你吃的農(nóng)作物可能是機器人生產(chǎn)的

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隨著科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，自動化控制技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中扮演了越來越重要的角色。農(nóng)業(yè)自動化能夠大大提高勞動生產(chǎn)率，減輕勞動者的負(fù)擔(dān)。為了降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，機械化、自動化、精確化成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然發(fā)展趨勢。農(nóng)業(yè)機器人是農(nóng)業(yè)自動化的重要應(yīng)用之一，它改變了傳統(tǒng)的勞動方式，極大地提高了效率，促進了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。而且它可以在任何天氣條件下工作，也能有效減少農(nóng)藥使用對土壤、水源等自然資源的破壞以及對人類的有害影響。在全球范圍內(nèi)，由于缺乏熟練的勞動力、勞動人口老齡化等原因，勞動力短缺成為一個比較突出的問題。僅在美國，每年因勞動力短缺造成的農(nóng)作物減產(chǎn)，就使經(jīng)濟損失高達31億美元。此外，2009—2050年，世界人口的增長預(yù)計將超過1/3，即增長23億人口，全球食品需求也會日益增加，發(fā)展中國家城市人口的增加和生活質(zhì)量的提高是促進作物生產(chǎn)需求的主要因素，特別是新鮮農(nóng)作物和動物蛋白方面。另一方面，美國40%的農(nóng)業(yè)支出是花在勞動力成本上，比如雇員的工資。而淡水和可耕地等自然資源有限，加上幾種主要農(nóng)作物的產(chǎn)量有下降趨勢，這促使種植戶引進創(chuàng)新的農(nóng)業(yè)設(shè)備，以提高盈利能力?？偟膩碚f，人們對于降低農(nóng)業(yè)成本、提高產(chǎn)量和收益率、節(jié)約自然資源的需求越來越大。

機器人深入農(nóng)業(yè)各個領(lǐng)域

隨著智能技術(shù)的進步，機器人在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，同時也促進了農(nóng)業(yè)自動化的發(fā)展。農(nóng)業(yè)機器人是一種可由不同程序軟件控制，以適應(yīng)各種作業(yè)，能感覺作物種類或環(huán)境變化的新一代無人自動操作機械。不同類型的機器人被用于不同的細分領(lǐng)域，包括農(nóng)作物種植、牲畜管理、水產(chǎn)養(yǎng)殖、林業(yè)和果園等。由于室內(nèi)農(nóng)場的大量出現(xiàn)，采摘機器人成為發(fā)展最快的一類機器人。目前，它們只被用于采摘高價值的水果和蔬菜，但隨著市場的成熟，其他農(nóng)作物也會被納入應(yīng)用范圍。盡管室內(nèi)農(nóng)業(yè)的發(fā)展勢頭良好，但全球通過室內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品總量遠不及室外農(nóng)業(yè)。因此，室外農(nóng)業(yè)對于機器人的需求也很大，其中主要包括除草機器人和機器人拖拉機，它們可以幫助種植者減少農(nóng)作物的損失和燃料消耗。2018年農(nóng)業(yè)機器人和機電一體化市場價值約為235億人民幣，專家預(yù)計在2019—2024年，其年均復(fù)合增長率將達到24.2%。其中，主要的市場趨勢包括：在室內(nèi)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，大型農(nóng)場正利用機器人來代替人工操作，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的自動化，這一改變導(dǎo)致2017年全球勞動力比2016年減少了22%。大型室內(nèi)工業(yè)農(nóng)場正在利用水培技術(shù)，其中包括高科技的管道和過濾系統(tǒng)，來有效減少土壤徑流的浪費以及殺蟲劑的使用。室內(nèi)農(nóng)業(yè)和機器人的結(jié)合有望提高生產(chǎn)效率和農(nóng)作物產(chǎn)量，從而推動農(nóng)業(yè)機器人和機電一體化市場的發(fā)展。2018年，在農(nóng)業(yè)機器人和機電一體化領(lǐng)域，北美市場所占份額最大，約為42%，其次是歐洲和亞太地區(qū)。其中，美國是最大的自動拖拉機市場之一。推動北美市場發(fā)展的主要因素是大規(guī)模的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、勞動力的減少以及從業(yè)者想要提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率。雖然人口增長和耕地減少使亞太市場發(fā)展很快，但由于其中一些國家擁有大量的廉價勞動力，機器人技術(shù)的普及率仍然很低。

