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从播种到收获 未来农场将实现全自动化

来源:网易科技 2017-11-14     

  无人机成群结队地在头顶上来回穿梭,机器人设备在地面上忙碌地工作着。轨道卫星能够以高分辨率拍摄到远在地面的景象,黎明前的微光洒满大地,却看不到一个人的身影。

  当然,这并不是《终结者》的后末日景象,而是未来农场的状态。从播种到收获的每一个环节都有可能在未来某天实现自动化而不会使人的手指甲变脏。

  事实上,这种科幻小说情节早已在现实生活中出现。如今,人工智能机器人能够以超乎寻常的精准度消除杂草,而自动拖拉机则会以持续高效率在农田中连续工作。卫星可以从远在外太空的位置评估农作物的健康状况,为商业智能化提供大量数据,而这些数据曾经只有财富500强的那些企业才能获取到。

  “精确农业即将进入新的发展阶段,在此阶段,智能机器可以自行运作,从而能够使得农业生产效率大大提高。也就是说,精确农业即将发展为机器人农业,”在去年某次关于亚洲机器人农业发展现状的会议上,Simon Blackmore教授谈到了这一点。Blackmore是哈珀亚当斯大学工程系主管,同时也是英国国家精细农业中心的负责人。

  最近,Blackmore所在的大学对未来进行了展望。这个被称为“免耕公顷”的项目由哈帕·亚当斯以及私营企业的研究人员所领导,他们种植了面积约为一公顷(约2.5英亩)的春大麦,同时不需要费用任何人力。

  该团队对农用设备进行重新设计、组合并机器人化,涉及的农用机械设备包括日本拖拉机以及使用时间长达15年之久的联合收割机。此外,无人机还充当侦察员,对操作流程进行调查并收集样本,以帮助该团队监测春大麦的生产进展。在季末,“机器人农民”收获了约为4.5吨的春大麦,价值20万英镑。

  “这个项目是为了证明,从技术角度上讲,人类不亲自从事工作,农场同样可以实现收割。而且我们已经实现了这一点。”精确决策(Precision Decisions)研究员Martin Abell在一场新闻发布会上这样说到。该公司与哈珀·亚当斯有过合作。

  机器人农民

  作为最新例证,哈珀·亚当斯的实验展示机器是如何影响农业产业的。在“无人农场”联合收割机收获大麦的同时,美国迪尔公司(John Deere)宣布将以3.05亿美元的价格收购一家名为Blue River Technology的创业公司。

  Blue River开发了一种名为“see-and-spray”的系统,此系统将计算机视觉和人工智能相结合,以区分农作物和杂草。系统能够自动辨别以为农作物施化肥,用除草机清除杂草。系统拥有十分高的准确度,能够省去传统农业所需化学物质的90%。

  受益于机器人发展的行业领域并不仅仅是农业农田。一家名为“Abundant Robotics”的加州公司,其前身是非营利性研究机构SRI International,如今它正在研发能够用真空手臂采摘苹果的机器人,这种机器人能够将果实从果园的树上直接吮吸下来。

  “传统的机器人设计理念是让机器人反复执行某项具体任务。但是,应用于食品和农业行业的机器人一定比我们在汽车制造工厂中所看到的更为灵活。因而其能够更好地应对食品生产环境或户外环境的自然变化,”Dan Harburg这样说到。他是风险投资公司Anterra 资本的合伙人,此前他就职于位于马萨诸塞州的一家创业公司,该公司的业务包括制造能够摘取水果的机械手臂。

  他指出:“这意味着制作交变梯度聚焦机器人的创业公司必须从头开始设计系统,并且花费大量的时间和金钱,而且他们的机器人必须能够完成多项任务,才能避免制作出的机器人大部分时间都闲置在货架上。”

