被看好的農(nóng)業(yè)機器人市場

文｜《農(nóng)經(jīng)》特約記者 林苒

在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人工成本已經(jīng)超過整體成本的一半。在這種背景下，如何降低人工成本逐漸成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)注的熱點問題。

日前，中國工程院院士、國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任趙春江在2019 世界機器人大會上表示，智能化的農(nóng)業(yè)農(nóng)機裝備為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率指出了一條路。從長遠看，農(nóng)業(yè)機器裝備發(fā)展到一定程度就會衍生出農(nóng)業(yè)機器人。農(nóng)業(yè)機器人可以全部或部分替代人或輔助人高效、便捷、安全、可靠地完成特定的、復(fù)雜的生產(chǎn)任務(wù)。

農(nóng)業(yè)科技在過去五年間快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機器人早已不再局限于約翰·迪爾（John Deere）的智能拖拉機和農(nóng)業(yè)無人機。北美和歐洲在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機器人的使用方面處于世界領(lǐng)先水平，但亞太地區(qū)（主要是中國和印度）也在快速增長。8 月21 日，2019 世界機器人大會主論壇開幕，其中“WRC2019——機器人農(nóng)業(yè)應(yīng)用專題論壇”于22 日舉辦，來自世界各地的機器人產(chǎn)業(yè)大咖共同聚焦機器人產(chǎn)業(yè)變革時代下的機遇和挑戰(zhàn)。歐洲機器人協(xié)會主席貝恩德·利珀特說，機器人應(yīng)用場景不局限于工業(yè)，如今已向農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域不斷擴展，同時推動著各個行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。此外，隨著5G以及智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，將提供一個更大的平臺，使機器人與5G 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域碰撞出更大的火花。

農(nóng)業(yè)機器人市場潛力巨大

聯(lián)合國預(yù)測，到2050 年，世界人口將從目前的76 億增加到98 億。從這個角度來看，全球豐收倡議組織（GHI）預(yù)計，世界糧食生產(chǎn)國將需要增加70%的產(chǎn)量，以適應(yīng)人口增長。此前GHI 數(shù)據(jù)曾顯示，從2005 年到2019 年，農(nóng)業(yè)就業(yè)人數(shù)預(yù)計減少5800 萬人，減少了11%的農(nóng)業(yè)勞動力。在這樣的情況下，農(nóng)業(yè)機器人也將擁有十分巨大的市場發(fā)展?jié)摿Α?/p>

這同時也對我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，農(nóng)業(yè)機械設(shè)備升級換代蓄勢待發(fā)，國內(nèi)對于自主研發(fā)的農(nóng)用機器人的需求已十分迫切。中國工程院樊邦奎院士表示，我國現(xiàn)有農(nóng)業(yè)存在化肥農(nóng)藥利用率較低、環(huán)境污染嚴(yán)重等諸多痛點問題，而農(nóng)業(yè)智能裝備的開發(fā)和利用則可以有效地解決上述問題，因此機器人將在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域大有作為。

趙春江院士表示，我國與發(fā)達國家水平差距明顯，如農(nóng)牧業(yè)工藝與機械設(shè)備結(jié)合得不夠緊密，國內(nèi)穩(wěn)定性、故障率、易用性等指標(biāo)不理想，生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)效率偏低，智能化程度不高，核心算法的差距顯著。未來的農(nóng)場將是無人農(nóng)場，將會需要大量的農(nóng)業(yè)機器人，國內(nèi)很多單位在探討無人農(nóng)場，也建設(shè)了無人農(nóng)場的示范。

趙春江院士介紹說，農(nóng)業(yè)機器人目前已成為世界熱點。2017—2021 年期間，人工智能在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的年復(fù)合增長率為22.68%。2016 年為27.6 億美元，預(yù)計2020 年為111 億美元，2025 年為308 億美元，主要包括農(nóng)業(yè)無人機、無人拖拉機、智能收獲機、智能除草機、擠奶機器人、農(nóng)業(yè)自動化與控制系統(tǒng)等。農(nóng)業(yè)機器人的廣泛應(yīng)用是人工智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域市場快速發(fā)展的重要因素。

機器人和自動化技術(shù)有潛力大幅提高作物質(zhì)量和產(chǎn)量，減少化學(xué)品使用量，解決勞動力短缺問題，并有助于小型農(nóng)業(yè)經(jīng)營的經(jīng)濟可持續(xù)性發(fā)展。這些因素正在推動整個勞作流程對機器人的強烈需求，包括種植、修剪、除草、取放、分揀、播種、噴灑、收獲和材料處理。而無人機將在農(nóng)業(yè)機器人中占據(jù)主導(dǎo)地位，其次是無人駕駛拖拉機、物料管理機器人、土壤管理機器人和奶場管理機器人。

