解决农业劳动力短缺问题,引入机器人收割、采摘、挤牛奶

35斗 · 2019-09-17
创造智能机器人,帮助种植者建立未来的农场。

编者按:本文来自微信公众号“35斗”(ID:vcearth),作者35斗,36氪经授权发布。

美国消费者对没有瑕疵的水果和蔬菜有着强烈的需求。但要满足需求,需要数十万工人具备种植农田、照料作物、收获产品、包装运输到美国和国外市场的技能。不幸的是,目前拥有这些技能的工人非常缺乏。

这个问题在日本更为严重,在农场工作的人数从2004年的220万,下降到2014年的170万。一方面,小农场主正在退休,另一方面,没有新鲜血液注入代替他们。

为了提高生产力,政府鼓励大公司进行农场合并。这是因为大公司可以将更多的商业技能应用到这个行业。合并已经开始进行,但受到农场工人的限制,目前劳动力短缺超过70000名全职员工。专家预测,未来五年,未满足的需求量将增至130000人。

欧洲农业部门也面临类似的劳动力短缺问题。其实,全世界劳动力短缺的根本原因是老年农民正在退休,农业没有为年轻人提供有吸引力或有利可图的职业机会。

使劳动力短缺问题变得更为棘手的,是粮食需求的增加。联合国估计,世界人口将从现在的73亿增加到2050年的97亿。

除了劳动力短缺和粮食需求增加,第三个因素是农民需要增加产量来满足需求。

农业机器人可以帮助提高产量,填补劳动力缺口。机器人解决方案的范围从自动拖拉机到机械臂,他们可以自动完成枯燥和重复的任务。这也可以使农民更加注重管理和提高总产量。机器人在农业中可以完成的一些特定任务包括:

  • 收割和采摘;

  • 控制杂草;

  • 自主修剪、播种、喷洒等;

  • 对农作物遗传特征进行抽样和分类;

  • 对农产品分类和包装。

收割和采摘机器人,是农业中应用最广泛的机器人之一。得益于机器人的精度和速度优势,提高了产量,减少了作物留在田地里的废物。“然而,这些应用程序很难实现自动化。”RIA机器人在线营销团队补充解释道。

例如,一个用来摘甜椒的机器人系统就会遇到许多难题。首先,视觉系统必须确定辣椒在恶劣条件下的位置和成熟度,包括灰尘是否存在、不同的光照强度、温度波动和风产生的运动。

此外,摘辣椒还需要比先进的视觉系统更多的东西:机器人手臂必须在障碍物众多的环境中导航,才能巧妙地抓取和放置辣椒——这一过程与在装配线上挑选和放置金属零件非常不同,因为农业机械臂必须能在动态环境中活动,并且准确度足以避免在摘辣椒时损坏辣椒。

农业已经不限于户外农场。现在,室内农场在全球范围内占地230万平方英尺,这一数字还在增长。总部位于纽约布鲁克林的Agrilyst(一家用 SaaS 和数据分析来改善室内农业的公司)预计,室内农业的扩张将达到2200万平方英尺,约505英亩土地——尽管这只是美国目前9亿英亩耕地的一小部分,但产量方面,室内农场比室外农场有更大的优势。

“首先,室内农场占用的空间更少,需要的人力资源也更少。另一个优势来自每英亩的平均产量——数据显示,室内种植番茄和绿叶蔬菜等作物的农场产量,是室外农场的10倍以上。”马萨诸塞州萨默维尔市的一家名为Root AI的新公司认为,它们可以提高产量甚至更高。

公司解释了他们的使命:“我们相信,未来经营农场,将不再像我们印象中那样进行无休止的户外劳作。我们的粮食安全和质量,将不再受到越来越不可预测的气候或获得土地的限制。相反,高效的室内农场将种植美味且无化学成分的农产品。在Root AI,我们的任务是创造智能机器人,帮助种植者建立未来的农场。”

Root AI的机器人名为Virgo(处女座),和它的名字一样,Virgo工作起来一丝不苟。它可以挑选像西红柿和草莓一样精致脆弱的农产品。这是来自哈佛大学和宾夕法尼亚大学的两位年轻的机器人企业家的创新,让机器人在不挤压西红柿、草莓或生菜的困难任务下进行工作。

Root AI的联合创始人兼首席执行官Josh Lessig表示,该技术在食品行业的应用非常广泛:“就像你会为了使一个精致的食物不受破坏,买一个灵巧的软夹持器,这个有助于你保持食品质量的机械设计,非常容易管理。”

Virgo处女座机器人会的不仅是收割和采摘。当它在室内农场采摘西红柿时,它也会检查作物以评估它们的健康状况,并在需要的地方修剪藤蔓。它可以观察和处理成熟的果实,使机器人能够比人类更高效地连续种植作物。

Root AI的手臂上有一个摄像头,可以近距离观察水果或蔬菜。机器人旁边的另一个摄像头收集彩色图像和三维深度信息,以提供观察植被的更大视角——该公司使用人工智能来检测植物中的任何不规则现象,并为图像贴上标签供人类审查。

Root AI使用专有的视觉处理技术来测量水果的成熟度、大小和质量。投资者们对此兴致盎然。Lessig总结如下:“农场里有很多角色,我们希望在各个方面都能有所补充。现在,我们正在对一些不同的种植者进行大量的技术试验,以评估作物成熟度和机器人抓握番茄的能力。”

Lessig表示,明年公司将会有飞跃进展。就个人而言,他担心未来人类会有多少食物,以及人们能在哪些土地上进行生产。

“而室内农业的重点是在任何地方制造食物。如果你能控制你的环境,你就有能力制造食物。满足人类的基本需求,是我一生中最有影响力的事情之一。”Lessig说。

据了解,由于劳动力短缺和对食品的预期需求,农业机器人市场迅速增长。2017年,这个市场价值34.2亿美元,预计将以每年21%的速度增长。

除了收获和采摘,农业自动化技术正在许多领域涌现。例如,最广泛采用的奶牛养殖机器人系统,就是用来挤奶的。根据国际机器人联合会的数据,挤奶机器人占现场机器人的85%。

在西欧、加拿大、美国、中国和日本,近20000家奶牛场安装了机器人。挤奶频率的提高和人力资源配置的灵活性的增加,提高了人们对牛乳的采用率。

全球最大的在线市场研究公司之一——Research and Markets,则介绍了其他一些农业项目,包括GARotics(绿芦笋机器人收获系统)、GRAPE(用于葡萄园监控和保护的地面机器人)和MARS(移动农业机器人群,由欧盟委员会资助,以自动化技术取代体力劳动)。

其中,MARS系统包括使用多个小型机器人车辆,作为一个“群体”。这个机器人通过云计算基础设施和精密GPS技术进行协调。这种精确耕作的结果是减少了种子、肥料和杀虫剂的使用,同时获得更高的作物产量。与传统重型农机相比,MARS的另一个优点是轮胎尺寸小,减少了土壤压实和能源消耗。

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