科技改变农业种植过程……
image 智能农机 07/13

科技改变农业种植过程……目前,从种植到上餐桌这个过程,机器人并未参与每个部分,但很快它们就会出现。

据Science News for Students报道,种植食物通常从种子开始。那颗种子(也许是番茄种子)被栽在地里,慢慢发芽成长,穿透泥土,接受阳光照耀。几个星期或几个月后,这颗种子就变成了高大的植物,上面长着几十个成熟的西红柿。有人摘下果实,并将它们装进箱子里。其他人则把这些箱子运进仓库,最终卖给餐馆或杂货店。之后,厨师会把它切成小块放在沙拉里。

科技改变农业种植过程……

许多农民已经开始利用无人机(机器人飞机)精确地监控农田、作物和农作物威胁(如昆虫和旱情)。不久的将来,机器人也可以采摘农作物,并将它们送向市场。

如今,这个过程使用的技术依然很低级。当然,已经有汽车和卡车参与其中,但有机器人技术吗?还不太多,每个步骤依然有人类发挥关键作用。然而,这种情况可能会改变,而且很快就会发生。加州门洛帕克市Abundant Robotics公司负责人丹·斯特里(Dan Steere)说:“未来10年将会有许多重要技术出现,它们将使农业各个部分变得更高效、更多产、更健康以及更便宜。”

换句话说,在我们种植和准备食物的过程中,机器人将越来越重要的角色。随着时间的推移,现在上中学的孩子长大成人时,整个食物种植周期可能全部由机器人完成。即使是现在,机器人也能帮助农民,让他们以更有效的方式种植水果、蔬菜和谷物。很快,它们就能帮助农民更快地收获食物。有些食品仓库已经配有自动驾驶卡车。机器人甚至能帮我们把食物放到我们的盘子里。事实上,名叫莎莉(Sally)的机器人已经在这么做了。我们的目标是让食物的生产和制作变得更快、更简单、更高效。

种下种子

每块田地里都有些不那么肥沃的土地,农田也可能不平整。它可能比周围地面更高,也可能更低,甚至可能有沟渠。如果有小溪穿过田野,那么在这条小溪附近的土地恐怕就无法种植作物。除此之外,同一块土地的土壤质量也有很大差异。所有这些因素都会影响土地的产量和食物的味道,而收获则会影响农民的收入。

数学帮助农民计算每块地应该播撒的植物种子数量,并确定种植地点。但是土地也会随着时间的推移而变化,所以这些计算必须每年不断重复地地进行。

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四轴飞行器在农场上空飞行,从空中拍摄照片。这可以帮助描绘土壤质量、作物甚至害虫情况。

蒂奥·皮斯托瑞斯(Theo Pistorius)是DroneClouds公司的负责人,它位于南非开普敦。DroneClouds是众多使用无人机帮助农民了解种植土地的公司之一。该公司使用的无人机配有五个摄像头。皮斯托瑞斯表示,每个摄像头“本质上就像iPhone上的摄像头”。但不是普通的iPhone。他说,每个摄像头都可被想象成“一台非常专业的、北专门校准过的照相机。

当无人机的摄像头从田地上空扫过时,它们会拍下这片土地的照片。不仅可以显示土地的大小和不同地形,还揭示了土壤的变化和灌溉问题。这些照片甚至还展示了昆虫和真菌可能在哪里造成问题。

接下来,DroneClouds通过处理这些图像来创建地图,展示这块田地及其上面种植作物的增长情况。皮斯托瑞斯解释说:“然后我们做分析,并向农民解释。”例如,如果这些图像来自苹果园,他们可能会看到树木是如何生长的,甚至会注意到高大的杂草使小果树陷入困境。

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津巴布韦农民手里拿着无人机,用于空中作物制图。这只是机器人参与食品生产的一种方式。

