文｜《農(nóng)經(jīng)》特約記者 林苒

在當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，人工成本已經(jīng)超過(guò)整體成本的一半。在這種背景下，如何降低人工成本逐漸成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。

日前，中國(guó)工程院院士、國(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心主任趙春江在2019 世界機(jī)器人大會(huì)上表示，智能化的農(nóng)業(yè)農(nóng)機(jī)裝備為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率指出了一條路。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，農(nóng)業(yè)機(jī)器裝備發(fā)展到一定程度就會(huì)衍生出農(nóng)業(yè)機(jī)器人。農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以全部或部分替代人或輔助人高效、便捷、安全、可靠地完成特定的、復(fù)雜的生產(chǎn)任務(wù)。

農(nóng)業(yè)科技在過(guò)去五年間快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人早已不再局限于約翰·迪爾（John Deere）的智能拖拉機(jī)和農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)。北美和歐洲在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)機(jī)器人的使用方面處于世界領(lǐng)先水平，但亞太地區(qū)（主要是中國(guó)和印度）也在快速增長(zhǎng)。8 月21 日，2019 世界機(jī)器人大會(huì)主論壇開(kāi)幕，其中“WRC2019——機(jī)器人農(nóng)業(yè)應(yīng)用專題論壇”于22 日舉辦，來(lái)自世界各地的機(jī)器人產(chǎn)業(yè)大咖共同聚焦機(jī)器人產(chǎn)業(yè)變革時(shí)代下的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。歐洲機(jī)器人協(xié)會(huì)主席貝恩德·利珀特說(shuō)，機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景不局限于工業(yè)，如今已向農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，同時(shí)推動(dòng)著各個(gè)行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。此外，隨著5G以及智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展，將提供一個(gè)更大的平臺(tái)，使機(jī)器人與5G 在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域碰撞出更大的火花。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)潛力巨大

聯(lián)合國(guó)預(yù)測(cè)，到2050 年，世界人口將從目前的76 億增加到98 億。從這個(gè)角度來(lái)看，全球豐收倡議組織（GHI）預(yù)計(jì)，世界糧食生產(chǎn)國(guó)將需要增加70%的產(chǎn)量，以適應(yīng)人口增長(zhǎng)。此前GHI 數(shù)據(jù)曾顯示，從2005 年到2019 年，農(nóng)業(yè)就業(yè)人數(shù)預(yù)計(jì)減少5800 萬(wàn)人，減少了11%的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力。在這樣的情況下，農(nóng)業(yè)機(jī)器人也將擁有十分巨大的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

這同時(shí)也對(duì)我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提出了更高的要求，農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備升級(jí)換代蓄勢(shì)待發(fā)，國(guó)內(nèi)對(duì)于自主研發(fā)的農(nóng)用機(jī)器人的需求已十分迫切。中國(guó)工程院樊邦奎院士表示，我國(guó)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)存在化肥農(nóng)藥利用率較低、環(huán)境污染嚴(yán)重等諸多痛點(diǎn)問(wèn)題，而農(nóng)業(yè)智能裝備的開(kāi)發(fā)和利用則可以有效地解決上述問(wèn)題，因此機(jī)器人將在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域大有作為。

趙春江院士表示，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家水平差距明顯，如農(nóng)牧業(yè)工藝與機(jī)械設(shè)備結(jié)合得不夠緊密，國(guó)內(nèi)穩(wěn)定性、故障率、易用性等指標(biāo)不理想，生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)效率偏低，智能化程度不高，核心算法的差距顯著。未來(lái)的農(nóng)場(chǎng)將是無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，將會(huì)需要大量的農(nóng)業(yè)機(jī)器人，國(guó)內(nèi)很多單位在探討無(wú)人農(nóng)場(chǎng)，也建設(shè)了無(wú)人農(nóng)場(chǎng)的示范。

趙春江院士介紹說(shuō)，農(nóng)業(yè)機(jī)器人目前已成為世界熱點(diǎn)。2017—2021 年期間，人工智能在農(nóng)業(yè)中應(yīng)用的年復(fù)合增長(zhǎng)率為22.68%。2016 年為27.6 億美元，預(yù)計(jì)2020 年為111 億美元，2025 年為308 億美元，主要包括農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)、無(wú)人拖拉機(jī)、智能收獲機(jī)、智能除草機(jī)、擠奶機(jī)器人、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化與控制系統(tǒng)等。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的廣泛應(yīng)用是人工智能農(nóng)業(yè)領(lǐng)域市場(chǎng)快速發(fā)展的重要因素。

