農業機器人到達“窗口期”

文/ 本刊記者 段永利

趙春江

中國工程院院士

國家農業信息化工程技術研究中心主任

國家新一代人工智能戰略執行委員會專家

我國是一個農業大國，過去農村勞動力很充足，1991年的時候我們國家農村勞動力占全社會勞動力61%，如今已經下移到25%以下。在美國，3億人口里面從事農業生產的人員是300萬左右，也就是1%，現在這個數量還在逐漸地降低。

目前從全球來看，隨著人口老齡化問題的凸顯，農業從業人員數量迅速下降，導致一個核心問題就是誰來種地？

未來得靠智能機器人，靠機器換人。

農業機器人目前已成為全球學界、產業界、行業關注的焦點，我國在農業“卡脖子”核心關鍵技術里，也把機器人作為其中一項內容。農業機器人和其他機器人一樣，包括幾個重要部分，一是感知部分，二是決策部分，就是我們常說的機器腦，三是末端執行器。由于農業機器人所工作場景異常復雜，所以其在某種程度上比工業機器人還要復雜。

在農業領域，從種到收到加工全過程、全流程，農業機械化率是72%左右，農業作業對象多樣性和復雜性決定了農業機器人的多樣性。農業機械化很多都是靠傳統機械操作，簡單說就是需要人來駕駛，機器和人缺乏交互，機器跟機器、機器跟物也缺乏交互。

中國工程院院士、國家農業信息化工程技術研究中心主任、國家新一代人工智能戰略執行委員會專家趙春江認為，從產業發展、商業發展的角度出發，農業機器人的公司蓬勃發展，各種各樣農業機器人應運而生，比方說有鋤草、施藥、采收、放牧、播種各種各樣的機器人。

從全球來看，目前農業領域成功得到商業化應用的機器人有三大類，第一類是無人駕駛拖拉機；第二類是農用無人機；第三類是歐洲國家用的擠奶機器人。縱觀世界其他國家，目前一些科技型農業機器人初創企業雨后春筍般地發展，并開始一輪一輪地融資。比如黑科技公司眾多的以色列，特定場景應用專業化機器人也比較多，還有國際一些大學包括瓦赫寧根大學、日本北海道大學和德國波恩大學等，都在進行農業機器人的研發，美國國家機器人實驗室也研發出了代替人進行觀測、表情獲取的機器人等。

歐盟也高度關注農業機器人的發展，他們主導聯合歐洲38個伙伴開展研究，主要想通過機器人研究和應用提高農業競爭力，特別針對復雜環境下對人體有危害、勞動密集型環節研發出來的機器人，目前都有相應的產業生態配套，像辣椒收獲機器人和其他相應配套項目。

《美國商業資訊》預測，2025年農業機器人市場規模達到206億美元，年復合增長率22.8%。桑德勒研究所預計2025年將達到全球203億美元市場規模，年復合增長率也是兩位數。

而國內機器人研發工作開始于上世紀90年代，特別是近年來圍繞自動駕駛拖拉機、小型農業移動平臺、嫁接機器人、移栽機器人、插秧機器人、果實分揀機器人、采摘機器人、除草機器人開始進行研發。目前和發達國家相比，我國在農業機器人方面存在差距，主要體現在以下幾方面：首先是農藝跟機器結合不夠緊密，盡管機器和動作都具備，但達不到農藝的要求。其次是機器人穩定性還不夠。然后是農業機器人成本太高，無法普及到廣大老百姓。最后是智能化程度的問題有待解決，特別是核心部件和核心算法需要提升。

作為研究或從事人工智能領域的學界和業界人員，未來要怎么做？應該做什么？

趙春江表示，大家要想做好農業機器人，就必須清晰認識到農業機器人場景的復雜性。因為農作物所處環境有白天有黑夜、有開放環境和相對封閉環境，非結構環境特別突出。再加上風、雨、沙等不確定因素干擾特別多，這些場景都是隨機的，農業機器人能不能適應也是個現實問題。此外，農業對象的結構以及生物特性有天然的不固定性和復雜性，因為世界上沒有兩顆果樹的結構是完全一樣的。農業產品有紅的綠的、大的小的、點狀的面狀的，即便能夠控制程序邏輯的話，你也不能破壞掉商品的特性，而且涉及到是否易于儲存、如何有效降低成本的問題。

趙春江說最難的是場景感知也是非常復雜的，有時候多模態場景重疊在一起，就存在復雜場景下精確識別和定位，驅除噪音模型算法等難題。不論機器人是模擬人的智能，還是屬于計算智能的延伸，機器人在復雜場景下對對象感知存在困難，在很難拿到操作對象信息的前提下，其行為規劃也會存在一定困難，還要考慮柔性化的執行系統、成本問題以及效率問題。

“未來要加強研發，強調多學科的結合。農業機器人不僅僅是農業的問題，也不單純是工業問題，我認為是多學科交叉的問題，涉及到材料、計算科學、智能科學、包括農業科學自身，所以未來要搞協同創新研究發展。”趙春江說，未來農業機器人發展路線從簡單到復雜，加強智能學習算法的研究，特別是感知部分目標對象識別和情景感知對話不夠，都要靠算法。同時，新材料的創新應用也是需要關注的問題。

另外，人機共融提高作業效率是很好的一條路子。就是因為多臺機器合作會存在機器協同問題，當一臺機器出了故障后，別的機器能否替它完成作業；當有新機器加入進來，系統能否重新設計路徑規劃和任務分配，以便有效提高協同作業效率。

目前，工信部和農業機械化管理司已經征集并發布了機器人在農業領域的典型應用場景，形成一批可復制可借鑒的成果。有機構預測，2026年農業機器人行業市場規模將達到10.44億元，發展前景可觀。

總之，人口增長帶來的迫切需求、常規農業的經濟現實以及技術進步，三大因素疊加，為機器人在農業領域“大顯身手”提供了契機。