随着世界人口的增长,为所有人提供充足的食物需要实现农业增产。局部粮食短缺并非谎言,但从总体上看,人类已经对这一挑战做出了回应。我们生产的食物比一个世纪前多得多,而所需的劳动量却少得多。
农业机器人有望进一步补充和取代人类劳动,而智能农业可以更好地利用土地、水和化学添加剂等资源。这些只是机器人农业的几种可能性,现在虽然还是前沿阶段,在不久的将来可能会变得司空见惯。
通过无人机实现智能农业洞察
甚至在十年前,空中侦察意味着一辆有人驾驶的飞机飞越田野或获取卫星图像,而这两者都相对昂贵。如今,自动化无人机可以进行农业成像,获得相关的最新洞察。这些无人机可以通过 GPS 自主穿越田野,甚至可以自行降落充电或在工作完成后降落。
这种近乎实时的作物监控使农民能够采取行动,迅速处理歉收的作物。另一个令人兴奋的用例是在冬季对未种植的田地进行主动监测,以计算不同地区的生物量损失程度。这些信息可用于绘制详细的施肥图,使产量提高 10% 或更多。
自主农业机器人拖拉机
传统上,一台拖拉机由一个人驾驶。然而,借助先进的自动驾驶系统,个人就有可能远程控制多辆拖拉机,更多地扮演管理者而不是机器驾驶员的角色。这种拖拉机需要进行编程来执行任务,但传感器(如激光雷达、雷达、视觉系统)以及处理这些输入的相应计算能力可以处理通常需要人类注意的日常导航任务。
拖拉机还可以使用地面分析摄像头,对即将播种的区域进行实时有针对性的农药喷洒。这不仅可减少化学成本以及对环境的影响,同时仍然产生与广泛喷洒模式类似的除草效果。虽然这在今天看来是载人拖拉机的应用,但没有理由不把这种杂草感应/农药喷洒整合到未来的(甚至更多)自动化解决方案中。
机器人采摘水果
虽然联合收割机极大地降低了收割谷物的劳动量,但自动化水果采摘目前还没有广泛实施。然而,这项任务的开发正在进行中,采摘机器人的开发至少从 20 世纪 90 年代就开始了。在这些设计中,许多设计采用相当标准的机械臂、定制的末端执行器和视觉传感器来识别和采摘水果。视觉识别可能使机器人能够选择处于最佳成熟期的水果,但伸手够到水果所在的位置,然后实际摘下水果仍然是一个挑战。
一个有趣的采摘概念是 Tevel Aerobotics Technologies 系留无人机平台。Tevel 系统不是使用单个机械臂,甚至没有使用一组机械臂,而是使用一系列拴在移动基站上的无人机,每个无人机都有自己的真空末端执行器。这种设置允许飞行平台的局部自由移动,没有典型的无人机充电问题。Tevel 计划出售这些机器,并提供采摘自动化服务。
垂直室内农业
典型的工厂自动化旨在最大限度地减少可变性,使半成品完成一套预定义的步骤。然而,农业是一种固有的有机操作,受制于不同的环境条件,机器可能难以处理。机器人室内农业旨在以一种有机生命周期的所有方面都得到控制的方式组织植物生长。这样做的一个额外好处是,通常不需要杀虫剂,因为室内环境可以保持无虫害。
垂直农业的概念利用堆叠的“小块土地”来种植植物,使土地面积成倍增加。每一层都使用人工光源,并使用先进的浇灌/施肥系统(如水培法),为根部提供养分。这种农场有可能在消费城市地区附近甚至在城市生产作物,从而节省运输成本。
目前,这类企业的一个例子是 Bowery Farming,它在新泽西州和马里兰州都有工厂,靠近农产品消费地。也许未来的菜市场将不再有卡车将产品运进后码头,而只是在附属的机器人种植装置中成熟后将作物移到店面。
人类领导的自动化农业机器人
虽然自动化在不断进步,但可以肯定的是,人类在未来仍将以某种形式参与农业。如果不出意外,正如 Bowery 新泽西农场运营公司的 Katie Morich 所说,“如果机器人没有人和它说话,它们会很孤独。”或者套用 Warren Bennis 的一句话,“未来的[农场]将只有两个雇员,一个人和一条狗。那个人会在那里喂狗。这条狗会在那里阻止那个人乱碰设备。”
也许这不是农民和狗狗的传统角色,但随着世界人口的增长,我们将需要更智能、更高效的食品生产。在效率提高和可能消除的运输成本之间,(甚至更多的)自动化农业技术可能在未来为我们提供食物。