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农业自动化又添机器人新军,种植分拣全都能干

来源: 时间:2020-12-21

当前,我国正处于从机械化农业向“智慧农业”变革的关键时期。随着我国农业领域加速转型升级,农业经营主体不断壮大,落实人工智能技术应用,加快农业机器人发展获得了更好的环境。

 

未来,在《新一代人工智能发展规划》等重大政策持续落地的形势下,我国将在农业机器人等智能农业装备的技术研发、商业应用上取得更大突破。

 

农业机器人是一种新型智能农业机械,能够利用多传感器融合、自动控制等技术,让自然环境下作业的农业装备实现自动化、智能化生产。农业机器人种类丰富,包括大田作业机器人、温室机器人、林业农业机器人、畜牧农业机器人、水产农业机器人等。

 

农业机器人的出现和应用,将极大地改变传统耕作模式,会给我国的现代农业发展带来了全新的改变。想象一下,农民不用出现在农田、果园或者温室大棚里,以前农民手动的种植、采摘、观察等活动全部由机器人来精准、高效地完成,所有农业生产现场没有一个人工出现,农民只需要坐在电脑前控制“机器人大军”即可。

 

 

世界机器人大会组委会秘书处所统计的企业中,近10%的机器人企业在进行农业机器人相关技术及产品的研发。毋庸置疑,农业必将成为未来 机器人产业落地的重要领域,农业机器人也将为高效、安全、智能的农业生产和农业绿色发展做出突出贡献。

 

在我国农业劳动力极度短缺的当下,农业机械化趋势已经不可逆转,农业机器人的市场应用大有可为。同时,国家政策和地方政府的重视与支持,也给农业机器人的发展打下了一针强心剂,未来农业机器人的市场发展前景可期。

 

01

 

农业机器人越来越受重视

 

农业机器人能够逐步代替人力而且不断帮助农业生产降低劳动强度,同时,其还可提高劳动效率,帮助解决目前许多国家面对的劳动力稀缺难题。这使得农业机器人越来越受到世界各国的重视。

 

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。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60万台(2016年的年出货量仅为33000台)。

 

中国工程院院士赵春江表示,农业机器人目前已成为世界热点。2017-2021年期间,人工智能在农业中应用的年复合增长率为22.68%。2016年为27.6亿美元,预计2020年为111亿美元,2025年为308亿美元,主要包括农业无人机,无人拖拉机、智能收获机、智能除草机、挤奶机器人、农业自动化与控制系统等。农业机器人的广泛应用是人工智能农业领域市场快速发展的重要因素。

 

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各国加大农业机器人研发力度

 

农业机器人的广泛应用是人工智能农业领域市场快速发展的重要因素,因此一些国家都加大了对于农业机器人的研发力度。

 

虽然我国对机器人的研究起步相对较晚,但国内很多研究机构和企业也在探讨无人农场,也建设了无人农场的示范,产业发展迅速。

 

在作业对象识别和定位算法优化方面,各国的主要研究对番茄、甜椒、苹果、柑橘和荔枝等蔬果及杂草和作物病害等的识别,而中国在这一方向上的研究产出相对较多。

 

导航和路径规划算法优化方面,日本和西班牙的相关研究则更加超前。

 

美国在作业对象的分选与监测研究上产出相对较多,研究重点包括果实分选及水产养殖监测和牛奶产量与风险监测等。

 

总体而言,我国与发达国家水平一些地方还差距明显,如农牧业工艺与机械设备结合的不够紧密,国内稳定性、故障率、易用性等指标不理想,生产成本较高,生产效率偏低,智能化程度不高,核心算法的差距显著。

 

03

 

未来农场将会是无人农场

 

全球农业生产的集约化和规模化进程不断加快,各国对农业机器人的需求将持续加大。“未来的农场将是无人农场,将会需要大量的农业机器人。”中国工程院院士赵春江表示。

 

在技术上,随着云计算、大数据和人工智能等新一代信息技术与农业技术的深度融合,农业机器人作为新一代智能化农业机械将突破瓶颈并得到广泛应用。同时,未来农牧机器人新技术研究包括深度学习、新材料、人机共融、触觉反馈等技术。人机共融是未来农业发展重要的一环,可提高作业效率,人机共融技术减少了研发成本,由机器人预测人的意图配合完成工作。

 

“农业超级大脑的概念最早是出现在工业之中,如今农业也出现了大数据等技术,应该围绕智慧农业来开展此类的工作,建立农业的超级大脑。”赵春江表示,希望建立更加庞大的、宏观的、虚拟的、战略性的农业机器人系统,这也是农业大数据的本质内涵。

 

04

 

机器人正在改变农业生产

 

机器人概念出现后,由于许多国家加大了研发农业机器人的力度,使得一些新型的农业机器人层出不穷,接下来联哥带大家一起来看下现在都有哪些实用又超炫的农业机器人吧!