为了查明问题,分析师将这些照片与其他同类照片进行比较。这叫做比较分析。皮斯托瑞斯说,这就像跑一场比赛,然后将你的成绩与赛季初的标准进行比较,这可以让你衡量自己的进步程度。但是跑步者也会与其他跑步者进行对比,所以农民把他们的农田照片和其他农民的照片进行比较,这被称为基于签名的分析。

皮斯托瑞斯说:“理想的照片来自世界各地的实验室。每隔四年,来自南非农业研究委员会的科学家就会在美国实验室中的专家会面,并收集大量的签名分析数据。”在这方面,这两个国家的农民可以互相帮助。

采摘水果

持续监测植物的生长状况。日复一日,太阳升起又落下。有时有明媚的阳光照射,有时天会下雨。最后,收获季节的到来。随之而来的就是农业机器人领域的前沿工作。两年来,Abundant Robotics公司始终在研发能摘苹果的机器人。两年?摘苹果不是很容易吗?如果你是机器人的话,摘苹果并不容易。

要理解为什么机器人摘苹果如此困难,首先让我们分解这个过程。当你看到苹果挂在树上时,你的眼睛会向大脑发出信号。大脑会处理这个信号中包含的数据,比如苹果的颜色以及它在树上的位置。本能地,你会知道何时适合采摘苹果。然后大脑会指挥你伸出手臂,手部用力把水果从树枝上拉出来。你握着苹果,就像轻轻握着小鸟以免碰上它,但会坚定地将它摘下来。

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对人类来说,摘苹果的动作很容易,即使是小孩子也能做到。但对于机器人来说,这种简单的动作并不容易复制。

当你选择摘取苹果时,你需要很快做出所有这些决定。但如果你需要摘完整个果园中的苹果,那将需要很长很长的时间。你摘了一个苹果后,就得把它放进篮子里。然后不断重复这个过程,直到你的篮子满了。然后顺着梯子爬下去,你必须先把篮子清空,然后再爬上来重新开始。

从数百棵果树上采摘果子是非常耗时的,而这就是人们寻求机器人帮助的原因。当Abundant Robotics的技术成功后,农民将能够种植更多的果树。他们不会担心自己的部分作物因为无法及时采摘而腐烂。Abundant Robotics需要解决的第一个问题是机器人获得正确的信号。斯特里解释称:“如果你没有一双好眼睛,在现实世界中很难完成很多任务。”

因此,Abundant Robotics公司不得不给他们的机器人“更好的眼睛”。这套系统以及它连接到机器人大脑的方式被称为计算机视觉。斯特里说,计算机视觉帮助机器人看到“苹果的每个表面”,除了判断苹果的大小、颜色和重量外,甚至可以探测水果上的任何缺陷。这样的系统正在迅速改进机器人能做的事情。

然而,即使拥有“超级眼睛”,苹果机器人仍然需要学习如何在不伤害它的情况下亲自摘取水果。斯特里说:“在机器人技术中,动作太大会破坏果实。如果它挫伤或刺穿了苹果的外皮,那看起来会很糟糕,平贵哦很可能不会卖出去。粗暴的处理也会损坏树木。”所以机器人必须协调它的视觉和运动技能。

回想一下摘苹果的过程:你必须知道选哪个苹果,你必须迅速而温柔地选择它。还有什么?你不能打扰树上的其他苹果,因为它们还需要更多时间来生长。斯特里表示:“我们的愿景是机器人能够识别水果,包括确定苹果成熟与否。

它必须在很短的时间内完成所有的事情。几十年来,人们始终希望实现农业自动化,这并非是不可能的。”但即使成立两年后,他的团队仍然没有完成技术开发!Abundant Robotics的机器人将在今年晚些时候上市,开发伟大的农业科技需要更多耐心。

筛检收获

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咖啡浆果有多种颜色,新的机器人可以很快区分开它们。

将果实采摘下来后,必须将好的水果与坏的水果分开。这就是bext360公司正在做的。它的机器人不是用来处理苹果,而是可可、坚果、小豆蔻以及咖啡浆果等。这家公司总部位于美国科罗拉多州丹佛市,创始人是丹尼尔·琼斯(Daniel Jones)。以这些咖啡浆果为例,琼斯解释说:“农民们会把咖啡收起来,放在我们的机器里。然后,机器通过视觉系统把浆果筛选出来,并绘制浆果瀑布。”