  高空检测

  要成功地种植出某种农作物,不仅是指生产出一大批机器人拖拉机。农场的未来将同时依靠无人机、卫星和其他机载仪器来提供地面农作物的有关数据。

  例如,像笛卡尔实验室这样的公司,他们利用机器学习技术分析卫星图像,从而预测大豆和玉米的产量。墨西哥州的初创公司洛斯·阿拉莫斯公司每天都会从包括美国国家航空航天局和欧洲航天局在内的多个卫星星座上收集5万亿字节的数据。结合天气数据以及其他实时输入信号,笛卡尔实验室可以99%的准确率预测玉米田的产量。其人工智能平台甚至可以通过红外线探测来评估农作物的健康状况。

  美国国防部研究计划局最近为笛卡尔实验室拨款150万美元,用于监测和分析中东和非洲的小麦产量。他们认为,准确的预测结果可能有助于识别作物歉收地区,从而有效避免饥荒和政治动荡。另一家名为TellusLabs的公司,其前身位于马萨诸塞州萨默维尔。他们使用机器学习算法,以可与卫星图像相当的精确度来预测玉米以及大豆的产量。

  同时,农民并不需要亲自进入农田就能了解其中的状况。位于奥克兰市的一家创业公司——Ceres成像公司,通过使用穿梭于田间的微型机载多光谱摄像机,能够制作出高分辨率的图像。这些快照能够捕捉不同波长上的景观,从而发现水压等问题,同时还可提供对叶绿素和氮含量水平的估计值。使用地理标记图片可以帮助农民轻易对问题点进行定位。

  增加内部空间

  即使是最好的智能系统——无论是来自无人机、卫星还是机器学习算法——在预测气候变化所带来的未知问题时,也会面临巨大的挑战。这也是越来越多的公司投资于农场上所谓“可控环境农业”的原因之一。如今,这不仅仅意味着要配置昂贵的温室,还要配有仓库大小、全自动化的垂直农场从而为机器人操作提供更大的空间,而且,农场并不位于堪萨斯州或内布拉斯加州的空旷地带,而是位于美国主要街道的中间地带。

  支持此种新概念农场的人认为,这些高科技的室内农场能够达到更高的产量,同时大幅减少用水量以及化肥、除草剂等合成原料的使用。

  来自旧金山的“铁牛公司”正在开发占地一英亩的城市温室,该温室由机器人操作,据称,其生产量相当于30英亩农田的产量。应用人工智能,一个由三台机器人组成的团队可以执行种植、培育和收割作物的整个工作过程。

  总部同样位于旧金山的垂直农场创业公司Plenty,致力于利用人工智能技术实现自动化运营,而且在今年早些时候,其获得了软银愿景基金2亿美元的信任投票。该公司声称,此项系统用水为传统农业用水的1%,但产出却是传统农业的350倍。Plenty系列产品代表了城市农场理念的最新成果,如Bowery农场和aerof农场等。

  在接受AgFunder新闻采访时,太空农业和受控环境农业专家Gary Stutte博士表示:“我能想象到,在经济落后、食品匮乏的地区建造一个更大规模的室内农场,不仅能够刺激宏观经济的发展、创造更多的就业机会,而且可以增加该地区收入。”“室内农业模式可以发展为城乡食品匮乏地带的经济增长以及粮食安全引擎。”

  不过,这种模式同样面临着质疑和批评。这些农场所能生产的大部分产品都属于“绿叶蔬菜”种类,而且往往价格不菲,这似乎与在城市“食品荒漠”中创建“绿洲”的使命背道而驰。尽管这些农场可能会最大程度地降低用水量,但运营所需电力,尤其是LED照明灯的使用成本并不低(照明灯在彻底改变室内农业方面发挥着重要的作用)。

  然而,包括机器人农民以及自动化温室在内的所有这些科技进步,都将面对2050年将近100亿的居住人口。联合国粮农组织经常引用的一项数据显示,世界范围内的粮食产量必须要提高70%才能满足人口对粮食的需求。或许科技无法拯救世界,但它却有助于人类温饱问题的解决。