農(nóng)業(yè)機器人市場在過去幾年經(jīng)歷了快速發(fā)展，目前也已經(jīng)涌現(xiàn)出大量成熟或初創(chuàng)企業(yè)進行開發(fā)、測試，研發(fā)能執(zhí)行各種任務(wù)的農(nóng)業(yè)機器人系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)機器人目前的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括無人駕駛拖拉機、無人機、物料管理、播種和森林管理、土壤管理、牧業(yè)管理和動物管理等。

而且隨著大數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐型農(nóng)業(yè)的興起，未來還將有越來越多的農(nóng)業(yè)機器人開始出現(xiàn)在大眾的視野中。擁有先進人工智能（AI）技術(shù)和內(nèi)置分析系統(tǒng)的機器人正被廣泛應(yīng)用于各種場合。從農(nóng)作物和牛群的管理，到奶牛管理、土壤監(jiān)測和整體農(nóng)業(yè)產(chǎn)量優(yōu)化等。在這些技術(shù)的輔助下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。除了農(nóng)業(yè)無人機和GPS 驅(qū)動的智能拖拉機外，擠奶機器人、無人駕駛噴射直升機和物料管理系統(tǒng)也越來越受歡迎。對水資源的管理和灌溉是農(nóng)業(yè)機器人帶來可觀收益的另一個領(lǐng)域。此外，還有“智能收割機器人”，以及用于農(nóng)場庫存管理的“智能”工具。簡而言之，機器人正在對“數(shù)字農(nóng)場”這一概念進行重新定義。

農(nóng)業(yè)機器人的應(yīng)用領(lǐng)域

作物的微觀監(jiān)測。在美國，農(nóng)場的平均規(guī)模是444 英畝（這個數(shù)字在過去的幾十年里一直相對穩(wěn)定）。因而，對大型農(nóng)田進行人工監(jiān)測變得尤為困難，也增加了更多與農(nóng)業(yè)相關(guān)的不確定性因素。為了降低這種風(fēng)險，農(nóng)業(yè)機器人和無人機就可以發(fā)揮它們的作用了。它們通?？梢岳脧姶蟮膫鞲衅骱蜏y繪技術(shù)，為農(nóng)民們帶來全面、實時的作物信息。部分農(nóng)業(yè)機器人可以非常接近地面作物，以便傳遞非常微觀的作物信息。目前，一些公司已經(jīng)開始著手提供成套的農(nóng)業(yè)硬件和軟件分析工具。

微型噴灑和除草。對于大型農(nóng)田來說，傳統(tǒng)手工噴灑農(nóng)藥和除草過于耗時，而且容易過度使用化學(xué)物質(zhì)，造成浪費，還可能對環(huán)境產(chǎn)生不利影響，微型噴灑和除草機器人在這方面顯得很有優(yōu)勢。用于除草的農(nóng)業(yè)機器人配備了先進的計算機“視覺”，可以準(zhǔn)確識別受雜草侵害的區(qū)域，并在這些區(qū)域噴灑所需用量的除草劑。在某種程度上，這減少了除草劑的使用，也幫助農(nóng)民減少了不必要的開支。此外，農(nóng)民們還可以使用機器人來發(fā)現(xiàn)和鏟除雜草（而非在雜草上噴灑化學(xué)物質(zhì)清除）。每臺農(nóng)業(yè)機器人利用自動除草技術(shù)平均可以殺死約90%的害蟲，同時節(jié)約75%的農(nóng)藥使用量。

無人機和傳感器的使用。到2017 年1 月，全球農(nóng)業(yè)無人機市場的價值已經(jīng)升至3250 萬美元。土地測繪、農(nóng)田害蟲探測和一般的作物檢查等是無人機廣泛應(yīng)用的主要領(lǐng)域。或許在不遠的將來，無人機就能“互相溝通”并實現(xiàn)“團隊合作”，例如，深度的農(nóng)作物處理、灌溉管理和除草。在智能農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，傳感器始終都起著至關(guān)重要的作用。例如，土壤濕度傳感器可以持續(xù)跟蹤土壤狀況（例如濕度水平等），將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端網(wǎng)絡(luò)，并提醒農(nóng)民適時進行灌溉。因此，水資源浪費也減少了。

更有效地采摘、分類和收割。目前專用于采摘和分類“無核小果”的應(yīng)用程序已經(jīng)開始進行測試和部署，這些應(yīng)用程序通常具有這項工作所需的手工靈巧度（而小麥和玉米等作物可以很容易被收割機收割）。配備有真空清除機制和計算機視覺（這樣對作物本身或果實都不會造成任何損害）的自動蘋果采摘機器人開始進入人們的視野，預(yù)計它們將在未來幾年內(nèi)成為絕對的主流。

