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        興農機械制造

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        精確耕作 智能自動化機器人來幫忙!

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        精確耕作 智能自動化機器人來幫忙!

        精確耕作

          新型模范農場,精確將是關鍵

          如果能將化學物質準確地噴灑到需要的作物上去,那何苦還要在整塊土地上施藥呢?在將來,每一株作物都能得到恰好的投入,不多也不少,這樣非但能削減化學物品的使用,還能取得更好的收成。但是這說說容易,做起來就難了:歐洲和美國的那些大農場往往有數千公頃之巨,要對它們進行精確耕種,自動化就成了關鍵。具體來說,農業工程師指出,要精確耕作,就得由機器人充當農民。

          或許用不了多久,農業機器人就能認出一株株秧苗,并且用酌量的化肥和水滴來催促它們生長。另一些機器則會識別出雜草,然后用一小滴除草劑、一把噴火槍、或者一束高能激光來將它們鏟除。不僅如此,這些機器還能認出各種成熟的蔬菜,并且收割下來。

          機器人還會給其他方面帶來劇變,比如在農業工種上、在我們耕作的方式上、在土壤和土壤質量上,以及在農耕中投入的能量和碳含量上。它們能夠降低污染,減少水的使用。不過對普通人來說,最顯著的或許還是耕地外觀的變化。有了機器人的參與,莊稼就可以在精心劃分的小型農田里種植,果園里則會長滿一列列二維形狀的樹木。不僅如此,機器農民甚至可能對端上餐桌的果蔬種類造成影響。

          一個多世紀以來的機械化進程,已經將世界大多數地方的農業改造成了具有工業規模的活動,其中出產谷物的農場是機械化程度最高的。另外一些作物,比如用來制作加工食品的橘子和西紅柿,也已經由機器來采摘了。在數以千計的奶牛場里,奶牛也已經改由機器人來擠奶。這類產品在進入你家附近的商場之前,沒有一樣是經過人手染指的。

          下一代自動化農業機器

          你可能已經見過它們,只是并未留意,因為這些機器人都扮成了拖拉機的樣子。今天的這些“拖拉機”,有許多都是自動駕駛的,它們依靠GPS導航穿過田野,還能對自己的零件“說話”。而這些零件,比如一把犁、一只噴霧器等,也能向拖拉機“回話”。比如一部除草機就能告訴拖拉機“你開得太快了”或者“向左開”。

          不同的農業機車之間也在開始彼此對話。美國約翰迪爾公司2012年出售的一種復合收割機,就能和牽引式掛車聯系,并且提醒司機裝載谷物。德國的芬特公司也研制出了成對作業的拖拉機,其中的一臺由人工操作,另一臺自動駕駛,在邊上模仿第一臺的動作。這套系統可以有效地將農民在田野中的勞作時間減半——而這還僅僅是開始。

          不過話說回來,等到充分自動化的系統開進農田時,它們就不會再是拖拉機的樣子了。今天的農業機器個頭和重量皆大,因此有一個重大的缺陷:它們會壓緊土壤,減少孔隙,殺死有益的生物。這樣一來,作物就無法茁壯生長。壓緊的土壤還會增加雨水侵蝕。啟用成隊的輕型自動機器人有望解決這個問題。用精確取代蠻力是其中的關鍵。一粒種子只要一平方厘米的土地就能生長,只要在那塊土地上投入一小股能量,作物就能長得很好了。

          有了這樣的輕型機器人,犁地就再也沒有必要了,由此可以大大降低能耗,也能降低農耕中排放的二氧化碳。當土地不再緊實,土壤就能保住原有的結構,留住有益的生物。它們還能吸收更多的水分,保持更久的肥力。

          具有這些能力的自動機器人已經開始在田野試驗中展現氣概了。它們需要具備的關鍵能力有3種:能自動行駛,能分析眼前的場景,還要能幫助農民燒掉野草、噴灑農藥或者收割莊稼。

          其中導航系統還是最簡單的部分,特別是在有了高精度的衛星導航技術RTK-GPS之后。這種技術能使機器將自己的位置確定在2厘米之內,目的是為一款叫做“BoniRob”的模塊式農業機器人導航。BoniRob的外形像一輛四輪越野車,利用幾臺光譜成像儀來區分綠色的作物和褐色的土壤。它能記下每一株作物的位置,并在生長季中一次次返回原地觀察它們的生長。

          激光除草槍

          除盡雜草是農民特別向往的一個目標,因為雜草會使有些作物的產量下降5成還多。因此,研究人員下一步的計劃就是,給他的機器人安裝一套精確的噴灑系統,該系統仿照噴墨打印機,能夠在雜草的葉片上噴灑微小的除草劑液滴。魯克肖森估計,這項技術能夠使農藥的使用減少8成。根據研究人員的計算,即便是將機器人的前期投資計算在內,這個新方法也會比傳統的除草手段便宜。不僅如此,新方法還明顯有利于生物多樣性的維持,因為它能將除草劑殺死的植物數目減到最低。噴灑殺蟲劑不是機器人清除雜草的唯一手段:試驗中的樣機還能用火焰噴射器和激光槍燒死雜草,這一點對于有機農業可是大有用處的。

