未来农业：机器人与你一起“锄禾”

　　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。

　　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。

(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。”

(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。

(图为Lely)

　　未来，将会有更多的机器人在农场协同配合。在汉诺威工业博览会上，代表移动机器人群的MARS计划，表明了云计算也在向农业方面发展。通过制造更多简单灵巧的机器人，他们希望可以让农业劳动可以更为安全可靠且多产，同时也避免了大型机器人压实土地。通过一群机器人轮流充电和维护，也可以达成无间断循环运作。

　　将机器人运用在农业上是件令人兴奋的事。然而我们也需要考虑如何提高作物产量和可持续发展。现在进行的步骤是在创建“数字化农场”前，先研发单项作业的自动化产品，以促进农民更为完美高效的操作。但我们仍有许多工作要做。阿尔伯特�范�维恩认为在机器人真正全面应用于农业前，他们应该变得更为快速、精准、100%成功以及低成本。他又补充道，现在的趋势就是人机合作。一个人监督指挥一群机器人工作，或是与他们一起劳作。这将会提高机器人技术的接受度和可行性，为农业劳动迎接更多的挑战做准备。”