欧盟力图借助机器人提高农业生产力

2016年5月6日,机器人研究者网站 http://robohub.org/ 发表文章,介绍了欧盟力图借助机器人提高农业生产力的举措。

随着人口的增长,需要养活的人越来越多,农民的压力越来越大。据联合国预测,到2050年,世界人口将从今天的73亿上升到97亿。而不断增长的人口对食物也更加挑剔,仅在欧盟,2014的有机市场增长了7.4%,销售额达到240亿欧元。除了有机食品,还存在一个整体趋势,即要求农业更加环保,使用更少的水和农药。

来自德国创新机器人公司Deepfield Robotics的专家表示,农业是最容易受到气候变化影响的,但气候只是其中一个原因,保持可持续的耕种非常重要。

这些因素意味着需要农民提供更多更高质量的产品,并以可持续的方式进行。随着年轻人远离了这个行业,能够推动实现这一愿景的劳动力变得更少。如果使用机器人帮助提高农业产量,同时减少所需资源,将使农业变成一个令人兴奋的高科技行业。“很少有人愿意在早上5点钟起床,农业是一个沉重肮脏的工作”,荷兰瓦格宁根大学农业技术组组长Eldert van henten说:“未来农业的高科技性质可能会吸引新人进入这个行业,也会将那些离开的人吸引回来”。

机器人只是推进精准农业的一项整体运动的一部分,具有较大潜力,欧洲已经资助了至少6个围绕机器人农业的项目。为打造一个成熟的自动化农业系统,有大量工作需要去做。

在作物种植工作中,需要机器人在其所处环境中自动导航,并在限定范围内开展一些活动,例如采摘水果、喷洒农药、播种种子、拍摄植物照片或进行测量。在温室内的活动相对简单,因为这个环境是经过设计的,往往可以预先铺设轨道,使得机器人可以沿着轨道到达所需的位置。在室外耕作时,机器人通过接收包含一组特定位置的命令来完成工作。如果机器人的运动轨迹是已知的,就可以使用全球定位系统和一个闭环控制来确保它保持在轨道上。如果任务需要机器人遵循一个未知的轨迹(例如一排农作物),就经常需要使用视觉来帮助机器人找到正确路径。机器人通过无线通信与一个中央操作员联系,以接收与任务相关的新指令,并报告状态与数据。要将这些功能聚合在一起,需要农场自动机器人拥有聪明的控制系统、定位系统和通信系统。在某种程度上,这些技术与亚博科技(AGTech)应用于自动驾驶汽车的技术是类似的。不同的是,农业机器人往往需要处理它们所处的环境,来完成采摘蔬菜或水果、以合适的姿势播撒农药或种植种子。所有这些任务都需要自动感知、操作和处理的能力。

最近完成的项目RHEA开发了一系列拖拉机和航空机器人,它们具有传感器系统,可以用来区分作物和杂草,并在需要的地方播撒除草剂。该项目的负责人表示,自主机器人已经被用到许多农业活动中。使用具有一定精度的自主机器人可以完成一些常规任务,如耕作、播种、收获谷物等(目前利用全球卫星导航技术可以达到约±2厘米精度)。对于其他需要使用视觉跟踪轨迹的任务,目前能达到的精度大约是±7厘米。

在使用配备智能工具的机器人方面,目前取得的成绩是很鼓舞人心的。携带除草剂播撒器的自动拖拉机已经被证明能够节约高达75%的除草剂,这种播撒器携带具有杂草检测系统的机器人。自主拖拉机配备的板载杂草检测系统能够杀死一个区域内90%的杂草。

德国博世新创公司“Deepfield Robotics”还开发了可持续农业技术,其主要产品是传感器网络和机器人。该公司的机器人能够在多行作物之间自动导航、监测植物,并将数据发送给农民,以帮助优化种子繁殖。如果配备“杂草冲压器”,机器人可以把杂草冲压到地下。Deepfield公司的机器人还提供能够安置在田野中的智能传感器。这种网络已经被部署到农场中,以监测芦笋的土壤环境。

然而该领域仍然存在许多挑战。RHEA项目的负责人表示,需要开发更好的技术来识别水果并分析它们在恶劣条件下的成熟度(不断变化的光线,存在粉尘、极端温度、风力的变化等),以及检测杂草。机器人的位置精度也必须提高,以帮助优化农药的应用过程并提高操作精度。虽然工业机器人在工厂中表现出非常好的精度和速度,它们在农业上的应用却很困难,主要原因是农业场景是一个充满移动物体的柔软、细腻并有很多障碍的环境。只需想象一下,从一株植物上采摘一个甜美的辣椒与从装配线上抓取一个螺栓相比要困难多少。事实上,采摘甜椒是最近开始的“Horizon2020”清扫车项目的主要任务,这个项目是以前欧盟“Crops”项目的延续。

在机器人领域,缺乏明确的规则是进入该领域的企业通常会遇到的一个令人头痛的问题。RHEA项目的负责人称,安全是一个问题–机器人必须能够检测它们周围发生了什么事情,并采取相应的措施来保护人类、动物和它自己,以避免损毁和事故。目前完全不清楚谁应该为自动地面机器人造成的伤害承担责任。针对无人机的立法也是受到限制的,需要特别的许可,即使是以研究为目的。

Birgit Schulz认同安全和管理是最重要的考虑因素,他提出了关于如何定义和实现机器人的自动程度以及一些逻辑方面的考虑,包括“机器人如何到达现场?如何使机器人更容易使用?如果机器人被卡住该怎么办等”。

一个好消息是,农场已经向正在部署的新技术和所需的投资开放。一个鲜为人知的事实是,农场已经是机器人技术的主要用户之一。总部位于荷兰的Lely公司在全世界拥有超过2万台挤奶机器人。Lely Astronaut A4盒子能够在需要挤牛奶的时候自动挤奶,而不需要农民主动要求。机器人将挤奶杯贴紧奶牛进行挤奶工作,如果需要的话,可以再次紧贴,挤完奶后则将其分开。一个额外的好处是可以收集到关于奶牛的数据,以帮助农民监测牛群,并在出现问题时采取及时措施,或者只是简单地帮助增加产量。

未来的农场将会有许多机器人一起工作。在2016年汉诺威工业博览会(Hannover Messe)上,关于移动农业机器人群的项目MARS展示了一个基于云的耕种方法。通过部署许多简单的小型机器人,MARS项目希望使其农场解决方案更加安全、更加可靠、更有效率,同时能够避免因为承载更大的机器人而导致的土壤压实。机器人群也能够通过轮流充电或维护来保持连续工作状态。

在农场部署机器人是令所有人都非常兴奋的事情,而且在目前需要增加粮食生产并促进可持续发展的情况下,部署机器人有了一个明确的需求。在出现一个集成化的“数字化农场”并允许农民们以令人满意的、高效率的方式来完成工作之前,已经出现了一些促进科技发展的措施,以帮助农民实现个人任务的自动化。但是仍有很多工作要做。专家表示,机器人需要变得“更加快速、更加准确、具有100%的成功率,并具有高性价比”,才会有望出现在农场中。但是,目前的趋势是人类与机器人协同工作。机器人将在有人监督和指导的情况下承担一部分工作,或者与人协同工作。这有可能提高机器人技术的被接受程度和可行性,使它能够胜任更有挑战性的农业任务。

原文发布于微信公众号 - 人工智能快报(AI_News)

原文发表时间:2016-06-18

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