          同樣的方法,或許還能節省化肥。田野試驗顯示,機器人能用傳感器測量每一株小麥的氮水平,然后酌量施肥,并由此將整塊田地的化肥使用削減8成以上,做到物盡其用。一方面是化肥減少使用,一方面是土壤變松、蓄水能力加強,結果就是河流和水道變得更加健康。除此之外,還有一個不言而喻的好處:化肥的工業生產造成的大量碳排放,在精確施肥之后也能有所緩解。

          接下來的難題就是,如何區分雜草和作物。研究者正在研發相應的機器視覺系統,希望能借助葉片的不同形狀來辨認比如雜草和甘蔗的不同。不過由于缺乏資金,這方面的研究仍然進展緩慢。如果在農業機器人方面的撥款能和采礦、國防項目相當,問題就可以解決。問題是,農業研究沒有那么多錢?,F在只能向別的行業借鑒,等他們的經驗慢慢滲透過來。即便如此,機器人視覺也會在大約幾年之后就緒。

          在日本,政府接手了農業自動化的工作。日本目前只有4成的糧食是自己耕種,因此比任何國家都更加依賴糧食進口,不過日本政府計劃在未來10年內把這個比例提高到5成。隨著人口老化和農民數目的減少,這個國家也把目光轉向了機器人。

          機器人可能撞上步行的人或者走失的家畜,這是野口伸的一大擔憂。于是他和德國的博世機械公司合作,準備給機器人配上激光和超聲波傳感裝置,使它們能夠警戒四周,一遇上撞擊的跡象就緊急剎車。作為后備計劃,機器人還會裝上觸感保險杠,即使真撞上了東西,也能立刻止步。

          除日本外,還有兩個地方同樣受制于農村勞力短缺,農業機器人可能很快出現——那就是北美和西歐。像中國這樣快速發展的國家同樣面臨這個問題。農業工作沒有趣味和聲望可言,收入一般也不高,工作內容卻又累又臟,所以大家都希望進入城市,去工廠或辦公室工作。雖然人口在增加,也都需要吃飯,愿意從事農業生產的人口卻在急劇縮減之中。

          現在的美國農場中有大量移民勞工,主要來自墨西哥。然而移民潮正在減緩,許多在美國工作的外國人都準備返回祖國了。美國勞工部開展的“全國農業工人調查”在過去25年內詢問了5萬多名農業工人,在近幾年的調查中,超過半數的受訪者都是非法移民。這個群體因為法律身份、教育水平和語言技能而無法從事其他許多職業,但是即便如此,他們當中的大多數也會在10年之內離開農場,轉而從事其他對體力要求較小的職業。

          加爾文和馬丁還指出,雇傭成本的上漲一直在推動農場采用節約人工的技術,他們舉的例子是葡萄干生產業:2000年的大豐收使得葡萄價格一瀉千里,隨著利潤大幅壓縮,農場主找起了省錢的法子。本來人工是他們的一大開支——美國的農場平均有42%的生產成本是花在人力上的。農場主改造了葡萄酒生產商的收割機,將它運用到了自己的農場當中。到2007年,加利福尼亞州已經有將近一半的葡萄干是機器收割的了。曾經有5萬之眾的工人隊伍,現在也縮減到了3萬人。

          農業機器人或許對仰仗土地維生的勞工來說不是什么好消息,對農場主又如何呢?雖然有研究指出,機器人擠奶對于牧場的整體收益沖擊不大,但是機器畢竟為奶農省去了每天擠奶的苦工。布萊克摩爾的計算則顯示,農業機器人可以帶來可觀的經濟利益,比如在谷物地和甜菜地里,機器人就能將每公頃的除草成本減少約兩成。對經營有機農場的人來說,機器人的收益就更大了,因為勞動力在他們的總成本中所占的比重達到5成以上。對丹麥有機農業的一項研究指出,即便在計算了機器的購買和維修費用之后,農業機器人依然能將去除雜草的成本減去一半之多。

          機器人農場

          機器人技術能夠減少農藥的使用,但是其中的風險同樣值得研究。比如,農業機器人到底能不能降低食品價格?決定食品價格的因素多種多樣,從氣候到超級市場的價格戰,都有可能使價格或升或降。長遠來看,自動化是否就能使果蔬變得便宜,這一點是很難斷定的。但是降低了在農耕中投入的能量,我們至少就有機會把農產品的價格降下來。

          除此之外,農業機器人的廣泛應用還可能在超市中造成其他變化。用機器人擠奶可能會影響奶牛的基因組成,因為奶農會挑選那些“對機器人友善”的奶牛,也就是乳房形狀、甚至性情都投合自動化的奶牛,并且用它們來繁殖后代。根據同樣的道理,農業機器人或許還會影響進入商場的水果和蔬菜的種類,因為農民或許同樣偏愛那些適宜自動化的作物,比如葉片形狀不容易被機器人認作野草的,就有可能受到青睞。

          還有一件事很難避免:這些機器最終將改變田園的景觀。等到人們在設計農場時就將農業機器人考慮在內的時候,機器人農業的春天就真正到來了。到了那時,田地將重新分割成小塊,作物將種植成一格一格,而非一列一列,果樹也會修葺成二維的形狀,以方便采摘。

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