機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)有潛力大幅提高作物質(zhì)量和產(chǎn)量，減少化學(xué)品使用量，解決勞動(dòng)力短缺問(wèn)題，并有助于小型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展。這些因素正在推動(dòng)整個(gè)勞作流程對(duì)機(jī)器人的強(qiáng)烈需求，包括種植、修剪、除草、取放、分揀、播種、噴灑、收獲和材料處理。而無(wú)人機(jī)將在農(nóng)業(yè)機(jī)器人中占據(jù)主導(dǎo)地位，其次是無(wú)人駕駛拖拉機(jī)、物料管理機(jī)器人、土壤管理機(jī)器人和奶場(chǎng)管理機(jī)器人。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)在過(guò)去幾年經(jīng)歷了快速發(fā)展，目前也已經(jīng)涌現(xiàn)出大量成熟或初創(chuàng)企業(yè)進(jìn)行開(kāi)發(fā)、測(cè)試，研發(fā)能執(zhí)行各種任務(wù)的農(nóng)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)機(jī)器人目前的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括無(wú)人駕駛拖拉機(jī)、無(wú)人機(jī)、物料管理、播種和森林管理、土壤管理、牧業(yè)管理和動(dòng)物管理等。

而且隨著大數(shù)據(jù)及技術(shù)支撐型農(nóng)業(yè)的興起，未來(lái)還將有越來(lái)越多的農(nóng)業(yè)機(jī)器人開(kāi)始出現(xiàn)在大眾的視野中。擁有先進(jìn)人工智能（AI）技術(shù)和內(nèi)置分析系統(tǒng)的機(jī)器人正被廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。從農(nóng)作物和牛群的管理，到奶牛管理、土壤監(jiān)測(cè)和整體農(nóng)業(yè)產(chǎn)量?jī)?yōu)化等。在這些技術(shù)的輔助下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。除了農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)和GPS 驅(qū)動(dòng)的智能拖拉機(jī)外，擠奶機(jī)器人、無(wú)人駕駛噴射直升機(jī)和物料管理系統(tǒng)也越來(lái)越受歡迎。對(duì)水資源的管理和灌溉是農(nóng)業(yè)機(jī)器人帶來(lái)可觀收益的另一個(gè)領(lǐng)域。此外，還有“智能收割機(jī)器人”，以及用于農(nóng)場(chǎng)庫(kù)存管理的“智能”工具。簡(jiǎn)而言之，機(jī)器人正在對(duì)“數(shù)字農(nóng)場(chǎng)”這一概念進(jìn)行重新定義。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域

作物的微觀監(jiān)測(cè)。在美國(guó)，農(nóng)場(chǎng)的平均規(guī)模是444 英畝（這個(gè)數(shù)字在過(guò)去的幾十年里一直相對(duì)穩(wěn)定）。因而，對(duì)大型農(nóng)田進(jìn)行人工監(jiān)測(cè)變得尤為困難，也增加了更多與農(nóng)業(yè)相關(guān)的不確定性因素。為了降低這種風(fēng)險(xiǎn)，農(nóng)業(yè)機(jī)器人和無(wú)人機(jī)就可以發(fā)揮它們的作用了。它們通?？梢岳脧?qiáng)大的傳感器和測(cè)繪技術(shù)，為農(nóng)民們帶來(lái)全面、實(shí)時(shí)的作物信息。部分農(nóng)業(yè)機(jī)器人可以非常接近地面作物，以便傳遞非常微觀的作物信息。目前，一些公司已經(jīng)開(kāi)始著手提供成套的農(nóng)業(yè)硬件和軟件分析工具。