農(nóng)業(yè)機器人打造多元應(yīng)用場景

現(xiàn)如今，機器人在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用已涵蓋多個方面，較為常見的有6個方面：首先，無人機航空成像。無人機是最早被農(nóng)業(yè)工作者采用的機器人應(yīng)用之一，這要歸功于它的一些明顯優(yōu)勢，比如省時省力，無須工作者外出查看作物等。這些無人機配備了多光譜和照相機，可以監(jiān)測作物所受的影響、植物的生長和預(yù)測產(chǎn)量。而更先進的無人機能夠攜帶和運送有效載荷，如除草劑、化肥和水等；第二，除草和噴藥。研究人員利用雜草圖像數(shù)據(jù)庫來訓(xùn)練機器人，用于檢測和清除雜草，或者直接在雜草而不是植物上施用殺蟲劑。隨著越來越多的雜草對殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性，利用噴藥和除草機器人將為種植者節(jié)約大量成本，并促進環(huán)境保護；第三，自動轉(zhuǎn)向和導(dǎo)航。利用定位系統(tǒng)和智能手機，種植者可以讓拖拉機和其他農(nóng)業(yè)設(shè)備在農(nóng)田里自動運行，并實時追蹤其準(zhǔn)確位置和進度。這些設(shè)備大多數(shù)精度高，而且可以自動適應(yīng)各種地形；第四，水果采摘。目前，利用機器人進行采摘的農(nóng)作物包括草莓、黃瓜和蘋果等。僅在2016年，美國就有超過700萬噸的蘋果是人工采摘的，工資上漲、勞動力短缺使得種植者面臨巨大挑戰(zhàn)。而結(jié)合圖像處理和機械臂的機器人可以幫助他們進行水果的質(zhì)量控制和分類；第五，溫室采摘。利用機器視覺工具和機器人技術(shù)，農(nóng)業(yè)機器人可用于采摘西紅柿和草莓等高價值作物。采摘機器人能夠在溫室中準(zhǔn)確識別成熟和未成熟的作物并采摘它們；最后，溫室材料處理。溫室材料處理機器人可以幫助種植者執(zhí)行一些任務(wù)，如處理作物間距。它們通過優(yōu)化布局、降低非人工生產(chǎn)成本來提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少水、殺蟲劑、除草劑和化肥的使用量。

技術(shù)是重點，中國迎來良好發(fā)展期

農(nóng)業(yè)機器人市場的發(fā)展趨勢表明，相關(guān)企業(yè)目前還是專注于通過合作或引入新技術(shù)，進行產(chǎn)品的研發(fā)和升級，以提高公眾對現(xiàn)有產(chǎn)品和技術(shù)的認(rèn)識，同時填補供應(yīng)缺口，實現(xiàn)生產(chǎn)的可持續(xù)性。此外，為了促進農(nóng)業(yè)機器人的發(fā)展，各國政府、私營企業(yè)、研究機構(gòu)正在做出大量努力，以尋求增加全球糧食生產(chǎn)的解決方案。技術(shù)方面，預(yù)計在未來10年，無人機的應(yīng)用范圍最廣。中國是無人機的主要生產(chǎn)國之一，但北美和歐洲仍處于市場領(lǐng)先地位。與發(fā)達國家相比，中國農(nóng)業(yè)機器人起步較晚，但隨著國家經(jīng)濟和科技的快速發(fā)展以及農(nóng)業(yè)自動化和城鎮(zhèn)化進程的不斷加快，國家加大了對農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的扶持力度，比如政府方面發(fā)布了《農(nóng)機裝備發(fā)展行動方案》等系列文件，要求利用農(nóng)業(yè)機器人等農(nóng)業(yè)機械的有效供給能力，提升現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，促進我國從農(nóng)機制造大國向農(nóng)機制造強國轉(zhuǎn)變。

雖然中國農(nóng)業(yè)機器人已經(jīng)迎來了良好發(fā)展期，但還面臨著技術(shù)上的難題。因為中國地形復(fù)雜，大面積成片的土地較少，這對機器人的適應(yīng)性提出了更高的要求，相應(yīng)地，在成本和技術(shù)落地上就更為困難。所以，中國的農(nóng)業(yè)機器人研發(fā)主要從兩個方面進行突破：一方面是研發(fā)類似于機械手的農(nóng)業(yè)機器人，這種機器人不需要移動，受地形限制較小，但需要考慮作業(yè)對象的力學(xué)特征、生理特征等因素；另一方面是研發(fā)更加智能的農(nóng)業(yè)機器人，這種機器人能夠自動行走和工作，具備獨立路徑規(guī)劃、智能避障、精準(zhǔn)探測定位等功能。盡管農(nóng)業(yè)機器人和機電一體化正在快速發(fā)展，但其廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)仍需解決很多的問題。我們?nèi)蕴幱谵r(nóng)業(yè)機器人發(fā)展的起步期，大部分產(chǎn)品也只處于早期研發(fā)和試驗階段。但隨著技術(shù)的不斷進步以及高清攝像機和障礙物檢測傳感器的應(yīng)用，農(nóng)業(yè)機器人的性能有望得到提升。