?舒爾茨也認(rèn)為安全和監(jiān)管是至關(guān)重要的，同時他提出了關(guān)于如何“定義和執(zhí)行機(jī)器人的自動化程度”的疑問，以及一系列的后勤問題，包括“怎樣把機(jī)器人運(yùn)送到田地?怎樣使機(jī)器人運(yùn)作更簡單?當(dāng)機(jī)器人被卡住時怎么辦?”。
不過有一個好消息，農(nóng)場已經(jīng)收到了所需的投資，并開始引進(jìn)新技術(shù)。你可以從他們的部分設(shè)備中一睹高科技產(chǎn)品的風(fēng)采。
還有一個鮮為人知的事實(shí)：農(nóng)業(yè)已經(jīng)是采用機(jī)器人最多的領(lǐng)域。萊利公司，總部位于荷蘭，擁有一支超過兩萬的擠奶機(jī)器人大軍，它們遍布世界各地。萊利的AstronautA4box型號機(jī)器人能夠自主選擇奶牛擠奶，無需奶牛工的指揮。機(jī)器人給要產(chǎn)奶的奶牛裝上擠奶杯，為它們擠奶，擠完奶后再將擠奶杯移除。除此之外，機(jī)器人還會采集牛群的數(shù)據(jù)傳送給農(nóng)民，幫助他們監(jiān)測奶牛，這也有助于提高產(chǎn)量。
該公司還研發(fā)了清掃畜棚和給小牛喂奶的機(jī)器人。
(圖為Lely)
未來，將會有更多的機(jī)器人在農(nóng)場協(xié)同配合。在漢諾威工業(yè)博覽會上，代表移動機(jī)器人群的MARS計(jì)劃，表明了云計(jì)算也在向農(nóng)業(yè)方面發(fā)展。通過制造更多簡單靈巧的機(jī)器人，他們希望可以讓農(nóng)業(yè)勞動可以更為安全可靠且多產(chǎn)，同時也避免了大型機(jī)器人壓實(shí)土地。通過一群機(jī)器人輪流充電和維護(hù)，也可以達(dá)成無間斷循環(huán)運(yùn)作。
將機(jī)器人運(yùn)用在農(nóng)業(yè)上是件令人興奮的事。然而我們也需要考慮如何提高作物產(chǎn)量和可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)在進(jìn)行的步驟是在創(chuàng)建“數(shù)字化農(nóng)場”前，先研發(fā)單項(xiàng)作業(yè)的自動化產(chǎn)品，以促進(jìn)農(nóng)民更為完美高效的操作。但我們?nèi)杂性S多工作要做。阿爾伯特?范?維恩認(rèn)為在機(jī)器人真正全面應(yīng)用于農(nóng)業(yè)前，他們應(yīng)該變得更為快速、精準(zhǔn)、100%成功以及低成本。他又補(bǔ)充道，現(xiàn)在的趨勢就是人機(jī)合作。一個人監(jiān)督指揮一群機(jī)器人工作，或是與他們一起勞作。這將會提高機(jī)器人技術(shù)的接受度和可行性，為農(nóng)業(yè)勞動迎接更多的挑戰(zhàn)做準(zhǔn)備。”
來源：文／機(jī)器人庫（簡書作者）