 

一、最喜感:牧羊机器人

 

随着现代畜牧业的发展,集约化、自动化已然是不可逆转的趋势。对于很多畜牧业发达的国家来说,牧场广阔、产业规模庞大,日常的放牧需求想要完全应对颇为困难,亟需通过技术应用来缓解压力,降低成本。

 

此前,澳大利亚的发明出一种“牧羊犬”机器人,可以代替传统的放牧人或牧羊犬。该机器人使用了先进的感应器,并且内置了全球定位系统,能够根据牛群的移动速度来赶着它们走。牛群被机器人赶着不断绕圈走,颇具喜感。目前,这款机器人还处于测试阶段,效果理想,但它的售价达到100万澳币。

 

二、最忠诚:葡萄种植园机器人

 

一位法国发明家发明了专用于葡萄种植园的机器人,并把它命名为“瓦也”(Wall-Ye,想起那位叫“瓦力”的机器人吗?)。它几乎能代替种植园工人的所有工作:修剪藤蔓、剪除嫩芽、监控土壤和藤蔓的健康状况。除此之外,瓦也比目前已有的种植园机器人多出一种功能,那就是安全系统。瓦也只能在由程序设定好的种植园工作,危险情况下还能启动自我毁灭程序。只在设定好的范围内工作,危险情况下宁愿启动自我毁灭程序也不“反叛”,颇有科幻片主角瓦力的感觉,瓦也可算是最忠诚的机器人了。

 

三、最单调:育苗机器人

 

育苗大部分时间只是把盆栽作物移来移去,这是一项非常单调枯燥的工作,浪费人力、效率不高。来自波士顿的育苗机器人解决了这个问题。这个育苗小管家主要由滚动轮胎、抓手和托盘组成。工作人员只要实现在触摸屏上设定地点参数,机器人就能感应盆栽,并自动把它们移动到目的地点。不过,它们的工作的确是最单调的。

 

工作人员只要实现在触摸屏上设定地点参数,机器人就能感应盆栽,并自动把它们移动到目的地。育苗机器人的优势在于育苗周期短,用植物的一叶一芽作为载体,接入到智能苗床,启动相应的专家程序后,3-5天就可以生根,15-20天就可以成苗,可以使育苗周期缩短到原来的1/2;还能有效解决了人工无法精准控制的问题,成苗率达98%以上。

 

四、最可爱:“仓鼠”机器人

 

这“只”机器人就像一个仓鼠球,没有轮子也没有腿脚,移动起来就像一只仓鼠在球里跑。它利用GPS和WI-FI技术监测农作物数据,包括土壤组成、温湿度和植被健康状况,并报告给农民。“滚跑”过程中,它还能帮助抚平土壤,而且不会对农作物造成伤害。假如这只小球不小心掉入陷阱或被人抓了,农民可以从远程操控它运作。跑起来就像是仓鼠在笼子嬉戏,再加上它圆滚滚的外表,最萌的农业机器人不是它还能是谁?

 

五、最科幻:蜜蜂机器人

 

哈佛工程师发明了一种形似蜜蜂的小型飞行机器人,它可以自动传授花粉、进行灾后搜查和救助工作,是一款功能多样的农用机器人。英国科学家的野心更大,他们希望能发明出一款模拟真实蜜蜂大脑的机器蜂,它能基本完成蜜蜂的所有工作。这种功能强大的小“飞行员”,是不是很有科幻片的感觉?

 

六、最炫酷:模块式机器人

 

德国科学家研发出一款名叫BoniRob的农业机器人,它装了高精度的卫星导航,能将自己的位置精确在2厘米以内。它的外形很像一款四轮越野车,利用光谱成像仪来区分出绿色作物和褐色土壤,并记下每一株作物的位置,在生长季中一次次返回原地观察它们的生长。有着越野车的外形,却做着人工智能的活,难道不是很炫酷吗?

