虽然小麦和土豆等作物几十年来都是机械收割的,但事实证明,许多水果和蔬菜都对自动化有抵制性,因为它们太容易碰伤,而且重型农机无法定位。

但最近,机器学习领域的技术发展和进步,已引出更灵敏、更灵巧的机器人的成功试验,这些机器人使用相机和人工智能来定位成熟的水果,并小心而精确地处理它。

由剑桥大学工程师开发的“蔬菜机器人”是第一个能够识别和收割生菜的机器人,这给农民带来了希望,人类最需要的作物之一终于可以实现采摘自动化。

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 (“蔬菜机器人”利用机器学习来识别成熟、不成熟和有病的生菜头)

蔬菜机器人的工作原理是这样的:首先,摄像机扫描生菜,在机器学习算法的帮助下,用上千张生菜图像进行训练,然后决定目标是否可以收割;然后,第二架摄像机引导采摘笼底移到植物的上方,但不碰伤它;当机器处于正确的位置时,传感器就能感应到,紧接着压缩空气并以很大的力量推动刀片切断植物茎部,只留下一个干净的切口。

根据7月份发表的一项研究表明,它的成功率很高,91%的作物被精确分类。但机器人的速度仍然比人类慢得多,采摘一棵生菜平均需要31秒。研究人员表示,使用更轻的材料就可以很容易地加速采摘过程,如果该机器人用于商业用途,就需要做出这样的调整。

“我们的目标是证明采摘蔬菜是可以实现的,我们已经做到了。”该研究的合著者Simon Birrell说,“现在,需要有人接过接力棒,继续向前奔跑。”

要养活的人越来越多,但劳动者却越来越少

世界人口预计将从现在的77亿增加到2050年的97亿,这意味着每年要多养活大约8000万人,农业面临着满足不断增长的粮食生产需求的压力。极端天气、农业用地萎缩和自然资源枯竭等气候变化带来的额外压力,使创新和效率变得更加重要。

以上都是该行业大力发展机器人的原因。据市场情报公司BIS Research的一份报告,全球农业无人机和机器人市场预计将从2018年的25亿美元增长到2028年的230亿美元。

BIS研究的首席分析师Rakhi Tanwar在接受CNN Business采访时表示:“农业机器人的运行速度和精度有望高于传统农业机械,这将显著提高生产效率。”

最重要的是,种植者面临着长期的劳动力短缺。根据世界银行的数据,农业就业占全球就业的比重从1991年的43%下降到2018年的28%。

Tanwar说,部分原因是年轻一代缺乏对农业的兴趣。她说:“农业机器人技术的发展可能会大大减轻因劳动力短缺而遭受经济损失的种植者的负担。”

机器人可以昼夜不停地工作,不需要休息,这个优点在收获季更加突出。

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(上图的水果采摘机器人由Fieldwork Robotics公司开发,每天可工作20多个小时)

普利茅斯大学(University of Plymouth)机器人技术讲师、田野机器人公司(Fieldwork Robotics)创始人Martin Stoelen表示:“机器人的主要好处在于耐用性。”该公司与英国主要浆果种植者之一Hall Hunter合作开发了一款采摘覆盆子的机器人。他们的机器人预计将于明年投入生产,将在繁忙时期每天工作20小时以上,每周工作7天,“这显然是人类做不到的。”Stoelen说。

农业机器人使农业可持续、减少食物浪费

机器人还可以带来更可持续的农业活动。Tanwar说,它们可以使种植者使用更少的水、更少的燃料和更少的杀虫剂,减少浪费。

目前,一块田地通常只收割一次,任何未成熟的水果或蔬菜只能留在土里烂掉。然而,机器人可以接受训练,只采摘成熟的蔬菜,24小时不停地工作,它可以多次回到同一块田地,采摘任何掉队的蔬菜。

Birrell说,这将是机器人采摘者最重要的影响。他表示:“现在,四分之一到三分之一的食物都烂在地里了,通常是因为人类没有在正确的时间采摘它们。”

比利时工程初创企业Octinion开发的草莓采摘机器人就是一个成功的例子。这款机器人今年推出,英国和荷兰的种植者已经开始使用。

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(Octinion公司的草莓机器人每五秒可以采摘一颗草莓)

它利用3D视觉来定位成熟的浆果,用一对塑料钳子轻轻地夹住它,然后把它的茎拧断,接着轻轻地把它扔进一个果篮里。

Octinion首席执行官兼创始人Tom Coen表示:“机器人有潜力将市场从供应驱动转变为需求驱动。”他补充说:“这将有助于减少食品浪费,提高价格。”

面临的挑战:恶劣的户外条件

农业机器人面临的一个主要挑战是使它们适应全天候条件。农业机械往往是重型的,所以它需要承受雨、雪、泥、灰尘和高温。

“为农业生产机器人与为工厂生产机器人是非常不同的。”Birrell说,“直到你走到野外,你才意识到它有多结实——承受撞击,在凹凸不平的地面上行走,忍受风吹雨淋,被闪电击中等。”

总部位于加州的博姿机器人公司(Abundant Robotics)已经制造出一款苹果机器人,能够承受农场的各种环境。它利用一个牵引式装置上的真空管来“吸”苹果,这个装置可以沿着果园的一排向前行驶,同时利用计算机视觉来定位成熟的水果。

博姿机器人公司的首席执行官Dan Steere说,这标志着果园作物自动化的开始。“几个世纪以来,自动化一直在稳步提高农业生产率。”他表示,“我们曾错过了很多自动化好处。”