你吃的農作物可能是機器人生產的

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隨著科學技術的創新和精準農業的發展，自動化控制技術在現代農業中扮演了越來越重要的角色。農業自動化能夠大大提高勞動生產率，減輕勞動者的負擔。為了降低生產成本、提高產品質量，機械化、自動化、精確化成為農業生產的必然發展趨勢。農業機器人是農業自動化的重要應用之一，它改變了傳統的勞動方式，極大地提高了效率，促進了現代農業的發展。而且它可以在任何天氣條件下工作，也能有效減少農藥使用對土壤、水源等自然資源的破壞以及對人類的有害影響。在全球范圍內，由于缺乏熟練的勞動力、勞動人口老齡化等原因，勞動力短缺成為一個比較突出的問題。僅在美國，每年因勞動力短缺造成的農作物減產，就使經濟損失高達31億美元。此外，2009—2050年，世界人口的增長預計將超過1/3，即增長23億人口，全球食品需求也會日益增加，發展中國家城市人口的增加和生活質量的提高是促進作物生產需求的主要因素，特別是新鮮農作物和動物蛋白方面。另一方面，美國40%的農業支出是花在勞動力成本上，比如雇員的工資。而淡水和可耕地等自然資源有限，加上幾種主要農作物的產量有下降趨勢，這促使種植戶引進創新的農業設備，以提高盈利能力。總的來說，人們對于降低農業成本、提高產量和收益率、節約自然資源的需求越來越大。

機器人深入農業各個領域

隨著智能技術的進步，機器人在農業生產中得到了廣泛應用，同時也促進了農業自動化的發展。農業機器人是一種可由不同程序軟件控制，以適應各種作業，能感覺作物種類或環境變化的新一代無人自動操作機械。不同類型的機器人被用于不同的細分領域，包括農作物種植、牲畜管理、水產養殖、林業和果園等。由于室內農場的大量出現，采摘機器人成為發展最快的一類機器人。目前，它們只被用于采摘高價值的水果和蔬菜，但隨著市場的成熟，其他農作物也會被納入應用范圍。盡管室內農業的發展勢頭良好，但全球通過室內農業生產的農產品總量遠不及室外農業。因此，室外農業對于機器人的需求也很大，其中主要包括除草機器人和機器人拖拉機，它們可以幫助種植者減少農作物的損失和燃料消耗。2018年農業機器人和機電一體化市場價值約為235億人民幣，專家預計在2019—2024年，其年均復合增長率將達到24.2%。其中，主要的市場趨勢包括：在室內農業領域，大型農場正利用機器人來代替人工操作，以實現農業的自動化，這一改變導致2017年全球勞動力比2016年減少了22%。大型室內工業農場正在利用水培技術，其中包括高科技的管道和過濾系統，來有效減少土壤徑流的浪費以及殺蟲劑的使用。室內農業和機器人的結合有望提高生產效率和農作物產量，從而推動農業機器人和機電一體化市場的發展。2018年，在農業機器人和機電一體化領域，北美市場所占份額最大，約為42%，其次是歐洲和亞太地區。其中，美國是最大的自動拖拉機市場之一。推動北美市場發展的主要因素是大規模的農業生產、勞動力的減少以及從業者想要提高農業生產率。雖然人口增長和耕地減少使亞太市場發展很快，但由于其中一些國家擁有大量的廉價勞動力，機器人技術的普及率仍然很低。

農業機器人打造多元應用場景

現如今，機器人在農業中的應用已涵蓋多個方面，較為常見的有6個方面：首先，無人機航空成像。無人機是最早被農業工作者采用的機器人應用之一，這要歸功于它的一些明顯優勢，比如省時省力，無須工作者外出查看作物等。這些無人機配備了多光譜和照相機，可以監測作物所受的影響、植物的生長和預測產量。而更先進的無人機能夠攜帶和運送有效載荷，如除草劑、化肥和水等；第二，除草和噴藥。研究人員利用雜草圖像數據庫來訓練機器人，用于檢測和清除雜草，或者直接在雜草而不是植物上施用殺蟲劑。隨著越來越多的雜草對殺蟲劑產生抗藥性，利用噴藥和除草機器人將為種植者節約大量成本，并促進環境保護；第三，自動轉向和導航。利用定位系統和智能手機，種植者可以讓拖拉機和其他農業設備在農田里自動運行，并實時追蹤其準確位置和進度。這些設備大多數精度高，而且可以自動適應各種地形；第四，水果采摘。目前，利用機器人進行采摘的農作物包括草莓、黃瓜和蘋果等。僅在2016年，美國就有超過700萬噸的蘋果是人工采摘的，工資上漲、勞動力短缺使得種植者面臨巨大挑戰。而結合圖像處理和機械臂的機器人可以幫助他們進行水果的質量控制和分類；第五，溫室采摘。利用機器視覺工具和機器人技術，農業機器人可用于采摘西紅柿和草莓等高價值作物。采摘機器人能夠在溫室中準確識別成熟和未成熟的作物并采摘它們；最后，溫室材料處理。溫室材料處理機器人可以幫助種植者執行一些任務，如處理作物間距。它們通過優化布局、降低非人工生產成本來提高產品質量，減少水、殺蟲劑、除草劑和化肥的使用量。

技術是重點，中國迎來良好發展期

農業機器人市場的發展趨勢表明，相關企業目前還是專注于通過合作或引入新技術，進行產品的研發和升級，以提高公眾對現有產品和技術的認識，同時填補供應缺口，實現生產的可持續性。此外，為了促進農業機器人的發展，各國政府、私營企業、研究機構正在做出大量努力，以尋求增加全球糧食生產的解決方案。技術方面，預計在未來10年，無人機的應用范圍最廣。中國是無人機的主要生產國之一，但北美和歐洲仍處于市場領先地位。與發達國家相比，中國農業機器人起步較晚，但隨著國家經濟和科技的快速發展以及農業自動化和城鎮化進程的不斷加快，國家加大了對農業機械化發展的扶持力度，比如政府方面發布了《農機裝備發展行動方案》等系列文件，要求利用農業機器人等農業機械的有效供給能力，提升現代農業生產水平，促進我國從農機制造大國向農機制造強國轉變。

雖然中國農業機器人已經迎來了良好發展期，但還面臨著技術上的難題。因為中國地形復雜，大面積成片的土地較少，這對機器人的適應性提出了更高的要求，相應地，在成本和技術落地上就更為困難。所以，中國的農業機器人研發主要從兩個方面進行突破：一方面是研發類似于機械手的農業機器人，這種機器人不需要移動，受地形限制較小，但需要考慮作業對象的力學特征、生理特征等因素；另一方面是研發更加智能的農業機器人，這種機器人能夠自動行走和工作，具備獨立路徑規劃、智能避障、精準探測定位等功能。盡管農業機器人和機電一體化正在快速發展，但其廣泛應用于農業仍需解決很多的問題。我們仍處于農業機器人發展的起步期，大部分產品也只處于早期研發和試驗階段。但隨著技術的不斷進步以及高清攝像機和障礙物檢測傳感器的應用，農業機器人的性能有望得到提升。