农业的未来——以机器人和传感技术的进步为主导的农业技术革命

农业的未来——以机器人和传感技术的进步为主导的农业技术革命

几个世纪以来,随着农民为了追求更高的产量采用了更多的技术,“越大越好”的信念已经成为农业的主导思想,使得小规模经营变得不切实际。但机器人技术和传感技术的进步有可能颠覆当今的农业综合商业模式。“智能机器人有可能改变农业的经济模式,让小型生产者再次成为可能,”宾夕法尼亚州匹兹堡卡内基梅隆大学的机器人工程师乔治·坎特说。

21世纪的机器人技术和传感技术有潜力解决和农业本身一样古老的问题。“我相信,通过采用机器人农业系统,我们可以显著提高作物生产的效率和可持续性,”英国新港哈珀亚当斯大学的工程师西蒙·布莱克莫尔(Simon Blackmore)说。在专门用于水果和蔬菜生产的温室里,工程师们正在探索将自动化作为降低成本和提高质量的一种方法。监测蔬菜生长的设备以及机器人采摘机目前正在测试中。对畜牧农民来说,传感技术可以帮助管理他们牲畜的健康和福利。目前正在开展工作,以改善土壤质量的监测和维护,消除病虫害,同时不滥用农用化学品。

虽然其中一些技术已经可用,但大多数还处于实验室和附属公司的研究阶段。布莱克莫尔说:“大型机械制造商没有把钱投入农业机器人制造,因为这违背了他们目前的商业模式。”布莱克莫尔和坎特等研究人员是越来越多计划改革农业实践的科学家中的一员。如果他们成功了,他们将永远改变我们生产食物的方式。“我们可以利用技术使粮食产量翻倍,”哈珀亚当斯农业工程师理查德•格林说。

荷兰以其种植水果和蔬菜的温室的效率而闻名,但这些操作依赖于人来采摘农产品。瓦赫宁根大学的农业工程师埃尔德特•范•亨滕(Eldert van Henten)表示:“人类仍然比机器人更好,但在自动收获方面需要付出很多努力。”

在英国,格林开发了一种草莓收割机,他说这种收割机可以比人类更快地采摘水果。它依靠的是立体视觉与RGB摄像头来捕捉深度,但正是其强大的算法使其能够采摘水果。但正是其强大的算法使它能够每两秒钟采摘一个草莓。格林估计,人每分钟可以摘15到20个,"我们的合作伙伴在我们在国家物理实验室的合作伙伴在这个问题上工作了两年。但在某一天进行了一次头脑风暴,最终破解了这个问题。格林说,这个解决方案在商业上太敏感了,不能分享。

他认为,有监督的机器人小组可以在大约五年的时间里,可以取代草莓采摘者的位置。五年后。哈珀-亚当斯大学正在考虑成立一个分拆公司,将该技术商业化。技术是商业化的最大障碍。然而,食品生产商要求机器人能够采摘各种蔬菜。van Henten说,商业化的最大障碍是食品生产商要求机器人能够采摘所有种类的蔬菜。西红柿的形状、大小和颜色多种多样。例如,西红柿的形状、大小和颜色各不相同,这使得采摘西红柿成为一项艰巨的挑战。虽然已经有机器人可以从植物中去除不需要的叶子。

寻找效率的另一个关键点是时间。过早采摘会造成浪费,因为你错过了生长,但采摘得太晚则会缩短几周的储存时间。精准农业工程师Manuela位于波茨坦的莱布尼兹农业工程和生物经济研究所的Zude-Sasse。德国波茨坦的莱布尼茨农业工程和生物经济研究所的精准农业工程师曼努埃拉-祖德-萨斯正在将传感器安装在苹果上,以确保苹果的质量。正在将传感器安装在苹果上,以检测它们的大小,以及叶绿素和花青素的水平。这些数据被送入一个算法,以计算出发育阶段,并在采摘时机成熟时提醒种植者。当采摘时机成熟时,种植者就会收到智能手机的提醒。

到目前为止,Zude-Sasse已经在梨子上安装了传感器。柑橘类水果、桃子、香蕉和苹果。 她将在今年晚些时候开始实地试验在一个商业番茄大棚和一个苹果果园。她还在开发一个智能手机应用程序为樱桃种植者开发。该应用程序将使用种植者拍摄的樱桃照片樱桃的照片来计算生长速度和质量分数。

种植新鲜水果和蔬菜的目的是保持高质量,同时将成本降到最低。"如果你能将收获时间安排在水果的最佳发育期,那么你就能获得经济效益。Zude-Sasse说。

联合国粮食及农业组织估计,尽管施用了大约200万吨农药,但每年全球农作物产量的20-40%都因病虫害而损失。 智能设备, 如机器人和无人机,可以允许农民通过更早地发现作物敌人来削减农业化学用途,从而允许精确的化学应用或害虫清除。例如,卡内基梅隆大学的机器人工程师Red Whittaker在1997年为 拖拉机设计并申请了自动指导系统的专利,他说:“市场要求的食品需要更少的除草剂和杀虫剂,质量更高。 “机器人可以应对 这一挑战,格林说:“我们预测无人机将在农民起床前每天早上起飞,使用RGB或多光谱相机进行拍摄分析,以确定在田间哪里有害虫或问题。 除了可见光之外,这些相机还可以从电磁光谱中看不见的部分收集数据,从而使农民能够在真菌疾病建立之前确定其位置。 来自 卡内基梅隆大学的科学家已经开始测试高粱(高粱双色)的理论,高粱是非洲许多地区的主食,也是美国潜在的生物燃料作物。

农业数据分析公司Agribotix在科罗拉多州博尔德供应 无人机和软件使用近红外图像绘制不健康植被在大农田的斑块。 图像还可以揭示潜在的原因,如害虫或灌溉问题。 该公司处理来 自50多个国家作物领域的无人机数据。 它现在正在使用机器学习 来训练它的系统来区分作物和杂草,并希望能够为2017年的生长 季节做好准备。 Agribotix公司的一位管理人员、作物科学家 Jason Barton说:“我们将能够对种植户发出警报,说你的田地里、这里和这里都生长着杂草。 现代技术可以自动消除害虫,更好地针对农业化学品,将减少对 野生动物的附带损害,降低抗药性,降低成本。 “我们正在与一家热衷于使用农业无人机喷洒农药的杀虫剂公司合作,”格林说。 他说, 杀虫剂不能喷洒一整块田地,而是可以在所需的数量上送到正确的地点。

据悉尼大学澳大利亚 野外机器人研究中心的研究人员称,有针对性地喷洒蔬菜使用了常规地毯式喷洒中使用的除草剂面积的0.1%。 他们的原型机器人被称 为RIPPA(智能感知和精确应用机器人),用定向微剂量液体喷洒杂草。 哈珀·亚当斯(Harper Adams)的科学家正在进一步测试一种机器人,该机器人通过用激光爆破接近农作物的杂草来完全替代化学除草。Blackmore说:“相机可以识别杂草的生长点,而我们的激光只是一个集中的热源,它将杂草加热到95°摄氏度,所以杂草要么死亡,要么休眠。

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