農(nóng)業(yè)機(jī)器人：全球農(nóng)民的革命性工具

農(nóng)業(yè)機(jī)器人已被證明是世界各地農(nóng)民的寶貴工具。自工業(yè)革命以來(lái)，農(nóng)業(yè)變得越來(lái)越機(jī)械化和自動(dòng)化，人工智能將這種自動(dòng)化提升到更高的水平，人工智能的使用與現(xiàn)在的“精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)”相交，減少了肥料、殺蟲(chóng)劑、除草劑和水等投入，同時(shí)提高產(chǎn)量。

農(nóng)業(yè)航空機(jī)器人

使用空中無(wú)人機(jī)從空中檢查農(nóng)作物已經(jīng)很成熟。航空成像提供了有關(guān)作物健康和土壤條件的寶貴見(jiàn)解。監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)的公認(rèn)方法是使用歸一化差異植被指數(shù)（NDVI）地圖。但這不僅僅是被動(dòng)檢查數(shù)據(jù)的問(wèn)題。NDVI數(shù)據(jù)可以下載到拖拉機(jī)上。智能農(nóng)場(chǎng)設(shè)備使用數(shù)據(jù)來(lái)控制肥料的施用。

農(nóng)業(yè)中使用的無(wú)人機(jī)（UAV）主要有三種類型。

一是固定翼無(wú)人機(jī)。固定翼無(wú)人機(jī)的機(jī)翼像飛機(jī)一樣，通常只有一個(gè)或兩個(gè)螺旋槳。這種無(wú)人機(jī)可以在空中停留的時(shí)間比旋翼型更長(zhǎng)，對(duì)于當(dāng)今龐大的農(nóng)場(chǎng)來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)時(shí)間的飛行是一個(gè)優(yōu)勢(shì)，但是它們需要一條光滑的起飛和著陸跑道，并且比直升機(jī)更難駕駛。

二是旋翼無(wú)人機(jī)。旋翼無(wú)人機(jī)有多個(gè)旋翼，像直升機(jī)一樣帶有葉片，最常見(jiàn)的配置具有四個(gè)旋翼（四軸飛行器）或六個(gè)旋翼，一些無(wú)人機(jī)還有更多，旋翼無(wú)人機(jī)比固定翼無(wú)人機(jī)更容易控制，因?yàn)樗鼈兛梢源怪逼痫w和降落，所以它們不需要著陸跑道，旋翼無(wú)人機(jī)通常比固定翼型號(hào)便宜。

三是混合無(wú)人機(jī)。混合動(dòng)力無(wú)人機(jī)垂直起飛，然后可以在飛行中切換到滑翔模式，因此，它們結(jié)合了其他兩種無(wú)人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，混合動(dòng)力無(wú)人機(jī)承諾固定翼無(wú)人機(jī)的飛行時(shí)間更長(zhǎng)，旋翼型飛機(jī)易于使用，然而，混合動(dòng)力無(wú)人機(jī)更復(fù)雜、更重、更昂貴。該技術(shù)也不像其他兩種類型那樣成熟。

播種和噴灑機(jī)器人

用于播種和噴灑的無(wú)人機(jī)仍然是一個(gè)新事物，但它們是商用的。農(nóng)用車輛中的一些大牌現(xiàn)在提供自動(dòng)噴灑和播種無(wú)人機(jī)。

任何想要在美國(guó)駕駛起飛時(shí)重量超過(guò)55磅的無(wú)人機(jī)（包括貨物）的無(wú)人機(jī)飛行員都需要通過(guò)美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）申請(qǐng)?zhí)貏e豁免。因此，許多無(wú)人機(jī)制造商限制了他們的有效載荷能力以避免這一障礙。

播種無(wú)人機(jī)主要用于覆蓋作物。采用種植覆蓋作物的做法是一種土壤健康做法。覆蓋作物有助于限制土壤侵蝕并減少?gòu)搅髦械奈廴??？罩袩o(wú)人機(jī)最適合在拖拉機(jī)和農(nóng)作物噴灑機(jī)難以到達(dá)的地方播種。

