在过去的70年里,农业失去了大部分劳动力,一代又一代的人不再从事家庭农业经营。尽管如此,农业已经找到了增加粮食产量的方法,其中机器发挥了关键作用。

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但是在2020年,联合国警告说农业生产力将会下降需要增加60%为了养活2050年预计的全球人口。由于像美国这样的大生产国仍在努力寻找农业劳动力,如果农业不改变其运作方式,这种需求根本无法满足。

他说:“农业所需劳动力和现有劳动力之间仍然存在巨大差距。沃尔特Duflock他是西部种植者协会(Western Growers)负责创新的副总裁。

“所以劳动力是一个大问题,自动化是缩小差距的唯一解决方案。”

这就是为什么农民们现在把更多的传统机械换成现代的人工智能农业机器人他们能熟练地完成一些曾经需要人工完成的任务。

例如,Naïo奥兹农业助手(见主图),设计用于锄地、除草、犁沟、播种和运输。有近150台这样的农场机器人在48个国家流通。

多功能的机器

结实的智能耕耘者
Stout AgTech智能耕耘机是一种人工智能驱动的作物除草机,可以在不使用化学品的情况下自动除草。©彼得·亚当斯©彼得·亚当斯

除了越来越多的“农业科技”初创企业外,也有更多的成熟制造商销售了数百台机器人,如Naïo(见上文)和Burro,后者生产用于牵引和搬运等任务的辅助机器人。

Stout工业技术公司在2020年销售了第一台智能耕耘机(见上图),该公司也在朝着同样的方向发展。耕种机可以挂在拖拉机的后面,在那里它使用计算机视觉和人工智能(AI)精确控制机械叶片翻土除草,同时保护作物。Stout的方法是“软件定义”——它制造了多用途的农业机器,随着人工智能的改进,这些机器将变得更有用。

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现场机器人专家乔治·坎特博士他认为这是正确的方法,尽管不是最简单的方法。

他说:“最简单的方法是为每一种应用制造一台特殊用途的机器,然后使用智能来实现机器的自动化。当然,农业中有成千上万种不同的应用,但其中很少有大到足以建立一项业务。”

更像这样

“所以你必须找到方法,让机器适用于各种任务和作物。”

电子拖拉机

君主式自动拖拉机
在加州的一个葡萄园里,君主自动驾驶拖拉机的空驾驶舱。©彼得·亚当斯©彼得·亚当斯

拖拉机自动驾驶已经有几十年的历史了——约翰迪尔在21世纪初开发了一种基于gps的自动导航系统。但它们通常不是无人驾驶的。

“那辆拖拉机里一直有一个人,”坎特说。“它基本上是自动驾驶——人坐在那里,他们做其他事情——但(拖拉机)不完全是机器人。”

然而,一种新型的自动驾驶拖拉机将改变这种状况。规格君主电动拖拉机(见上图)声明司机是“可选的”。

它由电池供电,配有360度摄像头,操作人员可以通过制造商提供的软件进行实时监控。因此,现在“驾驶”拖拉机开始有了一个全新的含义,因为我们设想农场工人管理整个车队,而不需要把手放在方向盘上。

Monarch声称,通过其Wingspan AI应用程序,操作人员可以轻松地同时监控8台拖拉机,该应用程序可以提供地图和有用的数据,例如覆盖的距离和使用的能源。

顶级的

Carbon Robotics激光除草机器人
Carbon Robotics公司的激光除草机使用150W的二氧化碳激光阵列,每小时可以清除超过10万株杂草。©彼得·亚当斯©彼得·亚当斯

当你可以用激光机器人精确地清除杂草时,为什么还要用手把它们拔出来呢?Carbon Robotics公司的激光除草机使用高分辨率相机和计算机视觉软件来区分杂草和作物,然后将它们轰击致死。

虽然演示版本(如上图所示)是一个自主单元,但2023年的模型采用“实施”格式,可以连接到拖拉机上。

140万美元(约120万英镑)的价格并不便宜,但它每小时可以杀死20万株杂草。据迪弗洛克说,这使得它非常受欢迎,以至于有一年的订单等待名单。

对于种植者来说,这只是一个简单的数学问题,因为找不到劳动力,他们不得不推迟除草。他说:“他们对机组人员进行了计算。”“他们告诉我,几百英亩的土地要两三年才能达到收支平衡。”

