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未来农业:机器人与你一起“锄禾”

时间:2020-08-30 00:29 点击:
“农业很容易受到气候变化的影响,因此天气也是破坏农业发展的因素之一。所以可持续发展很重要。”这些特性要求农民通过可持续的方式,种植出更多高质量的农作物

  随着人口的不断增长,农民们因此承受着养活更多人的压力。据联合国预测:到2050年,世界人口将从现在的73亿上涨到97亿。但人口增长,人类对他们的食物的要求也不断提高了。2014年,仅在欧盟,有机食品市场占有率增长了7.4%,销售额达240亿欧元。除了有机食品外,农民还通过减少水和杀虫剂的使用量,整体推动绿色农业进程。

  德国创新公司DeepfieldRobotics的比吉特舒尔茨(BirgitSchulz)表示:“农业很容易受到气候变化的影响,因此天气也是破坏农业发展的因素之一。所以可持续发展很重要。”

  这些特性要求农民通过可持续的方式,种植出更多高质量的农作物。然而,随着大量青年放弃了这一职业,实现这一愿景的可用劳动力也越来越少。投入机器人农作——在提高生产量的同时,也减少了资源消耗,这将会令农业劳动成为一个令人兴奋的高科技职业。

  瓦特宁根大学农业科技小组负责人阿尔伯特范维恩(EldertvanHenten)曾谈到:“几乎没有人愿意每天早上五点就起床,农作是一件又累又脏的活!但未来农业的高科技性质会吸引大量的人加入这一行业,其中也包括曾放弃农业的人。”

机器人只是统筹推进精准农业的一部分。但鉴于这一可能,欧洲已经资助了至少六个机器耕作项目。

未来农业:机器人与你一起“锄禾”


  然而,在一个成熟的自动化农场上,我们需要做的事情还很多。

  如种植农作物,机器人需要自主操控环境和在固定位置执行操作,如:采摘果实,喷洒农药,播撒种子,观察植物和数据测量。温室内的移动通常很简单,因为环境大多都是精心设计的,而且符合机器人移动到预测位置的轨迹。但在户外作业时,机器人需要预先接受一组计划,掌握其在农田中的工作位置。

  当了解了自己的运行轨迹后,机器人便通过GPS定位系统和闭环控制系统确定自己的操作路径。当任务是遵循一个未知的轨迹,如作物行时,视觉导航系统可以帮助机器人找到正确的路线。机器人通过无线连接一个中心操控器,不断接受新的任务指令并报告状态和数据。当然,想要这两项同时进行的话,自动化农田机器人还需要更聪明的控制器,本地化设置和通讯系统。

  从某种程度来说,这项科技就类似于应用于农业上的无人驾驶汽车。不同之处在于:农田机器人需要经常操控自身环境,采摘蔬果,以本地化的方式喷洒杀虫剂以及播种。但这些任务都需要传感系统、操控系统以及自动运行。

  最近结束的一个项目RHEA研发出一系列带有传感器的拖拉机和空中机器人,它们可以区分出杂草和农作物,并将除草剂喷洒在需要的位置。项目负责人巴勃罗冈萨雷斯德桑托斯(PabloGonzalezdeSantos)解释了哪些技术是现在可行的:

“自动化机器人已经被广泛应用在农业化活动中。诸如耕种、收获等常规任务,都可以使用自动化机器人,它拥有汽车提供的准确度(当使用GNSS技术时误差为±2厘米)。执行其他任务使用视觉导航系统追踪轨迹时,精确度可达±7厘米。”

当涉及到使用机器人和智能工具时,未来将会是一派光明。“自动化拖拉机配备着除草剂喷雾,无人机配备着杂草监测系统,二者相互配合,可以节省75%的除草剂。而搭配车载化杂草监测系统的自动化拖拉机可以清除田野里90%的杂草。博世企业启动的DeepfieldRobotics也做可持续耕作技术的研发。比吉特舒尔茨谈到:“我们的产品主攻传感器网络和机器人。”

  他们的机器人操控并检测种植物,然后将数据发送给农民,以帮助他们优化育种。如果装备上“杂草穿孔机”,机器人可以直接将杂草堆到地上。DeepfieldRobotics还提供智能传感器,可以在田野中定位。他们已经在农场上部署了网络,监测芦笋的生长土壤环境。


未来农业:机器人与你一起“锄禾”

(图为DeepfieldRobotics)

  然而还有很多挑战在等待着我们。巴勃罗冈萨雷斯德桑托斯说到:“我们要求现有技术能识别各类水果,并分析他们在恶劣的条件的成熟程度(变化的光照条件,存在灰尘、极端温度、风力变化),以及检测杂草。

  我们也需要增强机器人的定位准度,来帮助农药应用程序优化和校准操作精确度。尽管工业机器人在工厂中展示了自己良好的准确度和速度,但由于目标对象太过柔软纤细,目标环境障碍重重,它们在农业的应用受到了很大的限制。

  想像一下,要从众多植物中找到一个甜椒,这或许比从装配线抓住一颗螺丝钉更难吧!事实证明,甜椒的采摘也是欧盟继Crops方案后,展望2020计划中Sweeper方案里的项目之一。

  阿尔伯特范维恩说:“除了视觉导航系统,触觉传感器也有助于在农忙时采摘甜椒。农民肯定要用到触感。”


未来农业:机器人与你一起“锄禾”

(图为Sweeperproject)

  然而,企业想要进入这一农业领域,机器人缺乏明确的监管却仍是一个令人头疼的问题。

  巴勃罗冈萨雷斯德桑托斯谈到:“安全是个重大的问题——机器人必须检测周围情况,并在撞击等其他意外发生时,采取相应的行动保护人类、动物以及自己。目前还没有明确谁该为自动化机器人造成的伤害负责。无人机的立法也受到限制,即使是为了研究也需要特别授权。”

  比吉特舒尔茨也认为安全和监管是至关重要的,同时他提出了关于如何“定义和执行机器人的自动化程度”的疑问,以及一系列的后勤问题,包括“怎样把机器人运送到田地?怎样使机器人运作更简单?当机器人被卡住时怎么办?”。

  不过有一个好消息,农场已经收到了所需的投资,并开始引进新技术。你可以从他们的部分设备中一睹高科技产品的风采。

  还有一个鲜为人知的事实:农业已经是采用机器人最多的领域。莱利公司,总部位于荷兰,拥有一支超过两万的挤奶机器人大军,它们遍布世界各地。莱利的AstronautA4box型号机器人能够自主选择奶牛挤奶,无需奶牛工的指挥。机器人给要产奶的奶牛装上挤奶杯,为它们挤奶,挤完奶后再将挤奶杯移除。除此之外,机器人还会采集牛群的数据传送给农民,帮助他们监测奶牛,这也有助于提高产量。

该公司还研发了清扫畜棚和给小牛喂奶的机器人。

未来农业:机器人与你一起“锄禾”


(图为Lely)

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