微型噴灑和除草。對(duì)于大型農(nóng)田來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)手工噴灑農(nóng)藥和除草過(guò)于耗時(shí)，而且容易過(guò)度使用化學(xué)物質(zhì)，造成浪費(fèi)，還可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，微型噴灑和除草機(jī)器人在這方面顯得很有優(yōu)勢(shì)。用于除草的農(nóng)業(yè)機(jī)器人配備了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)“視覺(jué)”，可以準(zhǔn)確識(shí)別受雜草侵害的區(qū)域，并在這些區(qū)域噴灑所需用量的除草劑。在某種程度上，這減少了除草劑的使用，也幫助農(nóng)民減少了不必要的開(kāi)支。此外，農(nóng)民們還可以使用機(jī)器人來(lái)發(fā)現(xiàn)和鏟除雜草（而非在雜草上噴灑化學(xué)物質(zhì)清除）。每臺(tái)農(nóng)業(yè)機(jī)器人利用自動(dòng)除草技術(shù)平均可以殺死約90%的害蟲(chóng)，同時(shí)節(jié)約75%的農(nóng)藥使用量。

無(wú)人機(jī)和傳感器的使用。到2017 年1 月，全球農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的價(jià)值已經(jīng)升至3250 萬(wàn)美元。土地測(cè)繪、農(nóng)田害蟲(chóng)探測(cè)和一般的作物檢查等是無(wú)人機(jī)廣泛應(yīng)用的主要領(lǐng)域?；蛟S在不遠(yuǎn)的將來(lái)，無(wú)人機(jī)就能“互相溝通”并實(shí)現(xiàn)“團(tuán)隊(duì)合作”，例如，深度的農(nóng)作物處理、灌溉管理和除草。在智能農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，傳感器始終都起著至關(guān)重要的作用。例如，土壤濕度傳感器可以持續(xù)跟蹤土壤狀況（例如濕度水平等），將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端網(wǎng)絡(luò)，并提醒農(nóng)民適時(shí)進(jìn)行灌溉。因此，水資源浪費(fèi)也減少了。

更有效地采摘、分類(lèi)和收割。目前專用于采摘和分類(lèi)“無(wú)核小果”的應(yīng)用程序已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行測(cè)試和部署，這些應(yīng)用程序通常具有這項(xiàng)工作所需的手工靈巧度（而小麥和玉米等作物可以很容易被收割機(jī)收割）。配備有真空清除機(jī)制和計(jì)算機(jī)視覺(jué)（這樣對(duì)作物本身或果實(shí)都不會(huì)造成任何損害）的自動(dòng)蘋(píng)果采摘機(jī)器人開(kāi)始進(jìn)入人們的視野，預(yù)計(jì)它們將在未來(lái)幾年內(nèi)成為絕對(duì)的主流。

種植和播種。2016 至2017 年，印度近16%的水果和蔬菜產(chǎn)量流失，谷物的浪費(fèi)率也高得驚人。實(shí)際上，很多浪費(fèi)僅僅是由于農(nóng)民使用過(guò)時(shí)的播種方法而造成的。擁有高尖端地理測(cè)繪功能的農(nóng)場(chǎng)機(jī)器人可以有效防止這種問(wèn)題。這些農(nóng)場(chǎng)機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地確定所有相關(guān)的土壤特征，從而使種子在正確的時(shí)間播撒在正確的位置。它們還可以為苗圃自動(dòng)化提供動(dòng)力，確保對(duì)所有的溫室培植進(jìn)行優(yōu)化，比如盆栽、播種和倉(cāng)儲(chǔ)。精確播種，在某種程度上，就是讓作物從種子到最后成熟收割的可能性最大化。隨著全球城市化的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人正幫助創(chuàng)建、管理和維護(hù)室內(nèi)農(nóng)場(chǎng)（在城市環(huán)境中）。

山東省鄒平縣明集鎮(zhèn)億農(nóng)家園植林專業(yè)合作社農(nóng)民遙控植保機(jī)器人進(jìn)行噴藥作業(yè)