 

七、其他农业机器人

 

采摘机器人:

 

美国公司 Abundant Robotics 研发了一款苹果采摘机器人,能够24小时不间断完成采摘工作,用来提升农业生产的效率。虽然以采摘苹果为核心功能,但是这种功能也将延伸到其它种类的果实的采摘工作当中。Abundant Robotics的解决方案是将机械手臂改成了类“吸尘器”的形式,即将水果“吸”到收纳装置当中,水果和空气接触,避免了机械设备对水果表面的伤害,这同时也意味着这款机器人的运用范围将更加广泛,而不局限于苹果的采摘。

 

温室里的机器人:

 

以色列初创公司MetoMotion开发“温室机器工人”在全世界115万英亩的温室里执行劳动密集型任务。该公司的第一个应用是收获温室番茄。温室机器工人结合先进的三维视觉系统和机器视觉算法来识别和定位成熟的果实,然后协调多个定制的机械臂最后,它有一个用于无损采集终端执行器和机载装箱系统。

 

除草机器人:

 

美国初创公司FarmWise开发出一款8000磅重的机器人,它可以不使用任何杀虫剂就清洁地除草。不仅仅是除草。该公司的机器人使用计算机视觉来感知每个工厂的各种信息。每天,他们的机器人可以为一个大约40万人口的中型城市除草。

 

草莓采摘机器人:

 

西班牙初创公司Agrobot开发全自动草莓收割机,这种收割机有24条“手臂”,可以独立采摘草莓。Agrobot首先使用机器学习来测量浆果的成熟度。为了保护果实不被挤压或掉落,机器人用两片薄而锋利的刀片把它们从茎上割下来。一旦切好,它们会立刻被装进一个小篮子里,篮子里有橡胶卷,橡胶卷会把水果放在通往包装区的传送带上。

 

大棚巡检机器人:

 

福建首款人工智能农业机器人正式在中国以色列示范农场智能蔬果大棚开始全天候生产巡检。这款农业机器人外型为白色的卡通人物形象,它有清晰的五官和四肢,通过底部的轮子和万向机构能够完成360度旋转和移动,可以流畅地沿着栽培槽自动巡检、定点采集、自动转弯、自动返航、自动充电等,它自行完成整个流程。

 

耕作机器人:

 

由于现代农业向规模化发展,农场的面积不断扩大,每到耕作期,往往需要雇佣大量劳力或是使用相关的农机设备进行作业。但是人力成本支出过高不说,传统的农业机械也难以完全满足精准、高效的农业耕作需求。如今,智能化的耕作机器人已经面世。耕作机器人不仅可以根据农田大小、轮廓以及种植作物种类来调整作业标准,同时还能实现自主耕作,省去许多传统步骤,大幅提升作业效率。

 

分拣机器人:

 

在农业生产中,将各种成熟作物进行分拣是一项必不可少的农活,往往需要投入大量的劳动力。而且,人力分拣有时候还会有所遗漏,做得总不够完美,这时候,就需要分拣机器人上场了。农业分拣机器人不仅坚固耐用、操作简便,而且能够自动辨别不同的作物果实,进行快速分类,而且不会擦伤果实外皮。

 

施肥机器人:

 

传统的人工施肥,不仅非常浪费,而且成本较高,对于环境的影响还不小。施肥机器人则非常“聪明”,可以根据不同类型土壤的实际情况,制定不同的施肥策略。机器人可以科学配比出最适量的施肥方案,既能减少总量,控制成本,又能提升效率,还可以改善地下水质。

 

收获机器人:

 

每到作物成熟时候,收获的喜悦就会油然而生。面对着缤纷多彩的“战果”,虽然你可能会在持续的劳累中吐槽“怎么还没收完”、“要是有人帮帮忙就好了”、“我为什么要种这么多”,但是对于收获机器人来说,它可不会这么觉得。

 

现在的收获机器人已经发展得颇为强大。专业的收获机器人,可以针对作物的不同特点,来区分“果实”和其他部分。更重要的是,收获机器人完全沉浸在它的劳动中,在田间棚里穿梭来去、“乐此不疲”,比起人工更为强大。

 

未来,这些农业机器人可以全部或者部分代替人或者辅助人进行农业生产,在一定限度上帮助人们提高农业效率,并且提高生产的安全性。不可否认,我国目前技术还不太成熟,但是一直在为这方面进行努力。比如镇压器、农业物联网传感器、植保无人机等等的半自动话机械的出现,极大地帮助了人们降低农种的困难。随着机械化时代的降临,农业逐步机械化信息化智能化。

 

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