这就是机器所盯着的东西,所有的东西都被拍照。然后,机器人用这些图片把好的咖啡浆果从坏的东西中分类。机器视觉和计算机视觉本质上是一样的,只是Abundant Robotics公司和best360公司的机器人执行不同的任务。不过,同样的核心技术也能帮助他们做到这一点。

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在制造机器人之前,工程师们先画出它的样子,这就是bext360咖啡机器人的设计图

这两款机器人也需要更强大的计算机视觉技术。视觉可以告诉bext360的机器人如何筛选,然后机器人需要具体实施操作。农民需要从地里采摘咖啡浆果,每次最多30公斤。

然后,他们在机器人的顶部装载了大约1.8万颗浆果。在大约3分钟内,机器人将独自完成对每个浆果的分类。要做到这一点,机器人必须给每颗浆果拍照,然后在仅仅22毫秒左右的时间里分析它们。

琼斯说:“在那一瞬间,我们就会知道浆果的一切。”浆果会被放进不同的箱子里,包括好的水果,以及残次品。咖啡浆果落地后,机器人会与农夫分享分析结果。琼斯表示:“机器人测量的主要因素是尺寸、颜色和密度。”它还检查浆果内部和外部是否有腐烂或疾病迹象。

这就是为什么农民们只把地里的部分浆果放进去的原因。这些信息可以帮助他们知道,他们在某块地里尝试的东西是否比其他地块更有效。bext360的机器人刚刚上市,大约6个月前才开始销售。

上桌

采摘、分析以及分类后,这些水果会被送入仓库。将来,很可能会出现自动驾驶半挂卡车负责运输,而自动驾驶叉车则可以将托盘从卡车上移开,送到另一辆开往餐馆或商店的卡车上。亚马逊已经开放了首家没有店员或收银员的无人便利店,机器人充当所有角色。

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无人驾驶叉车不需要司机,它可以自动驾驶。

最终将这些原料变成食物的可能是机器人莎莉。莎莉会制作沙拉。从外表看,她就像个盒子,有触摸屏和可以放置碗的洞。但在内部,这个机器人十分复杂。开发莎莉机器人的Chowbotics公司负责人迪帕克·塞卡尔(Deepak Sekar)指出:“莎莉是个盒子,但里面是机器人部件。”

塞卡尔解释说:“机器人内部有些圆柱体,里面装满了预先准备好的材料。”人们用触摸屏来激活莎莉,用餐者可以根据卡路里和配料来定制沙拉。每台机器人的售价为3万美元,而莎莉的设计初衷并不是要在家里使用。Chowbotics希望把机器人卖给学校和办公室,在自助餐厅和休息室里使用莎莉。

塞卡尔还称:“我们经常听到学校里的学生不喜欢吃沙拉。为什么?因为它们看起来有点儿恶心。而莎莉的所有食材都在其体内,所以你不必怀疑一个小时前有人在西红柿上打了喷嚏!而且你的沙拉总是新鲜健康的。”

目前,从种植到上餐桌这个过程,机器人并未参与每个部分,但很快它们就会出现。这将使我们的食品生产过程更加凉爽。更重要的是,机器人将来甚至可以供应整个世界粮食。想想看:今天,DroneClouds帮助农民们知道如何种植更多作物,bext360帮助他们知道如何更高效地种植,Abundant Robotics帮助种植者更快地收割,这意味着农民可以种植更多。然后,Chowbotics商店以更健康的方式制作食物。

斯特里说:“如果年轻人想要进入农业领域发展,现在将是历史上最令人惊叹的时刻之一。自动化所能做的事情将会继续改变农业,并促使其迅速发展。”

简介:
目前,从种植到上餐桌这个过程,机器人并未参与每个部分,但很快它们就会出现。据Sc...
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