农业机器人12大应用方向,未来规模可至百亿


编者按:本文转自微信公众号“35斗”(ID:vcearth),作者郭小东,36氪经授权发布。

正如我们所知,农业正以一种全新的姿态改变。

考虑到全球迅速增长的人口对粮食的需求不断攀升,高新科技,尤其是农业技术比以往发挥着更为关键的作用。人们开始转向寻求智能化精准农业技术,试图能够显著提高其土地的产量。以强大的GPS技术和大数据为动力的机器人技术在农业领域的突出作用是人们关注的焦点。

农业科技在过去五年左右快速发展,农业机器人早已不再局限于约翰迪尔(John Deere)的智能拖拉机和农业无人机。北美和欧洲在精准农业和农业机器人的使用方面处于世界领先水平,但亚太地区(主要是中国和印度)也在快速增长。

总体上,人们对物联网,尤其是智能农业技术的认识不断增强,进一步帮助他们最大化地使用农业机器人(例如加快进程、提高效率、并排除人工失误的可能性等)。

根据Tractica最近的一份报告,到2024年底,农业机器人的年出货量预计将达到594000台(2016年的年出货量仅为33000台)。接下来,我们将重点介绍机器人在农业中的一些重要功能和用例:

1. 农业机器人的种类

随着大数据及技术支撑型农业的兴起,越来越多的农业机器人开始出现在大众的视野中。拥有先进人工智能(AI)技术和内置分析系统的机器人正被广泛应用于各种场合。从农作物和牛群的管理,到奶牛管理、土壤监测和整体农业产量优化等。在这些技术的辅助下,农业生产实现了可持续发展。除了农业无人机和GPS驱动的智能拖拉机外,挤奶机器人、无人驾驶喷射直升机和物料管理系统也越来越受欢迎。对水资源的管理和灌溉是农业机器人带来可观收益的另一个领域。此外,还有“智能收割机器人”,以及用于农场库存管理的“智能”工具。简而言之,机器人正在对“数字农场”这一概念进行重新定义。有趣的是,农业机器人也为室内农业实践助力。

注:Clearpath Robotics、John Deere、AGCO和Lely等都是全球农业机器人行业的巨头。

2. 作物的微观监测

在美国,农业农场的平均规模是444英亩(这个数字在过去的几十年里一直相对稳定)。因而,对大型农田进行人工监测变得尤为困难,也增加了更多与农业相关的不确定性因素。为了降低这种风险,农业机器人和无人机就可以发挥它们的作用了。它们通常可以利用强大的传感器和测绘技术,为农民们带来全面、实时的作物信息。部分农业机器人,比如BoniRob,它可以非常接近地面作物,以便传递非常微观的作物信息。目前一些公司已经开始着手提供成套的农业硬件和软件分析工具。

注:一般而言,农业机器人系统包括5个关键组件:网络、卫星系统、农业机器人、智能手机或平板电脑以及物流单元。

3. 微型喷洒和除草

微型喷洒和除草机器人是目前很受欢迎的方式之一,它可以代替手工在田间喷洒农药。传统的人工喷洒和除草过于耗时,过度使用化学物质,造成浪费,还可能对环境产生不利影响。用于除草的农业机器人配备了先进的计算机“视觉”,可以准确识别受杂草侵害的区域,并在这些区域喷洒所需用量的杀虫剂。在某种程度上,这减少了除草剂的使用,也帮助农民减少了不必要的开支。此外,农民们还可以使用机器人来发现和铲除杂草(而非在杂草上喷洒化学物质清除)。每台农业机器人利用自动除草技术平均可以杀死约90%的害虫,同时节约75%的农药使用量。