對(duì)于噴涂和播種無(wú)人機(jī)，有效載荷能力是一個(gè)關(guān)鍵因素。需要注意水箱的大小和噴霧寬度。無(wú)人機(jī)必須具有足夠強(qiáng)大的電池和提升能力。這些因素的組合將決定一次可以噴灑多少英畝。

更復(fù)雜的無(wú)人機(jī)有一個(gè)野外站，為無(wú)人機(jī)提供大本營(yíng)。一家供應(yīng)商提供具有自動(dòng)儲(chǔ)罐加注功能的現(xiàn)場(chǎng)工作站?，F(xiàn)場(chǎng)工作站還可以完全自主地將舊電池?fù)Q成新電池。先進(jìn)的自主噴涂無(wú)人機(jī)利用雷達(dá)和其他傳感器，使它們能夠避開(kāi)障礙物。

大多數(shù)無(wú)人機(jī)都是電池供電的。然而，有些人使用燃料。燃料增加了它們的有效載荷能力和飛行時(shí)間。

水果和蔬菜收獲機(jī)器人

水果和蔬菜收獲機(jī)器人仍處于原型階段。他們顯示出巨大的希望。

收割機(jī)器人的手臂末端工具（EoAT）因每種作物而異。例如，辣椒表面光滑、蠟狀，非常適合用吸盤夾住。西紅柿比辣椒更脆弱，因此機(jī)器人使用軟指抓手，在拉動(dòng)水果以將其與植物分開(kāi)時(shí)扭曲水果。草莓更加?jì)赡郏枰裢庑⌒牟拍苁斋@。例如，一個(gè)收割機(jī)器人在握住物品的同時(shí)使用莖刀，以避免在拉動(dòng)時(shí)瘀傷。

人工智能輔助視覺(jué)檢測(cè)成熟度并規(guī)劃?rùn)C(jī)械臂的路徑以拔出目標(biāo)。一些收割機(jī)器人具有騎在輪式底座上的關(guān)節(jié)臂。其他人則在鐵路上旅行或使用軍用車輛等軌道。

一個(gè)特別引人注目的收割機(jī)器人有兩架空中無(wú)人機(jī)。無(wú)人機(jī)通過(guò)提供電力的臍帶連接到輪式推車上。無(wú)人機(jī)在推車旁邊飛行，使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)找到成熟的水果并使用抓手將其摘下。采摘后，無(wú)人機(jī)將作物放入推車的垃圾箱中。推車向下移動(dòng)，而拴在推車上的無(wú)人機(jī)根據(jù)需要重新定位。

雖然仍處于采用的初始階段，但原理證明已經(jīng)存在。有多個(gè)供應(yīng)商可供選擇只是時(shí)間問(wèn)題。

目前，全球可供商業(yè)選擇并不多。一個(gè)例外是一家以色列公司，該公司提供使用RaaS（機(jī)器人即時(shí)服務(wù)）的收割機(jī)器人。RaaS將農(nóng)民從大量的初始勞動(dòng)中解放出來(lái)。農(nóng)民聯(lián)系相關(guān)公司，告訴他們英畝數(shù)和哪種作物。然后，收割機(jī)器人供應(yīng)商部署其單位車隊(duì)進(jìn)行收割。工作可以24小時(shí)不間斷作業(yè)，并且可以用更少的勞動(dòng)力更快地完成收獲。

用于運(yùn)輸水果、蔬菜和盆栽植物的自主移動(dòng)機(jī)器人AMR是市售的，并且有一些供應(yīng)商可供選擇。這些機(jī)器人是農(nóng)民的助手，讓人們騰出時(shí)間去執(zhí)行更高價(jià)值的任務(wù)。

在苗圃中，一項(xiàng)必不可少但累人且耗時(shí)的任務(wù)是將盆栽植物隔開(kāi)。當(dāng)小時(shí)，觀賞灌木和幼樹(shù)可以緊密地放在一起，以最大限度地利用可用空間。隨著它們的生長(zhǎng)和變大，這些植物需要空間來(lái)變得茂盛和廣泛。移動(dòng)植物以將它們隔開(kāi)是AMR的應(yīng)用。一些供應(yīng)商專門從事此應(yīng)用程序。

