無人機+農(nóng)業(yè)：無人機如何促進生物燃料發(fā)展？

    某研究團隊將于 5月 份為一架小型空中無人機和兩輛無人地面車輛安裝上傳感器，然后將其投放于種著數(shù)百種高粱的農(nóng)田。這三架裝有固定傳感器的無人機在環(huán)繞整個農(nóng)場轉(zhuǎn)完一圈后，可以收集信息，希望構建一個 3D 農(nóng)場，幫助研究家們定位出農(nóng)場里每一株高粱生長勢頭好過預期的具體時間，為實現(xiàn)這一目標，植物育種家已花費了數(shù)年的時間。

    和另一主要生物燃料（玉米）相比，高粱抗旱力更強，能在其他農(nóng)作物無法存活的干旱炎熱環(huán)境中生存。但是具體哪個品種是生物燃料的來源，目前還不得而知。這個研究團隊的目標是盡可能多地測量出每一株高粱的物理性狀——從高度和密度到光和作用下葉子的生長角度。

    空中無人機是一架 25 磅重的無人直升機，裝有激光雷達、可見像、熱紅外以及高光譜相機。每兩周，這架微型直升機會花 20 分鐘圍繞這片 10 英畝的高粱地至少轉(zhuǎn)一個來回，同時地面無人車輛也會至少進行一次巡邏，以此來對高粱進行測量以及在高粱的莖葉上安放微型傳感器。

    “我們的總體目標就是要大大提高高粱這一生物能源作物的產(chǎn)量，” Near Earth Autonomy 公司的高級機器人工程師 Paul Bartlett 表示。該項目的空中無人機傳感系統(tǒng)就是這家公司做的。如果產(chǎn)量能夠大幅增加，“那么高粱就能真正成為可持續(xù)生物能源的來源。”

    在美國國內(nèi)種植生物能源作物兼具環(huán)境和經(jīng)濟效益。高粱這一生物能源作物和傳統(tǒng)的石油相比，所產(chǎn)生的溫室氣體排放量要。要想替代傳統(tǒng)燃料，就必須大量增加高粱的產(chǎn)量，正因如此，美國能源部先進能源研究計劃署 （ARPA-E） 為諸如 Bartlett 所做的這類項目投入了 3000 萬美元，這類項目利用機器人和自動傳感系統(tǒng)來收集作物的物理 “表現(xiàn)型”數(shù)據(jù)，速度上比以往的人工測量要快很多。

    這正是植物遺傳學研究中面臨的主要難題，威斯康辛大學麥迪遜分校植物生理學家 Edgar Spalding 說到。得益于基因組測序，科學家們能夠獲得大量關于植物基因結構的數(shù)據(jù)，但是關于這些基因信息如何轉(zhuǎn)換成植物生理機能（或表現(xiàn)型）的數(shù)據(jù)卻很少。由于對表現(xiàn)型進行人工測定是一項耗時耗力且成本頗高的工作，因此科學家的研究范圍受到了限制。

    不過這一難題很快就能得到解決。通過與卡內(nèi)基梅隆大學機器人研究所、唐納德丹弗思植物科學中心和克萊姆森大學植物研究員的合作，Bartlett 所在的研究小組（ARPA-E 資助的 6 個研究小組的其中之一）爭取在接下來 2 到 4年 內(nèi)完成自動系統(tǒng)的開發(fā)，以此來收集大量的表現(xiàn)型數(shù)據(jù)、分析作物的生長情況以及開發(fā)些算法來選出適合再生產(chǎn)的作物品種。圣路易斯丹弗思植物科學中心的研究組將利用這些小組所作的研究來創(chuàng)建一個開源的表現(xiàn)型數(shù)據(jù)集，供全球各地的科學家們使用。

    通過無人機來研究植物表現(xiàn)型的這類項目將植物表現(xiàn)型研究中所遇到的瓶頸。Spalding 表示，但這些項目的實施需要植物研究家同數(shù)據(jù)分析專家通力合作。

    “我覺得一旦研究家們能夠很好地運用這些飛行傳感器，那他們就會意識到接下來要面臨的就是計算這一艱巨任務了，” Spalding 說到。“這些數(shù)據(jù)的計算可不是在電腦桌面上就能完成的。”