注:激光技术也可用于某些农业机器人除杂草。准确的触觉感知能力也是一个好的除草/微喷机器人必须具备的。

4. 无人机和传感器的作用

到2017年1月,全球农业无人机市场的价值已经升至3250万美元(根据PwC的一份报告显示)。土地测绘、农田害虫探测和一般的作物检查等是无人机广泛应用的主要领域。事实上,农业无人机或许在不远的将来就能“互相沟通”并实现“团队合作”(例如,深度的农作物处理、灌溉管理和除草)。在智能农业生态系统中,传感器始终都起着至关重要的作用。例如,土壤湿度传感器可以持续跟踪土壤状况(例如湿度水平等),将数据发送到云端网络,并提醒农民适时进行灌溉。因此,水资源浪费也减少了。在新西兰,农民们用SmartN来追踪奶牛排尿的地点,因为这些地方就不需要任何肥料或化学品了,这样也可以减少化肥的使用。如果没有无人机和传感器的辅助,农业机器人的效用将非常有限。

注:到2020年底,农业无人机市场规模将达到29亿美元,比2015年同期增长近5倍。

5. 更有效地采摘、分类和收割

欧盟资助的农作物项目(农作物智能机器人)早已表明了这一点。目前专用于采摘和分类“无核小果”的应用程序已经开始进行测试和部署,这些应用程序通常具有这项工作所需的手工灵巧度(而小麦和玉米等作物可以很容易被收割机收割)。

国际领先的研究公司Octinion几个月前发布了一款草莓采摘机器人的样机。该机器人可以对70%的成熟草莓进行分类和采摘(日本Shibiya Seiki公司在2013年展示过一款类似的农业机器人)。

配备有真空清除机制和计算机视觉(这样对作物本身或果实都不会造成任何损害)的自动苹果采摘机器人开始进入人们的视野,预计它们将在未来几年内成为绝对的主流。

农业机器人的视觉系统使其能够测量果实的成熟度,检测果实上是否有灰尘,以及管理温度和风力条件。在传统农业中,农作物在收割时受损是很大的一个问题,而农业机器人的出现无疑可以消除这种担忧。

注:Abundant机器人公司(美国加州)和FF机器人公司(以色列)都在进行苹果采摘机器人的试运行。产品中内置的人工智能传感器还可以让农民明确作物的收割时间。

6. 机器人耕作的主要驱动力

到2024年,全球农业机器人市场的年收入将超过740亿美元。全球人口呈指数级增长,可以说是机器人精准农业快速发展背后的最主要的因素,因为要养活的人口更多,土地资源总量有限,产量必须最大化。使用农业机器人和智能农业技术可能产生巨大的规模经济效益。

一方面,农场工人的工资占农业总支出的41%,这也促使农场主用农业机器人来替代部分劳动力。

另一方面,缺乏足够的劳动力也是原因之一。现在大多数年轻人对传统农业都不感兴趣。不断增长的粮食短缺水平、持续的气候变化,现有的人工农业瓶颈(以及不确定性和低产量),都使得人们转而使用农业机器人作为可行且高效的人工替代品。物联网对农业的影响持续增强,农业机器人刚好为其提供了诸多的便利。

对于农业机器人行业来说,并非一切都一帆风顺。目前技术本身相当分散,农民普遍缺乏意识,存在基础设施问题,机器人在农业中的好处可能不会在短期内实现。但是随着农业技术标准的进一步发展,这些问题都将逐步得到解决。

7. 农业机器人进行种植和播种

2016至2017年,印度近16%的水果和蔬菜产量流失,谷物的浪费率也高得惊人。实际上,很多浪费都发生在播种的时候。然而这仅仅是由于农民使用过时的方法从移动的拖拉机上喷洒种子(使用所谓的“播种机”),从而造成了浪费。

拥有高尖端地理测绘功能的农场机器人可以有效防止这种浪费。这些农场机器人能够准确地确定所有相关的土壤特征,从而使种子在正确的时间播撒在正确的位置。

它们还可以为苗圃自动化提供动力,确保对所有的温室培植进行优化,比如盆栽、播种和仓储。精确播种,在某种程度上,就是让作物从种子到最后成熟收割的可能性最大化。

注:随着全球城市化的快速发展,农业机器人正帮助创建、管理和维护室内农场(在城市环境中)。在香港,这样一个农场机器人系统可以减少95%的用水量,同时植物的生长也大大加快。