因此,那些规模较大的农场——比如5000 - 10000英亩(20-40公里)2)将成为早期采用者,一旦这项技术得到证实,小规模种植者也必然会加入进来。

梦幻之地

自主农场智慧泰坦FT35
自主的FarmWise Titan FT35可以部署在农场执行各种作物除草任务。©彼得·亚当斯©彼得·亚当斯

除草和修剪作物是农业科技公司开始着手处理的一些任务。

迪弗洛克说,虽然收获可能会带来更多的麻烦,但新的农业技术将在未来十年内“搞清楚”这些更直接的应用。

这将意味着农场的前期成本更高,但也将减少对来自其他国家的临时工的依赖。在美国,根据政府签证计划,这些临时工会带来相关的住房和交通成本。

但是,如果资金紧张的农民没有足够的资金来购买激光除草机,那么Farmwise Titan FT35农业科技机器人(上图)提供了一种适合预算紧张的机械除草解决方案。

它结合了自动驾驶拖拉机和除草装置,看起来很笨重,但仍然能够精确除草。它还可以使用化学药品来杀死杂草和害虫。

因为感应杂草需要最佳的照明水平,FT35有一个“裙摆”,可以升高和降低,以提供一定程度的控制进入的光量。

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擎天柱的葡萄树

巴库斯电动藤式跨骑机器人
BAKUS电动葡萄树跨骑机器人自动化了葡萄园的团队维护工作。©彼得·亚当斯©彼得·亚当斯

葡萄园面临着与其他形式的农业不同的挑战,但像Vitibot(上图)这样的农业机器人是专门设计来解决其中至少一些问题的。

这个自动电动机器人沿着每一行移动,一边走一边耕地,但也可以安装喷洒、除草和修剪的工具。

收获葡萄是另一回事。葡萄有两种:酿酒葡萄(压碎)和鲜食葡萄(整颗吃)。对于酿酒葡萄,已经有可能购买到机器人收割机。

法国公司Pellenc销售一种葡萄酒生产商用来收割葡萄的工具,而杜弗洛克说,制造商可能会提出服务模式,让小种植者可以借用这种服务模式,以更低的成本收割他们的葡萄。

鲜食葡萄需要稍微温柔一点。正如坎特解释的那样,人类收割者在采摘葡萄藤上的葡萄时执行了许多重要的任务。

他说:“他们会从葡萄藤上剪下一串葡萄,清洗葡萄串,使其形状和大小合适,把死葡萄剪掉,把枝条拔出来。”

“你可以想象今天有一个机器人把葡萄从藤蔓上摘下来,但我无法想象有一个机器人能做其他真正好的事情——短期内不会。”

安全第一

机器人拖拉机上的紧急停止按钮
紧急停止按钮是由Robotics Plus制造的无人地面车辆的安全功能。该机器人用于自动喷洒树木和藤蔓。©彼得·亚当斯©彼得·亚当斯

新的农业技术并非没有风险。这就是为什么它们配备了安全功能,比如Robotics Plus的树木和藤蔓喷雾器上的紧急停止按钮(见上图),或者君主电动拖拉机上的“人类检测”系统,当有人靠得太近时,它会刹车。

还有一些不太明显的风险。随着农业越来越多地由数据驱动,企业对汇总所有这些新数据表现出了兴趣。

虽然我们可以利用大量的农业数据集做很多聪明的事情——比如预测气候变化对作物生长的影响——但也有人担心,这些数据可能会被保险公司利用,比如为作物损失或洪水损害设定保费。

尽管杜弗洛克指出,如果农民“足够聪明”并安全地分享他们的数据,他们可以将其用作额外的收入来源。

与此同时,在一个极度缺乏劳动力的行业,担心机器人会抢走我们的工作可能是没有根据的——事实上,它们可能会创造更少、但更高技能、更高收入的工作。

迪弗洛克说:“10年后,我确实认为移民农场劳动力仍将是农场的一个重要因素。”

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“但我认为会有很多机器人让这些工人做更多有价值的事情。”

关于我们的专家,乔治·坎特博士

乔治·坎特(George Kantor)是匹兹堡卡内基梅隆大学机器人研究所的研究教授。在那里,他研究自主机器人,包括采矿和农业机器人。他曾在机器人与自动化国际会议和农业与粮食系统人工智能会议上发表论文。

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作者

海莉是一名科学作家,也是一名(可持续来源的)鱼手指三明治爱好者,住在英国布里斯托尔。

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