雖然應(yīng)用前景廣闊，但農(nóng)業(yè)機(jī)器人行業(yè)仍然存在問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用方面，缺乏統(tǒng)一有效的監(jiān)管對(duì)設(shè)備制造商和農(nóng)民來(lái)說(shuō)都是一個(gè)大問(wèn)題。而且機(jī)器人的定位精度有待提高，農(nóng)場(chǎng)機(jī)器人對(duì)人類(lèi)和環(huán)境的安全系數(shù)是一個(gè)未知數(shù)，萬(wàn)一發(fā)生意外事故的話，責(zé)任劃分將很麻煩。而且為了進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，例如在采摘前確定水果的成熟度，機(jī)器人需要考慮溫度波動(dòng)和光線變化等外部因素，安裝和部署農(nóng)業(yè)機(jī)器人需要較大的投資，除非技術(shù)得到改進(jìn)，否則它們將無(wú)法提供物有所值的服務(wù)。如今，農(nóng)業(yè)機(jī)器人在作物信息、動(dòng)植物生理、生態(tài)感知傳感器等方面存在很多壁壘。此外，農(nóng)業(yè)機(jī)器人的機(jī)電液伺服控制軟硬件技術(shù)過(guò)度依賴于工業(yè)機(jī)器人,以及農(nóng)業(yè)機(jī)器人與農(nóng)藝融合困難等問(wèn)題都制約農(nóng)業(yè)機(jī)器人的快速發(fā)展。

農(nóng)業(yè)機(jī)器人未來(lái)可期

農(nóng)業(yè)機(jī)器人的問(wèn)世，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的結(jié)果，是機(jī)器人技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。農(nóng)業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)和應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)方式，促進(jìn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。在新的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和新技術(shù)的應(yīng)用中，農(nóng)業(yè)機(jī)器人作為新一代智能化的農(nóng)業(yè)機(jī)械必將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)市場(chǎng)咨詢與研究機(jī)構(gòu)Tractica 的一份最新報(bào)告，未來(lái)幾年，全球農(nóng)業(yè)機(jī)器人的出貨量將快速增長(zhǎng)。從2018 年的每年約6 萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)到2025 年的72.7 萬(wàn)臺(tái)。無(wú)人機(jī)將在農(nóng)業(yè)機(jī)器人中占據(jù)主導(dǎo)地位，其次是無(wú)人駕駛拖拉機(jī)、物料管理機(jī)器人、土壤管理機(jī)器人和奶場(chǎng)管理機(jī)器人。Tractica 預(yù)測(cè)，到2025年這類(lèi)機(jī)器人的全球市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到879 億美元。

資深 分析師格 倫· 桑德 斯（Glenn Sanders）表示：“機(jī)器人和自動(dòng)化技術(shù)有潛力大幅提高作物質(zhì)量和產(chǎn)量，減少化學(xué)品使用量，解決勞動(dòng)力短缺問(wèn)題，并有助于小型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展。這些因素正在推動(dòng)整個(gè)農(nóng)業(yè)流程對(duì)機(jī)器人的強(qiáng)烈需求，包括種植、修剪、除草、取放、分揀、播種、噴灑、收獲和材料處理?！?/p>

有學(xué)者曾提到，第四次工業(yè)革命，會(huì)是以人工智能、清潔能源、機(jī)器人技術(shù)、量子信息技術(shù)、可控核聚變、虛擬現(xiàn)實(shí)以及生物技術(shù)為主的技術(shù)革命。

國(guó)際分工的發(fā)展，使社會(huì)勞動(dòng)得到了節(jié)約，勞動(dòng)生產(chǎn)率也得到了提高，但農(nóng)業(yè)的地位始終是貫穿從第一次到第三次工業(yè)革命的，機(jī)器人和相關(guān)機(jī)械化也最后會(huì)回到農(nóng)業(yè)。

無(wú)法否認(rèn)，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展是大勢(shì)所趨，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展會(huì)影響到任何行業(yè)。除了提高效率，機(jī)器人還能確保流程和產(chǎn)品的效率和有效性，減少滯后時(shí)間和增加產(chǎn)量。

同時(shí)，對(duì)安全可靠的食物供應(yīng)的信心也是人類(lèi)的基本需求。但人口增長(zhǎng)、勞動(dòng)力短缺和土地退化威脅著可持續(xù)發(fā)展，這使機(jī)器人相關(guān)技術(shù)和人工智能面臨新挑戰(zhàn)。而3D 視覺(jué)和人工智能的突破，無(wú)疑能夠在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域更加具有可操作性。

總之，機(jī)器人+視覺(jué)系統(tǒng)就是食品種植的未來(lái)，而人工智能正在推動(dòng)這一進(jìn)程。