8. 无人驾驶技术和机器人的崛起

智能拖拉机已经存在很长时间了,但由于某些因素,这项技术仍发展很慢。其中最主要的是传感器相对较高的价格(对于普通农户来说,这可能是一个主要的因素),缺乏相关知识导致的不信任,以及监管问题。但展望未来,农业机器人肯定有潜力引入无人驾驶的农业技术。

预计到2028年,智能拖拉机的总出货量将达到70万辆,到2038年,将售出4万多辆5级拖拉机。据专家称,2024年将是农业机器人的“触发年”,之后出货量将开始大幅加速。农场自动化配套的成本也将开始逐步下降,进一步推动大规模使用。“智能农业机器人”并不会完全取代人类在农业领域的地位,但在可预见的未来,它们将成为自主精准农业的代表性产品。

9. 挤奶机器人等的应用

到2017年第三季度,全球已有34000多台挤奶机器人(简称RMS)在农场投入使用。在挤奶之前,它们会在奶牛的乳房上喷洒“安全”消毒剂,而非处理细菌感染的风险和牛奶产量低的问题。更重要的是,这些机器人还会帮助动物“准备”挤奶,这确保了获得的牛奶的量和质都是最佳的。根据经验,挤奶的频率必须在整个泌乳周期中稳步下降。目前挤奶机器人价格高昂(一台能挤50-70头奶牛的机器人大约价值175000美元),但随着市场发展,预计成本将会下降。通过适当的管理和规范的操作(对劳动力的培训也至关重要),挤奶机器人具有很明显的优势。虽然一开始可能并不明显。

10. 修剪和切割作物

农田里作物种子之间的理想间距应该是多少呢?怎样才能使作物健康生长的可能性达到最佳呢?从传统来看,农民们一般凭借经验和猜测。不过,现在专门的农业机器人能够测量植物的“正确”密度,从而实现最佳的生长(这些机器人通常会降低作物种植的密度)。这就是所谓的“细化”。农业机器人还可以被用来对作物进行修剪或切割,以促进它们的健康生长。无论是“修剪”还是“切割”作物,农业机器人都使用了高尖端的计算机视觉技术。目前葡萄酒行业已经实现了自动修剪(葡萄园机器人Wall-Ye),而且蓝莓修剪机器人也已开发出来。

注:去年,蓝河科技公司(Blue River Technologies)生产的生菜机器人获得了“农业杰出产品创新”奖。

11. 农业机器人仍需技术改进

即便如此,问题仍然存在。首先,缺乏统一有效的监管对设备制造商和农民来说都是一个大问题。机器人的定位精度也待提高(这反过来将使除草、灌溉、作物监测和其他活动更加有效)。农场机器人对人类和环境的安全系数仍然存在疑问。此外,目前也不确定谁来承担责任,万一意外事故发生的话。而且为了进行准确的分析(例如,在采摘前确定水果的成熟度),机器人需要考虑温度波动和光线变化等外部因素。安装和部署农业机器人需要较大的投资,除非技术得到适当的改进,否则它们将无法提供物有所值的服务。

注:精准灌溉在全球范围内迅速普及。与传统灌溉方法相比,它有两个重要的优势:首先,以前无法延伸到的地区现在可以到达了,其次,可以单独针对作物。

12. 机器人牧羊

牧牛是最古老的,同时也是最棘手的工作之一。农业机器人可以以无人机的形式,使这一过程实现自动化。爱尔兰和新西兰已经开始使用无人机来管理羊群了。这些无人机可以进行远程操作,而且它们会持续跟踪以确保没有家畜走散。

另一方面,这些无人机的电池寿命很短(约20-25分钟),价格却很贵(Q500无人机售价1299美元)。在澳大利亚,许多牧场主使用直升机进行放牧。对他们而言,无人机是一个更好的选择,相对于人工养殖,也更便宜。

注:由于农场机器人的出现,农业施肥也发生了革命性的变化。例如,Rowbot的农业机器人就确保了氮肥的有效利用。

总结

35斗发现,尽管农业机器人具有诸多优势和强大的功能,但目前仍处于起步阶段,还存在较多的不足之处。一旦这些问题得以解决,农业机器人将更多地出现在我们的视野中。如果您也关注农业机器人的发展,请持续关注我们。

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