對(duì)于果園來(lái)說(shuō)，將水果從采摘地點(diǎn)拖回收集點(diǎn)是AMR的一個(gè)很好的應(yīng)用。AMR通過(guò)自主跟蹤人類采摘者來(lái)協(xié)助他們。機(jī)器人攜帶托盤或箱子，工人可以將采摘的水果放入其中。當(dāng)托盤裝滿時(shí)，機(jī)器人自主移動(dòng)到收集區(qū)域。因此，機(jī)器人消除了原本需要的行走。它通過(guò)使工人能夠繼續(xù)采摘來(lái)提高生產(chǎn)力。有些供應(yīng)商提供這種機(jī)器人。

除草機(jī)器人

殺死雜草的農(nóng)業(yè)機(jī)器人是市售的，一些供應(yīng)商提供它們。一些除草機(jī)器人用于家庭花園。這些小型機(jī)器人就像為人們的家中吸塵機(jī)器人。但也有機(jī)器人旨在為更大的農(nóng)場(chǎng)提供服務(wù)。

對(duì)于商業(yè)農(nóng)業(yè)，一些除草機(jī)器人使用微劑量的除草劑。機(jī)器人沿著作物行自主移動(dòng)。它使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)來(lái)區(qū)分雜草和作物。當(dāng)發(fā)現(xiàn)雜草時(shí)，機(jī)器人執(zhí)行器會(huì)伸出援手。少量農(nóng)藥直接沉積在雜草上。因此，使用的化學(xué)品要少得多。另一種方法是使用激光去除雜草。因此，該方法不使用化學(xué)品，并被認(rèn)證為有機(jī)物。

一些除草機(jī)器人具有太陽(yáng)能電池板為其運(yùn)行提供動(dòng)力，而另一些則使用電池或柴油燃料。

機(jī)器人溫室

室內(nèi)農(nóng)業(yè)激增。在室內(nèi)種植提供了更可控的環(huán)境，有利于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)。降低溫室的關(guān)鍵成本是LED燈。如今的LED提供與白熾燈泡相同的光強(qiáng)，功耗降低85%。AI控制照明、溫度、二氧化碳和濕度。氣候可以根據(jù)每種作物的需求量身定制。

許多室內(nèi)農(nóng)業(yè)公司出售他們的水果和蔬菜。他們的主要客戶是雜貨店和餐館。他們的技術(shù)不出售。但是，一些供應(yīng)商確實(shí)出售設(shè)備以建立自己的自動(dòng)化溫室。

一家公司提供了一個(gè)模塊化系統(tǒng)，可以安裝在雜貨店生產(chǎn)部門的展示柜中。例如，商店可以種植生菜和草藥，出售給客戶。溫室公司的系統(tǒng)可以擴(kuò)大規(guī)模，以創(chuàng)建一個(gè)能夠在商業(yè)銷售中種植各種作物的垂直農(nóng)場(chǎng)。該公司還銷售零部件。他們提供特殊的軟件來(lái)管理氣候和營(yíng)養(yǎng)流。專有的LED燈可供購(gòu)買。可以購(gòu)買“施肥”裝置，通過(guò)循環(huán)溶液為植物提供養(yǎng)分。另一家提供室內(nèi)農(nóng)業(yè)解決方案的公司采用了一種新穎的方法。他們的水培農(nóng)場(chǎng)設(shè)計(jì)為在集裝箱內(nèi)運(yùn)行。集裝箱的想法降低了購(gòu)買合適建筑物的成本。

室內(nèi)農(nóng)業(yè)的缺點(diǎn)是它是能源密集型的。因此，這樣的農(nóng)場(chǎng)只對(duì)水果和蔬菜等高價(jià)值作物具有經(jīng)濟(jì)意義。試圖在里面種植小麥或谷物不會(huì)獲利。然而，室內(nèi)農(nóng)業(yè)的產(chǎn)量要高得多。對(duì)于許多作物來(lái)說(shuō)，這可能是一個(gè)有吸引力的投資選擇。