種植和播種。2016 至2017 年，印度近16%的水果和蔬菜產(chǎn)量流失，谷物的浪費率也高得驚人。實際上，很多浪費僅僅是由于農(nóng)民使用過時的播種方法而造成的。擁有高尖端地理測繪功能的農(nóng)場機器人可以有效防止這種問題。這些農(nóng)場機器人能夠準(zhǔn)確地確定所有相關(guān)的土壤特征，從而使種子在正確的時間播撒在正確的位置。它們還可以為苗圃自動化提供動力，確保對所有的溫室培植進行優(yōu)化，比如盆栽、播種和倉儲。精確播種，在某種程度上，就是讓作物從種子到最后成熟收割的可能性最大化。隨著全球城市化的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機器人正幫助創(chuàng)建、管理和維護室內(nèi)農(nóng)場（在城市環(huán)境中）。

山東省鄒平縣明集鎮(zhèn)億農(nóng)家園植林專業(yè)合作社農(nóng)民遙控植保機器人進行噴藥作業(yè)

雖然應(yīng)用前景廣闊，但農(nóng)業(yè)機器人行業(yè)仍然存在問題。在實際應(yīng)用方面，缺乏統(tǒng)一有效的監(jiān)管對設(shè)備制造商和農(nóng)民來說都是一個大問題。而且機器人的定位精度有待提高，農(nóng)場機器人對人類和環(huán)境的安全系數(shù)是一個未知數(shù)，萬一發(fā)生意外事故的話，責(zé)任劃分將很麻煩。而且為了進行準(zhǔn)確的分析，例如在采摘前確定水果的成熟度，機器人需要考慮溫度波動和光線變化等外部因素，安裝和部署農(nóng)業(yè)機器人需要較大的投資，除非技術(shù)得到改進，否則它們將無法提供物有所值的服務(wù)。如今，農(nóng)業(yè)機器人在作物信息、動植物生理、生態(tài)感知傳感器等方面存在很多壁壘。此外，農(nóng)業(yè)機器人的機電液伺服控制軟硬件技術(shù)過度依賴于工業(yè)機器人,以及農(nóng)業(yè)機器人與農(nóng)藝融合困難等問題都制約農(nóng)業(yè)機器人的快速發(fā)展。

農(nóng)業(yè)機器人未來可期

農(nóng)業(yè)機器人的問世，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械發(fā)展的結(jié)果，是機器人技術(shù)和自動化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。農(nóng)業(yè)機器人的出現(xiàn)和應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)勞動方式，促進了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。在新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和新技術(shù)的應(yīng)用中，農(nóng)業(yè)機器人作為新一代智能化的農(nóng)業(yè)機械必將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)市場咨詢與研究機構(gòu)Tractica 的一份最新報告，未來幾年，全球農(nóng)業(yè)機器人的出貨量將快速增長。從2018 年的每年約6 萬臺增長到2025 年的72.7 萬臺。無人機將在農(nóng)業(yè)機器人中占據(jù)主導(dǎo)地位，其次是無人駕駛拖拉機、物料管理機器人、土壤管理機器人和奶場管理機器人。Tractica 預(yù)測，到2025年這類機器人的全球市場價值將達到879 億美元。

資深 分析師格 倫· 桑德 斯（Glenn Sanders）表示：“機器人和自動化技術(shù)有潛力大幅提高作物質(zhì)量和產(chǎn)量，減少化學(xué)品使用量，解決勞動力短缺問題，并有助于小型農(nóng)業(yè)經(jīng)營的經(jīng)濟可持續(xù)性發(fā)展。這些因素正在推動整個農(nóng)業(yè)流程對機器人的強烈需求，包括種植、修剪、除草、取放、分揀、播種、噴灑、收獲和材料處理?！?/p>

有學(xué)者曾提到，第四次工業(yè)革命，會是以人工智能、清潔能源、機器人技術(shù)、量子信息技術(shù)、可控核聚變、虛擬現(xiàn)實以及生物技術(shù)為主的技術(shù)革命。

國際分工的發(fā)展，使社會勞動得到了節(jié)約，勞動生產(chǎn)率也得到了提高，但農(nóng)業(yè)的地位始終是貫穿從第一次到第三次工業(yè)革命的，機器人和相關(guān)機械化也最后會回到農(nóng)業(yè)。

無法否認(rèn)，機器人技術(shù)的發(fā)展是大勢所趨，機器人技術(shù)的發(fā)展會影響到任何行業(yè)。除了提高效率，機器人還能確保流程和產(chǎn)品的效率和有效性，減少滯后時間和增加產(chǎn)量。

同時，對安全可靠的食物供應(yīng)的信心也是人類的基本需求。但人口增長、勞動力短缺和土地退化威脅著可持續(xù)發(fā)展，這使機器人相關(guān)技術(shù)和人工智能面臨新挑戰(zhàn)。而3D 視覺和人工智能的突破，無疑能夠在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域更加具有可操作性。

總之，機器人+視覺系統(tǒng)就是食品種植的未來，而人工智能正在推動這一進程。